近年來(lái)，全球氣候變暖的趨勢(shì)日益嚴(yán)重，氣溫升高導(dǎo)致森林火災(zāi)的發(fā)生頻率和嚴(yán)重程度逐年增加，對(duì)人類(lèi)社會(huì)和自然生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的危害。森林火災(zāi)的發(fā)生受到植被類(lèi)型、氣象條件、撲救方式和監(jiān)管方式等多種因素的影響。

因此，林業(yè)建設(shè)者需要正視氣候變暖的現(xiàn)狀，以積極的態(tài)度和有效手段應(yīng)對(duì)氣候變化下的森林火災(zāi)問(wèn)題，切實(shí)做好林業(yè)防火工作，為我國(guó)林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展鋪就堅(jiān)實(shí)的道路。在這一過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)森林火險(xiǎn)的精細(xì)預(yù)測(cè)與高效防范顯得至關(guān)重要。

一、建設(shè)內(nèi)容和目標(biāo)

按照自然災(zāi)害應(yīng)急能力提升工程預(yù)警指揮項(xiàng)目清單，為加強(qiáng)森林草原火險(xiǎn)感知網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，在森林草原防滅火高危和高風(fēng)險(xiǎn)縣部署火險(xiǎn)多因子綜合監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，強(qiáng)化森林草原火險(xiǎn)預(yù)警預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)匯聚和產(chǎn)品制作，提高森林草原火險(xiǎn)預(yù)報(bào)、高火險(xiǎn)預(yù)警、火險(xiǎn)形勢(shì)研判的精細(xì)化水平，提升本地區(qū)森林草原火災(zāi)防范能力。

建設(shè)思路

本項(xiàng)目擬在感知網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)基礎(chǔ)上，運(yùn)用各類(lèi)服務(wù)引擎形成應(yīng)急管理信息化的儲(chǔ)存、運(yùn)算與開(kāi)發(fā)環(huán)境，基于開(kāi)發(fā)環(huán)境建設(shè)面向應(yīng)急管理專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，為應(yīng)急管理工作人員提供應(yīng)用服務(wù)。同時(shí)，各類(lèi)生產(chǎn)安全、自然災(zāi)害以及應(yīng)急響應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)感知數(shù)據(jù)以及業(yè)務(wù)系統(tǒng)產(chǎn)生的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)將通過(guò)應(yīng)急指揮中心呈現(xiàn)給指揮負(fù)責(zé)人員，為應(yīng)急響應(yīng)事件的綜合指揮與統(tǒng)一調(diào)度提供保障。

二、總體框架

森林草原火險(xiǎn)因子綜合監(jiān)測(cè)站應(yīng)用方案綜合運(yùn)用現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能、無(wú)線傳輸、智能微傳感器和多源感知信息融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)森林氣象、物候和可燃物信息的探測(cè)采集，通過(guò)數(shù)據(jù)自動(dòng)上報(bào)，為火險(xiǎn)感知模型提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)源，為指揮決策提供應(yīng)用服務(wù)，為管理部門(mén)提供數(shù)據(jù)決策的工具。

三、方案亮點(diǎn)

支持北三短報(bào)文+4G

在無(wú)公網(wǎng)地區(qū)用戶(hù)可使用北三短報(bào)文和4G進(jìn)行通訊。

支持物候凋落物監(jiān)測(cè)

云平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)新動(dòng)態(tài)。

高溫區(qū)異常狀態(tài)識(shí)別

實(shí)時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行識(shí)別，高溫區(qū)異常狀態(tài)快速提醒。

支持火險(xiǎn)因子等級(jí)分析

云平臺(tái)支持火險(xiǎn)因子等級(jí)分析，快速了解火險(xiǎn)情況。

支持物候分析

云平臺(tái)支持物候分析，隨時(shí)了解物候情況。

支持自動(dòng)定時(shí)上報(bào)

在無(wú)公網(wǎng)地區(qū)用戶(hù)可用北斗終端上報(bào)自身位置，更方便了解較新動(dòng)態(tài)。

四、項(xiàng)目介紹

森林草原火險(xiǎn)因子綜合監(jiān)測(cè)站由可燃物含水率傳感器、一體化微氣象傳感器與附件組成。其中，可燃物含水率傳感器和一體化微氣象傳感器實(shí)現(xiàn)空氣溫度、空氣濕度、環(huán)境光照度、風(fēng)速、風(fēng)向、降雨量、大氣壓、土壤含水率、地表凋落物含水率、可燃物物候、地表溫濕度等火險(xiǎn)因子的立體多維感知，同時(shí)提供傾斜告警、低電壓保護(hù)等安全防護(hù)服務(wù)。

（一）通信模塊

（二）監(jiān)測(cè)站結(jié)構(gòu)圖

①：多要素氣象傳感器

②：管理單元

③：避雷針

④：傾斜報(bào)警

⑤：多光譜物候相機(jī)

⑥：太陽(yáng)能板

⑦：可燃物含水率傳感器

⑧：北斗數(shù)傳終端PD19

（三）重要部件

1、可燃物含水率傳感器

具備同時(shí)測(cè)量地表凋落物含水率、多光譜物候狀態(tài)、土壤含水率、地表溫濕度功能，可將數(shù)據(jù)上報(bào)至遠(yuǎn)程服務(wù)器且上報(bào)間隔可調(diào)，并可進(jìn)行遠(yuǎn)程指令下發(fā)與參數(shù)標(biāo)定。設(shè)備所有功能一體化高度集成。

2、多要素氣象傳感器

針對(duì)多領(lǐng)域氣象參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的儀器，設(shè)備將氣象標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)（空氣溫度、空氣濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、大氣壓力、降雨量、光照度）通過(guò)一個(gè)高集成度結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)戶(hù)外氣象參數(shù)24小時(shí)連續(xù)在線監(jiān)測(cè)。

3、北斗數(shù)傳終端PD19

北斗數(shù)傳終端PD19是專(zhuān)門(mén)為數(shù)據(jù)傳輸而研制的機(jī)型，采用天線主機(jī)一體化設(shè)計(jì)，集成了RDSS天線、射頻收發(fā)電路、功放電路、基帶電路等，集成度高、功耗低，配有獨(dú)特的固定結(jié)構(gòu)，安裝使用極為方便。

4、圖像邊緣計(jì)算終端PE30

采用國(guó)產(chǎn)化四核64位Cortex-A55處理器，主頻2GHz，有2GB DDR4內(nèi)存與16GB存儲(chǔ)，具備2T算力，可進(jìn)行圖片物候計(jì)算分析，支持GPRS/3G/4G/5G公網(wǎng)傳輸及北斗短報(bào)文協(xié)議。其感知數(shù)據(jù)上報(bào)加密算法不低于128位，在數(shù)據(jù)歸集交互時(shí)，能保障數(shù)據(jù)對(duì)接各方面安全，防止數(shù)據(jù)泄露與惡意篡改，數(shù)據(jù)可遠(yuǎn)程傳輸至省級(jí)森林草原火險(xiǎn)綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)。

五、平臺(tái)介紹

森林草原火險(xiǎn)綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)是一個(gè)集成了數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、分析和預(yù)警等功能于一體的綜合性管理平臺(tái)。該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)森林草原火險(xiǎn)因子綜合監(jiān)測(cè)站所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)森林草原火險(xiǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、預(yù)警和評(píng)估，為森林防火決策提供科學(xué)依據(jù)。

平臺(tái)功能

• 站點(diǎn)管理

• 火險(xiǎn)感知告警

• 火險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估預(yù)測(cè)

• 火險(xiǎn)專(zhuān)題報(bào)告

• 火險(xiǎn)趨勢(shì)研判

• 歷史數(shù)據(jù)的導(dǎo)出與查詢(xún)

六、森林火險(xiǎn)預(yù)測(cè)

（一）預(yù)測(cè)模型

通過(guò)一種基于人工智能技術(shù)的森林火險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)森林火險(xiǎn)的預(yù)測(cè)和防范，這種模型不僅可以對(duì)森林火險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，還可以為相關(guān)部門(mén)提供決策支持，達(dá)到減少森林火災(zāi)的目的。

（二）風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估

根據(jù)氣象因子火險(xiǎn)發(fā)生的概率模型，將計(jì)算得出的預(yù)測(cè)概率用Kriging方法進(jìn)行空間分布插值，對(duì)森林火險(xiǎn)概率進(jìn)行區(qū)劃。火險(xiǎn)等級(jí)劃分結(jié)果如圖所示，森林火險(xiǎn)等級(jí)較高的地區(qū)，需加強(qiáng)防范管理用火安全。

七、應(yīng)用案例

某縣林業(yè)局森林草原火險(xiǎn)因子綜合監(jiān)測(cè)站建設(shè)

本監(jiān)測(cè)站依托先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)、智能傳感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)森林火險(xiǎn)因子中的可燃物含水率、土壤腐殖質(zhì)含水率、物候數(shù)據(jù)、氣象要素等多方位分層監(jiān)測(cè)，有效整合和配置相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源，實(shí)現(xiàn)了多維物候火險(xiǎn)因子的全天候自動(dòng)采集與分析，并提供了專(zhuān)業(yè)的預(yù)警成果服務(wù)，能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)未來(lái)森林火災(zāi)發(fā)生、發(fā)展趨勢(shì)。

運(yùn)行期間無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定且運(yùn)行良好，極大地降低了運(yùn)維成本，提高了業(yè)務(wù)的連續(xù)性與穩(wěn)定性，為科學(xué)指揮決策提供了堅(jiān)實(shí)、精細(xì)的森林火險(xiǎn)感知大數(shù)據(jù)支撐。