基于３Ｓ技术的灾后火点定位模型研究

   摘 要：对火场预测预报模型进行逆向计算，结合WebGIS技术，给出了一种新的灾后火点定位方法——线性退化定位法，该方法能够较为准确的定位火点范围，为灭火后找出火点以及起火原因提供可靠信息，能广泛应用于森林火险损失评估，森林纵火刑事案件勘察，森林火险预防预报等领域。
　　关键词：逆向计算；WebGIS；线性退化
　　
　　1 火点定位的研究现状
　　
　　随着科学的不断进步，现在在林火的预防上也越来越注重科学实效性，林火的预防也从派人巡逻看护到建立大型的瞭望台，不少地区还建立了自己的林业监控网络，在一些较为发达的国家和地区建立了自己的卫星平台来对森林火灾进行24小时监控。但是现在对火点定位点的研究都是集中在林火刚燃烧时，快速的定位为及时派兵扑救提供了准确地理位置信息。而在一些没有监控网络的欠发达地区以及一些网络盲点的偏远林区发生火灾相当一段时间后才会发现以及扑救。这时火场就不再呈现点型，而是呈现出大范围的面型，这时如何确定火点位置以及找出起火原因就显的较为困难。
　　
　　2 火场蔓延模型的选择
　　
　　林火发生时多受到地形，风向，风速以及植被的不同而呈现出不同形状，所以不可能建立适合大范围内的火点定位通用公式，所以我们主要以大兴安岭地区为例，依据大兴安岭林区的植被，地形以及气候建立适合该林区的火点定位模型。
　　2.1 火场蔓延模型的介绍
　　要对现有的火场进行逆向计算，首先要知道燃烧的时长以及火场蔓延的速度。燃烧的时长可以根据经验值进行预测大概，然后采用逐次递减的方式进行火场退化模拟，当火场退化为一个点时，不管此时时间是否为零，都返回这点的坐标标示，可见燃烧时长在本模型中不要求精确值。火场蔓延的速度在不同地形，因地表植被在不同的气象条件下燃烧值的不同而出现非线性变化，所以我们对火场蔓延速度要按照一定的模型来进行经验值拟合。本文所使用的模型是结合王正非模型和Rothermel模型，在他们的基础上进行改进，使之能够更为适合用计算机语言表示。
　　2.2 火场蔓延速度公式的推导
　　我们知道王正非模型是在我国大兴安岭地区实验的基础上总结出的经验模型，通过具体的火烧实验，再对模型参数进行修订。其火蔓延计算公式如下
　

　

 
　　3 线性退化法在WebGIS中的表示
　　
　　3.1 WebGIS的相关知识
　　 WebGIS又称“网络地理信息系统”或“万维网地理信息系统”，是集计算机、网络、测绘、地理学、空间科学、信息科学和管理科学于一体的综合性学科，是一项应用Internet技术来扩展和完善传统地理信息系统的新技术，是在地理信息系统中嵌入HTTP和TCP/IP标准的综合应用技术体系。
　　 参考openGIS协会的分类标准，WebGIS将空间数据抽象为点状，线状和区域三种基本数据类型。每种类型又划分为若干个子类型，线状地物被进一步细分为单线，多义线，弧段三种子类型，区域细分为多边形，矩形，圆角矩形和椭圆四种子类型。在每一个类型生成的对象上又可以加若干属性，这些属性可以被计算机所读取，计算，地图重绘等操作。 3.2 线性退化法的思想
　　如果知道火头在某一个确定的方向上的蔓延速度，以及火头在第N时刻所在的位置，那么我们就不难推出火头在第N-1时刻所在的大体位置。当林火扑灭以后，可以用GPS圈点的方式测得火场周围的经纬度坐标值，将这些坐标点在GIS系统中可以容易的表示出火场在地图上的整体轮廓（如图1）。从火场某一个的边沿开始，通过读取基础地理信息库，气象历史库等信息，利用公式10计算出这个方向的火头蔓延的速度，火场扑灭时刻记做N，那么就可以计算出N-d时刻火头在该方向上所在点的经纬度坐标。同样的原理，可以计算出火头在各个方向上在N-d时刻经纬度坐标值，这样可以在GIS地图上依次表示出火场在N-d时刻轮廓，是一个较小的范围，依次类推，火场在GIS地图上就随着时间的递减而不断缩小范围，直到缩小到足够小的范围（如图3），这样在较小的范围内可以利用利用更为专业的痕迹勘察技术，在结合该范围内的历史植被等相关专业信息，可以找出起火点以及起火原因。其流程图（如图2）所示。
　　

　　4 实验验证
　　
　　本文所用方法的关键部分是对历史火头经纬度的计算，所用实验的重点也在这部分。因为实际情况的限制，主要采用了软件模拟和历史火灾数据匹配的相结合方式进行实验。方法如下：在大兴安岭林区历史火灾中选取不同地形，不同气候具有代表性的数据，将这些数据输入到系统中，然后记录下每一个时间单位某一方向火头的经纬度坐标，当模拟火场的范围足够小时，观察真实的历史火点是否落在误差允许的范围内。通过实验验证，在典型的地形和气象条件下，历史火点都能圈定在10m单位级以上的范围内，在这个范围内，通过一定的勘察技术手段能找到起火点。但是当圈定的范围的数量级足够小时，会出现火点在范围外的情况。

　　
　　5 结论
　　
　　本文所提到的方法是在结合GIS技术的基础上，通过对火场蔓延模型的逆向计算，提出一个新灾后火点定位方法——线性退化法，可以得出火点的大概范围，在灾后火灾起因勘察，森林纵火案侦破等领域有着较强的应用。通过实验验证，火点的定位范围在可以接受的范围内。由于本方法是在火场蔓延模型的基础上建立起来的，火场模型的不确定性和局限性，使得本方法很难定位到一个确定的点，但是随着火场模型的不断改进，本方法可以进一步缩小火场范围的数量级直至定位到点。
　　
　　参考文献
　　［1］徐爱俊，李清江.基于GIS的森林火灾预报预测模型的研究与探讨［J］.浙江林学院学报，2003，20（3）：285-288.
　　［2］田勇臣，刘少刚.森林火灾蔓延多模型的预测系统的研究［J］.北京林业大学学报，2003，29（4）：49-53.
　　［3］王正非.通用森林火险系统构型［J］.林业利技，1992（2）：23-25.