基于贝叶斯网络的干旱—森林火灾灾害链定量建模研究

为理解干旱-森林火灾灾害链的演化过程,以陕西省和湖北省为研究区域,分析了干旱发生条件及干旱气候因子与森林火灾之间的因果关系,构建了干旱-森林火灾灾害链的贝叶斯网络模型。通过对两省气候数据、干旱数据和林火数据的统计分析,获得了该网络结构上各个变量的条件概率,再根据贝叶斯网络推理的原理,计算了不同的变量取值下森林火灾的发生概率,并结合已知事实和Brier检验方法评价了该网络模型的准确性。实验结果表明,本文构建的干旱-森林火灾灾害链贝叶斯网络模型能够较为准确地预测森林火灾的发生,以定量化的手段初步揭示了干旱-森林火灾灾害链的演化过程。在此基础上可提出针对性的森林火灾防治措施,从而减少链式灾害带来的巨大损失。     

沙堆模型动力学特性与灾害系统演化预测研究

基于自组织临界性的理论框架,针对处于周期区与混沌区之间状态的灾害系统,研究其可预测性及预测方法.通过均匀和非均匀沙堆对比实验,发现两类沙堆模型表现出两种动力学行为--自组织临界性和准周期性.采用时序分析、功率谱分析和R/S分析等多种方法分析了两类系统的演化行为,反映了灾害系统的可预测特征;进一步提出了灾害预测的几个研究方向及方法.最后以极值统计法为例,介绍了其在两类灾害预测中的应用.     

基于机器学习的流域尺度森林火灾灾害风险预测

森林是碳库,具有强大的固碳增汇功能,在应对气候变化中发挥着重要作用。然而,由于极端高温的影响,频繁发生可燃物自燃而引发森林火灾,除了影响区域水文大气循环过程以外,也给人类带来严重的人员伤亡和经济损失。现有森林火灾预测研究主要侧重可燃物研究和火灾监测等方面,较少关注大尺度地形、气象和人类活动对森林火灾的影响,但这些也是除可燃物外导致森林火灾发生的主要因素。以嘉陵江流域重庆段为研究区,区域内山地受自然火灾影响严峻。基于地理信息系统叠加地理空间因子与火灾分布点获得数据集,构建4种机器学习模型,测试模型性能,评价最优模型进行森林火灾灾害风险制图。研究结果表明,模型评估指标受试者工作曲线下面积(area under the curve, AUC)平均值为95.0%,模型性能梯度提升决策树最优,AUC值为98.3%。利用梯度提升决策树(gradient boosting decision tree, GBDT)模型预测森林火灾风险对防范大尺度森林火灾具有一定的可行性,对山城避灾规划起到借鉴作用,规划引导降低森林火灾风险,从而维护生态平衡和生态系统碳汇能力。     

森林火灾后植被恢复的遥感监测

文中结合Landsat TM遥感影像和CRU气象数据,采用参数生态模型,从森林植被净初级生产力NPP入手,模拟估算大兴安岭地区图强林业局1987年森林火灾后的植被覆盖情况,并通过控制实验对比分析影响森林NPP估算模型的主要因子和过火区域的NPP变化,从而实现火灾后对森林恢复情况的遥感监测。结果表明：1987年森林大火造成的研究区森林NPP数值下降严重。之后森林植被NPP数值逐渐回升,2009年之后达到最大值,已经完全恢复到火灾前的数值。从空间分布来看,研究区北部地区受火灾影响较大,多年森林NPP总体数值变化明显呈增长趋势,到2009年后则趋近平稳;南部未过火区域没有明显变化。利用遥感技术与生态模型结合是监测火灾后森林恢复的有效途径。     

基于petri网的森林火灾应急救援流程网络模型及时效研究

为了对森林火灾的应急救援流程进行优化,以提升应急救援效率,依据森林火灾应急救援预案、有关规定与实际救援案例,从信息传递的角度对森林火灾应急救援流程进行了直观描述。基于petri网相关理论,运用PIPEv5.2.0,构建了森林火灾应急救援随机petri网模型与其同构马尔可夫链,在模型有界、活性、安全且可达的基础上,通过确定模型的库所繁忙率、变迁利用率、平均延迟时间,得到如下结果：(1)森林火灾应急救援活动早期的灾情信息多且复杂,随着森林火灾的发展呈现动态变化,火灾发生后如何高效地获取过火面积、火线长度、风向、风力、植被载量以及地形等关键信息是优化的重点。(2)避免信息堆积,基于火灾规模、强度、形式、火头方向等重要任务信息变量,实现实时快速决策、动态处置,是保证森林火灾应急救援活动的时效性的关键。     

西南山地区域森林火险综合预报模型研究——以重庆市为例

森林火灾严重破坏森林生态系统的结构和功能,针对其风险预报开展研究具有重要的理论意义和应用价值。通过融合气象、地表覆盖和人类活动等要素的方式构建森林火险综合预报模型,是西南山地区域森林火险综合预报业务化应用的重要发展方向。基于《森林火险气象等级》国家标准(GB/T 36743-2018),本文研究首先构建了重庆市森林火险气象风险预报模型。然后通过融合可燃物因素和人为因素的方式,进一步构建重庆市森林火险综合预报模型。最后利用历史火点数据针对上述两类模型的精度进行对比和分析。研究结果表明:重庆市森林火灾发生次数较多,且呈现出季节性规律;重庆市森林火灾的发生不仅受到气象条件的影响,而且受到地表覆盖和人类活动等多种要素条件的共同影响;与森林火险气象风险预报结果相比,森林火险综合预报结果在空间分布上具有更高的精细程度;森林火险综合预报模型能有效提高森林火险等级预报精度。     

流行病传播自组织临界性模型适用性探讨

自组织临界状态(SOC)理论已被用于解释地震、森林火灾、恐龙灭绝等灾难性事件,将SOC引入流行病传播模型的研究也是很有前景的方向,但必须明确SOC在该领域的适用条件.首先对SOC系统的基本性质与流行病传播特征进行了对比分析,提出对各类流行病的传播过程而言,人类社会已经演化到了小事件引起的连锁反应可能导致一场大灾难的临界状态,具有近距离接触的传染方式是应用SOC模型的控制条件;然后通过以非典型性肺炎(SARS)病毒(2002～2004年)为范例的研究,发现流行病的传播仅在未经人为强力干预阶段才具有SOC效应;最后在SOC的概念框架下对流行病防治对策进行了讨论.     

基于入射辐射的森林火险预报模型

将2005-2008年广西635个森林火灾样本分别与FY-2地面入射太阳辐射量和温度日较差值进行了相关分析。结果表明:FY-2地面入射太阳辐射量和温度日较差值两者与森林火灾的发生都具有良好的相关性。确定FY-2地面入射太阳辐射量和温度日较差值在森林火险预报模型中的影响权重系数,并在考虑可燃物类型权重系数的基础上,增加了入射太阳辐射指数,结合日最高温度、日最低相对湿度、日降雨量和日最大风速等因子的影响权重系数,建立了基于入射辐射的森林火险预报模型(简称:IR-3F模型)。利用2009-2012年广西783个森林火灾样本对IR-3F模型进行检验,预报精度达到82%。     

基于时空融合技术的森林火灾遥感动态监测

针对单一时空融合方法或使用单一中等空间分辨率影像（如Landsat影像）和MODIS影像时空融合的不足,本文提出综合利用经典的STARFM算法、基于地物内组分时相变化模型的地表反射率时空融合算法,联合使用多种空间分辨率更优（≤30 m）的传感器影像,以“时间最邻近及空间分辨率优先”为原则对传统单一中等空间分辨率影像预测周期（如Landsat影像为16天）进行分段独立预测,并优化组合两种预测方法的预测结果,进而获取更为精确的逐日中等空间分辨率预测影像。基于上述方法所得结果,可应用于森林火灾监测场景中。以四川凉山木里县3·30森林大火为例,综合利用MOD09GA、Landsat8 OLI、Sentinel-2、GF-1 WFV遥感影像数据进行实验研究,基于预测所得逐日中等空间分辨率影像提取火灾指标因子（燃烧面积指数和归一化燃烧指数）,分析森林火灾演化态势。结果表明：(1)多类型中高空间分辨率遥感影像的综合利用,有利于解决传统单一中等空间分辨率影像预测周期跨度过长、总体精确度低的问题,可获取更为精确的逐日中等空间分辨率预测影像;(2)两种算法在不同类型遥感数据融合应用中各有其局限性,两种方法...     

基于随机森林算法的城市火灾风险评估研究

为定量分析城市火灾风险,引入随机森林算法。首先设计基于随机森林算法的递归特征消除方法优化初选的14个自变量指标,剔除无关或冗余变量;其次基于随机森林算法的平均准确度降低方法计算特征重要度,将其归一化结果作为指标的权重;最后结合指标数据,使用线性加权法评估城市火灾风险。以济南市区为例的实证研究显示:经过特征选择操作后发现只有10个指标时模型误差最小,MSE为7.43×10-4;用于计算指标权重的随机森林模型与实际火灾密度拟合的决定系数R2>0.85,精度较高,可用于对指标的客观赋权;火灾风险评估结果不仅显示历史火灾较多的区域是高风险区,也可得到火灾发生较少区域的风险值。     

基于SVM⁃RF的泥石流窗口坝闭塞度判别研究∗

为了研究野外泥石流防治工程中窗口坝的开口闭塞类别,基于量纲分析理论,以室内水槽试验模拟实际工程,分析模型试验与实际工程的相关物理量及对应的相似准数;引入支持向量机和随机森林分类模型,在开源机器学习工具Scikit-Learn中,采用python编程实现算法;以室内水槽试验数据作为支持向量机和随机森林的训练样本,进行机器学习得到分类模型,提出一种用于判别泥石流窗口坝闭塞类型的新方法;将测试结果与经验公式中闭塞度判别值F的分类结果进行正确率对比,结果表明,F值的分类准确率为88%,而支持向量机为92%,随机森林为94%,随机森林分类效果最好,机器学习理论为泥石流窗口坝在实践中的设计提供了新思路。     

林业生物灾害预警的内涵

林业生物灾害预警是我国林业有害生物预防体系的主要内容,但一直以来对林业生物灾害这一概念没有一个统一的定义,处于“各自表述”的状态.在参考国内外林业生物灾害预警研究的基础上,对一些相关概念做了厘清,提出了一个林业生物灾害预警系统的框架.该系统由4部分构成:分析潜在威胁、检定真实威胁、警情发布和响应威胁.通过有害生物风险分析和发生预测来判断潜在的威胁;通过威胁勘察、监测和检疫措施来检定真实的威胁;然后评估威胁大小.提出了一个度量威胁大小的指标——发生指数,它既考虑了有害生物的种群密度(或病情指数),又考虑了发生面积.发生指数可在当年有害生物发生结束后根据实际发生情况计算,但在预警时必须根据预警指标(立地指数、林分指数、气象指数等)来推算.根据推算的发生指数,将警情分级,向经营者和公众发布警报.同时,相关部门根据相应的预案进行威胁响应.对预案执行情况应进行评估,必要时进行预案修订.     

基于混合分解技术的鲁棒极限学习机的风速预测

提出一种基于混合分解技术的改进鲁棒极限学习机的风速预测模型。混合分解技术的特殊性在于采用变分模态分解,把互补集合经验模式分解所产生的高频固有模态函数进一步分解为多个模态分量,以提高短期风速预测的精度。然后对混合分解技术分解得到的全部风速分量分别建立鲁棒极限学习机模型进行预测,并采用一种改进鲸鱼优化算法对鲁棒极限学习机的参数进行微调。最后,根据西班牙某-风电场实际风速数据进行风速多步短期预测。实验结果表明:基于混合分解技术和改进鲸鱼优化算法优化鲁棒极限学习机的组合预测模型在风速预测.中取得较好的预测效果。     

有人/无人机协同森林灭火作战体系结构设计

有人/无人机协同灭火作为森林航空消防的全新模式是一项复杂的系统工程,以其为研究对象进行体系结构设计具有重要意义.该文以消防无人机、有人机行为模式和灭火能力分析为基础,综合考虑有人/无人机编队方法和控制流程,主要应用美国国防部架构框架的作战视点模型,重点分析各节点之间的交互关系及状态变化,创造性地构建了有人/无人机协同森...     

区域洪涝灾害风险的模糊综合评价与预测

以广西1992~2006年洪涝灾情数据为基础,选取适当的评价指标,用基于遗传算法、特征值法和优化算法的投影寻踪法和层次分析法确定各评价指标的分类权重和排序权重,用优化算法进行综合得到组合权重,经过加权求和得出洪涝灾害的模糊综合评价,进而对15个评价对象进行了分类排序,其分类结果很好地反映了洪涝灾情的实际情况。在以上模糊综合评价结果的基础上,利用距离贴近度进一步计算和分析各个评价指标之间的贴近度,并由择近原则确定各个评价指标之间在洪涝灾害评价中的相关程度。同时,建立了基于改进的灰色GM(1,1)的时间响应式的灾变年份预测模型。     

森林大火中飞火行为的研究

从理论上分析了飞火的形成过程,建立了飞火形成及传播过程的理论模型,探讨了各种因素对飞火过程的影响,给出了用诺谟图估算飞火距离的方法。这些工作对森林火灾中飞火距离的估算具有重要的理论意义和实际意义。由于飞火形成过程的复杂性,以及模型建立过程中所进行的假定等因素,本文所提出的飞火估算模型仍有待于大量的林火实践进行修正。     

暴雨洪涝敏感性影响因子分析及评估--以江西安义县为例

由于区域地理环境存在差异,洪涝敏感性影响因子的选取主要根据区域地理特征及个人经验确定,缺乏统一的标准、系统的分析和科学的评价。洪涝灾害与影响因子之间是复杂的、多变量的非线性关系,与研究区的地质、地貌、土地覆盖等诸多因素密切相关。针对不同的研究区域,搜集尽可能全面的影响因子并对其进行优化选取是实现洪涝敏感性准确评估的前提和保证。南昌市安义县位于潦河中下游,是洪涝灾害的主要受灾区域。基于遥感影像数据和地理信息系统技术,以安义县为例开展暴雨洪涝敏感性影响因子分析及评估研究。首先,利用成灾前后哨兵一号雷达影像提取安义县2016年6月30日至7月5日暴雨洪涝的淹没范围,选取高程、降水、用地类型、距河流距离、坡度等15个洪涝敏感性影响因子。然后,基于随机森林模型对15个影响因子进行重要性排序,按照排序结果对影响因子逐步精简,并基于神经网络模型对影响因子进行优化选取。最后,基于优化选取后的影响因子,采用神经网络模型进行安义县洪涝敏感性评估,并用实例验证洪涝敏感性评估结果的可靠性。研究结果表明,在精简收敛指数、坡向、剖面曲率、地形位置指数和汇流动力指数5个最不重要的影响因子后,神经网络模型的性能有一定提升;敏感性等级为中等及中等以上区域主要分布在潦河两岸,约占安义县总面积的1/3,近70%的洪涝分布在敏感性中等及中等以上区域,洪涝发生在洪涝敏感性等级为中等及中等以上区域的可能性非常大,洪涝敏感性评估结果与安义县实际情况相符。     

多功能救援属具应用效能综合评价

为了检验新型多功能救援属具在结构设计、制作工艺、功能组合等方面在实际复杂灾害救援场景下的应用实效,采用改进的AHP、熵权法和模糊综合评价方法从工作能力、工作效率、协作能力、维护能力等四个方面对2种新研发的多功能救援属具进行了应用效能综合评价的研究,构建了具有针对性及科学合理的评价指标体系,制定指标测试方法。结果表明:利用改进AHP、熵权法、模糊综合评价相结合的方法能够进一步减少人为主观因素的影响,提升评估结果的实用性和有效性;多功能救援属具提升了实际救援行动的工作能力和工作效率,应用效能评价结果同专家经验判断基本一致。     

多功能救援属具应用效能综合评价

为了检验新型多功能救援属具在结构设计、制作工艺、功能组合等方面在实际复杂灾害救援场景下的应用实效,采用改进的AHP、熵权法和模糊综合评价方法从工作能力、工作效率、协作能力、维护能力等四个方面对2种新研发的多功能救援属具进行了应用效能综合评价的研究,构建了具有针对性及科学合理的评价指标体系,制定指标测试方法。结果表明:利用改进AHP、熵权法、模糊综合评价相结合的方法能够进一步减少人为主观因素的影响,提升评估结果的实用性和有效性;多功能救援属具提升了实际救援行动的工作能力和工作效率,应用效能评价结果同专家经验判断基本一致。