辛永振

(山東省濟寧市公安消防支隊市中區(qū)大隊，山東 濟寧 272000)

2013-03-21

辛永振(1982-)，男，助理工程師，主要從事消防監(jiān)督管理工作。

基于層次分析法的林業(yè)火險評估與預報研究

辛永振

(山東省濟寧市公安消防支隊市中區(qū)大隊，山東 濟寧 272000)

應用層次分析法的相關(guān)理論，構(gòu)建了林業(yè)火險評估與預報層次結(jié)構(gòu)模型，建立了定量指標體系和定性指標體系。通過判斷矩陣確定各層次元素的重要程度,由隸屬函數(shù)計算出隸屬度，得到林業(yè)火險評估結(jié)論和火險預報。并以山東省濟寧市為例，對該層次分析方法進行檢驗，得到結(jié)果與實際情況相符。

山林火險;層次分析法;致災因子;預報

火災是對社會、環(huán)境及經(jīng)濟發(fā)展影響范圍最廣和破壞性最大的一種自然災害。而近年來，人類活動對山林影響的加劇，更是提高了山林火災發(fā)生的可能性。當山林火災發(fā)生時，如何及時掌握火點周圍基本情況，采取科學有效的方法安全快速地撲滅林火，把火災所帶來的損失減少到最低程度，已成為當今山林防火領(lǐng)域的一個研究熱點。

目前，世界山林火災主要呈現(xiàn)以下特點：災難性森林火災較多，造成損失慘重，污染環(huán)境嚴重，燃燒排碳增加溫室效應；山林火災發(fā)生次數(shù)總體呈上升趨勢，燒毀山林面積增大；山林(森林)資源豐富的國家，其山林火災也比較嚴重；世界各地山林(森林)火災分布不均；火災隨氣候的變化而波動，受異常的高溫干旱天氣影響嚴重；特大森林火災難以控制；給社會和國家造成非常大的經(jīng)濟和資源損失。

美國和加拿大在林火行為研究、火災預防、監(jiān)測和撲救方面，一直走在世界前列[1]。目前美、加、澳、日等國均在火險季節(jié)發(fā)布中、長、短期的火險預報[2]。同時美、加率先建成2個火險預報系統(tǒng)，一個是全國性的火險預報系統(tǒng)，由氣象局主持，結(jié)合天氣雷暴預報等編制火險指標，并預防可能出現(xiàn)雷暴的地帶;另一個是地方性的火險預報系統(tǒng)。2個系統(tǒng)可及時、統(tǒng)一地發(fā)布全國范圍的火險預報和更方便、快速調(diào)配撲火經(jīng)費及力量[3]。我國從20世紀50年代才開始進行林火的預防與檢測。1987年5月6日的大興安嶺特大火災，使得我國對火險的評估與預報有了足夠的重視。對林火的發(fā)生、發(fā)展不斷進行探索與總結(jié)，研究林火行為的特點，有針對性地加強林火管理，控制山林火災的能力得以不斷提高。周俊平[4]應用PID算法技術(shù)對包括林火自動報警、林區(qū)自動監(jiān)控、指揮撲救預案等功能融合的應用系統(tǒng)進行了構(gòu)建，實現(xiàn)了林區(qū)火情實時的數(shù)字化的監(jiān)控。龐麗峰等[5]通過自主研發(fā)的林業(yè)GIS組件，構(gòu)建了南寧市森林防火WebGIS系統(tǒng)，在火災應急指揮中發(fā)揮了重要作用。溫作民等[6]在對森林火災現(xiàn)狀和原因分析的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了對江蘇現(xiàn)行森林防火措施的評價，并提出了制定綠色防火規(guī)劃、農(nóng)戶森林防火責任體系、森林火災保險、森林防火現(xiàn)代監(jiān)測等構(gòu)成的一體化體系。杜永勝[7]指出要加大宣傳教育、預警響應、火源管控、火案查處等工作力度，提升了森林防火科學管理水平。段永清[8]指出林火監(jiān)測也逐漸由原來的地面林火監(jiān)測發(fā)展為高空航天遙感等林火監(jiān)測。王秋華等[9]指出可燃物是林業(yè)火災的物質(zhì)基礎(chǔ)，在研究火災發(fā)生環(huán)境的同時，也要更深入地研究可燃物的相關(guān)屬性。這些研究主要針對山林火險的監(jiān)控與檢測，很少涉及林業(yè)火險的評估與預報，即使涉及到林業(yè)火險的預報，其考慮的因素也不夠全面。

層次分析法(AnalyticHierarchyProcess,AHP)是指將一個復雜的目標問題作為一個系統(tǒng)，并深入分析該系統(tǒng)的各組成元素，同時，研究各組成元素的特性及其之間的相互關(guān)系。通過設(shè)定可以定量計算的指標，將復雜問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學問題進行簡單計算，進而解決復雜問題的方法。該方法將半定性、半定量問題轉(zhuǎn)化為定量問題，并將各種相關(guān)因素按照一定的規(guī)則層次化。通過逐層比較各相關(guān)因素的重要程度，借助于定量計算，分析得出所對應目標的結(jié)果[10]。因此，將層次分析法應用到復雜的山林火險的預報是非常合適的。

基于現(xiàn)場實際調(diào)研和專家咨詢，建立林業(yè)火災風險評估與預報體系。通過對山林火災致災因子的分析，本文開展了基于層次分析法的林業(yè)火險評估與預報方法的研究。該方法的實施，有效減少了火災的發(fā)生率，具有重要的經(jīng)濟和社會效益。

1 林業(yè)火險評估與預報方法的建立

1.1 林業(yè)火險評估與預報層次結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建

圖1 林業(yè)防火評估與預報的定量體系

圖2 林業(yè)防火評估與預報的定性體系

建立評價系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)模型最重要的一步是確定各指標層元素，也是層析分析法運用的關(guān)鍵。對于林業(yè)火險評估與預報，其定量指標體系(圖1)和定性指標體系(圖2)均通過3個層次結(jié)構(gòu)進行描述。圖1～2中，通過A、Bi(i=1、2、3)和Cij(i=1、2、3,j=1、2、……、6)，分別表示處于層次結(jié)構(gòu)最上層的目標層、一級指標層和二級指標層。

1.2 林業(yè)防火比較判斷矩陣的構(gòu)建

采用1～9標度法(表1)構(gòu)建林業(yè)防火指標評價體系的判斷矩陣，判斷矩陣元素的值不同，體現(xiàn)了不同的判斷者對各因素相對重要性的認識不同。由不同的專家分別對各層次中各元素的相對重要性做出比較判斷，每位專家一共需要填寫7個不同的表格(其中，定量指標體系中4個，分別為B1、B2、B3和A；定性指標體系中3個)。最后，需要將各個專家打分的結(jié)果，進行平均后得到最終的7個判斷矩陣的結(jié)果。表2所建立的各一級指標層對應的二級指標層中各指標的判斷矩陣。

表1 1～9標度法(i=1、2、3)1表示兩元素相比，具有同等重要性3表示一個元素比另一個元素稍微重要5表示一個元素比另一個元素明顯重要7表示一個元素比另一個元素非常重要9表示一個元素比另一個元素極端重要2、4、6、8上述相鄰判斷的中值表2 判斷矩陣Yi-CYiC1C2C3…CnC1c11c12C13…c1nC2C21C22C23…C2n………………CnCn1Cn2Cn3…Cnn

1.3 層次單排序

通過上述各個判斷矩陣對應的特征向量的計算，可以確定出某一級指標對該體系中上一級指標的重要程度，按照指標值的大小依次給出順序，各指標的權(quán)重值就是相應位置特征向量的值。

將CR定義為隨機一致性比率，當CR=CI/RI<0.10時，即認為判斷矩陣具有滿意的一致性。其中，

CI=(λmax-n)/(n-1)

(1)

式中，CI稱為判斷矩陣的一致性指標；RI為判斷矩陣的平均隨機一致性指標，1～9階判斷矩陣的RI值如表3所示；n為一級指標的個數(shù)。

表3 1～9階判斷矩陣值

在層次分析法中,一致性檢驗是每一個判斷矩陣都必須要進行的,通過一致性檢驗可以最終保證評估結(jié)果的正確性。指標評價體系中某級指標的指標權(quán)重判斷矩陣及一致性檢驗如表4所示。

表4 某級指標權(quán)重判斷矩陣及一致性檢驗結(jié)果

通過運算，得到以下結(jié)果：λmax=5.20，CI=0.0700，CR=0.0630。

經(jīng)一致性檢驗后確定各級指標的相應的權(quán)重，從而得到定量指標體系和定性指標體系的權(quán)重一覽表，見表5、6。

表5 定量指標權(quán)重一覽表

表6 定性指標權(quán)重一覽表

1.4 林業(yè)火險評估與預報的隸屬函數(shù)、基準值的確定

通過隸屬函數(shù)計算隸屬度。本研究中定量指標采用的隸屬函數(shù)為升、降半梯形分布函數(shù)，定性指標的隸屬函數(shù)用升、降半矩形分布函數(shù)表示[11]。

1.4.1 定量指標隸屬函數(shù)、基準值的確定

下述評語集中4個級別的隸屬函數(shù)及其圖例(圖3)表示那些取值越大，對林業(yè)火險評估與預報負效應越大的評價因子。

(2)

(3)

(4)

(5)

圖3 升半梯形分布函數(shù)

下面評語集中4個級別的隸屬函數(shù)及其圖例(圖4)表示那些取值越大，對林業(yè)火險評估與預報正效應越大的評價因子。

(6)

(7)

(8)

(9)

圖4 降半梯形分布函數(shù)

1.4.2 定性指標隸屬函數(shù)、基準值的確定

圖5～6為定性指標的隸屬函數(shù)，采用升、降半矩形分布函數(shù)表示。

圖5 定性指標的降半矩形分布函數(shù)

圖6 定性指標的升半矩形分布函數(shù)

其中，一級指標A1林業(yè)火險等級高，易發(fā)生火險。此項指標主要作為林業(yè)火險評估與預報結(jié)果審核時的參考，以通過比較發(fā)現(xiàn)當前的林業(yè)火險等級，從而尋找預防林業(yè)火險的突破口。A2表示較易發(fā)生林業(yè)火險。指標A3為通常情況下，無林業(yè)火險。四級指標A4為無林業(yè)火險。

2 林業(yè)火險評估與預報方法的實證應用

根據(jù)所建立的定量指標體系和定性指標體系，以山東省濟寧市林業(yè)火險發(fā)生次數(shù)較多的2012年3～6月份作為研究對象，對本研究所提出的層次分析方法進行檢驗。

整理后的濟寧市林業(yè)火險2012年3～6月份的數(shù)據(jù)如表7～8所示。

表7 林業(yè)火險評估與預報定量指標實際值

表8 林業(yè)火險評估與預報定性指標實際值

在分別對林業(yè)火險進行定量和定性模糊評價的基礎(chǔ)上，再進行綜合評價。

根據(jù)最大隸屬度原則，得到山東省濟寧市的2012年3月份、4月份、5月份、6月份的林業(yè)火險分別處于較易發(fā)生、高發(fā)、易發(fā)生和不易發(fā)生，與實際情況相符。

3 小結(jié)

本研究克服以往權(quán)重分析方法中缺乏確切的定量分析過程,采用層次分析法確定了各火險因子的權(quán)重,并在此過程中結(jié)合各火險因子與火災發(fā)生概率的關(guān)系確定各火險因子的重要性。通過對山東省濟寧市進行林業(yè)火險的評估與預報，一方面驗證了建立的林業(yè)火險的評估與預報體系及其評價方法是有效的、可行的；另一方面，從各個一級指標、二級指標的隸屬度的差異，可以得到預防林業(yè)火險發(fā)生的著眼點。因此，建議消防部門在制訂林業(yè)防火或宣傳教育時，可以側(cè)重指標較差方面，加強資金、技術(shù)、人員和設(shè)備的投入，進一步提高該地區(qū)林業(yè)的整體防火能力。

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