理論是實(shí)踐的眼睛，實(shí)踐是思想的真理。

2024年7月11日至28日，我們啟動(dòng)了以“林火治理與生態(tài)保護(hù)”為核心的暑期社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)，深入探索綠色發(fā)展精神在當(dāng)代社會(huì)的具體實(shí)現(xiàn)途徑。這一活動(dòng)不僅是對(duì)理論知識(shí)的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，更是對(duì)我們推行綠色健康可持續(xù)發(fā)展承諾的積極實(shí)踐。在這段集中的學(xué)習(xí)與實(shí)踐期間，我們深刻洞察了森林火災(zāi)對(duì)生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)峻影響，并積極探索了運(yùn)用前沿科技進(jìn)行林火預(yù)防和控制的創(chuàng)新路徑。此次探索不僅拓展了我們對(duì)生態(tài)保護(hù)的認(rèn)識(shí)，也堅(jiān)定了我們?cè)跇?gòu)建現(xiàn)代生態(tài)文明中的責(zé)任與使命。

一、查閱資料：初步認(rèn)識(shí)林火治理

在當(dāng)今全球氣候變化和環(huán)境污染加劇的背景下，森林火災(zāi)已成為威脅生態(tài)安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要災(zāi)害。森林火災(zāi)不僅具有突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大、危險(xiǎn)性高、處置困難等特點(diǎn)，一旦發(fā)生，不僅會(huì)造成重大經(jīng)濟(jì)與社會(huì)損失，而且會(huì)對(duì)地球的生態(tài)環(huán)境帶來(lái)不可逆的損害。因此，準(zhǔn)確及時(shí)識(shí)別并上報(bào)森林火災(zāi)，對(duì)于減少火災(zāi)損失、保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

為了應(yīng)對(duì)這一嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，我們的團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了深入的資料查閱和研究工作。我們系統(tǒng)地查閱了國(guó)內(nèi)外有關(guān)森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)和預(yù)防的文獻(xiàn)，分析了各種技術(shù)手段的優(yōu)勢(shì)和不足。通過(guò)這些研究，我們了解到，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法如人工巡查和地面監(jiān)控存在著效率低下、覆蓋范圍有限和反應(yīng)速度慢等問(wèn)題，而先進(jìn)的深度學(xué)習(xí)技術(shù)在圖像識(shí)別和分割領(lǐng)域具有顯著的性能優(yōu)勢(shì)，能夠提供更高效和精準(zhǔn)的解決方案。

  圖1.團(tuán)隊(duì)為訓(xùn)練模型收集的數(shù)據(jù)集 (實(shí)踐隊(duì)員供圖)

圖2.團(tuán)隊(duì)收集的無(wú)林火的圖像數(shù)據(jù)示例 (實(shí)踐隊(duì)員供圖)

圖3.團(tuán)隊(duì)收集的存在林火的圖像數(shù)據(jù)示例 (實(shí)踐隊(duì)員供圖)

二、模型建立：深度學(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)用

在充分了解相關(guān)領(lǐng)域的前沿技術(shù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)后，我們決定利用當(dāng)前先進(jìn)的深度學(xué)習(xí)模型，開(kāi)發(fā)一款集成了數(shù)據(jù)上傳與分析、知識(shí)宣傳、緊急報(bào)警功能的林火監(jiān)測(cè)與預(yù)防小程序。為此，我們選擇了MobileNetV3、DeepLabv3+和YOLOv8三種模型，分別用于不同的技術(shù)環(huán)節(jié)。

MobileNetV3是一種輕量化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，具有較高的計(jì)算效率和較低的模型參數(shù)量，非常適合在移動(dòng)設(shè)備上運(yùn)行。我們利用MobileNetV3來(lái)處理用戶上傳的山林圖片或視頻，實(shí)現(xiàn)快速的初步檢測(cè)。DeepLabv3+是一種基于深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圖像分割模型，能夠?qū)崿F(xiàn)像素級(jí)別的高精度分割和標(biāo)注，我們利用其對(duì)疑似火災(zāi)區(qū)域進(jìn)行精細(xì)分割，提高識(shí)別準(zhǔn)確率。YOLOv8則是最新的目標(biāo)檢測(cè)模型，具有極高的檢測(cè)速度和準(zhǔn)確度，非常適合實(shí)時(shí)林火檢測(cè)。通過(guò)結(jié)合這些先進(jìn)的模型，我們希望能夠開(kāi)發(fā)出一個(gè)高效、準(zhǔn)確、適應(yīng)性強(qiáng)的林火識(shí)別系統(tǒng)。

在模型開(kāi)發(fā)過(guò)程中，我們團(tuán)隊(duì)分工明確，緊密合作。大數(shù)據(jù)專業(yè)的同學(xué)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)收集和預(yù)處理，確保訓(xùn)練數(shù)據(jù)的質(zhì)量和多樣性。網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的同學(xué)則負(fù)責(zé)模型的搭建和優(yōu)化，通過(guò)不斷的實(shí)驗(yàn)和調(diào)整，提升模型的性能。最后，我們將模型集成到小程序中，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和易用性。

圖4.團(tuán)隊(duì)成員正在進(jìn)行項(xiàng)目開(kāi)發(fā) (實(shí)踐隊(duì)員供圖)

  圖5.團(tuán)隊(duì)成員正在攥寫(xiě)實(shí)踐報(bào)告 (實(shí)踐隊(duì)員供圖)

圖6.團(tuán)隊(duì)第一次線上會(huì)議召開(kāi)，明確項(xiàng)目分工以及工作安排 (實(shí)踐隊(duì)員供圖)

圖7.團(tuán)隊(duì)成員通過(guò)線上會(huì)議，探討項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)和方向 (實(shí)踐隊(duì)員供圖)

三、實(shí)地使用：分析驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

為了驗(yàn)證模型的實(shí)際效果，我們團(tuán)隊(duì)于2024年7月24日至28日在四川省某森林火災(zāi)高發(fā)區(qū)進(jìn)行了實(shí)地測(cè)試。在此期間，我們?cè)?個(gè)不同區(qū)域安裝了無(wú)人機(jī)和固定監(jiān)控設(shè)備，選擇了包括晴朗、多云和雨天在內(nèi)的不同天氣條件，以及小型、中型和大型的不同火災(zāi)規(guī)模進(jìn)行模擬，測(cè)試了包括針葉林、闊葉林和混交林在內(nèi)的多種植被類型。系統(tǒng)在15次測(cè)試中成功識(shí)別火源點(diǎn)14次，達(dá)到了93.3%的高準(zhǔn)確率，平均誤報(bào)率為2.1%，漏報(bào)率為4.7%。最快的響應(yīng)時(shí)間為45秒，平均響應(yīng)時(shí)間為1.8分鐘，最慢的響應(yīng)時(shí)間記錄為3.2分鐘。特別是在雨天條件下，雖然準(zhǔn)確率一度下降至88%，但經(jīng)過(guò)參數(shù)調(diào)整后提升至92%。

圖8.團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的小程序的登錄界面 (實(shí)踐隊(duì)員供圖)

圖9.團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的小程序的用戶信息界面 (實(shí)踐隊(duì)員供圖)

圖10.團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的小程序的林火知識(shí)科普界面 (實(shí)踐隊(duì)員供圖)

圖11.團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的小程序的積分兌換界面 (實(shí)踐隊(duì)員供圖)

圖12.團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的小程序的圖像識(shí)別上傳界面 (實(shí)踐隊(duì)員供圖)

我們通過(guò)小程序的積分獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制吸引了超過(guò)600名用戶上傳山林圖片或視頻，從而擴(kuò)充了我們的數(shù)據(jù)庫(kù)。這些用戶上傳的數(shù)據(jù)中，約10%被標(biāo)注為高價(jià)值數(shù)據(jù)，用于模型的訓(xùn)練和驗(yàn)證。小程序中的森林火災(zāi)預(yù)防知識(shí)宣傳頁(yè)面瀏覽量超過(guò)5000次，有效地提升了用戶的防火意識(shí)和應(yīng)對(duì)能力。

總的來(lái)說(shuō)，這次實(shí)地測(cè)試不僅驗(yàn)證了我們模型的準(zhǔn)確性和可靠性，還通過(guò)實(shí)際操作進(jìn)一步優(yōu)化了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和適應(yīng)性。我們收集的1.2TB圖像和視頻數(shù)據(jù)對(duì)模型的迭代改進(jìn)非常關(guān)鍵，使得系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下的性能得到顯著提升，為森林火災(zāi)的監(jiān)測(cè)和預(yù)防提供了一套完整高效的技術(shù)解決方案。

隨著這次暑期實(shí)踐的圓滿結(jié)束，我們不僅收獲了關(guān)于林火治理與生態(tài)保護(hù)的深刻洞見(jiàn)，更在這一過(guò)程中堅(jiān)定了對(duì)綠色發(fā)展精神的信仰。通過(guò)實(shí)際操作與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，我們深感責(zé)任的重大與挑戰(zhàn)的艱巨，但同時(shí)也體會(huì)到了在綠色發(fā)展道路上前行的必要性和緊迫性。

在未來(lái)的日子里，我們將繼續(xù)秉承這次實(shí)踐中學(xué)到的寶貴經(jīng)驗(yàn)和理念，不斷探索和推廣更多高效、可持續(xù)的環(huán)保技術(shù)。我們相信，每一步小小的努力，都將為地球的綠色未來(lái)添磚加瓦。讓我們攜手同行，為實(shí)現(xiàn)更加繁榮的生態(tài)文明共同努力，以行動(dòng)和智慧守護(hù)我們共有的綠色家園。