《Trees, Forests and People》：Beyond detection: assessing the environmental, economic, and social implications of UAV-based forest fire monitoring
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摘要：野火监测技术作为更快速检测和更有效预防的工具日益得到推广，但其更广泛的环境、经济和社会影响的证据仍然零散。本文在一项前瞻性的立陶宛案例研究中，评估了由增强型连接支持的无人机(UAV)森林火灾监测系统的环境、经济和社会影响。研究人员将结构化文献综述与前瞻性
摘要：野火监测技术作为更快速检测和更有效预防的工具日益得到推广，但其更广泛的环境、经济和社会影响的证据仍然零散。本文在一项前瞻性的立陶宛案例研究中，评估了由增强型连接支持的无人机(UAV)森林火灾监测系统的环境、经济和社会影响。研究人员将结构化文献综述与前瞻性实证评估相结合，在共同的使用阶段框架内，将拟议的无人机系统与固定摄像头、地面巡逻和直升机监视进行了比较。结果表明，在永久性基础设施可行的地区，固定摄像头具有最低的每小时环境足迹和运营成本。无人机系统在这些标准上的表现不如固定摄像头，但在碳排放、生物多样性影响和人类健康影响方面，显著优于地面巡逻和直升机监视。在经济方面，无人机监测并未最小化常规的每小时运营成本，但其每公顷的避免火灾相关成本估算值最高，表明其价值在于灵活、有针对性的监测，而非低成本、持续性的监视。在社会方面，利益相关者预期对技术发展、经济发展和社区参与有积极影响，但由于系统尚未部署，这些影响仍是有条件的。研究结果表明，无人机不应被视为传统监测方法的普遍替代品，而应被视为更广泛的、特定情境的监测策略的组成部分。该研究在一个环境、经济和社会证据很少被一起评估的领域，提供了对预防导向监测选项的综合比较。
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### 论文解读：基于无人机(UAV)的森林火灾监测系统综合影响评估——以立陶宛为例
**研究背景与问题**
森林火灾是日益严峻的社会-生态风险，其引发的环境、经济和社会后果具有级联效应。气候变化加剧了火灾的频率和严重性，对生态系统、生物多样性和人类生计构成重大威胁。火灾不仅释放大量温室气体，加剧全球变暖，还导致土壤退化、水污染和空气质量下降。经济上，森林火灾造成巨大的直接损失（如木材、农业生产力、基础设施破坏）和间接损失（如经济活动中断、医疗费用增加、生计丧失）。据估算，2000-2017年间，欧洲范围的野火造成了约540亿欧元的经济损失。社会方面，火灾对受影响人群造成直接的健康风险（如烟雾暴露、伤害、心理压力）以及长期的社会经济影响（如流离失所、财产贬值、社区凝聚力下降）。
传统的森林火灾监测方法，如地面巡逻、观察塔和直升机监视，在效率、覆盖范围、成本和环境影响方面存在固有局限。地面巡逻人力资源需求大，难以覆盖广阔或难以进入的区域；观察塔视线受限且依赖人工操作；直升机运营成本高、续航短且碳排放量大。这些方法的共同缺陷在于难以在火灾初期阶段进行探测，往往在火势扩大后才被发现。近年来，无人机(UAV)等技术的进步为火灾监测提供了新的可能，能够灵活获取高分辨率的光学、热红外、多光谱或高光谱影像。然而，尽管无人机监测技术潜力巨大，其可持续性问题——包括环境足迹、经济成本和可接受性等——很少被综合评估。现有文献大多聚焦于技术性能和算法精度，缺乏对环境、经济和社会维度的整合分析，这限制了不同监测选项之间的透明比较，也阻碍了对权衡与协同效应的识别。因此，开展一项整合性的前评估(pre-assessment)来比较不同监测方案，对于制定有效的预防性监测策略至关重要。
**研究内容与结论**
本研究旨在评估由增强型连接支持的无人机(UAV)森林火灾监测系统在立陶宛案例研究中的环境、经济和社会影响。研究人员将结构化文献综述与前瞻性实证评估相结合，在共同的使用阶段框架内，将拟议的无人机系统与固定摄像头、地面巡逻和直升机监视三种传统方法进行了比较。研究得出以下主要结论：在环境方面，固定摄像头在常规运行中具有最低的每小时环境足迹和运营成本；无人机系统表现不如固定摄像头，但显著优于地面巡逻和直升机。在经济方面，无人机系统的每小时运营成本（74.07欧元）高于固定摄像头（18.16欧元）和地面巡逻（35.08欧元），但低于直升机（437.56欧元）。然而，其在避免火灾相关成本方面表现最佳（每公顷14,569.44欧元），表明其价值在于灵活、有针对性的监测，而非低成本、持续性的监视。在社会方面，利益相关方预期无人机技术能对技术发展、经济发展和社区参与产生积极影响，但由于系统尚未部署，这些影响被认为是有条件的。研究最终指出，无人机不应被视为传统监测方法的通用替代品，而应作为更广泛、基于特定情境的监测策略中的一个组成部分。
**重要意义**
该研究的主要意义在于，它在一个环境、经济和社会证据很少被一起评估的领域，提供了一个关于预防性监测选项的综合比较框架。它超越了单纯的技术性能评估，揭示了不同监测方法在不同维度上的权衡关系，为决策者根据具体情境（如地形、基础设施、风险等级）选择最合适的监测策略或组合策略提供了实证依据。该研究发表在《Trees, Forests and People》期刊上，为森林火灾预防的科学决策和管理实践提供了重要的参考价值。
**主要关键技术方法**
为开展此项研究，研究人员主要采用了以下关键技术方法：
1. **结构化文献综述**：在Scopus数据库中进行系统性检索，结合ASReview工具进行筛选，最终纳入28篇相关文献，用以识别环境、经济和社会影响评估的证据空白与趋势。
2. **前评估性实证研究**：采用前瞻性、场景比较的设计方法，基于立陶宛一个25公顷的森林监测案例，对无人机(UAV)系统、固定摄像头、地面巡逻和直升机监视四种方案进行对比。
3. **利益相关者调查**：通过两轮问卷调查收集案例特定信息。第一轮用于筛选并确认最相关的环境、经济和社会影响子类别；第二轮则向两名直接负责该案例实施的关键利益相关者（分别具有工程和森林所有者背景）收集具体操作参数、成本数据和预期的社会影响评估数据。
4. **多维度影响评估框架**：采用统一的系统边界，将环境、经济和社会影响评估整合在同一分析框架内。环境评估采用足迹法，计算碳足迹(CFP)、能源足迹(EFP)，并转化为生物多样性影响（PDF.year）和人类健康影响（DALY）。经济评估采用成本效益分析(CBA)框架，计算运营成本和避免的火灾相关成本。社会评估则基于联合国环境规划署(UNEP)的社会生命周期评价指南，通过定性分析评估利益相关者对五个关键子类别的预期影响。
**研究结果**
**3.1 文献综述结果**
文献综述揭示了现有研究在环境、经济和社会三个维度上的显著空白。环境研究主要关注野火本身的排放和生态影响，但很少量化比较不同监测系统的直接运营足迹。经济研究多将无人机描述为成本更低的工具，但缺乏透明的货币成本估算，仅有 Christensen (2015) 的一项研究提供了明确的成本效益分析。社会研究则更多是概念性讨论，缺乏对无人机部署后社区层面实际社会影响的实证测量。
**3.2 实证研究结果**
**3.2.1 环境影响评估**
- **无人机系统单次任务表现**：20分钟和30分钟任务场景的碳足迹(CFP)分别为0.087和0.130 kg CO
2-eq，生物多样性影响分别为1.8×10
-15和2.7×10
-15 PDF.year，人类健康影响分别为1.1×10
-6和1.7×10
-6 DALY。
- **跨方法每小时比较**：固定摄像头在所有环境指标（碳、生物多样性、人类健康）上表现最佳，其每小时碳足迹为0.163 kg CO
2-eq。无人机系统表现次之（0.261 kg CO
2-eq/hour），比固定摄像头高59.5%。但两者均远优于地面巡逻（12.86 kg CO
2-eq/hour）和直升机监视（267.12 kg CO
2-eq/hour）。结论：固定摄像头是最环保的常规选项，而无人机是替代燃油密集型移动监测的显著环保选项。
**3.2.2 经济影响评估**
- **每小时运营成本**：固定摄像头成本最低（18.16欧元/小时），其次是地面巡逻（35.08欧元/小时），无人机系统（74.07欧元/小时），直升机最高（437.56欧元/小时）。无人机系统的成本主要由劳动力和资本成本驱动。
- **避免的火灾相关成本**：无人机系统在避免火灾相关成本方面表现最佳，每公顷可避免14,569.44欧元的损失，高于直升机（12,900.03欧元/公顷）、固定摄像头（11,837.67欧元/公顷）和地面巡逻（9,105.90 - 10,623.55欧元/公顷）。
- **解释**：这揭示了常规运营成本与潜在避免损失之间的权衡。固定摄像头在低成本连续监视方面价值突出，而无人机系统虽然运营成本高于固定摄像头，但其更高的探测有效性使其在特定场景下具有更强的经济吸引力。
**3.2.3 社会影响评估**
- **基线情景**：以利益相关者A和B为例，评估当前在职业健康安全、社区生活条件、技术发展、经济发展和社区参与五个方面的表现。结果显示，不同利益相关者的基线状态存在差异，例如，利益相关者B在职业健康安全方面有更完善的协议和培训。
- **比较情景（采用无人机系统后）**：两位利益相关者均预期无人机系统能带来潜在收益，如在职业健康安全方面有潜在改善，在技术发展和经济发展方面有积极影响，并可能加强社区参与。但所有预期影响均具有条件性和不确定性，利益相关者并未明确具体的实现机制或影响幅度。
**结论**
本研究通过立陶宛案例研究，对由增强型连接支持的无人机(UAV)森林火灾监测系统的环境、经济和社影响进行了评估。通过结合结构化文献综述和前瞻性实证评估，它填补了文献中一个重要的空白，即文献更侧重于技术性能而非综合可持续性影响。
结果表明，与燃油密集型移动监测方法（如地面巡逻和直升机）相比，无人机监测表现尤其出色。在环境方面，无人机系统相对于这些替代方案，显著减少了每小时排放量以及相关的生物多样性和人类健康影响，尽管在永久性基础设施可行的地区，固定摄像头仍然是影响最低的选项。在经济方面，无人机系统并未最小化常规的每小时运营成本，但它产生了每公顷最高的避免火灾相关成本估算，表明其价值在于机动性、响应能力和预防潜力的结合。在社会方面，利益相关者预期了积极影响，尤其是在技术发展、经济发展和社区参与方面，但这些预期收益仍是有条件的且不够明确。
立陶宛案例研究支持一种差异化的监测策略，而非单一的优选解决方案。固定摄像头在基础设施可行的地区，似乎最适合进行常规、连续、低成本和低影响的监视。无人机在需要灵活、有针对性的监测或适应复杂地形时，能增加特别的价值。地面巡逻在某些情况下仍有其用途，但对于常规的大面积监测来说，它们更耗时且可扩展性较差。直升机虽然仍有价值，但尽管其运营成本高且环境负担重，应仅保留用于需要快速响应和广泛覆盖的情况。
总体而言，研究结果表明，基于无人机的野火监测的适用性高度依赖于具体情境。因此，无人机不应被视为传统监测方法的普遍替代品，而应被视为更广泛的、特定情境的监测策略中的一个组成部分。未来的研究应在实际部署条件和更广泛的系统边界下检验这些发现，以便更稳健地评估无人机支持的野火监测在不同情境下的可持续性影响。
