【原】AI新圖景“無限”能救森林大火嗎？

AI新圖景“無限”能救森林大火嗎？

AI's new vision: Infinite  Can forest fires be saved?

都世民

摘要：本文主要討論人工智能新圖景“無限”，能不能協助人預防和撲滅森林火災。先討論森林火災危害極大，火災事故頻頻發生，造成經濟損失很大，還會造成人畜傷亡。然后討論怎樣破解森林火災的救援？

關鍵詞：人工智能（AI），森林火災，防火和滅火。

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一．引言

2021年9月2日，《光明日報 | 人工智能新圖景：這里比想象更“無限”》。文中指出：危險復雜環境機器人如何探索救援？“機器人的'眼睛’是能夠在黑暗中看清環境的。”這是通過集成紅外傳感器，機器人可以在地下、洞穴這樣的黑暗環境中執行探測任務，結合自身定位和目標檢測識別信息，對視野范圍內的指定目標進行探測、識別、跟蹤以及目標定位，感知周圍有什么物體以及它們的位置，可用于危險復雜環境下的探索救援等任務。另外，多雷達協同探測的智能感知系統，可以穿云透霧、不受天氣影響、全天24小時穩定工作。可以從多個角度同時協同觀測目標，極大的提升系統能力，實現“看得遠、跟得上、識得準”的群體智能感知能力。系統的能力可以像人一樣不斷進化。實現全空域、無盲區覆蓋、精確預測氣象的運動狀態等新的能力。（https://m.thepaper.cn/baijiahao_14329902）

這篇文章有幾個關鍵詞：危險復雜環境、全天候、全空域、無盲區、指定目標、探測、定位、識別、跟蹤、救援。

筆者思考，根據文中介紹，研究者提供的AI系統，可以在危險復雜環境中，探測、定位、識別、跟蹤設定目標，可以實施救援。如果把這個確定目標設定為煙火，那么這個系統可以全天候工作，再配備救火方案，即可實施森林救火。這有沒有可能呢？

二．森林火災危害極大

·森林防火工作是中國防災減災工作的重要組成部分，是國家公共應急體系建設的重要內容，是社會穩定和人民安居樂業的重要保障，是加快林業發展，加強生態建設的基礎和前提，事關森林資源和生態安全，事關人民群眾生命財產安全，事關改革發展穩定的大局。森林火災是一種突發性強、破壞性大、處置救助相當困難的自然災害。

·自地球出現森林以來，森林火災就伴隨發生。全世界每年平均發生森林火災20多萬次，燒毀森林面積約占全世界森林總面積的1%以上。中國每年平均發生森林火災約1萬多次，燒毀森林幾十萬至上百萬公頃，約占全國森林面積的5～8%。

·1871年，發生在美國威斯康星州和密執安州的一場森林大火，燒死1500余人。

·1950年以來，中國年均發生森林火災13067起，受害林地面積653019公頃，因災傷亡580人。

·1988年以前，全國年均發生森林火災15932起，受害林地面積947238公頃，因災傷亡788人（其中受傷678人，死亡110人）。

·1987年5月，黑龍江大興安嶺發生特大森林火災，過火面積達101萬公頃，其中有林面積占70%。燒死212人。直接經濟損失4.2億元人民幣。

·1988年以后，全國年均發生森林火災7623起，受害林地面積94002公頃，因災傷亡196人（其中受傷142人，死亡54人），分別下降52.2%、90.1%和75.3%。

·“十一五”期間，內蒙古全區共發生森林火災589起，受害林地面積7.8萬公頃。

全國近年來主要森林火災：

·2019年3月30日，涼山州木里縣境內發生森林火災。在救援現場，30名撲火人員犧牲。

·2020年3月30日，涼山州西昌市經久鄉和安哈鎮交界的皮家山山脊處發生森林火災，在救援過程中19人犧牲、3人受傷。這起森林火災造成各類土地過火總面積3047.7805公頃，綜合計算受害森林面積791.6公頃，直接經濟損失9731.12萬元。

·2020年4月14日，西藏自治區林芝市巴宜區尼西村附近發生森林火災，此次撲救，共撲打火線13公里，清理煙點4200余處、站桿倒木3900余根，開設防火隔離帶3.5公里，實施了兩次人工增雨。

·2021年3月13日，寧夏固原市原州區張易鎮馬場村二林溝荒山起火，撲火過程中造成2人死亡，6人受傷。

·2021年3月14日，云南省昆明市盤龍區茨壩街道與龍泉街道交界處三丘田附近發生森林火災。（https://m.gmw.cn/baijia/2021-04/01/1302203056.html）

不難看出，〔1〕森林火災是一個常見問題。森林火災不僅燒死、燒傷林木，直接減少森林面積，而且嚴重破壞森林結構和森林環境，導致森林生態系統失衡，森林生物量下降，生產力減弱，益獸益鳥減少，還會造成人畜傷亡；〔2〕林除了可以提供木材以外，林下還蘊藏著豐富的野生植物資源；〔3〕森林具有涵養水源，保持水土的作用；〔4〕森林多分布在山區，山高坡陡，一旦遭受火災，林地土壤侵蝕；〔5〕導致泥石流、引起河流淤積、使水質顯著下降；〔6〕 河流水質的變化會嚴重影響魚類等水生生物的生存。〔7〕森林火災會導致全球一氧化碳和二氧化碳的排放量明顯飆升，是溫室氣體排放的主要推動因素之一。這不僅對人類的健康構成了威脅，還加劇了全球氣候變暖，一系列連帶后果不堪設想。

以上說明，森林火災的救援迫切需要科技幫助解決，光明日報的報道能否解決這個問題呢？

三．怎樣破解森林火災的救援？

破解森林火災有以下新動向：

〔1〕近年來正在開展森林火災風險普查

普查對象包括森林資源，林區人員及設施,以及與火災密切相關的其他自然和人文地理要素。普查內容主要包括：

一是火災危險性調查與評估,主要完成可燃物類型及載量調查、可燃物樣品實驗室測定，獲取野外火源分布情況、收集與分析氣象資料等。二是火災承災體調查。三是火災歷史災害調查。四是火災綜合減災能力調查。五是火災重點隱患調查與評估。六是火災風險評估與區劃。

〔2〕構建“空天地人”一體化預警系統

借助人工智能軟件，每10分鐘就可查看一次兩顆氣象衛星發送的圖像，以查找煙霧點或可能意味著發生火災的熱紅外數據變化。確定是否符合森林火災的各種特性，以確定是否發生了火災。如果多種算法就火災的發生達成共識，該系統就會向當地消防管理人員發送警報信息，并提供火災的經緯度坐標以及如何到達火災現場的建議。實際上是在不同層面用不同方法探測。運用衛星遙感、物聯網、大數據、人工智能等技術，構建了“空天地人”一體化預警系統，實現防火監控的全域化、立體化、智能化、可視化的全天候覆蓋，實現由“人防”向“技防”轉變。

·在太空，利用氣象衛星和陸地資源衛星進行大面積、廣范圍的森林火災監測。通過對接衛星遙感火情監測數據及時發現及判別火點。

·在空中，通過無人機巡護系統觀測，傳回前端視頻圖像，由地面操作站通過運營商互聯網4G以上技術系統傳至指揮中心，進行指揮決策，實時了解火場態勢和滅火效果。

·在地面，前端設備采用紅外雙光譜熱成像設備實現多維度、大范圍、全天候監控。

·在地面巡護的人員，可通過巡護移動終端完成火情實時上報；在撲火階段，可通過巡護移動終端完成集群對講，視頻通話，視頻實時回傳，以便執行撲火任務中的指揮、聯絡、調度。（https://zhuanlan.zhihu.com/p/346136769

〔3〕華為與恩博的森防方案

2019-10-11 ，華為與恩博聯合打造的智慧森林防火聯合解決方案（以下簡稱“森防方案”）正式發布。森防方案打破傳統“類傳感器”的技術模式，利用算力、算法、林火數據結合計算機視覺與人工智能算法，打造出林火識別引擎。引擎在白天識別煙霧，晚上識別火光，可及早發現林下火和坡下火，適合發現林區早期火情。

端邊云全網AI，即在端側部署軟件定義攝像機、邊側部署Atlas、以及華為云鯤鵬云服務，分級部署煙火識別AI，實現端側原始視頻分析。該森防方案與傳統熱成像方案相比，報警準確率以幾何倍數提升，巡航周期縮短到3-10分鐘，并能夠及時發現林下火和坡下火。無論白天或夜間，該方案在巡航周期、告警及時性、識別準確率方面均大幅優于熱成像方案。

此外，引擎自動判別過濾云影、霧氣、水滴等干擾因子，自主“理解”復雜多變的林業監控場景，自動區分天空、山體、村莊、湖泊、道路等，有效識別大霧、陰雨等異常天氣，具有（野外復雜場景適應性。從屏蔽干擾維度直接提升了煙火識別準確率。

http://money./2019-10/11/content_30355161.htm）

四．思考與討論

筆者思考：我國在預防森林火災方面已邁出可喜的一步。畢竟森林防火和救援難度很大，有些問題還需要進一步加大力度研發。

〔1〕系統的復雜性與研制成本。

構建“空天地人”一體化預警系統是森林防火的應急需要，如果這個系統很復雜，研制成本必然高，維護費用也高，這就給使用帶來困難，這是必須注意的問題。

〔2〕森林火災的特點與“空天地人”一體化預警系統匹配問題

森林防火希望及早發現，損失就會減少，也就是說，煙霧報警應該先在地面設置，并且聯網，及時將信息報警，這種報警器既要考慮白天又要考慮夜間和全天候工作。

〔3〕人工智能技術的應用與防火技術的創新

· 機器人能上火場:

· 自動駕駛車輛能在森林中行駛；

· 自動駕駛車輛能開辟防火通道隔離帶；

· 傳感器、報警器、車輛等要防火、耐高溫；

· 能否研制吸氧爆破來滅火？因為氧氣在空氣中的含量減少到14～18%時，燃燒會停止。

〔4〕森林地面的報警器聯網及信息傳遞

野外煙霧報警器，明火報警器，高溫高濕報警器。森林火災有有焰燃燒可燃物又稱明火；還有無焰燃燒可燃物又稱暗火。因森林有揮發可燃性氣體產生火焰，占森林可燃物總量85～90%。其特點是蔓延速度快，燃燒面積大，消耗自身的熱量僅占全部熱量的2～8%。因此要有森林產生的揮發可燃性氣體傳感器和報警器。

〔5〕森林火源按性質可分為：①自然火源。有雷擊火、火山爆發和隕石降落起火等；②人為火源。在防火預警系統中應考慮其預測判別。