[发明专利]细粒度的森林火灾概率预报系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种林火预测预报系统，特别是涉及一种基于数据驱动方法建模的林火预测预报系统。

背景技术

森林是重要的资源之一，森林火灾是影响森林发展的主要灾害，不仅直接影响森林生态平衡，造成经济和生态资源流失，而且危及到人民生命财产的安全[1]。设计简单实用的林火预测预报系统，是降低森林火灾危害的重要措施。

国外对林火预测预报的研究工作开展得较早。美国开发出国家火险等级系统(NFDRS)[2]，以气象、地形、可燃物等多种因素作为输入，基于燃烧原理和实验室试验发展建立物理模型，计算森林火险指标。但NFDRS组成结构极为复杂，在实际应用中较难实施[3]；且其预报模型是基于物理的方法，需要进行大量的实验。

加拿大开发出加拿大森林火险天气指数(FWI)系统[4]，其结构如图1所示。该系统从可燃物含水率平衡理论出发，以4种基本的气象观测数据作为输入，通过大量点火试验建立计算模型，经过一系列推导、计算，最终以火险天气指标来进行火险预报。但其仅考虑气象因素对林火发生的影响，忽略了可燃物和地形等因素的空间变化[3]。

韩国针对本国森林火灾的特点，开发出适用于韩国地区的国家森林火险等级预报系统(KFFDRI)[5]，如图2所示。KFFDRI以韩国1997-2001年之间的森林火灾历史数据及同期气象数据和126次火灾现场调查数据为基础，建立基于气象因子、可燃物因子和地形因子的半机理半统计模型进行林火等级预报。但KFFDRI仅适用于韩国地区，不易推广[6]。

澳大利亚于19世纪50年代后期构建了本国的森林火险等级系统(McArthur)[3]。该系统以野外点火实验为基础，研究并制定了四个子模型：干旱因子模型、可燃物湿度模型、蔓延速度模型和扑救困难模型，用于火险等级的评定。该系统的输入因子包括长期的干旱指数，以及近期的降水量、温度、湿度和风速，根据火灾的扑救困难程度制定森林火险等级。

我国对林火预测的研究起步较晚，且主要是在美国、加拿大等国家的成果基础上，结合我国的实际情况进行的，如由中国气象局发布并于2007年10月1日实施的《中国气象行业标准(QX/T77-2007)——森林火险气象等级》。该方法的输入包括5种当期气象因子和7种前期气象因子，首先利用计算公式计算各气象因子对森林火险的贡献度，然后计算当期因子指数和前期因子指数，最后利用上一步的结果计算森林火险气象指数。目前我国应用于林火监测的系统较多，但用于林火预测的成型系统较少。虽然我国已研制和发展出数十种火险预报方法，但到目前为止还没有建立一套综合考虑气象、植被、地理以及人类活动等影响因素的国家级林火预测预报系统[7]。

导致林火发生的因素众多，机制复杂，并且因果之间呈非线性关系，传统的林火预测预报系统旨在通过将多种气象因素通过一定的组合建立线性模型进行林火预测[8]，但各林场所处的地形各不相同，各因素对林火的影响程度各不相同，林火的发生也不只受气象因素的影响，从而导致预测效果并不理想[9]；且传统林火预测预报系统的空间粒度较为粗略，时效性较差，不能满足各级森林防火工作的实际需求。

发明内容

为克服现有技术的不足，针对传统林火预测预报系统预测精度不高、空间粒度较粗等问题，设计并实现实用的林火概率预报系统以达到如下目标：

(1)考虑多种因素对林火发生的综合影响关系，提高系统的预测精度；

(2)构建贝叶斯网络模型，将贝叶斯网络的相关理论应用到林火预测预报领域，发挥贝叶斯网络在处理此类不确定性问题的优势，提高系统的预测精度；

(3)构建概率分配模型，将大范围的林火概率进行分配，细化系统的空间粒度；

(4)制定林火风险等级并将之可视化，直观地表征林火发生的难易程度。

本发明采用的技术方案是，细粒度的森林火灾概率预报系统,包括: