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《當代縣域經濟》雜志官方網站/名家專欄 /李后強

利用現代技術推進山火科學防治

發布:2020/07/03 13:34  作者:李后強 劉中南 張筠  編輯:鄒璠  來源:《當代縣域經濟》雜志2020年6月刊  閱讀量:

2020330日,四川省涼山州再次遭受山火肆虐,共造成19名滅火隊員壯烈犧牲、3名滅火隊員受傷的重大損失。黨中央、國務院高度關切,習近平總書記作出重要指示,李克強總理作出重要批示。四川省委書記彭清華赴一線指揮撲火救援工作,并組織召開全省森林草原防火滅火暨安全生產工作會議,要求以高度政治責任感和極端負責態度抓實安全風險防范工作。涼山州近兩年來發生的重大山火災害,造成50名撲火人員壯烈犧牲,在引起中央高度關切和省委省政府全力部署實施救援處置的同時,也讓我們深刻認識到四川省山火科學防控的極端重要性和現實緊迫性。習近平總書記對涼山州森林火災的重要指示和李克強總理等中央領導同志的重要批示,都要求要科學施救和科學有效撲滅山火,嚴防次生災害發生。因此,利用無源傳感和無人機技術,對四川省山火的科學防治和長期防治具有重要的現實意義。

 

山火預防處置及問題

 

目前,四川省在山火防治上已經做了大量細致的工作,取得了明顯成效。但面臨全省幅員遼闊的森林植被、復雜多樣的自然條件和有限的技術條件,山火的科學防治仍面臨嚴峻形勢。


一是衛星結合人工監測火情,準確性和時效性不高。以涼山、甘孜和阿壩為代表的四川橫斷山脈三州地區、北部的秦巴山區和東南部的烏蒙山區具有極其復雜的地形、地質、氣候和極其脆弱的生態條件,極容易發生以山火、泥石流、地震等為主的自然災害。目前四川省的山火防治監測預警工作,主要以設置人工觀測點和衛星遙感觀測為主。由于橫斷山脈三州地區山勢陡峭,切割較深,人工觀測受制于山形阻隔,且容易被山區霧氣誤導,造成信號阻延和火情延判。衛星遙感受制于山區垂直落差大、溫度和煙霧等因素影響,致使遙感信息準確度不高,不能做到及時、精準標注起火點,更不能做到精準分析和預測未來山火發生的概率和起火點。


二是信息化防治體系雖已建立,但統籌能力不夠強。四川省應急消防管理系統現行的指揮體系,雖已實現了即時掌握消防撲救力量的實時分布情況,也能順利實現即時指揮調度,但受制于衛星遙感、人工觀測的信息和數據收集準確性時效性不高、數據不完整等因素,加之區域內快速變化的風速和陡峭的山勢,造成現有系統不能做到實時精確計算和預測火勢運動方向和速度,不能實現消防救援力量隨火勢發展進行實時精準配置,耗散了現有消防應急管理信息系統的統整能力,與現代化消防應急指揮系統所需的實時信息收集、實時分析、實時決策、實時部署和高精度實時分析指揮調度的新要求存在較大差距。依托現有消防應急管理體系,其結果仍然容易造成撲救人員對火災核心區的蔓延方向預測不精準,轉移和撤退的方向、時間把握不精確,以致貽誤滅火隊員最佳進退時機,造成不必要的損失和傷亡,無法實現“治未燃”的理想目標。


三是救援裝備雖不斷提升,但安全性和智能化不高。此次涼山山火撲救過程中已經采用了航空森林消防等現代化方式,實施了空中巡護、火情偵察和吊桶滅火作業等現代化消防撲救措施,但是當火勢猛烈的時候,直升機投下的水和阻燃劑產生的效力顯得十分有限,且消防直升機價格不菲,不能實現廣泛配置。少量的消防直升機的使用,其對撲火救援隊伍的實際支持作用顯得十分有限。同時,涼山是四川省交通基礎設施最薄弱的一個地區,尤其是山火易發山區的通行和通達能力更加薄弱,從而直接導致起火點發現到撲救人員到達,存在嚴重的時間滯后。這讓撲火隊伍到達火災現場時,大多數情況面臨的都是已經形成規模的山火災情,處置危險性已變得很高。另外,涼山的山地屬于橫斷山脈,垂直落差大,現有裝備和人員的攀爬進入和及時撤離都非常困難,其花費時間多,負重困難,撲救線路長,設備長度有限,難以直接抵達火場核心區域,直接影響滅火的時效性和有效性,對撲火隊員的生命安全造成巨大威脅。

 

山火防治的建議

 

山火防治的首要任務是進一步轉變防治思路,堅持預防為主、端口前移,將山火防治控制在未發和初發狀態,實現早救、快救、科學救,科學預測山火發生的風險等級,變“快滅火”為“治未燃”,將人工智能技術和裝備為核心的新技術廣泛應用于四川省的山火科學防治之中。為此,我們提出如下建議:


以無源傳感技術為基礎,建立山區環境數據的全地全時段采集和分析系統。無源傳感裝備是不依賴于傳統電源的無源傳感器,以采集環境中的光能、射頻能、溫差能、振動能等能源,并儲存于自身傳感器內,實現以十年為單位的長周期自供能數據采集、處理和傳輸工作。它能通過人工、無人機、機械狗等方式大規模、網格化的廣泛部署在山區的深山、峽谷、水域等中,用以即時采集諸如溫度、濕度、壓力、風向風速、煙霧、位移,甚至聲像等各類信息,并經過快速加工處理后第一時間傳輸給后端平臺。該項技術近年來在多國的持續研發下已經趨于成熟,隨著近期技術的更新和迭代,已初步具備實施部署條件。該系統形成聯網后,將形成三大優勢:一是全地形數據采集。建立起覆蓋山區、峽谷、湖泊、草原等地貌的全地形數據自動采集系統。二是全時段實時數據采集。實現 24 小時全天候的實時數據采集。三是全過程分析處理數據。通過傳感器末端芯片對實時采集的數據進行實時處理和分析,形成分析結果回傳中樞處理系統,為下一步工作提供科學的大數據。


以大數據平臺和人工智能分析處理模塊為中樞,建立山火分級預警和指揮系統。依托于海量無源傳感裝置的實時大數據監控分析處理平臺是防災減災的重要中樞,能通過人工智能算法第一時間預警、發現災害和提供最佳處置方案。其中,可以通過溫度和濕度感應數據,分級設定火災發生風險等級,用以指導下一步的預防措施的實施。例如,當監測反饋到某個區域出現 10 天以上連續 30℃以上高溫,且空氣濕度已下降到 15%以下,就可以通過專用直升機或無人機,對該區域提前實施補水,提升環境濕度,緩解高溫趨勢??梢酝ㄟ^煙霧感應和高溫感應第一時間獲取準確起火點,為下一步的快速精準定點滅火做好準備。還可以通過傳感器溫度和煙霧反饋,即時預測火勢短期方向,即時提醒撲火隊員,避免人員傷亡。該平臺的組建完成和其他相關應急系統聯網并數據共享后,將形成三大優勢:一是前沿科學的處理模塊。無源傳感器終端初步處理的數據結果進行匯總,由大數據處理系統根據科學設定的指示因子和分析模塊,進行再加工,并根據形勢發展的實時變化給出下一步的科學指令,以供決策。二是捷敏超前的分級處置預警。根據大數據和人工智能處理系統可建立起全省山火分級處置和預警機制,逐步實現“治未燃”的目標。三是有力有序的綜合指揮。建立起依托于實時大數據分析和人工智能算法的科學有序的分級指令和指揮體系,實現初級自動執行—中級綜合智能指令—高級綜合決策建議的分級指令系統,以處理不同級別災情和為高級別決策提供科學處置建議。


以無人機輔以各類機器人為載體,建立快速安全滅火的撲救系統。因新技術新裝備的成熟度和迭代速度差異,我們建議:一是構建依托區域聯網無人機中隊為核心的快速山火處置體系。建立全省的市(州)—縣(市)—鄉鎮(社區)三級消防聯網聯動體系。從消防支隊到消防站,各級配備數量不等的中大型消防無人機。根據實際情況,每個村鎮級消防站可設置2-5 臺,縣(市)級消防體系可總體設置30-50臺,市(州)級消防無人機大隊應總體達到 150-250臺。區域聯網的消防無人機大隊在指揮、偵察、滅火、救援過程中要實現“四精準”:首先,精準指揮。主要負責攜帶高清高變倍相機做現場巡視,將實時畫面回傳指揮中心,結合無源傳感器提供的實時環境數據,為消防指揮決策提供依據。其次,精準偵察。攜帶紅外熱成像儀,或雙光云臺,用于火場火源的位置監測。攜帶氣體探測器,監測現場有毒有害氣體濃度和擴散情況。能有針對性地采用無人機搭載相關化學、物理消防物資進行消毒和降塵。其三,精準撲滅。攜帶水、滅火彈、滅火劑等,實施高火警風險區域的降災處理、火災初始的精準滅救和火災期間的大規??罩袚錅绲?。其四,精準救援。攜帶防火設備、防毒面具、水、食物等自救物資,用于精準空投,救助被困人員。單一無人機并不能解決根本問題,但當區域內組建形成一定規模的消防無人機隊伍后,可以在短時間形成大規模水和滅火劑的投放力量,并以最快的速度參與山火發生后的處置,實現山火已經發生情況下的快速精準撲滅。二是依托多足和履帶式等機器人組建新型機械化消防應急處理力量。目前,國內外在運動機器人的研發方面已經取得較大突破,誕生了“波士頓動力”等知名企業和“波士頓大狗”等知名機器人。國內頂尖科研院校也已跟進研發出類似機器人,且將單機成本降低到了20萬元以內。隨著技術迭代加快,可以預見未來兩到三年,該類機器人智能化程度將進一步提升,成本將進一步下降,為其大規模生產和應用提供了可能。為此,建議四川省未來組建大規模消防機器人隊伍,實現機械化智能化撲救,既可深入復雜地形和火場內部滅火和救援,又可避免消防人員的傷亡。

李后強  劉中南  張筠

(李后強系四川省社會科學院黨委書記,教授、博士生導師,四川省委省政府決策咨詢委員會副主任;

劉中南、張筠系四川省社會科學院區域經濟與城市發展研究所助理研究員)



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