技術領域

本發明涉及一種林火預測預報系統，特別是涉及一種基于數據驅動方法建模的林火預測預報系統。

背景技術

森林是重要的資源之一，森林火災是影響森林發展的主要災害，不僅直接影響森林生態平衡，造成經濟和生態資源流失，而且危及到人民生命財產的安全[1]。設計簡單實用的林火預測預報系統，是降低森林火災危害的重要措施。

國外對林火預測預報的研究工作開展得較早。美國開發出國家火險等級系統(NFDRS)[2]，以氣象、地形、可燃物等多種因素作為輸入，基于燃燒原理和實驗室試驗發展建立物理模型，計算森林火險指標。但NFDRS組成結構極為復雜，在實際應用中較難實施[3]；且其預報模型是基于物理的方法，需要進行大量的實驗。

加拿大開發出加拿大森林火險天氣指數(FWI)系統[4]，其結構如圖1所示。該系統從可燃物含水率平衡理論出發，以4種基本的氣象觀測數據作為輸入，通過大量點火試驗建立計算模型，經過一系列推導、計算，最終以火險天氣指標來進行火險預報。但其僅考慮氣象因素對林火發生的影響，忽略了可燃物和地形等因素的空間變化[3]。

韓國針對本國森林火災的特點，開發出適用于韓國地區的國家森林火險等級預報系統(KFFDRI)[5]，如圖2所示。KFFDRI以韓國1997-2001年之間的森林火災歷史數據及同期氣象數據和126次火災現場調查數據為基礎，建立基于氣象因子、可燃物因子和地形因子的半機理半統計模型進行林火等級預報。但KFFDRI僅適用于韓國地區，不易推廣[6]。

澳大利亞于19世紀50年代后期構建了本國的森林火險等級系統(McArthur)[3]。該系統以野外點火實驗為基礎，研究并制定了四個子模型：干旱因子模型、可燃物濕度模型、蔓延速度模型和撲救困難模型，用于火險等級的評定。該系統的輸入因子包括長期的干旱指數，以及近期的降水量、溫度、濕度和風速，根據火災的撲救困難程度制定森林火險等級。

我國對林火預測的研究起步較晚，且主要是在美國、加拿大等國家的成果基礎上，結合我國的實際情況進行的，如由中國氣象局發布并于2007年10月1日實施的《中國氣象行業標準(QX/T77-2007)——森林火險氣象等級》。該方法的輸入包括5種當期氣象因子和7種前期氣象因子，首先利用計算公式計算各氣象因子對森林火險的貢獻度，然后計算當期因子指數和前期因子指數，最后利用上一步的結果計算森林火險氣象指數。目前我國應用于林火監測的系統較多，但用于林火預測的成型系統較少。雖然我國已研制和發展出數十種火險預報方法，但到目前為止還沒有建立一套綜合考慮氣象、植被、地理以及人類活動等影響因素的國家級林火預測預報系統[7]。

導致林火發生的因素眾多，機制復雜，并且因果之間呈非線性關系，傳統的林火預測預報系統旨在通過將多種氣象因素通過一定的組合建立線性模型進行林火預測[8]，但各林場所處的地形各不相同，各因素對林火的影響程度各不相同，林火的發生也不只受氣象因素的影響，從而導致預測效果并不理想[9]；且傳統林火預測預報系統的空間粒度較為粗略，時效性較差，不能滿足各級森林防火工作的實際需求。

發明內容

為克服現有技術的不足，針對傳統林火預測預報系統預測精度不高、空間粒度較粗等問題，設計并實現實用的林火概率預報系統以達到如下目標：

(1)考慮多種因素對林火發生的綜合影響關系，提高系統的預測精度；

(2)構建貝葉斯網絡模型，將貝葉斯網絡的相關理論應用到林火預測預報領域，發揮貝葉斯網絡在處理此類不確定性問題的優勢，提高系統的預測精度；

(3)構建概率分配模型，將大范圍的林火概率進行分配，細化系統的空間粒度；

(4)制定林火風險等級并將之可視化，直觀地表征林火發生的難易程度。

本發明采用的技術方案是，細粒度的森林火災概率預報系統,包括: