趙洪陽，薛偉

(東北林業(yè)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，黑龍江　哈爾濱 150040)

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基于模糊綜合評(píng)價(jià)法的興安落葉松人工林采伐跡地火險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)*

趙洪陽，薛偉

(東北林業(yè)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040)

為評(píng)價(jià)興安落葉松人工林采伐跡地火災(zāi)等級(jí)，經(jīng)實(shí)地調(diào)研結(jié)合跡地自身特點(diǎn)，利用模糊綜合評(píng)價(jià)法構(gòu)建興安落葉松人工林采伐跡地的火災(zāi)火險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)體系。通過不同層次分析，針對(duì)影響火災(zāi)發(fā)生的主要因素(可燃物狀況、氣象因素、地形因素及人為因素)，分析不同因素對(duì)火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)的影響，做出綜合性評(píng)價(jià)，并應(yīng)用模糊綜合評(píng)價(jià)法建立興安落葉松人工林采伐跡地火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定模型，制定其火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定表，為采伐跡地的火災(zāi)管理提供依據(jù)。

興安落葉松人工林；采伐跡地；模糊綜合評(píng)價(jià)法；火險(xiǎn)等級(jí)

興安落葉松(Larixgmelinii)人工林是大興安嶺、小興安嶺主要的林分類型，因其伐根和枝丫殘留大量油脂而異于其他跡地種類。興安落葉松林經(jīng)采伐作業(yè)后，喬木上層消失使采伐跡地光照強(qiáng)度大大提高，加上落葉松油脂含量高等因素促使采伐剩余物迅速演變?yōu)橐兹嘉铮只馂?zāi)的危險(xiǎn)性隨之增大[1～4]。隨著國有林區(qū)天然林商品材的停采，森林資源生態(tài)保護(hù)作為中國林業(yè)發(fā)展的主要方向，而森林火災(zāi)的發(fā)生是直接影響生態(tài)林業(yè)發(fā)展的重要因素，因此對(duì)采伐跡地火災(zāi)等級(jí)評(píng)定的研究也逐年增多[5]。薛偉等[6]利用可拓層次分析法構(gòu)建了興安落葉松人工林采伐跡地火險(xiǎn)等級(jí)的動(dòng)態(tài)評(píng)估演化模型，驗(yàn)證了該法在火災(zāi)等級(jí)評(píng)價(jià)中的可行性；劉春起等[7]應(yīng)用層次分析法對(duì)大興安嶺落葉松采伐跡地火險(xiǎn)等級(jí)做出了評(píng)估；耿志偉等[8]應(yīng)用有限元熱分析法對(duì)長白山落葉松采伐跡地地表溫度進(jìn)行了

研究。加拿大的David Yung[9]和澳大利亞維多利亞科技大學(xué)的Vaughan Beck開發(fā)的FiRE CAMTM多子模型火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，使用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)火災(zāi)的發(fā)生概率。

1965年，來自美國伯克利加利福尼亞大學(xué)的自動(dòng)控制專家L.A.Zadeh(扎德)教授發(fā)表了文章《模糊集》[10]，這一理論的誕生解釋了現(xiàn)實(shí)世界中很多的模糊現(xiàn)象和模糊概念[11～13]。模糊綜合評(píng)價(jià)法就是以模糊邏輯和模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，處理一些邊界不清、不易定量的問題，并從多個(gè)因素對(duì)復(fù)雜的模糊系統(tǒng)進(jìn)行定量描述和處理的一種方法[14]。

20世紀(jì)末，日本就將模糊技術(shù)應(yīng)用在機(jī)器人、交通管理、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域，模糊理論及模糊法的應(yīng)用給日本帶來的巨大進(jìn)步，得到了各國學(xué)術(shù)界的認(rèn)同。中國對(duì)模糊數(shù)學(xué)及模糊綜合評(píng)價(jià)法的研究相對(duì)較晚，但近些年在建筑業(yè)、醫(yī)學(xué)、水利等領(lǐng)域的應(yīng)用也比較廣泛。本文充分運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法的科學(xué)性和廣泛實(shí)用性對(duì)興安落葉松人工林采伐跡地進(jìn)行火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定，以期為森林防火的科學(xué)性提供理論依據(jù)。

1　火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定方法及指標(biāo)簡介

1.1模糊綜合評(píng)價(jià)法

模糊綜合評(píng)價(jià)法首先要確定被評(píng)價(jià)事物的因素集并衡量各評(píng)價(jià)因素的權(quán)重；再分別對(duì)各個(gè)因素進(jìn)行評(píng)判獲得其隸屬度向量，然后得到其模糊判斷矩陣；最后，將模糊判斷矩陣與因素的權(quán)向量進(jìn)行模糊運(yùn)算并對(duì)其進(jìn)行歸一化，得到模糊綜合評(píng)價(jià)值[15]。

1.2火險(xiǎn)等級(jí)影響因子及其權(quán)重

確定影響火災(zāi)發(fā)生因素及指標(biāo)并建立清晰的層次關(guān)系是評(píng)價(jià)火災(zāi)等級(jí)的基礎(chǔ)。通過調(diào)查2006～2014年大、小興安嶺興安落葉松采伐跡地火災(zāi)發(fā)生情況，在防火專家和森林防護(hù)工作人員的指導(dǎo)下，根據(jù)采伐跡地的分布及生產(chǎn)作業(yè)方式，總結(jié)出不同因素對(duì)火災(zāi)發(fā)生的影響程度，確定各影響因素及子因素的權(quán)重值。各因素及子層次關(guān)系與權(quán)重分布見表1。

2　模糊綜合評(píng)價(jià)法評(píng)定采伐跡地火險(xiǎn)等級(jí)

2.1確定各評(píng)價(jià)對(duì)象因素集合

將表1中各因素及指標(biāo)轉(zhuǎn)化為集合，具體如下。

因素集合U=(U1、U2、U3、U4)=(可燃物狀況、氣象因素、地形因素、人為因素)。

子因素集合U1=(U11、U12、U13、U14、U15)=(采伐剩余物清理狀況、可燃物含水量、伐根油脂含量、可燃物載量、伐根高度)。

U2=(U21、U22、U23、U24)=(風(fēng)速、空氣溫度、降雨量、空氣相對(duì)濕度)。

U3=(U31、U32)=(坡度、坡向)。

U4=(U41、U42、U43)=(人為活動(dòng)時(shí)間、林牧業(yè)人口密度、道路網(wǎng)密度)。

表1　火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定因素層次分析及權(quán)重分布表

2.2建立評(píng)語等級(jí)集合

評(píng)語等級(jí)集合是對(duì)評(píng)價(jià)目標(biāo)做出的評(píng)價(jià)結(jié)果所組成的集合，表示為V=(V1、V2、…Vn)。本文將火災(zāi)危險(xiǎn)劃分為6個(gè)等級(jí)，評(píng)價(jià)的等級(jí)為第4等級(jí)到第6等級(jí)的采伐跡地要加強(qiáng)監(jiān)控防火，火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定見表2 。

表2　火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)表

取各區(qū)間中間值作為參數(shù)向量V=(95,85,70,50,35,15)T。

2.3獲得模糊關(guān)系矩陣

關(guān)系矩陣中的元素代表評(píng)價(jià)因素集合U中第i個(gè)元素(Ui)對(duì)評(píng)語集合V中第m個(gè)等級(jí)元素(Vm)的隸屬度。已知某興安落葉松人工林采伐跡地的面積為83hm2，位于坡度為8°的半陰坡，道路網(wǎng)總長度172m，林牧業(yè)作業(yè)人數(shù)為85人，每天人為活動(dòng)時(shí)間大約5.5h，臨近有深水井1口，普通水井2口，干粉滅火器96個(gè)，貯水灌3個(gè)，采伐剩余物采用分散腐爛法處理，伐根高度在5cm以內(nèi)，經(jīng)抽樣檢測(cè)伐根油脂含量平均為0.64%，可燃物數(shù)量為0.96kg/m2。由相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得出該跡地某一天天氣的基本情況為，2天前降雨，風(fēng)速為3級(jí)，空氣相對(duì)濕度85%，平均氣溫7℃，可燃物含水量約為17.9%。

則相應(yīng)的模糊關(guān)系矩陣R1、R2、R3、R4為,

2.4建立綜合評(píng)價(jià)模型

將權(quán)重集合通過合成運(yùn)算得到評(píng)價(jià)結(jié)果向量B=A⊙R(⊙表示合成算子)，采用相乘取大相加取小的原則。

2.5評(píng)價(jià)結(jié)果歸一化

B*1=(0.318 0.273 0.182 0.091 0.091 0.045) B*2=(0.319 0.227 0.180 0.136 0.092 0.046) B*3=(0.314 0.232 0.138 0.138 0.089 0.089) B*4=(0.304 0.261 0.174 0.130 0.087 0.044)R*=(B*1 B*2 B*3 B*4)T=0.3180.2730.1820.0910.0910.0450.3190.2270.1800.1360.0920.0460.3140.2320.1380.1380.0890.0890.3040.2610.1740.1300.0870.044

2.6系統(tǒng)評(píng)價(jià)

系統(tǒng)總得分是評(píng)價(jià)火災(zāi)等級(jí)的數(shù)值體現(xiàn)，通過F=C·V計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為,

F=(0.2950.2520.1680.1380.0850.062)·(958570503515)T=72.01。

由結(jié)果可知，此條件下該采伐跡地火險(xiǎn)等級(jí)為中等，應(yīng)加強(qiáng)防火工作。該評(píng)價(jià)結(jié)果反映出采伐跡地的火險(xiǎn)情況，但主要影響因素的變化，導(dǎo)致模糊關(guān)系矩陣也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)得分及危險(xiǎn)等級(jí)也會(huì)有相應(yīng)的改變。為方便確定在影響因素變化的情況下采伐跡地的火險(xiǎn)等級(jí)，制定了表3所示修正系數(shù)。

表3　修正系數(shù)匯總

在以下5種情況下，分別采用構(gòu)造模糊關(guān)系矩陣的方法和直接累加修正系數(shù)方法對(duì)采伐跡地的火險(xiǎn)等級(jí)做出評(píng)定，對(duì)其行比較，來檢驗(yàn)采用修正系數(shù)計(jì)算系統(tǒng)總得分的準(zhǔn)確性，見表4。

由表4比較模糊綜合評(píng)價(jià)得分和修正后系統(tǒng)得分可知，修正系數(shù)的算法簡便快捷，且誤差在±2.4%以內(nèi)，可用來評(píng)價(jià)火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)。

3　結(jié)論與討論

3.1結(jié)論

本文根據(jù)大、小興安嶺落葉松人工林采伐跡地的特性，從可燃物狀況、氣象因素、地形因素、人為因素4個(gè)方面進(jìn)行分析，建立火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，應(yīng)用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)興安落葉松人工林采伐跡地進(jìn)行火險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)，得以下結(jié)論。

(1)從火險(xiǎn)評(píng)價(jià)各指標(biāo)可以看出，采伐跡地可燃物狀況的影響權(quán)重為46.7%，是引發(fā)火災(zāi)的重要因素。其中，可燃物含水量的權(quán)重值為33%,采伐剩余物清理狀況的權(quán)重值為24%，伐根油脂含量的權(quán)重值為19%，所以，在火災(zāi)監(jiān)管過程中要定期對(duì)可燃物含水量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。采伐作業(yè)后，應(yīng)及時(shí)對(duì)采伐跡地進(jìn)行清理，減少可燃剩余物的總量。落葉松伐根油脂含量較高，具有助燃作用，故應(yīng)盡量將其清理出采伐跡地。在氣象因素方面，空氣相對(duì)濕度的權(quán)重值達(dá)27%，因此，在干燥季節(jié)要做好預(yù)警工作。同時(shí)，也要及時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)速、溫度、降雨量的變化，加強(qiáng)火險(xiǎn)天氣的防火工作。坡度對(duì)火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)的影響較大，在防火工作中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)上坡位跡地的火災(zāi)預(yù)防。人為活動(dòng)時(shí)間、林牧業(yè)人口密度的影響程度也較大(分別為28%、21%)，故應(yīng)對(duì)林牧業(yè)人口數(shù)和人為活動(dòng)時(shí)間加強(qiáng)管理，且盡量減小道路網(wǎng)的密度。

表4　修正系數(shù)檢驗(yàn)表

(2)基于模糊綜合評(píng)價(jià)法的興安落葉松人工林采伐跡地火險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型具有簡便快捷，誤差極小的顯著特征，可以應(yīng)用于興安落葉松人工林采伐跡地火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)，林區(qū)管理相關(guān)部門可根據(jù)實(shí)際情況，確定各指標(biāo)權(quán)重，通過修正系數(shù)的算法，確定其火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)，為防火監(jiān)管和防火決策提供科學(xué)的理論依據(jù)和參考。

3.2討論

興安落葉松人工林采伐跡地火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定是多因素、多指標(biāo)的評(píng)價(jià)體系，該體系還不夠科學(xué)完整。一方面，存在很多主觀和難以量化的因素，部分評(píng)價(jià)指標(biāo)還比較粗糙。另一方面，評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建還有待加強(qiáng)，還沒有取得較理想的效果。在今后的研究中應(yīng)改進(jìn)和完善。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)出采伐跡地火災(zāi)等級(jí)評(píng)價(jià)因子的原始數(shù)據(jù)，可以第1時(shí)間掌握采伐跡地的情況；在建立模糊評(píng)價(jià)體系的過程中，對(duì)隸屬度計(jì)算和合成算子的選擇進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，進(jìn)一步降低火險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定過程中的主觀性，這樣可以增強(qiáng)模糊綜合評(píng)價(jià)法在采伐跡地火險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)方面的準(zhǔn)確性。

[1]李東升,陳霞,李凱峰,等.興安落葉松造林技術(shù)[J].中國西部科技,2012,10(34):46,79.

[2]薛偉,王悅,張德新.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的長白落葉松人工林采伐跡地火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)研究[J].西部林業(yè)科學(xué),2013,42(3):11-14.

[3]陳宏偉,常禹,胡遠(yuǎn)滿,等.大興安嶺呼中林區(qū)森林死可燃物載量及其影響因子[J].生態(tài)學(xué)雜志,2008,27(1):50-55.

[4]AiSekizawa.Fireriskanalysis:itsvalidityandpotentialforapplicationinfiresafety[C].FireSafetyScience-ProceedingsoftheEighthInternationalSymposium,2005:85-100.

[5]U.S.Bititci,P.Suwignjo,A.S.Carrie.Strategymanagementthroughquantitativemodellingofperformancemeasurementsystems[M].InternationalJournalofProductionEconomics,2001.

[6]薛偉,耿志偉.基于可拓層次分析法的興安落葉松人工林采伐跡地火險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)研究[J].西部林業(yè)科學(xué),2014,43(4):49-53.

[][]

[7]劉春起,薛偉.大興安嶺落葉松人工林采伐跡地火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)研究[J].西部林業(yè)科學(xué),2011,40(4):17-22.

[8]耿志偉,張德新,薛偉.基于有限元熱分析的長白落葉松人工林采伐跡地地表溫度的研究[J].西部林業(yè)科學(xué),2014,43(3):16-21.

[9]Yung D，Hadjisophopcleous G V，Proulx G.A description of the probabilistic and deterministic modeling used in FiRECAM[J].International Journal on Engineering Performance Based Fire Codes，1990,1(1):18-26.

[10]江高.模糊層次綜合評(píng)價(jià)法及其應(yīng)用[D].天津:天津大學(xué),2005.

[11]韓利,梅強(qiáng),陸玉梅,等.AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)方法的分析與研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào),2005,14(7):86-89.

[12]張鐵男,李晶蕾.對(duì)多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用研究[J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào),2002,23(3):132-135.

[13]胡守忠,顧建勤.模糊綜合評(píng)價(jià)法及應(yīng)用[J].中國紡織大學(xué)學(xué)報(bào),1995,21(1):74-80.

[14]任麗華.模糊綜合評(píng)價(jià)法的數(shù)學(xué)建模方法簡介[J].商場現(xiàn)代化,2006(20):8-9.

[15]吳麗萍.模糊綜合評(píng)價(jià)方法及其應(yīng)用研究[D].太原:太原理工大學(xué),2006.

Fire Risk Rating of Larix gmelinii Logging Slash based on Fuzzy Comprehensive Evaluation

ZHAO Hong-yang,XUE Wei

(College of Engineering and Technology,Northeast Forestry University， Harbin Heilongjiang 150040，P.R.China)

To evaluate the fire risk rating ofLarixgmeliniilogging slash,based on the field researching with combination of slash area’s characteristics,the fire risk assessment system was established through fuzzy comprehensive evaluation method.Targeted to different influencing factors such as combustible situation,meteorology，site conditions and human factor,a comprehensive assessment could be made through influence analysis of those factors.This study could provide relevant reference for improving efficiency on fire management.

Larixgmeliniiplantation；logging slash；fuzzy comprehensive evaluation method;fire risk evaluation

2015-09-16

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助(2572015CB05)。

趙洪陽(1990-)，女，碩士生，主要從事森林火災(zāi)安全工程方面的研究。E-mail:630606889@qq.com

簡介：薛偉(1962-)，男，教授，博士，主要從事森林火災(zāi)安全工程方面的研究。E-mail:nefuxw@163.com

S 762

A

1672-8246(2016)04-0060-06

doi:10.16473/j.cnki.xblykx1972.2016.04.010