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《当代县域经济》杂志官方网站/名家专栏 /李后强

利用现代技术推进山火科学防治

发布:2020/07/03 13:34  作者:李后强 刘中南 张筠  编辑:邹璠  来源:《当代县域经济》杂志2020年6月刊  阅读量:

2020330日,四川省凉山州再次遭受山火肆虐,共造成19名灭火队员壮烈牺牲、3名灭火队员受伤的重大损失。党中央、国务院高度关切,习近平总书记作出重要指示,李克强总理作出重要批示。四川省委书记彭清华赴一线指挥扑火救援工作,并组织召开全省森林草原防火灭火暨安全生产工作会议,要求以高度政治责任感和极端负责态度抓实安全风险防范工作。凉山州近两年来发生的重大山火灾害,造成50名扑火人员壮烈牺牲,在引起中央高度关切和省委省政府全力部署实施救援处置的同时,也让我们深刻认识到四川省山火科学防控的极端重要性和现实紧迫性。习近平总书记对凉山州森林火灾的重要指示和李克强总理等中央领导同志的重要批示,都要求要科学施救和科学有效扑灭山火,严防次生灾害发生。因此,利用无源传感和无人机技术,对四川省山火的科学防治和长期防治具有重要的现实意义。

 

山火预防处置及问题

 

目前,四川省在山火防治上已经做了大量细致的工作,取得了明显成效。但面临全省幅员辽阔的森林植被、复杂多样的自然条件和有限的技术条件,山火的科学防治仍面临严峻形势。


一是卫星结合人工监测火情,准确性和时效性不高。以凉山、甘孜和阿坝为代表的四川横断山脉三州地区、北部的秦巴山区和东南部的乌蒙山区具有极其复杂的地形、地质、气候和极其脆弱的生态条件,极容易发生以山火、泥石流、地震等为主的自然灾害。目前四川省的山火防治监测预警工作,主要以设置人工观测点和卫星遥感观测为主。由于横断山脉三州地区山势陡峭,切割较深,人工观测受制于山形阻隔,且容易被山区雾气误导,造成信号阻延和火情延判。卫星遥感受制于山区垂直落差大、温度和烟雾等因素影响,致使遥感信息准确度不高,不能做到及时、精准标注起火点,更不能做到精准分析和预测未来山火发生的概率和起火点。


二是信息化防治体系虽已建立,但统筹能力不够强。四川省应急消防管理系统现行的指挥体系,虽已实现了即时掌握消防扑救力量的实时分布情况,也能顺利实现即时指挥调度,但受制于卫星遥感、人工观测的信息和数据收集准确性时效性不高、数据不完整等因素,加之区域内快速变化的风速和陡峭的山势,造成现有系统不能做到实时精确计算和预测火势运动方向和速度,不能实现消防救援力量随火势发展进行实时精准配置,耗散了现有消防应急管理信息系统的统整能力,与现代化消防应急指挥系统所需的实时信息收集、实时分析、实时决策、实时部署和高精度实时分析指挥调度的新要求存在较大差距。依托现有消防应急管理体系,其结果仍然容易造成扑救人员对火灾核心区的蔓延方向预测不精准,转移和撤退的方向、时间把握不精确,以致贻误灭火队员最佳进退时机,造成不必要的损失和伤亡,无法实现“治未燃”的理想目标。


三是救援装备虽不断提升,但安全性和智能化不高。此次凉山山火扑救过程中已经采用了航空森林消防等现代化方式,实施了空中巡护、火情侦察和吊桶灭火作业等现代化消防扑救措施,但是当火势猛烈的时候,直升机投下的水和阻燃剂产生的效力显得十分有限,且消防直升机价格不菲,不能实现广泛配置。少量的消防直升机的使用,其对扑火救援队伍的实际支持作用显得十分有限。同时,凉山是四川省交通基础设施最薄弱的一个地区,尤其是山火易发山区的通行和通达能力更加薄弱,从而直接导致起火点发现到扑救人员到达,存在严重的时间滞后。这让扑火队伍到达火灾现场时,大多数情况面临的都是已经形成规模的山火灾情,处置危险性已变得很高。另外,凉山的山地属于横断山脉,垂直落差大,现有装备和人员的攀爬进入和及时撤离都非常困难,其花费时间多,负重困难,扑救线路长,设备长度有限,难以直接抵达火场核心区域,直接影响灭火的时效性和有效性,对扑火队员的生命安全造成巨大威胁。

 

山火防治的建议

 

山火防治的首要任务是进一步转变防治思路,坚持预防为主、端口前移,将山火防治控制在未发和初发状态,实现早救、快救、科学救,科学预测山火发生的风险等级,变“快灭火”为“治未燃”,将人工智能技术和装备为核心的新技术广泛应用于四川省的山火科学防治之中。为此,我们提出如下建议:


以无源传感技术为基础,建立山区环境数据的全地全时段采集和分析系统。无源传感装备是不依赖于传统电源的无源传感器,以采集环境中的光能、射频能、温差能、振动能等能源,并储存于自身传感器内,实现以十年为单位的长周期自供能数据采集、处理和传输工作。它能通过人工、无人机、机械狗等方式大规模、网格化的广泛部署在山区的深山、峡谷、水域等中,用以即时采集诸如温度、湿度、压力、风向风速、烟雾、位移,甚至声像等各类信息,并经过快速加工处理后第一时间传输给后端平台。该项技术近年来在多国的持续研发下已经趋于成熟,随着近期技术的更新和迭代,已初步具备实施部署条件。该系统形成联网后,将形成三大优势:一是全地形数据采集。建立起覆盖山区、峡谷、湖泊、草原等地貌的全地形数据自动采集系统。二是全时段实时数据采集。实现 24 小时全天候的实时数据采集。三是全过程分析处理数据。通过传感器末端芯片对实时采集的数据进行实时处理和分析,形成分析结果回传中枢处理系统,为下一步工作提供科学的大数据。


以大数据平台和人工智能分析处理模块为中枢,建立山火分级预警和指挥系统。依托于海量无源传感装置的实时大数据监控分析处理平台是防灾减灾的重要中枢,能通过人工智能算法第一时间预警、发现灾害和提供最佳处置方案。其中,可以通过温度和湿度感应数据,分级设定火灾发生风险等级,用以指导下一步的预防措施的实施。例如,当监测反馈到某个区域出现 10 天以上连续 30℃以上高温,且空气湿度已下降到 15%以下,就可以通过专用直升机或无人机,对该区域提前实施补水,提升环境湿度,缓解高温趋势。可以通过烟雾感应和高温感应第一时间获取准确起火点,为下一步的快速精准定点灭火做好准备。还可以通过传感器温度和烟雾反馈,即时预测火势短期方向,即时提醒扑火队员,避免人员伤亡。该平台的组建完成和其他相关应急系统联网并数据共享后,将形成三大优势:一是前沿科学的处理模块。无源传感器终端初步处理的数据结果进行汇总,由大数据处理系统根据科学设定的指示因子和分析模块,进行再加工,并根据形势发展的实时变化给出下一步的科学指令,以供决策。二是捷敏超前的分级处置预警。根据大数据和人工智能处理系统可建立起全省山火分级处置和预警机制,逐步实现“治未燃”的目标。三是有力有序的综合指挥。建立起依托于实时大数据分析和人工智能算法的科学有序的分级指令和指挥体系,实现初级自动执行—中级综合智能指令—高级综合决策建议的分级指令系统,以处理不同级别灾情和为高级别决策提供科学处置建议。


以无人机辅以各类机器人为载体,建立快速安全灭火的扑救系统。因新技术新装备的成熟度和迭代速度差异,我们建议:一是构建依托区域联网无人机中队为核心的快速山火处置体系。建立全省的市(州)—县(市)—乡镇(社区)三级消防联网联动体系。从消防支队到消防站,各级配备数量不等的中大型消防无人机。根据实际情况,每个村镇级消防站可设置2-5 台,县(市)级消防体系可总体设置30-50台,市(州)级消防无人机大队应总体达到 150-250台。区域联网的消防无人机大队在指挥、侦察、灭火、救援过程中要实现“四精准”:首先,精准指挥。主要负责携带高清高变倍相机做现场巡视,将实时画面回传指挥中心,结合无源传感器提供的实时环境数据,为消防指挥决策提供依据。其次,精准侦察。携带红外热成像仪,或双光云台,用于火场火源的位置监测。携带气体探测器,监测现场有毒有害气体浓度和扩散情况。能有针对性地采用无人机搭载相关化学、物理消防物资进行消毒和降尘。其三,精准扑灭。携带水、灭火弹、灭火剂等,实施高火警风险区域的降灾处理、火灾初始的精准灭救和火灾期间的大规模空中扑灭等。其四,精准救援。携带防火设备、防毒面具、水、食物等自救物资,用于精准空投,救助被困人员。单一无人机并不能解决根本问题,但当区域内组建形成一定规模的消防无人机队伍后,可以在短时间形成大规模水和灭火剂的投放力量,并以最快的速度参与山火发生后的处置,实现山火已经发生情况下的快速精准扑灭。二是依托多足和履带式等机器人组建新型机械化消防应急处理力量。目前,国内外在运动机器人的研发方面已经取得较大突破,诞生了“波士顿动力”等知名企业和“波士顿大狗”等知名机器人。国内顶尖科研院校也已跟进研发出类似机器人,且将单机成本降低到了20万元以内。随着技术迭代加快,可以预见未来两到三年,该类机器人智能化程度将进一步提升,成本将进一步下降,为其大规模生产和应用提供了可能。为此,建议四川省未来组建大规模消防机器人队伍,实现机械化智能化扑救,既可深入复杂地形和火场内部灭火和救援,又可避免消防人员的伤亡。

李后强  刘中南  张筠

(李后强系四川省社会科学院党委书记,教授、博士生导师,四川省委省政府决策咨询委员会副主任;

刘中南、张筠系四川省社会科学院区域经济与城市发展研究所助理研究员)



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