紧急避险辅助决策

5.3.3　紧急避险辅助决策

(1)林火蔓延时间预测

林火蔓延时间T是由火线至控制线之间的距离D与林火蔓延的速度V决定的:

T=D/V

而蔓延速度V的公式是在原王正非教授提供的计算火头速度模型的基础上做了改进。原林火蔓延速度的计算是将火蔓延初速度乘以风力更正系数、地形坡度更正系数、可燃物类型引燃系数得到的，但该模型中提供的风力更正系数和地形坡度更正系数是离散化的。在该系统中，将原来离散化的风力更正系数和地形坡度更正系数改进为连续函数，并引入风向与火蔓延方向的夹角的余玄值作为参数。公式如下:

V₁=V_oV_sK_sK_wK_fK_n

V₁—火头速度，单位为m/min

V_o—林火蔓延速度，单位为m/min

K_s—可燃物引燃系数

K_w—连续的坡度更正系数

K_f—连续的风力更正系数

K_n—风向与火线蔓延方向夹角的余玄值

由于模型中引入了风向与火蔓延方向的夹角的余玄值，此模型不仅可用于计算林火火头速度，还可计算出林火向各个方向蔓延的速度，并且在将风力更正系数和坡度更正系数改为连续函数之后，避免了这两个系数因离散而造成的在计算火蔓延速度时，可能产生的阶跃。

(2)扑救行军路线或紧急撤离路线制定

在三维或者二维半立体地形地貌场景中，根据增值集成后的地形地貌数据、植被属性数据、道路数据、河流数据、可燃物分布数据、森林覆盖率数据等制定行军路线或者紧急撤离路线。使用地理信息系统所具有的矢量编辑、地物浏览、查询、专题图制作等功能，按照森林火灾应急扑救指挥地图符号标准，制定行军路线专题图或紧急撤离路线专题图，并及时发布。

(3)土地利用类型遥感影像解译

①光谱复原

地物的光谱颜色在遥感图像的计算机自动识别和目视判读中都占据着非常重要的位置。但是，位于不同坡面、不同坡向的地物，由于接受到太阳照度不一样，导致同样的地物有不同光谱和影像特征，不同的地物又有相同的光谱和影像特征(俗称同物异谱和异物同谱，又称物谱混淆)。特别是在阴坡的植被，由于阴影的遮挡，会覆盖植被本身的颜色，容易导致识别或判读的困难和较大的误差。以卫星传感的物理模型为指导，开发了一种复原算法，首先对遥感影像进行了光谱复原。复原前后的影像对比见图5.8。

图5.8　光谱复原对比图

②生成矢量多边形数据

传统的手工勾绘的植被图边界不准，且需花费大量的人力、物力、财力。模拟人们对遥感图像的认知和判断过程，深入研究遥感图像的光谱特点、空间结构和纹理特性，使用计算机对图像进行自动识别，让机为人用，具有较大的应用前景。

根据安宁市的实际需求，以遥感图像的自动识别技术为基础，提出了一种以行政界线、林权界线等为固定分界的遥感图像自动识别技术。计算机自动识别的多边形元地图层与和地面调查勾绘的对比图见图5.9。

③添加属性表的数据项

添加属性表数据项的主要目的是尽量提取遥感图像、DEM和其他相关信息，提高决然推理和似然推理的准确性和精度。在安宁市可燃物的电子地图中，添加的数据项主要有海拔、坡度、坡向、坡形指数、汇水指数、色彩度量、植被指数(归一化植被指数、差值指数、比值指数)、近红外指数、绿光反射率指数、红外反射率。

图5.9　自动识别的多边形与地面调查勾绘的植被图的对比图

其中，海拔是影响可燃物分布及其生长特性的重要环境因子，而且在云南省，植被的垂直地带分布性非常明显，处于同一水平地带的不同海拔位置，具有明显不同的植被分布，所以在可燃物制图中首先考虑海拔的影响;坡度主要决定植被的水热收支状况，也是影响植被分布及生长的重要因子;坡向主要通过地表获取热量差异性影响植被，所以坡向也是决定植被分布及生长状况的又一重要因子;坡形指数是反映地表隆起或下降的定量指数;汇水指数反映了地表汇水情况，也是反映地表植被分布及生长状况的重要指数。

上述因子的计算方法均如下:先从DEM上计算出每个像元的值，然后计算每个多边形中各个像元的几何平均值，即得出最后的结果。

在相同的环境梯度下，色彩度量可直接反映遥感图像上可燃物的类型;植被指数是植被多少的度量;绿色植被都具有对近红外光高反射的能力，近红外指数能反映植被的种类及生物量的情况;绿色植被在可见光区间，对绿光具有最高反射率，利用绿光反射率指数也能起到对可燃物种类及载量的估计;绿色植被在可见光区间，由于自身光合作用需能量，对红光有强烈的吸收，红外反射率的提取也能反映植被即可燃物的信息。

上述因子的计算方法均如下:先从遥感影像上计算出每个像元的值，然后计算每个多边形中各个像元的几何平均值，即得出最后的结果。

④最近取水路径规划

根据河流、湖泊等矢量数据，使用距离量测、缓冲区分析等功能，从森林防火背景数据中选择出火点附近的可取水之处、可躲避之处，并计算各个可避险之处与火点之间的距离，比较最近的有水地点。根据植被分布情况、道路情况、火情信息，制定出最佳的取水路径或者最佳的避险路线。

在云南省林火管理信息系统中，提供了最近水源搜索功能，它将距离火场最近的水源查找出来高亮度地显示在屏幕上，并标注出该水源的名字、大小、深度和水源距火场的距离等信息，决策指挥人员可利用这些信息判断是否可使用灭火水泵、消防水车等灭火器具，使用时，应该去哪里取水。