AI新图景“无限”能救森林大火吗？
AI新图景“无限”能救森林大火吗？
AI's new vision: Infinite Can forest fires be saved?
都世民
摘要：本文主要讨论人工智能新图景“无限”，能不能协助人预防和扑灭森林火灾。先讨论森林火灾危害极大，火灾事故频频发生，造成经济损失很大，还会造成人畜伤亡。然后讨论怎样破解森林火灾的救援？
关键词：人工智能（AI），森林火灾，防火和灭火。
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一．引言
2021年9月2日，《光明日报 | 人工智能新图景：这里比想象更“无限”》。文中指出：危险复杂环境机器人如何探索救援？“机器人的'眼睛’是能够在黑暗中看清环境的。”这是通过集成红外传感器，机器人可以在地下、洞穴这样的黑暗环境中执行探测任务，结合自身定位和目标检测识别信息，对视野范围内的指定目标进行探测、识别、跟踪以及目标定位，感知周围有什么物体以及它们的位置，可用于危险复杂环境下的探索救援等任务。另外，多雷达协同探测的智能感知系统，可以穿云透雾、不受天气影响、全天24小时稳定工作。可以从多个角度同时协同观测目标，极大的提升系统能力，实现“看得远、跟得上、识得准”的群体智能感知能力。系统的能力可以像人一样不断进化。实现全空域、无盲区覆盖、精确预测气象的运动状态等新的能力。（https://m.thepaper.cn/baijiahao_14329902）
这篇文章有几个关键词：危险复杂环境、全天候、全空域、无盲区、指定目标、探测、定位、识别、跟踪、救援。
笔者思考，根据文中介绍，研究者提供的AI系统，可以在危险复杂环境中，探测、定位、识别、跟踪设定目标，可以实施救援。如果把这个确定目标设定为烟火，那么这个系统可以全天候工作，再配备救火方案，即可实施森林救火。这有没有可能呢？
二．森林火災危害极大
·森林防火工作是中国防灾减灾工作的重要组成部分，是国家公共应急体系建设的重要内容，是社会稳定和人民安居乐业的重要保障，是加快林业发展，加强生态建设的基础和前提，事关森林资源和生态安全，事关人民群众生命财产安全，事关改革发展稳定的大局。森林火灾是一种突发性强、破坏性大、处置救助相当困难的自然灾害。
·自地球出现森林以来，森林火灾就伴随发生。全世界每年平均发生森林火灾20多万次，烧毁森林面积约占全世界森林总面积的1%以上。中国每年平均发生森林火灾约1万多次，烧毁森林几十万至上百万公顷，约占全国森林面积的5～8%。
·1871年，发生在美国威斯康星州和密执安州的一场森林大火，烧死1500余人。
·1950年以来，中国年均发生森林火灾13067起，受害林地面积653019公顷，因灾伤亡580人。
·1988年以前，全国年均发生森林火灾15932起，受害林地面积947238公顷，因灾伤亡788人（其中受伤678人，死亡110人）。
·1987年5月，黑龙江大兴安岭发生特大森林火灾，过火面积达101万公顷，其中有林面积占70%。烧死212人。直接经济损失4.2亿元人民币。
·1988年以后，全国年均发生森林火灾7623起，受害林地面积94002公顷，因灾伤亡196人（其中受伤142人，死亡54人），分别下降52.2%、90.1%和75.3%。
·“十一五”期间，内蒙古全区共发生森林火灾589起，受害林地面积7.8万公顷。
全国近年来主要森林火灾：
·2019年3月30日，凉山州木里县境内发生森林火灾。在救援现场，30名扑火人员牺牲。
·2020年3月30日，凉山州西昌市经久乡和安哈镇交界的皮家山山脊处发生森林火灾，在救援过程中19人牺牲、3人受伤。这起森林火灾造成各类土地过火总面积3047.7805公顷，综合计算受害森林面积791.6公顷，直接经济损失9731.12万元。
·2020年4月14日，西藏自治区林芝市巴宜区尼西村附近发生森林火灾，此次扑救，共扑打火线13公里，清理烟点4200余处、站杆倒木3900余根，开设防火隔离带3.5公里，实施了两次人工增雨。
·2021年3月13日，宁夏固原市原州区张易镇马场村二林沟荒山起火，扑火过程中造成2人死亡，6人受伤。
·2021年3月14日，云南省昆明市盘龙区茨坝街道与龙泉街道交界处三丘田附近发生森林火灾。（https://m.gmw.cn/baijia/2021-04/01/1302203056.html）
不难看出，〔1〕森林火灾是一个常见问题。森林火灾不仅烧死、烧伤林木，直接减少森林面积，而且严重破坏森林结构和森林环境，导致森林生态系统失衡，森林生物量下降，生产力减弱，益兽益鸟减少，还会造成人畜伤亡；〔2〕林除了可以提供木材以外，林下还蕴藏着丰富的野生植物资源；〔3〕森林具有涵养水源，保持水土的作用；〔4〕森林多分布在山区，山高坡陡，一旦遭受火灾，林地土壤侵蚀；〔5〕导致泥石流、引起河流淤积、使水质显著下降；〔6〕 河流水质的变化会严重影响鱼类等水生生物的生存。〔7〕森林火灾会导致全球一氧化碳和二氧化碳的排放量明显飙升，是温室气体排放的主要推动因素之一。这不仅对人类的健康构成了威胁，还加剧了全球气候变暖，一系列连带后果不堪设想。
以上说明，森林火灾的救援迫切需要科技帮助解决，光明日报的报道能否解决这个问题呢？
三．怎样破解森林火灾的救援？
破解森林火灾有以下新动向：
〔1〕近年来正在开展森林火灾风险普查
普查对象包括森林资源，林区人员及设施,以及与火灾密切相关的其他自然和人文地理要素。普查内容主要包括：
一是火灾危险性调查与评估,主要完成可燃物类型及载量调查、可燃物样品实验室测定，获取野外火源分布情况、收集与分析气象资料等。二是火灾承灾体调查。三是火灾历史灾害调查。四是火灾综合减灾能力调查。五是火灾重点隐患调查与评估。六是火灾风险评估与区划。
〔2〕构建“空天地人”一体化预警系统
借助人工智能软件，每10分钟就可查看一次两颗气象卫星发送的图像，以查找烟雾点或可能意味着发生火灾的热红外数据变化。确定是否符合森林火灾的各种特性，以确定是否发生了火灾。如果多种算法就火灾的发生达成共识，该系统就会向当地消防管理人员发送警报信息，并提供火灾的经纬度坐标以及如何到达火灾现场的建议。实际上是在不同层面用不同方法探测。运用卫星遥感、物联网、大数据、人工智能等技术，构建了“空天地人”一体化预警系统，实现防火监控的全域化、立体化、智能化、可视化的全天候覆盖，实现由“人防”向“技防”转变。
·在太空，利用气象卫星和陆地资源卫星进行大面积、广范围的森林火灾监测。通过对接卫星遥感火情监测数据及时发现及判别火点。
·在空中，通过无人机巡护系统观測，传回前端视频图像，由地面操作站通过运营商互联网4G以上技术系统传至指挥中心，进行指挥决策，实时了解火场态势和灭火效果。
·在地面，前端设备采用红外双光谱热成像设备实现多维度、大范围、全天候监控。
·在地面巡护的人员，可通过巡护移动终端完成火情实时上报；在扑火阶段，可通过巡护移动终端完成集群对讲，视频通话，视频实时回传，以便执行扑火任务中的指挥、联络、调度。（https://zhuanlan.zhihu.com/p/346136769
〔3〕华为与恩博的森防方案
2019-10-11 ，华为与恩博联合打造的智慧森林防火联合解决方案（以下简称“森防方案”）正式发布。森防方案打破传统“类传感器”的技术模式，利用算力、算法、林火数据结合计算机视觉与人工智能算法，打造出林火识别引擎。引擎在白天识别烟雾，晚上识别火光，可及早发现林下火和坡下火，适合发现林区早期火情。
端边云全网AI，即在端侧部署软件定义摄像机、边侧部署Atlas、以及华为云鲲鹏云服务，分级部署烟火识别AI，实现端侧原始视频分析。该森防方案与传统热成像方案相比，报警准确率以几何倍数提升，巡航周期缩短到3-10分钟，并能够及时发现林下火和坡下火。无论白天或夜间，该方案在巡航周期、告警及时性、识别准确率方面均大幅优于热成像方案。
此外，引擎自动判别过滤云影、雾气、水滴等干扰因子，自主“理解”复杂多变的林业监控场景，自动区分天空、山体、村庄、湖泊、道路等，有效识别大雾、阴雨等异常天气，具有（野外复杂场景适应性。从屏蔽干扰维度直接提升了烟火识别准确率。
http://money.ycwb.com/2019-10/11/content_30355161.htm）
四．思考与讨论
笔者思考：我国在预防森林火灾方面已迈出可喜的一步。毕竟森林防火和救援难度很大，有些问题还需要进一步加大力度研发。
〔1〕系统的复杂性与研制成本。
构建“空天地人”一体化预警系统是森林防火的应急需要，如果这个系统很复杂，研制成本必然高，维护费用也高，这就给使用带来困难，这是必须注意的问题。
〔2〕森林火灾的特点与“空天地人”一体化预警系统匹配问题
森林防火希望及早发现，损失就会减少，也就是说，烟雾报警应该先在地面设置，并且联网，及时将信息报警，这种报警器既要考虑白天又要考虑夜间和全天候工作。
〔3〕人工智能技术的应用与防火技术的创新
· 机器人能上火场:
· 自动驾驶车辆能在森林中行驶；
· 自动驾驶车辆能开辟防火通道隔离带；
· 传感器、报警器、车辆等要防火、耐高温；
· 能否研制吸氧爆破来灭火？因为氧气在空气中的含量减少到14～18%时，燃烧会停止。
〔4〕森林地面的报警器联网及信息传递
野外烟雾报警器，明火报警器，高温高湿报警器。森林火灾有有焰燃烧可燃物又称明火；还有无焰燃烧可燃物又称暗火。因森林有挥发可燃性气体产生火焰，占森林可燃物总量85～90%。其特点是蔓延速度快，燃烧面积大，消耗自身的热量仅占全部热量的2～8%。因此要有森林产生的挥发可燃性气体传感器和报警器。
〔5〕森林火源按性质可分为：①自然火源。有雷击火、火山爆发和陨石降落起火等；②人为火源。在防火预警系统中应考虑其预测判别。