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基于3S技术森林火险区划研究

刘祖军  
【摘要】: 森林火灾作为森林存在的天敌,是一个世界性、跨国性的自然灾害,它每年烧毁大量的森林资源,不仅造成巨大的经济损失,也严重破坏了人类生存的自然环境和生态平衡,有时甚至造成灾难性的损失。3S技术的应用可为实现时空跨度上的林火风险分析与森林火险区划研究提供详实、快捷、高可信度、直观的动态信息和技术分析手段。本文借助于3S技术和其他的数学统计方法,利用收集的闽北某县(区)近13年的林火发生历史数据及气象、地势地貌、社会经济及人口分布等相关因子的资料,分析了该县(区)林火发生的时间和空间分布特征、林火发生与其影响因子间的关系,在此基础上预测了今后林火的时间发生和空间分布趋势;分析林火发生与各气象因子间的相关关系,利用标准BP神经网络算法建立森林火险气象预测模型;分析林火发生与植被、地形等因子间的关系;以2003年遥感影像为研究对象,结合林火发生的基本规律及原理,综合考虑各方面因素,建立森林火险区划评价体系,生成森林火险区划图,提供可视化效果,并统计其面积、比例等信息,同时基于林火时空特征及其他火险因子的分析结果检验森林火险区划图的准确度。希望此研究能为该区域今后的森林火灾的预测预报和科学经营管理提供决策参考和技术支持。主要研究结论有: (1)在年度尺度上,受气候特征的影响,林火发生主要在2000年以后,其中以2000、2002和2004年为甚;在月尺度上,1~3月份是林火发生的高频期,其中以3月份为甚;在日间尺度上,林火主要发生在10:00~18:00。利用灰色系统理论预测了今后林火发生的灾变点,预测结果表明,今后几年林火发生的频繁期将分别是2007、2010和2014年。 (2)在空间分布概况上,林火集中在该县(区)的中部、东南部和东北部,呈块状分布,结合其时间特征发现有向南移动趋势。利用GIS中的克里格插值(Kriging)分析发现其今后空间分布趋势是中间等级高,向四周逐渐减少,在与其他县接壤的西南、西北方向上几乎不发生森林火灾。 (3)分析了林火与气温、相对湿度、降雨量等气象因子间的单因子及因子组合关系。结果表明,该县(区)气象因子与林火间的关系符合一般规律。借助于收集的气象因子,基于标准神经网络BP算法,对林火在年、月、日尺度下的发生次数及过火面积模型进行训练。研究发现,在不同时间尺度下,选择适当的网络模型预测林火与气象因子间的关系有较高的精度,可以有效的预测林火发生概况。 (4)分析了林火发生与空间地理特征、植被因子、社会影响因素间的相关关系。根据分析结果及研究区域特征,选取地物类型、坡度、海拔、坡向和离居住区远近作为林火评价主要因子,采用层次分析法和综合评价法,对研究区域森林火险情况进行了定量评价,按火险等级分为5类火险区,实现了研究区森林火险等级的区划。研究结果表明,无、低、中、高、极高5类火险区分别占研究区的25.51%、59.27%、10.95%、4.22%和0.05%;居民居住区及周边的火险等级较其他地方高。


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