一种森林火灾预测方法及其系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种森林火灾预测方法及其系统，该方法和系统实时采集森林的温度数据、湿度数据、降雨量数据、风速数据和地面可燃物含水率数据，并计算出火灾的三角模糊数，判断火灾等级，实现了森林火灾的动态预测。同时，该方法和系统还能输入季节参数，时间参数、人口密度参数、道路密度参数，人口活动参数、历史火灾参数和地面可燃物种类参数的三角模糊数，将环境因素和人为因素纳入火灾预测计算模型，进一步提高了火灾预测的准确性。
【专利说明】
一种森林火灾预测方法及其系统
技术领域
[0001 ]本发明涉及森林防火领域，尤其涉及一种森林火灾预测方法及其系统。
【背景技术】
[0002] 森林是人类赖以生存和社会发展不可缺少的资源。由于人类在社会活动中的某些 失控和异常自然因素等原因，森林火灾时有发生，对人类生命财产及生态环境造成了巨大 的危害。中国由于地域辽阔，地形复杂，气候多样，森林类型与分布各异，社会经济发展水平 不一，人口密度大且分布不均，国民防火意识薄弱等原因，一直以来森林防火工作任务十分 严峻。
[0003] 森林防火工作的一项重要内容是火灾预警，即对森林火灾发生的可能性作出预测 并提醒森林防火部门及时调整工作重心和应对措施。在目前已有的各类森林火灾预测模型 中，通常采用相关数学模型对前一段较长时期内森林火灾发生的时间和次数进行统计分 析，为将来可能的森林火灾发生次数进行预测。该类模型仅仅是从理论上预测在未来某一 时间段内可能发生火灾的次数，也即为火灾次数预测模型，并不是实时火灾预测模型，并不 能根据森林环境中的实时信息对森林火灾发生的可能性作出预测并提供警报。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是现有技术中的森林火灾预测模型不能根据森林环境 中的实时信息对森林火灾发生的可能性作出预测并提供警报。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0006] -种森林火灾预测方法，包括如下步骤：
[0007] (1)、采集或者输入待预测的森林的火灾参数，所述火灾参数至少包括温度参数和 湿度参数;每一个火灾参数采用三角模糊数(a，b，c)表示，a、b、c分别为下限值、可能值和上 限值，其中，〇<a<c< l，0<a<b，b<c< 1;
[0008] (2)、依据如下公式计算森林火灾的三角模糊数，
[0009] T= (Xai, Ibx, SCi) ? (0.75,1,1) O (0.75i, i, i)
[0010]其中，（a^b^d)表示各个火灾参数的三角模糊数，
[0011] 运算符号?和运算符号0的运算规则是：
[0012] (%，b:i.，t>2，C.2) = (3| a2，b.i.b.2，. C.1. C:2)
[0013] (ai，bi，ci) 〇 (a2，b2，C2) = (ai/a2，bi/b2，ci/c2);
[0014] (3 )、依据火灾三角模糊数作出火灾预警。
[0015]具体的，所述温度参数的三角模糊数的取值方式是：设定温度下限和温度上限分 别为Pi摄氏度和&摄氏度，测量获得当前森林温度为办摄氏度，计算温度参数的三角模糊数 的可能值为hzUrPOAQrPO,判定h属于[0,0.25)，[0.25,0.5)，[0.5，0.75)，[0.75,1] 四个数值区间中的哪个区间，温度参数的三角模糊数5 1=(&1，131，(31)，其中&1、(3 1分别等于前 述匕所属区间的端点值；
[0016] 所述湿度参数的三角模糊数的取值方式是：测量当前森林相对湿度为p2,0 < p2 < 1，计算湿度参数的三角模糊数的可能值b2 = P2，判定b2属于[0，0.25)，[0.25，0.5)，[0.5， 0.75)，[0.75，1]四个数值区间中的哪个区间，湿度参数的三角模糊数52=(&2，13 2，(32)，其中 a2、c2分别等于前述b2所属区间的端点值。
[0017] 进一步的，所述火灾参数还包括风速参数和降雨量参数，风速参数的三角模糊数 的取值方式是:设定风速上限为P3千米/小时，测量获得当前森林的风速为Q 3千米/小时，风 速参数的三角模糊数的可能值b3 = Q3/P3,判定b3属于[0,0.25)，[0.25,0.5)，[0.5,0.75)， [0.75，1]四个数值区间中的哪个区间，风速参数的三角模糊数&=( &3，133，(33)，其中&3、(3 3分 别等于前述b3所属区间的端点值。
[0018] 降雨量参数的三角模糊数的取值方式是:设定过去二十四小时的降雨量上限为P4 毫升，测量获得当前森林的二十四小时内降雨量为Q 4毫升，降雨量参数的三角模糊数的可 能值b4 = Q4/P4,判定b4属于[0,0.25)，[0.25,0.5)，[0.5,0.75)，[0.75，1]四个数值区间中 的哪个区间，风速参数的三角模糊数5 4=(&4，134，(34)，其中&4、(3 4分别等于前述134所属区间的 端点值。
[0019] 进一步的，所述火灾参数还包括所述火灾参数还包括人口密度参数;人口密度参 数的三角模糊数的取值方式是:设定人口密度上限为P5,统计测算当前森林区域的人口密 度为你，人口密度参数的三角模糊数的可能值b 5 = Q5/P5,如果b5>l，则令b5 = l。判定b5属于 [0，0.25)，[0.25,0.5)，[0.5,0.75)，[0.75,1]四个数值区间中的哪个区间，人口密度参数 的三角模糊数S5 = (a5，b5，C5)，其中a5、C5分别等于前述b5所属区间的端点值。
[0020] 进一步的，所述火灾参数还包括地面可燃物腐化程度参数;地面可燃物腐化程度 参数的三角模糊数的取值方式是:测量地面可燃物的含水率为P 6,地面可燃物腐化程度参 数的三角模糊数的可能值 b6=l_P6。判定 b6 属于[0,0.25)，[0.25,0.5)，[0.5,0.75)，[0.75， 1]四个数值区间中的哪个区间，地面可燃物腐化程度参数的三角模糊数56=(&6，13 6，(36)，其 中a6、C6分别等于前述b6所属区间的端点值。
[0021] 进一步的，所述火灾参数还包括季节参数，时间参数、道路密度参数，人口活动参 数、历史火灾参数和地面可燃物种类参数中的一种或多种。
[0022] 进一步的，所述火灾预警的具体方式是：判断火灾三角模糊数的可能值b属于[0， 0.125)，[0.125,0.375)，[0.375,0.625)，[0.625,0.875)，[0.875,1]五个数值区间中的哪 个区间，依据b所处区间将火灾等级分别确定为低、中、高、危险或十分危险，依据不同的火 灾等级作出相应的火灾预警。
[0023] 本发明还提供了一种森林火灾预测系统，包括：
[0024] 采集单元，分布于森林的预先规划的各个采集点，至少采集温度值和湿度值；
[0025]输入单元，用于输入火灾参数；
[0026]中央处理单元，接收采集单元采集的数据和输入单元的火灾参数，依据权利要求2 至5所述的火灾参数的三角模糊数的取值方式建立火灾参数的三角模糊数，依据权利要求1 所述的火灾公式计算火灾的三角模糊数；
[0027]警报单元，发出火灾警报，受中央处理单元控制。
[0028]进一步的，所述采集单元还采集风速、降雨量和地面可燃物含水率。
[0029]进一步的，所述采集单元通过互联网将采集数据传递至中央处理单元，采集单元 使用可充电电池供电，电池使用太阳能转换设备充电。
[0030] 有益效果：（1)本发明提供了一种森林火灾预测方法及其系统，该方法和系统能够 实时采集森林的温度数据、湿度数据、降雨量数据、风速数据和地面可燃物含水率数据，并 计算出火灾的三角模糊数，实现了森林火灾的动态预测，提高了火灾预测的准确性。（2)本 发明提供的森林火灾预测方法及其系统还可以考虑季节参数，时间参数、人口密度参数、道 路密度参数，人口活动参数、历史火灾参数和地面可燃物种类参数中的一种或多种，将环境 因素和人为因素加入了森林火灾预测模型内，进一步提高了火灾预测的准确性。
【附图说明】
[0031] 图1是本发明森林火灾预测系统结构框图。
[0032] 其中：1、采集单元;2、输入单元;3、中央处理单元;4、警报单元。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0034] 实施例1
[0035 ]如图1所示，本实施例的森林火灾预测系统包括：
[0036]采集单元1，分布于森林的预先规划的各个采集点，采集温度值、湿度值、风速和降 雨量;采集单元1通过互联网将采集数据传递至中央处理单元3,采集单元1使用可充电电池 供电，电池使用太阳能转换设备充电；
[0037]输入单元2，用于输入火灾参数；
[0038]中央处理单元3,接收采集单元1采集的数据和输入单元2的火灾参数；
[0039]警报单元4，发出火灾警报，受中央处理单元3控制。
[0040]中央处理单元3依据采集单元1传递的温度值h、相对湿度值P2、风速值P3、24小时 内降雨量值P4和地面可燃物汗水率内计算火灾的三角模糊数，计算步骤如下：
[0041] (1)计算温度参数的三角模糊数的可能值为bfdPd/^-Pi)，其中PdPQi为预 设的温度上限和温度下限。判定bi属于[0,0.25)，[0.25，0.5)，[0.5，0.75)，[0.75,1]四个 数值区间中的哪个区间，温度参数的三角模糊数51=(&1，131，(3 1)，其中&1、(31分别等于前述131 所属区间的端点值；
[0042] (2)计算湿度参数的三角模糊数的可能值b2 = P2,其中0<P2< 1。判定b2属于[0， 0.25)，[0.25，0.5)，[0.5，0.75)，[0.75,1]四个数值区间中的哪个区间，湿度参数的三角模 糊数S2 = (a2，b2，C2)，其中a2、C2分别等于前述b2所属区间的端点值。
[0043] (3)计算风速参数的三角模糊数的可能值b3 = Q3/P3,其中P3为预设的风速上限值。 判定b3属于[0,0.25)，[0.25,0.5)，[0.5,0.75)，[0.75，1]四个数值区间中的哪个区间，风 速参数的三角模糊数S3 = (a3，b3，C3)，其中a3、C3分别等于前述b3所属区间的端点值。
[0044] (4)计算降雨量参数的三角模糊数的可能值b4 = Q4/P4,其中P4为预设的森林24小 时降雨量上限。判定b 4属于[0,0.25)，[0.25,0.5)，[0.5,0.75)，[0.75,1]四个数值区间中 的哪个区间，风速参数的三角模糊数5 4=(&4，134，(34)，其中&4、(3 4分别等于前述134所属区间的 端点值。
[0045] (5)计算地面可燃物腐化程度的三角模糊数的可能值b5 = l_P5。判定b5属于[0， 0.25)，[0.25，0.5)，[0.5，0.75)，[0.75,1]四个数值区间中的哪个区间，地面可燃物腐化程 度参数的三角模糊数&=(&5，135，(35)，其中 &5、(35分别等于前述135所属区间的端点值。
[0046] (6)依据如下公式计算森林火灾的三角模糊数，
[0047] T= (SL内，SLib SUc;.) ? (0.75,1，1) O (0.75X5, 1X5，1X5) [0048]其中，（anbnd)表示各个火灾参数的三角模糊数，
[0049] 运算符号?和运算符号0的运算规则是：
[0050] (免，b.i，C|) ? (a2，b2，c2)二（％ as，： .bi b'2，. C| c2)
[0051] (ai，bi，ci) 〇 (a2，b2，C2) = (ai/a2，bi/b2，ci/c2);
[0052] 为了进一步提高火灾预测的准确度，将环境因素和人为因素纳入火灾预测模型， 本实施例的森林火灾预测系统还可以通过输入单元2输入季节参数，时间参数、人口密度 参数、道路密度参数，人口活动参数、历史火灾参数和地面可燃物种类参数的三角模糊数Si = (ai，bi，ci)，中央处理单元3依据采集单元1和输入单元2传递的数据综合计算火灾三角模 糊数。
[0053]中央处理单元3判断火灾三角模糊数T= (a，b，c)的可能值b属于[0,0.125)， [0.125，0.375)，[0.375，0.625)，[0.625，0.875)，[0.875,1]五个数值区间中的哪个区间， 依据b所处区间将火灾等级分别确定为低、中、高、危险或十分危险，中央处理单元3依据不 同的火灾等级控制警报单元4作出相应的火灾预警。
[0054]虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示， 不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均 应包含在本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种森林火灾预测方法，其特征在于包括如下步骤： (1) 、采集或者输入待预测的森林的火灾参数，所述火灾参数至少包括温度参数和湿度 参数;每一个火灾参数采用三角模糊数(a，b， c)表示，a、b、c分别为下限值、可能值和上限 值，其中，〇<a<c< l，0<a<b，b<c< 1; (2) 、依据如下公式计算森林火灾的三角模糊数，其中，（ai，bi，ci)表不各个火灾参数的三角模糊数， 运算符号?和运算符号0的运算规则是：(ai，bi，ci) θ (a2，b2，C2) = (ai/a2，bi/b2，ci/c2); (3) 、依据火灾三角模糊数作出火灾预警。2. 根据权利要求1所述的森林火灾预测方法，其特征在于， 所述温度参数的三角模糊数的取值方式是:设定温度下限和温度上限分别为P1摄氏度 和Qi摄氏度，测量获得当前森林温度为Ri摄氏度，计算温度参数的三角模糊数的可能值h = (Ri-Pi)/(Qi-Pi)，判定h属于[0,0.25)，[0.25,0.5)，[0.5,0.75)，[0.75,1]四个数值区间中 的哪个区间，温度参数的三角模糊数S 1=U1,h，ci)，其中ai、ci分别等于前述h所属区间的 端点值； 所述湿度参数的三角模糊数的取值方式是:测量当前森林相对湿度为P2，〇< P2 < 1，计 算湿度参数的三角模糊数的可能值b2 = P2，判定b2属于[0，0.25)，[0.25，0.5)，[0.5，0.75)， [0.75，1]四个数值区间中的哪个区间，湿度参数的三角模糊数&=( &2，132，(32)，其中&2、(3 2分 别等于前述b2所属区间的端点值。3. 根据权利要求2所述的森林火灾预测方法，其特征在于，所述火灾参数还包括风速参 数和降雨量参数； 风速参数的三角模糊数的取值方式是：设定风速上限为P3千米/小时，测量获得当前森 林的风速为Q3千米/小时，风速参数的三角模糊数的可能值b3 = Q3/P3，如果b3>l，则令b3 = 1。 判定b3属于[0,0.25)，[0.25，0.5)，[0.5，0.75)，[0.75,1]四个数值区间中的哪个区间，风 速参数的三角模糊数S3 = (a3，b3，C3)， 其中a3、C3分别等于前述b3所属区间的端点值； 降雨量参数的三角模糊数的取值方式是:设定过去二十四小时的降雨量上限为P4毫升， 测量获得当前森林的二十四小时内降雨量为Q4毫升，降雨量参数的三角模糊数的可能值b4 = Q4/P4,判定b4属于[0,0.25)，[0.25,0.5)，[0.5，0.75)，[0.75,1]四个数值区间中的哪个 区间，风速参数的三角模糊数54=(84，13 4，(34)，其中&4、(34分别等于前述13 4所属区间的端点 值。4. 根据权利要求3所述的森林火灾预测方法，其特征在于，还包括地面可燃物腐化程度 参数； 地面可燃物腐化程度参数的三角模糊数的取值方式是:测量地面可燃物的含水率为P5， 地面可燃物腐化程度参数的三角模糊数的可能值b5=l_P5。判定b5属于[0,0.25)，[0.25， 0.5)，[0.5,0.75)，[0.75,1]四个数值区间中的哪个区间，地面可燃物腐化程度参数的三角 模糊数S5 = (a5，b5，C5)，其中a5、C5分别等于前述b5所属区间的端点值。5. 根据权利要求4所述的森林火灾预测方法，其特征在于，所述火灾参数还包括人口密 度参数； 人口密度参数的三角模糊数的取值方式是:设定人口密度上限为P6，统计测算当前森林 区域的人口密度为Q6，人口密度参数的三角模糊数的可能值b6 = Q6/P6，如果b6> 1，则令b6 = 1。判定b6属于[0，0.25)，[0.25,0.5)，[0.5，0.75)，[0.75,1]四个数值区间中的哪个区间， 人口密度参数的三角模糊数56=(&6，136，(36)，其中 &6、(36分别等于前述136所属区间的端点值。6. 根据权利要求5所述的森林火灾预测方法，其特征在于，所述火灾参数还包括季节参 数，时间参数、道路密度参数，人口活动参数、历史火灾参数和地面可燃物种类参数中的一 种或多种。7. 根据权利要求6所述的森林火灾预测方法，其特征在于，所述火灾预警的具体方式 是：判断火灾三角模糊数的可能值b属于[0,0.125)，[0.125,0.375)，[0.375,0.625)， [0.625，0.875)，[0.875，1 ]五个数值区间中的哪个区间，依据b所处区间将火灾等级分别 确定为低、中、高、危险或十分危险，依据不同的火灾等级作出相应的火灾预警。8. -种森林火灾预测系统，其特征在于，包括： 采集单元(1 )，分布于森林的预先规划的各个采集点，至少采集温度值和湿度值； 输入单元(2)，用于输入火灾参数； 中央处理单元(3)，接收采集单元（1)采集的数据和输入单元(2)的火灾参数，依据权利 要求2至5所述的火灾参数的三角模糊数的取值方式建立火灾参数的三角模糊数，依据权利 要求1所述的火灾公式计算火灾的三角模糊数； 警报单元(4)，发出火灾警报，受中央处理单元(3)控制。9. 根据权利要求8所述的森林火灾预测系统，其特征在于，所述采集单元（1)还采集风 速、降雨量和地面可燃物含水率。10. 根据权利要求8或9所述的森林火灾预测系统，其特征在于，所述采集单元（1)通过 互联网将采集数据传递至中央处理单元(3)，采集单元（1)使用可充电电池供电，电池使用 太阳能转换设备充电。
【文档编号】G08B17/00GK105894706SQ201610283727
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月3日
【发明人】高德民, 林海峰, 孙蕴涵
【申请人】南京林业大学