[发明专利]一种基于GIS空间地理分析的森林防火直升机坪布局选址方法

权利要求书

1.一种基于GIS空间地理分析的森林防火直升机坪布局选址方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)收集停机坪选址相关要素数据，基于ArcGIS构建地理空间数据库；

根据森林防火直升机作业任务特点，确定机坪选址区域的相关选址要素，并收集相关基础资料；

基于上述选址要素的空间矢量数据，利用ArcGIS构建地理空间数据库；

(2)根据森林防火直升机坪场址要求，利用空间分析工具，确定机坪备选场址集合；

运用ArcGIS空间分析功能，对森林防火直升机坪的不适宜选址区域与适宜选址区域进行叠加分析，确定拟选址区域S；

根据森林防火直升机坪的场地要求，所述场地要求包括：场地地势平坦、面积、符合净空条件、靠近取水点，从拟选址区域S中确定停机坪备选场址集合N＝{1，2，…n}；

(3)建立基于AHP层次分析法的选址评价体系，对备选场址进行综合评价；

AHP层次分析法的步骤如下：

①选取评价指标因子

通过森林防火直升机坪布局选址因素分析，确定备选场址评价指标体系，包括总体布局均衡性、场址实施难易程度、森林防火系统运行效率及场地扩展条件4个方面，共8个评价指标因子，包括总体布局a₁₁、净空条件a₂₁、用地功能a₂₂、用地条件a₂₃、基地距离a₃₁、取水条件a₃₂、交通条件a₄₁、场地条件a₄₂；

②构造判断矩阵

采用一致矩阵法，两两相互比较；

判断矩阵是表示本层所有因素针对上一层某一个因素的相对重要性的比较，即：根据每层各要素的相对重要性给出判断，因素i比因素j的重要性采用量化值b_ij＝1-5标度方法来确定标度值，形成因素之间的判断矩阵；

③计算权重向量及其一致性检验

分别计算因子a_ij对因素a_i、因素a_i对综合评分的权重W及检验参数：即最大特征根λ_max、一致性指标CI；

对于每一个判断矩阵的最大特征根λ_max及对应特征向量，做一致性检验；若检验通过，归一化后的特征向量即为权向量W；若不通过，需重新构造判断矩阵，对b_ij加以调整；

④确定评价指标评分标准

规定每个因子得分最高为5分，最低为0分；

⑤计算备选场址综合得分

通过上述步骤，利用层次分析法计算得到各个备选场址的综合得分；

Z_i＝W(a_i)×Y_i^T

P＝W(a)×Z^T

式中：

Z_i——某备选场址因素a_i的得分；

W(a_i)——因素a_i各因子的权重矩阵；

T_i^T——某备选场址因素a_i各因子得分矩阵的转置矩阵，Y_i＝{Y_i1，Y_i2，...Y_in}；

P——某备选场址评价体系的最终得分；

W(a)——因素层各因素间的权重矩阵；

Z^T——某备选场址各因素得分矩阵的转置矩阵，Z^T＝{Z₁，Z₂，...Z_n}；

(4)构建覆盖模型，确定可以覆盖所有森林资源的机坪布局方案集合；

覆盖模型是确定一组服务设施来满足已知的需求点，即从备选场址中选择若干个作为最终的布局方案，要求在覆盖所有林区需求点的条件下，使得场址数量最少；

森林防火直升机坪的初步布局方案转化为n个服务点，模型目标是从n个服务点中选择k个作为最终的布局方案，使得用最少的服务点覆盖所有需求点D；模型表达如下：

minZ＝x₁+x₂+…+x_n (1)

x_i∈{0，1}i∈N (3)

y_ij∈{0，1}i∈N，j∈D (4)

式中：

N——直升机坪备选场址(服务点)的集合，N＝{1，2，…n}；

D——所有森林郊野公园需求点的集合，D＝{1，2，…m}；

x_i——决策变量，选择备选场址i，则x_i＝1，否则x_i＝0，i∈N；

y_ij——需求点j分配给备选场址i，由场址i提供服务，则y_ij＝1，否则y_ij＝0，i∈N，j∈D；

C(j)——可以覆盖需求点j的备选场址集合；

式(1)——目标函数，使备选场址数量最少；

式(2)——约束条件，确保覆盖所有需求点；

利用上述模型，确定可以覆盖所有林区需求点且场址数量最少的直升机坪布局备选方案集合；

(5)确定最优布局方案：备选场址数量最少且场址综合评价得分之和最高；

结合步骤(3)，计算直升机坪布局备选方案中所有场址的综合评分之和，以备选场址数量最少且场址综合评价得分之和最高的方案为最优布局方案；

步骤(1)中所述相关基础资料包括：民用机场及军用机场空域范围、水库边界、饮用水库分级保护区、电力高压走廊保护范围、核电站范围、地形图、现状建筑边界及高程、地质灾害分布、淹没风险区、活动性断层区、生态保护区、基本农田边界、及其他不允许建设的区域；

步骤(2)中，不适宜选址区域涉及生态、安全和场地，包括一级水源保护区、生态保护区/自然保护区、基本农田、核电站保护范围、高压走廊保护范围、禁飞区域、地质灾害风险区、淹没风险区、活动性断层区、以及不能起降区域；除了上述因素外，还应结合区域特点，补充考虑气象、电磁和其他不利因素；优先靠近林区中心地带选址，也就是机坪的适宜选址区域是森林郊野公园管理范围。