一种森林火情预警方法

1.本技术属于环境保护技术领域，特别是涉及一种森林火情预警方法。


背景技术：

2.目前，森林资源是重要的国家资源，森林火灾烧毁森林面积巨大，是损毁森林资源的重要原因之一。同时，森林是生态建设的一部分，有效预防森林火灾也是出于保护林区人民生命财产的需要，也有利于推动国家林业生态建设。对原始及再造森林的保护都可以为保护森林资源提供重要的支持。
3.大部分森林所处环境地形复杂，其地面起伏大，相对高差很大，林火在此类环境中容易受到地势影响，传播迅速快且在低地势山地环境中不易发现。而受山岭密林的影响，此类环境中的林火救援难度也高于平原森林。因此，复杂山地地形区的火情预警影响着此类特殊环境中的森林资源保护水平及救援的时效性。传统的预警方法对于地形平缓的平原或方向性强的坡地适应程度高，然而对于复杂山地地形区的起伏地貌难以做出有效的火情预警。


技术实现要素：

4.1.要解决的技术问题
5.基于传统的预警方法对于地形平缓的平原或方向性强的坡地适应程度高，然而对于复杂山地地形区的起伏地貌难以做出有效的火情预警的问题，本技术提供了一种森林火情预警方法。
6.2.技术方案
7.为了达到上述的目的，本技术提供了一种森林火情预警方法，所述方法包括如下步骤：
8.1)获取待监测林区的资料，根据所述资料获取林区中的火灾风险区域；2)根据森林火情的预警指标结合每个火灾风险区域的实际情况作出重要性评价，得到森林火险判断指标的判断矩阵，根据所述判断矩阵得到计算各风险区域的预警指数yi的方法；3)根据监测林区的历史数据，采用所述计算各风险区域的预警指数yi的方法，计算每个火灾风险区域的预警指数正常值y
ref
；4)对所监测林区进行网格划分，形成不规则多边形；5)每个不规则多边形顶点为预警节点，在每个预警节点上安装球形预警装置，每个预警装置向预警中心传输监测到的信息，且预警节点互相传递节点感应的信息；6)预警中心根据实时监测的预警指标计算当前时刻的预警指数yi(t)，根据所述预警指数yi(t)和所述预警指数正常值y
ref
计算森林火情危险系数i，同时根据森林火情危险系数i和监测到的信息对监测区域是否异常进行判断；7)根据判断结果进行处理。
9.本技术提供的另一种实施方式为：所述资料包括卫星地图、地形地貌资料、植被类型及覆盖情况和历年温度、空气湿度和风速。
10.本技术提供的另一种实施方式为：所述火灾风险区域包括曾经发生过火灾的区
域、坡峰坡谷区域、曾有雷击区域和受人为因素影响比较大的区域。
11.本技术提供的另一种实施方式为：所述预警指标包括各点监测值、各风险区域的植被情况和人为因素；所述判断矩阵为某评价指标的变动对其他元素的影响程度。
12.本技术提供的另一种实施方式为：所述预警指数yi计算包括利用层次分析法中特征向量法确定权重向量理论；计算判断矩阵的最大特征值所对应的特征向量，再经过归一化，特征向量即为权重向量ω，ω中的每个元素ωi即对应的各评价指标的权重，由此构造计算各风险区域的预警指数yi：yi＝f(ωi·
mi)。
13.本技术提供的另一种实施方式为：所述网格划分采用voronoi图算法对所要监测林区进行划分，所述划分方法包括将每个火灾风险区域看作是所监测林区内离散分布的点，每个相邻火灾风险区域依次连接构成紧密相连的三角网，即构建算法中的delaunay三角网；对每个火灾风险区域和形成的三角网进行编号，记录每个三角网是由哪三个火灾风险区域构成的；计算每个三角网的外接圆圆心，并记录所述圆心；遍历三角形链表，寻找与当前三角网ptri三边共边的相邻三角网tria，trib和tric；如果找到，则把寻找到的三角形的外接圆圆心与ptri的外接圆圆心连接，存入voronoi边链表中；如果找不到，则作出所述三角形各边的中垂线射线存入voronoi边链表中；遍历结束，所有voronoi边被找到，根据边画出voronoi图；最终得到能够步遍监控区域边缘的所有voronoi不规则多边形；在所得到的每个voronoi多边形的顶点处安装球形预警装置；每个由风险区域构成的三角网的外接圆圆心是与三角网相关的voronoi多边形的一个顶点，且每个voronoi不规则多边形仅包含一个火灾风险区域。
14.本技术提供的另一种实施方式为：所述当两个相邻风险区域距离较远时，为使球形预警装置的有效半径能够覆盖到整个监测林区，在两个距离较大的相邻风险区之间设置次风险区域。
15.本技术提供的另一种实施方式为：所述森林火情危险系数当森林火情危险系数i大于森林火情危险系数的最小阈值a时，则被监测区域为异常区域。
16.本技术提供的另一种实施方式为：所述根据判断结果进行处理包括在预警中心后台的gis地图上进行观察，确认异常区域的具体位置并根据风向在gis地图上判断蔓延速度及蔓延方向，及时作出部署并派出无人机进行确认。
17.本技术提供的另一种实施方式为：还包括所述预警中心在常规监测过程中，可以通过人工干预，手动要求球形预警装置上传监测资料，发现某风险区域森林火情危险系数i大于0.5倍森林火情危险系数的最小阈值a时，采取有效措施。
18.3.有益效果
19.与现有技术相比，本技术提供的森林火情预警方法的有益效果在于：
20.本技术提供的森林火情预警方法，为一种复杂山地地形的森林防火的火情预警方法，对起伏程度高的地貌进行有针对性的森林防火预警设计。
21.本技术提供的森林火情预警方法，网络布设合理，所布设的不规则多边形可以覆盖整个监测林区，且所选取的每个不规则多边形内均有一个风险区域，在每个顶点上安置球形预警装置，保证了对整个林区预警的及时性和精确性；更具科学性，引入各区域预警指数yi的计算方法yi＝f(ωi·
mi)，每一个评价指标都有不同的权重，避免造成了一种评价指
标容易被客观因素影响的问题。
22.本技术提供的森林火情预警方法，高效，节省人力，利用gis地图可视化，可快速生成相关区域的森林火险预警空间分布信息，后台可根据预警信息及时作出部署。
附图说明
23.图1是本技术的(次)风险区域及构建的delaunay三角网示意图；
24.图2是本技术的不规则多边形布置示意图；
25.图3是本技术的球形预警装置内部结构示意图；
26.图4是本技术的森林火情预警方法流程示意图。
具体实施方式
27.在下文中，将参考附图对本技术的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本技术，并能够实施本技术。在不违背本技术原理的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。
28.参见图1～4，本技术提供一种森林火情预警方法，首先获取所要监测林区的卫星地图，搜集林区地形地貌资料、植被类型及覆盖情况和历年温度(ti)、空气湿度(hi)、风速(vi)等信息。根据获取到的资料，找出林区中的火灾风险区域，包括：曾经发生过火灾的区域、坡峰坡谷区域、曾有雷击区域、受人为因素(靠近村落、道路及桥梁)影响比较大的区域。当两个相邻风险区域距离较远时，为使球形预警装置的有效半径r能够覆盖到整个监测林区，根据实际情况在两个距离较大的相邻风险区之间设置次风险区域。根据森林火情的预警指标mi，包括：各点监测值(温度ti、空气湿度hi、风速vi)、各风险区域的植被情况(pi)和人为因素(di)(如与村落、道路、桥梁的距离)，结合每个风险区的实际情况由各林区专业评估人员，结合《森林防火条例》、《中华人民共和国林业行业标准(ly/t 1063-2008)全国森林火险区划等级》等规范，作出重要性评价，得到森林火险判断指标的判断矩阵，该矩阵为某评价指标的变动对其他元素的影响程度，利用层次分析法中特征向量法确定权重向量理论，运用matlab软件计算判断矩阵的最大特征值所对应的特征向量，再经过归一化，特征向量即为权重向量ω，ω中的每个元素ωi即对应的各评价指标的权重，由此构造计算各风险区域的预警指数yi的方法yi＝f(ωi·
mi)；根据获取的监测区的历史数据，按照每年12个月份分别计算每个风险区域的预警指数正常值y
ref
；
29.由voronoi图算法对所监测林区进行网格划分，具体步骤如下：
30.1、将每个风险区域看作是所监测的林区内离散分布的点，每个相邻的风险区域依次连接构建三角网，即构建算法中的delaunay三角网。对风险区域和形成的三角网进行编号，记录每个三角网是由哪三个风险区域构成的。
31.2、计算每个三角网的外接圆圆心，并记录。
32.3、遍历三角形链表，寻找与当前三角网ptri三边共边的相邻三角形tria，trib和tric。
33.4、如果找到，则把寻找到的三角形的外心与ptri的外心连接，存入voronoi边链表中。如果找不到，则求出最外边的中垂线射线存入voronoi边链表中。
34.5、遍历结束，直至所有voronoi边被找到，根据边画出voronoi图。所画出的voronoi不规则网格覆盖至所监测林区的边缘。
35.每个voronoi不规则多边形顶点为预警节点，在每个预警节点上安装球形预警装置，每个预警装置每隔固定的时间间隔t，向预警中心传输监测到的温度ti、空气湿度hi、风速vi等信息，且预警节点互相传递节点感应的信息。
36.预警中心9内含服务器、显示装置，服务器用于接收、储存、分析预警装置所传输的温度、风速、风向及位置信息；显示装置用于显示所监测复杂山地地形区的高清地图以及采集到的各项数据与服务器的分析结果。
37.预警中心9后台服务器，通过收到的预警指标mi，由预警指数yi的计算方法yi＝f(ωi·
mi)计算当前时刻的预警指数yi(t)，并计算森林火情危险系数i；当i》a％时(a根据每个监测的林区情况确认)，认为第i个监测区域为异常区域，在预警中心后台的gis地图上进行观察，确认异常区域的具体位置并根据风向在gis地图上判断波及范围，及时进行部署并派出无人机进行确认。
38.a是森林火情危险系数的最小阈值，a由每个林区的工作人员根据不同林区的历史火情情况进行制定按照预警指数yi的计算方法单独计算，若监测林区无历史火情，则根据该林区的实际情况，选择相似的林区取平均值。
39.预警中心9在常规监测过程中，可以通过预警中心后台向各个预警装置发送指令，要求上传监测资料，发现某风险区域i》0.5a％时，采取有效措施，如：派出无人机或人工进行灌溉，防患于未然，更合理的预防森林火情，减少不必要的损失。
40.本技术中的球形预警装置在复杂山地地形区的起伏地貌上呈网格状由低至高安装。每个球形预警装置包括风速风向传感器1、北斗定位系统2、存储装置3、外置usb连接4、内置电源5、全方位红外温度传感器8、无线传输模块7与外壳6。由北斗定位系统2提供其相邻节点的坐标与高程信息，并通过外置usb连接4向存储装置3输入其相邻节点的位置信息，通过无线传输模块7与相邻装置和预警中心9通讯。每隔固定的时间间隔t，预警节点互相传递节点感应的火情信息。
41.在复杂山地地形区安置球形预警装置时，装置间连接可以根据地形设计为不规则六边形，当发生火情时，预警装置沿地势之间进行数据交换，每个装置至少保存了其本身与相邻三个装置的位置坐标、通信地址及温度数据，并向预警中心9进行数据传输。
42.预警中心9接收到的预警装置温度、风速、风向及位置信息由服务器进行接收、储存、分析，利用gis系统得到数据分析结果及火情发生的具体位置；显示装置直观显示gis地图，准确定位着火点，由此判断火情蔓延速度及蔓延方向，发出预警信息，规划最近的救火路线。
43.本技术的可选方案中，各模块分别布置在不同球形装置的不同隔离舱中，防止由于局部温度过高造成的整体失效问题，每个预警装置向周围三个装置定时传输信息，一方面预判其他方向的温度骤升问题，一方面杜绝因林火烧毁某预警装置导致整体网格失效。
44.网络布设合理，所布设的voronoi不规则多边形可以覆盖整个监测林区，且所选取的每个voronoi不规则多边形内均有一个风险区域，在每个顶点上安置球形预警装置，保证了对整个林区预警的及时性和精确性；位于voronoi不规则多边形边上的点到其两边的离
散点的距离相等。保证了风险区域内的监测是均匀的；更具科学性，引入各区域预警指数yi的计算方法yi＝f(ωi·
mi)，每一个评价指标都有不同的权重，避免造成了一种评价指标容易被客观因素影响的问题，对于火情预警更加合理；预警中心9在常规监测过程中，可以通过预警中心后台向各个球型预警装置发送指令，要求上传监测资料，发现某风险区域i》0.5a％时，采取有效措施。如：派出无人机或人工进行灌溉，防患于未然，减少不必要的损失；球形装置安装方便，成本低，单个预警装置包含北斗定位系统、全方向红外温度传感器、电池与无线传输模块。预警装置为球体结构，总体积不大，在复杂山地地形区安装时，只需安装到需要监测位置的地面或树木上即可；多向备份，每个球形预警装置向预警中心及周围三个装置每隔t时间传输信息，杜绝了因林火破坏某球形预警装置导致数据缺失造成整体不规则网格失效。
45.高效，节省人力，利用gis地图可视化，可快速生成相关区域的森林火险预警空间分布信息，后台可根据预警信息及时作出部署。
46.尽管在上文中参考特定的实施例对本技术进行了描述，但是所属领域技术人员应当理解，在本技术公开的原理和范围内，可以针对本技术公开的配置和细节做出许多修改。本技术的保护范围由所附的权利要求来确定，并且权利要求意在涵盖权利要求中技术特征的等同物文字意义或范围所包含的全部修改。