空地協(xié)同智能消防系統(tǒng)在林區(qū)火災(zāi)防控中的應(yīng)用

摘要：當(dāng)前，森林資源保護(hù)力度不斷加大，而林區(qū)環(huán)境的復(fù)雜性，包括地形地貌復(fù)雜多樣、植被分布錯(cuò)綜復(fù)雜等，導(dǎo)致傳統(tǒng)林區(qū)火災(zāi)防控手段局限性凸顯。在此背景下，空地協(xié)同智能消防系統(tǒng)成為消防領(lǐng)域的研究新方向。深入剖析該系統(tǒng)的架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)，明確其系統(tǒng)構(gòu)成及運(yùn)行原理，并針對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中面臨的挑戰(zhàn)提出切實(shí)可行的應(yīng)對(duì)策略，以為空地協(xié)同智能消防系統(tǒng)的發(fā)展提供參考，從而為消防安全提供更為有力的保障。

關(guān)鍵詞：空地協(xié)同；智能消防系統(tǒng)；火災(zāi)防控；生態(tài)安全

中圖分類號(hào)：D631.6" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " "文章編號(hào)：2096-1227（2025）06-0037-03

0 引言

全球氣候變化加劇以及極端天氣的出現(xiàn)，使得森林火災(zāi)的發(fā)生頻率不斷升高，災(zāi)害強(qiáng)度也持續(xù)增大。傳統(tǒng)森林消防模式主要依賴人力巡查與瞭望塔監(jiān)測(cè)手段，效率相對(duì)較低、盲區(qū)較大，發(fā)現(xiàn)火情后，信息傳遞和響應(yīng)過(guò)程存在延遲，導(dǎo)致錯(cuò)過(guò)最佳滅火時(shí)機(jī)。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)、高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)、人工智能與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的突破性發(fā)展，構(gòu)建空地協(xié)同智能消防系統(tǒng)已成為提升森林消防效能的核心技術(shù)路徑。

1 空地協(xié)同智能消防系統(tǒng)的研究背景與意義

在我國(guó)森林覆蓋率持續(xù)提升的背景下，森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)空間異質(zhì)性與時(shí)間突發(fā)性特征。火災(zāi)不僅造成生態(tài)資產(chǎn)瞬時(shí)損毀與溫室氣體激增，還通過(guò)產(chǎn)業(yè)鏈傳導(dǎo)引發(fā)區(qū)域經(jīng)濟(jì)波動(dòng)，形成“生態(tài)-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)”復(fù)合型災(zāi)害鏈。

傳統(tǒng)的林區(qū)火災(zāi)防控手段主要依賴瞭望塔人工觀測(cè)、地面巡護(hù)排查，難以對(duì)林區(qū)進(jìn)行全面、及時(shí)的檢測(cè)，難以精準(zhǔn)定位火源。火災(zāi)撲救主要靠人力攜常規(guī)裝備徒步深入，這種方式響應(yīng)遲緩。面對(duì)大規(guī)模、高強(qiáng)度的林火，傳統(tǒng)撲救方式常力不從心，且各作業(yè)環(huán)節(jié)之間缺乏有效的協(xié)同機(jī)制，協(xié)同作戰(zhàn)效能欠佳。

空地協(xié)同智能消防系統(tǒng)深度融合空中航空器全域感知與快速機(jī)動(dòng)優(yōu)勢(shì)，以及地面智能裝備強(qiáng)力滅火和精準(zhǔn)作業(yè)的能力，通過(guò)集成先進(jìn)傳感器、高速通信網(wǎng)絡(luò)與智能算法，構(gòu)建高效的信息鏈路，旨在實(shí)現(xiàn)森林火情的全方位監(jiān)測(cè)、指揮體系實(shí)時(shí)響應(yīng)以及撲救行動(dòng)高效執(zhí)行。該系統(tǒng)顯著提升了消防工作的時(shí)效性、作戰(zhàn)精準(zhǔn)度和決策科學(xué)性，對(duì)維護(hù)生態(tài)安全、護(hù)航經(jīng)濟(jì)發(fā)展、保障社會(huì)安定具有重要戰(zhàn)略價(jià)值。

2 空地協(xié)同智能消防系統(tǒng)的架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

2.1" 系統(tǒng)架構(gòu)

該系統(tǒng)通過(guò)多模塊集成實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)作。空中作業(yè)單元負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與信息采集，地面作業(yè)單元負(fù)責(zé)快速響應(yīng)與任務(wù)執(zhí)行，通信網(wǎng)絡(luò)保障實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸與指令交互，指揮控制中心完成綜合信息處理與智能決策。各環(huán)節(jié)通過(guò)信息化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與流程貫通，形成“監(jiān)測(cè)-傳輸-分析-執(zhí)行”的閉環(huán)管理體系，確保在應(yīng)急處置過(guò)程中各單元緊密配合、高效聯(lián)動(dòng)。

空中單元涵蓋無(wú)人機(jī)與有人駕駛飛機(jī)[1]。固定翼無(wú)人機(jī)續(xù)航長(zhǎng)、巡航范圍廣，適合大面積林區(qū)的宏觀掃描；多旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、起降靈活，可低空懸停，詳查火點(diǎn)細(xì)節(jié)；有人駕駛飛機(jī)載重大、作業(yè)半徑大，能攜帶大量滅火物資或?qū)I(yè)監(jiān)測(cè)設(shè)備。

地面單元包含智能消防車、滅火機(jī)器人、消防水炮等先進(jìn)設(shè)備。智能消防車依據(jù)路況與火情信息，智能規(guī)劃路線、靈活切換滅火藥劑；滅火機(jī)器人能負(fù)重穿越復(fù)雜地形，近身?yè)渚阮B固火點(diǎn)；消防水炮可遠(yuǎn)程精準(zhǔn)控制噴射角度、流量，定點(diǎn)壓制火勢(shì)。

通信網(wǎng)絡(luò)基于衛(wèi)星通信、5G通信、微波通信互補(bǔ)融合，確保數(shù)據(jù)在復(fù)雜林區(qū)環(huán)境下全天候、低延遲傳輸，無(wú)縫對(duì)接空中與地面設(shè)備，確保信息流暢交互。

2.2" 關(guān)鍵技術(shù)

熱成像檢測(cè)技術(shù)。熱成像儀基于物體紅外輻射成像，林火高溫區(qū)域輻射強(qiáng)、成像亮，與低溫背景反差鮮明，能穿透煙霧、薄云，突破視覺(jué)障礙，精準(zhǔn)鎖定隱火、暗火。

激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)。激光雷達(dá)發(fā)射激光束掃描林區(qū)，測(cè)量反射光時(shí)間與強(qiáng)度，繪制高精度三維地形與植被圖。結(jié)合林火蔓延模型，分析火勢(shì)爬坡、繞林走勢(shì)，輔助規(guī)劃滅火路線、設(shè)置防火隔離帶。

5G通信與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。5G網(wǎng)絡(luò)以低延遲（＜1ms）、高帶寬（＞1Gbps）、廣連接特性，賦能空地海量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互，物聯(lián)網(wǎng)傳感器將消防設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)回傳，實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障預(yù)警、智能運(yùn)維，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

3 空地協(xié)同智能消防系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景

3.1" 日常火情監(jiān)測(cè)與預(yù)警

監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)布局與巡航策略。依據(jù)林區(qū)面積、地形、火險(xiǎn)等級(jí)劃分監(jiān)測(cè)區(qū)，部署不同密度無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，結(jié)合衛(wèi)星遙感全域覆蓋，構(gòu)建天地一體無(wú)縫監(jiān)測(cè)網(wǎng)。

數(shù)據(jù)采集與智能分析。無(wú)人機(jī)多傳感器同步采集影像、熱輻射、氣象數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)回傳指揮中心，經(jīng)智能分析系統(tǒng)篩選、比對(duì)、運(yùn)算。可短時(shí)間內(nèi)甄別疑似火點(diǎn)，評(píng)估火勢(shì)發(fā)展，及時(shí)發(fā)布警報(bào)。

預(yù)警信息發(fā)布與聯(lián)動(dòng)響應(yīng)。預(yù)警信息經(jīng)短信、App、廣播多渠道推送至林區(qū)管理部門(mén)、周邊居民、消防隊(duì)伍，觸發(fā)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)。消防部門(mén)依預(yù)警提前調(diào)配物資、集結(jié)人員，疏散周邊村落。

3.2" 火災(zāi)撲救階段空地協(xié)同作戰(zhàn)

空中偵察與火情評(píng)估。火災(zāi)爆發(fā)，無(wú)人機(jī)立即升空，環(huán)繞火場(chǎng)360°偵查，繪制動(dòng)態(tài)火勢(shì)圖，標(biāo)注火頭、火線位置、蔓延方向與速度，測(cè)算過(guò)火面積、周邊可燃物載量，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)建模預(yù)測(cè)火勢(shì)走向，為撲救提供“作戰(zhàn)地圖”，輔助指揮決策。

空地聯(lián)合作業(yè)實(shí)施。空中飛機(jī)依火勢(shì)定點(diǎn)灑水、投彈壓制火頭，開(kāi)辟隔離帶；地面智能消防車抵近火線噴水滅火，滅火機(jī)器人穿梭復(fù)雜地形清剿余火，利用通信鏈路互傳位置、狀態(tài)，依現(xiàn)場(chǎng)變化靈活調(diào)整戰(zhàn)術(shù)。

3.3" 災(zāi)后評(píng)估與隱患排查

過(guò)火區(qū)域勘查與損失評(píng)估。災(zāi)后無(wú)人機(jī)搭載紅外相機(jī)、高分辨率相機(jī)對(duì)過(guò)火區(qū)域進(jìn)行航拍，將航拍獲取的數(shù)據(jù)與災(zāi)前地理數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，運(yùn)用專業(yè)的地理信息系統(tǒng)（GIS）軟件和圖像處理技術(shù)，精確量算過(guò)火面積和林木損毀量，對(duì)于評(píng)估火災(zāi)的規(guī)模和影響范圍至關(guān)重要。

隱患復(fù)查與防火規(guī)劃完善。無(wú)人機(jī)應(yīng)定期對(duì)災(zāi)區(qū)進(jìn)行復(fù)查，監(jiān)測(cè)余火復(fù)燃情況和排查倒木等隱患，在復(fù)查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)隱患后，應(yīng)及時(shí)將相關(guān)信息反饋至管理部門(mén)。

4 空地協(xié)同智能消防系統(tǒng)應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)

4.1" 技術(shù)層面困境

無(wú)人機(jī)續(xù)航與抗干擾能力。當(dāng)前多數(shù)無(wú)人機(jī)依賴鋰電池供電，續(xù)航時(shí)間通常在2～4h之間，在林區(qū)開(kāi)展監(jiān)測(cè)工作時(shí)，面臨著復(fù)雜電磁環(huán)境、高山峽谷地形導(dǎo)致的信號(hào)遮擋問(wèn)題，制約了無(wú)人機(jī)空中監(jiān)測(cè)工作的持續(xù)、高效開(kāi)展，難以滿足長(zhǎng)時(shí)間、大范圍的林區(qū)監(jiān)測(cè)需求。

智能裝備環(huán)境適應(yīng)性。滅火機(jī)器人、智能消防車的電池在低溫環(huán)境下性能較差、防水防塵不夠理想，在高濕度林區(qū)作業(yè)時(shí)易發(fā)生故障；在復(fù)雜地形下，底盤(pán)通過(guò)性、機(jī)械臂靈活性受限，部分精密傳感器受煙霧、沙塵干擾，導(dǎo)致測(cè)量精度降低，影響作業(yè)效能。

通信網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。林區(qū)廣袤偏遠(yuǎn)，5G基站難以全域覆蓋，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的獲取可能受到云層覆蓋、衛(wèi)星軌道等因素的限制，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸延遲或中斷。這些因素導(dǎo)致通信網(wǎng)絡(luò)存在“斷點(diǎn)”“堵點(diǎn)”問(wèn)題，空地?cái)?shù)據(jù)傳輸不暢。

4.2" 協(xié)同作戰(zhàn)障礙

部門(mén)間信息共享遲滯。林業(yè)、消防、氣象、應(yīng)急管理等多部門(mén)之間的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)架構(gòu)存在差異，導(dǎo)致信息流通受到行政壁壘、技術(shù)門(mén)檻阻礙，火情數(shù)據(jù)匯聚慢、融合難，無(wú)法實(shí)時(shí)共享，導(dǎo)致指揮決策碎片化、協(xié)同作戰(zhàn)脫節(jié)。

空地指揮鏈銜接不暢。森林航空消防作為先進(jìn)的森林滅火方式，對(duì)技術(shù)、設(shè)備、組織協(xié)調(diào)等方面要求很高，也容易受到環(huán)境等客觀因素的影響，在空中與地面隊(duì)伍的協(xié)同作戰(zhàn)中，隸屬不同單位，指令傳遞層級(jí)多、耗時(shí)長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)協(xié)作易出現(xiàn)權(quán)責(zé)不清、任務(wù)錯(cuò)配等問(wèn)題，影響撲救合力凝聚。

4.3" 人力財(cái)力短缺

復(fù)合型專業(yè)人才匱乏。應(yīng)急救援工作對(duì)人才的專業(yè)性、實(shí)戰(zhàn)性要求很高。林區(qū)消防工作需兼具林學(xué)知識(shí)、消防技能、信息技術(shù)、設(shè)備運(yùn)維能力的復(fù)合型人才。

基層人員技術(shù)掌握不足。基層林區(qū)消防人員大多具有傳統(tǒng)消防背景，系統(tǒng)的操作、維護(hù)和管理需要具備跨學(xué)科知識(shí)和技能的專業(yè)人員，目前基層人員的技術(shù)水平和專業(yè)素養(yǎng)參差不齊，對(duì)智能設(shè)備的操作、數(shù)據(jù)分析軟件的運(yùn)用不夠熟練。

經(jīng)費(fèi)保障缺口較大。空地協(xié)同智能消防系統(tǒng)的建設(shè)和維護(hù)需要投入大量的資金，包括無(wú)人機(jī)、衛(wèi)星遙感設(shè)備、地面監(jiān)測(cè)設(shè)備、智能指揮平臺(tái)的采購(gòu)、研發(fā)、安裝調(diào)試以及人員培訓(xùn)等費(fèi)用，對(duì)于一些經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的林區(qū)來(lái)說(shuō)，資金壓力較大。

5 應(yīng)對(duì)空地協(xié)同智能消防系統(tǒng)應(yīng)用挑戰(zhàn)的策略

5.1" 技術(shù)攻堅(jiān)與升級(jí)舉措

提升無(wú)人機(jī)性能。積極研發(fā)氫燃料電池以及配備太陽(yáng)能輔助供電系統(tǒng)的無(wú)人機(jī)，將續(xù)航時(shí)間延長(zhǎng)至8～10h，以滿足長(zhǎng)時(shí)間、大范圍的林區(qū)監(jiān)測(cè)需求。對(duì)無(wú)人機(jī)的抗干擾天線、飛控算法進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，增強(qiáng)復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)力。加裝防護(hù)罩以抵御極端天氣，確保空中監(jiān)測(cè)工作的可靠性和持久性。配備無(wú)線信號(hào)增強(qiáng)器，擴(kuò)大信號(hào)的覆蓋范圍[2]。

增強(qiáng)智能裝備適應(yīng)性。針對(duì)智能裝備的電池進(jìn)行熱管理技術(shù)改良，確保電池在高低溫環(huán)境下都能穩(wěn)定工作，提高電池的充放電效率和壽命。加強(qiáng)防水防塵技術(shù)的研究和應(yīng)用，使智能裝備能夠適應(yīng)潮濕林區(qū)的惡劣環(huán)境。優(yōu)化底盤(pán)結(jié)構(gòu)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，增強(qiáng)裝備的越野和攀爬能力。

優(yōu)化通信網(wǎng)絡(luò)。推廣“5G+微波+衛(wèi)星”混合組網(wǎng)模式，在重點(diǎn)林區(qū)補(bǔ)建5G基站，研發(fā)智能路由切換技術(shù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量自動(dòng)選擇最優(yōu)的通信鏈路，確保空地通信高速、穩(wěn)定、無(wú)縫銜接。

5.2" 構(gòu)建平臺(tái)與創(chuàng)新機(jī)制

搭建跨部門(mén)大數(shù)據(jù)平臺(tái)。由應(yīng)急管理部門(mén)牽頭，聯(lián)合林業(yè)、消防、氣象等部門(mén)，共同構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)，打破信息孤島。利用云計(jì)算技術(shù)提供強(qiáng)大的計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力，保障數(shù)據(jù)的高效處理和存儲(chǔ)[3]。加強(qiáng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)、數(shù)據(jù)中心和信息化軟件系統(tǒng)的建設(shè)，完善各類軟件接口，實(shí)現(xiàn)多向獲取、集中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、隨遇接入和智能分析。

簡(jiǎn)化空地指揮流程。建立扁平化指揮體系，設(shè)立現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)合指揮部，賦予空中機(jī)長(zhǎng)、地面隊(duì)長(zhǎng)臨機(jī)處置權(quán)，依預(yù)案與授權(quán)靈活調(diào)配資源，縮短指揮鏈條，提升協(xié)同響應(yīng)速度。

5.3" 人才培養(yǎng)與多元保障

開(kāi)設(shè)交叉學(xué)科專業(yè)。高校設(shè)“林學(xué)+消防工程+信息科技”交叉學(xué)科專業(yè)，優(yōu)化課程體系，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)，與林區(qū)基地聯(lián)合培養(yǎng)，為行業(yè)輸送高素質(zhì)專業(yè)人才。結(jié)合國(guó)家學(xué)科專業(yè)體系改革和應(yīng)急管理學(xué)科建設(shè)，建強(qiáng)一批特色院校和一流專業(yè)，加快建立更加完備的消防領(lǐng)域高層次人才培養(yǎng)體系。

強(qiáng)化在職人員培訓(xùn)。消防部門(mén)與科研企業(yè)合作，定期組織智能消防設(shè)備操作、數(shù)據(jù)分析、協(xié)同作戰(zhàn)培訓(xùn)，提升基層人員實(shí)操與應(yīng)急處置能力，建立人才資格認(rèn)證、培訓(xùn)晉級(jí)和人才保留機(jī)制。構(gòu)筑工程消防戰(zhàn)略科技力量基礎(chǔ)，從推進(jìn)學(xué)科建設(shè)、夯實(shí)科技人才隊(duì)伍、推動(dòng)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新中心建設(shè)等方面協(xié)同發(fā)力。

拓寬資金投入模式。探索多元化的資金投入機(jī)制，除了政府財(cái)政投入外，鼓勵(lì)社會(huì)資本參與林區(qū)智能消防系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，通過(guò)合作共建、購(gòu)買(mǎi)服務(wù)、保險(xiǎn)理賠等方式，拓寬資金來(lái)源渠道，減輕政府財(cái)政壓力。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文系統(tǒng)解構(gòu)了空地協(xié)同智能消防系統(tǒng)的整體架構(gòu)與技術(shù)支撐體系，探討了其在林區(qū)火災(zāi)監(jiān)測(cè)、應(yīng)急處置與災(zāi)損評(píng)估等環(huán)節(jié)的潛在應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)分析系統(tǒng)運(yùn)作機(jī)理與功能模塊的聯(lián)動(dòng)效應(yīng)，揭示了其在提升消防響應(yīng)效率和優(yōu)化資源配置方面的技術(shù)可行性。同時(shí)，深入剖析了當(dāng)前系統(tǒng)部署中存在的現(xiàn)實(shí)困境，針對(duì)性提出技術(shù)攻堅(jiān)、協(xié)同機(jī)制、多元保障等優(yōu)化路徑，為林區(qū)消防體系現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型提供參考。

參考文獻(xiàn)

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