（北京西山試驗林場 重慶英卡電子限公司）

摘要：城市面山是一座城市的重要自然景觀和生態(tài)資源，也是社會公眾享有生態(tài)價值紅利的便利去處，但同時給森林防火也造成了日益巨大的壓力。本文綜合全國南北方城市面山人為火、電力火、雷擊火等因素，通過多年的探索實踐提出了以地面防控能力建設為主的解決方案，綜合運用無人機巡航、視頻監(jiān)控、地表火探測、火險因子監(jiān)測、智能卡口路網(wǎng)監(jiān)測等技術手段，以及深度學習人工智能技術手段等結合人防、物防和技防實施24小時的智能化防控，積極探索由經(jīng)驗向科學、被動向主動、人工向智能的新質(zhì)生產(chǎn)力轉型的模式，為典型性、普遍性的城市面山森林防火和生態(tài)保護提供思路和技術選型。

關鍵詞：城市面山；森林防火；地面防控；新質(zhì)生產(chǎn)力

一、引言

城市面山，生態(tài)服務功能與人為火災是對立統(tǒng)一的矛盾，既需要其充分發(fā)揮重要的生態(tài)服務功能價值，又需要加強森林防火管控和生態(tài)資源保護。一旦發(fā)生城市面山森林火災，不僅破壞城市自然生態(tài)和污染城市空氣，而且危及城市安全、引發(fā)公眾恐慌和造成負面社會影響。與旅游景區(qū)、自然公園、自然保護區(qū)和國家公園相比較，城市面山的森林防火更加困難。因此，在眾多技術和產(chǎn)品應用面前，如何加強城市面山的森林防火管控，采用什么樣的解決方案，成為擺在城市面山森林防火面前的典型性、普適性問題。

二、火情特征

城市面山，是指城市周邊的山體，是在城市的視線范圍內(nèi)可見的自然生態(tài)景觀。城市面山對城市的生態(tài)、文化、經(jīng)濟和社會都有著重要影響，可為城市提供保持水土、凈化空氣、改善生態(tài)、美化環(huán)境、文化旅游、健身康養(yǎng)、民風民俗等生態(tài)服務功能價值。為此，城市面山在不同時節(jié)都會吸引大量城市居民或外來游客登山健身、文旅觀光、生態(tài)康養(yǎng)、祭祀活動等，充分體現(xiàn)城市面山具有獨特而便捷的生態(tài)服務功能價值。

與此同時，大量的人車入林活動，也給城市面山帶來巨大的森林防火壓力。據(jù)全國21個省區(qū)100余個城市面山地表火情監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，每年的春節(jié)、清明節(jié)、五一節(jié)、端午節(jié)、中元節(jié)、國慶節(jié)、中秋節(jié)等重要節(jié)日，東部地區(qū)每天的7時至17時、西部地區(qū)的8時至18時，是人類活動頻繁而人為火險高發(fā)時段。因此，城市面山所面臨的森林防火壓力，主要是人為因素帶來的壓力，歷年監(jiān)測數(shù)據(jù)表明城市面山人為因素火情占比近98%，只有的東北和西南地區(qū)監(jiān)測到極少的雷擊或電力設施火情。

三、主要問題

當前，城市面山森林防火主要面臨以下五個方面的問題：一是生態(tài)服務與防火管控之間的矛盾問題。城市面山的生態(tài)服務功能價值是所有森林生態(tài)類型中服務功能價值發(fā)揮作用最大的類型之一，但人流量的增加，就意味著人為因素火災發(fā)生概率的增大。如果不加強人車流量的適度管控，就可釀成火災事故；但過度管控又會給公眾享有生態(tài)紅利造成不良影響。因此，人車流量管控的度就十分重要，這涉及時節(jié)氣候、立地條件和人為火源三要素之間的相互關聯(lián)的火災概率問題。二是加強宣教管控與人力資源緊張的矛盾問題。盡管公民的文化素質(zhì)、生態(tài)意識和法律意識有了很大的提高，自覺保護生態(tài)和愛護環(huán)境的意識較為普遍，但還是存在不同年齡段的林區(qū)吸煙、野外用火、燒香祭祖等現(xiàn)象，特別是幾千年來傳統(tǒng)的祭祀風俗，對城市面山而言不可避免。為此，為了加強森林防火的法律法規(guī)和防范意識教育，不僅需要增設宣傳標語、標牌、展板等設施加強宣教，防火期內(nèi)還需要增派人員值守道路和檢查站點，禁止帶火進山，造成年復一年的防火壓力。特殊異常氣候時，這些壓力甚至會傳導至城市的所有行政機構及事業(yè)單位。三是森林氣象火險等級預測預警失調(diào)問題。目前 主要由氣象局依據(jù)GB/T 36743-2018《森林火險氣象等級》標準利用城市氣象預測預報數(shù)據(jù)因子及算法模型進行宏觀層面的火險等級預測預警，但林區(qū)內(nèi)的微氣候因子與城區(qū)差異較大，而且不同坡位和坡向之間的差別也很大，加之缺失人車流量數(shù)據(jù)、地表凋落物含水率及載量等核心因子參與模型計算，實踐中氣象火險等級預測預警僅具有宏觀性的決策支撐作用，但不能發(fā)揮防火管控力量部署決策支撐作用。四是地表火情早期監(jiān)測和定位報警難的問題。森林火災主要來自于早期的地表火情，如果不能及時監(jiān)測或發(fā)現(xiàn)地表火現(xiàn)象，在風力作用下將迅速上樹形成樹冠火，從而釀成森林火災。目前，城市面山森林防火主要依靠無人機巡航、視頻監(jiān)控和人工巡查等手段。但是，城市面山通常無人機巡航會受到一定的飛行限制，而且實施成本較高；視頻監(jiān)控除特定敏感區(qū)域外通常不受限制，成為主要的技防手段，適合于大范圍24小時出林煙火監(jiān)測，但仍然存在視覺盲區(qū)和難于及時發(fā)現(xiàn)樹冠以下早期林火的缺陷；人工巡查主要不能24小時持續(xù)開展，時常出現(xiàn)凌晨入林燒香祭祀現(xiàn)象，城市面山野外用火防不勝防。五是肇事調(diào)查和火源取證難的問題。城市面山森林火災成因主要是人類因素，但也有極少量的電力設施或雷擊火因素。引發(fā)火災的肇事成因調(diào)查十分困難，需要實地勘察、大量走訪和調(diào)取監(jiān)控，特別是在缺失視頻監(jiān)控條件下的成因調(diào)查和肇事取證，十分困難。

四、解決方案

針對上述普遍性問題，以及隨著城市面山森林資源持續(xù)增長和愿意就職于巡山護林適宜人員的持續(xù)減少，本文提出以技防和智防為主要的解決方案，探索城市面山森林防火由經(jīng)驗防控向科學防控、被動防控向主動防控、低效防控向高效防控的新質(zhì)生產(chǎn)力轉型發(fā)展途徑，并持續(xù)在全國城市面山實踐提升。

（一）預防為盾，加強路網(wǎng)智能卡口建設強化多模態(tài)宣教與火源管控

城市面山的人車流量、活動區(qū)域、活動時段和活動強度，是火源的主要影響因子，在城市面山出入林區(qū)的路口及路網(wǎng)加強智能卡口建設實施24小時無人值守的語音、文字、喊話、對講等多模態(tài)宣教和火源管控，既可以增強法律法規(guī)和防火意識的宣傳教育，又可以實時監(jiān)測人為火源的主要影響因子數(shù)據(jù)，還可以為災后調(diào)查取證和人員追蹤提供影像數(shù)據(jù)，從而對城市面山路網(wǎng)實施24小時的火源宣教、管控和監(jiān)測，與防火檢查站相比較，具有投資成本低、運行費用少和時空數(shù)據(jù)全的顯著優(yōu)點，可為城市面山的森林防火建立起預防為主的防護盾牌，實現(xiàn)傳統(tǒng)標語宣教向多模態(tài)智能宣教、白天宣教向晝夜宣教、有人值守向無人值守轉型。

（二）預測為矛，加強高時空精度火險等級預測預警與主動防控能力

城市面山的不同坡位和坡向的微氣候因子、優(yōu)勢樹種、凋落物組成、凋落物含水率、凋落物載量等都有所不同，在城市面山的不同坡位（高、中、低海拔和平地）、不同坡向（陽坡和陰坡）、不同優(yōu)勢樹種地類、不同人類活動區(qū)域類型和電力設施部署區(qū)域分別安裝部署火險因子綜合監(jiān)測站，實時監(jiān)測微氣候因子（空氣溫度、空氣濕度、降雨量、光照強度、風力、風向、大氣壓力等）、地表因子（地表溫度、地表濕度）、土壤因子（表層溫度、表層濕度）、凋落物因子（厚度、表面含水率、各分層含水率、各分層密度）、物候狀態(tài)（冰雪、雨水、光地、增減變化、返青等）和物候因子（CCI、GCC、RCC、BCC、EVI、NDVI、EXG），結合路網(wǎng)智能卡口監(jiān)測的人為火源因子（人車流量、活動區(qū)域、活動時段、活動強度）和林地資源調(diào)查數(shù)據(jù)，利用深度強化學習技術構建高精度的火災發(fā)生概率預測算法模型，實現(xiàn)對不同點位類型的林區(qū)火險等級預測，進而可根據(jù)與對觀測站點類似的林地數(shù)據(jù)進行泛化，從而實施每小時的100m*100m高時空精度的火險等級預測預警，還可以聚合成各管護站、分場級的火險等級，以便各管護站或分場科學決策和部署人力資源，按時空預警等級有的放矢的開展應急響應工作，實現(xiàn)經(jīng)驗防控向科學防控、被動防控向主動防控轉型。

在 東北、新疆、西北和西南等地區(qū)，存在雷擊火隱患?？稍诔鞘忻嫔揭滓l(fā)雷擊火的區(qū)域增設甚低頻/低頻三維雷電監(jiān)測站，實時監(jiān)測地閃雷擊現(xiàn)象，在算法模型中增加雷擊火預測預警因子，從而可全面實現(xiàn)人為火、電力火、雷擊火等預測預警。

（三）監(jiān)測為鎧，加強立體化火情監(jiān)測定位報警體系與快速處置響應

城市面山的地表火情監(jiān)測是最后一道防線，若不能及時發(fā)現(xiàn)定位報警和快速處置，極可能引發(fā)森林火災。因此，可在城市面山的至高點建設雙光譜（白天利用可見光譜影像監(jiān)測、夜晚利用紅外光譜影像監(jiān)測）重型云臺監(jiān)控視頻，可在運營商鐵塔或自建鐵塔搭載安裝，實施大范圍的24小時出林煙火現(xiàn)象監(jiān)控和定位報警；為克服視頻監(jiān)控存在的盲區(qū)、觀光區(qū)、露營區(qū)、人行道、祭祀?yún)^(qū)、采摘區(qū)等關鍵部位的高風險林緣區(qū)域，可在這些區(qū)域安裝部署地表火探測器，利用樹木固定安裝，可實施24小時林下火情的早期監(jiān)測和定位報警，并取得地表火發(fā)生的火源取證照片；將智能卡口視頻聯(lián)網(wǎng)實施邊緣計算的AI煙火監(jiān)測，從而可構建起林上雙光譜視頻監(jiān)控、路網(wǎng)智能卡口視頻監(jiān)控、林下重要部位地表火探測的立體監(jiān)測網(wǎng)，規(guī)避了無人機受限、視頻監(jiān)控受限、巡護員下班休息等問題，讓城市面山24小時穿上立體保護的鎧甲。

（四）智防為腦，融合人防、物防和技防增強智能化處置指揮能力

城市面山通常涉及許多重要保護對象和單位，為加強森林火災的撲救處置能力，通常都建立有專業(yè)或半專業(yè)滅火隊伍，配置了相應的防滅火物資、設施、裝備和車輛，以便根據(jù)火災情況及氣象條件指揮組織滅火。可利用林地資源調(diào)查數(shù)據(jù)、林區(qū)微氣候監(jiān)測數(shù)據(jù)、人防部署數(shù)據(jù)和物防儲備數(shù)據(jù)，以及無人機火場回傳的火線蔓延動態(tài)數(shù)據(jù)，借助深度學習人工智能技術構建火災行為預測指揮算法模型，實時預測預警爆燃火、蔓延趨勢和蔓延速度，以便科學指揮撲救，有效減少或避免人員傷亡。

五、實踐案例

城市面山的森林防火，是屬于防范與管控難度最大的類型，人為因素火險高于自然公園或旅游景區(qū)，主要原因是24小時均存在人類活動。因此，也是立體化、智能化、實時化防控要求最高的類型。近年來，本文提出的解決方案先后在華北地區(qū)的北京市西山試驗林場、華東地區(qū)的威海劉公島國家森林公園、西南地區(qū)的重慶壁山區(qū)東風林場、四川成都市龍泉驛國家森林公園、云南昆明市西山林場等開展實踐探索，通過少量部署高空視頻、路網(wǎng)部署智能卡口、重要部位（觀光道路和祭祀）部署地表火探測器、典型林區(qū)部署火險因子綜合監(jiān)測站等技術方案，探索出城市面山向科學防控、主動防控、高效防控的新質(zhì)生產(chǎn)力轉型發(fā)展的模式，使城市面山森林防火能夠有效的防范于未然，并逐步過渡適應護林員持續(xù)減少的未來趨勢。

六、總結

本文針對 森林防火難度最大的城市面山問題，充分利用人物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計算等新一代信息技術，在多年的探索實踐基礎上提出了可廣泛推廣應用于城市面山森林防火的地面監(jiān)控系統(tǒng)解決方案，該解決方案通過多年實踐表明，能夠有效克服城市面山無人機受限、人員隊伍受限的問題，從預防、預測、監(jiān)測到處置，提供科學化、主動化、高效化的新質(zhì)生產(chǎn)力手段，讓城市面山在充分發(fā)揮其重要生態(tài)服務功能價值的同時，又能夠得到有效可控的生態(tài)資源保護。

審核編輯 黃宇