基于模糊綜合評價法的興安落葉松人工林采伐跡地火險等級評價*

趙洪陽，薛偉

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

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基于模糊綜合評價法的興安落葉松人工林采伐跡地火險等級評價*

趙洪陽，薛偉

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

為評價興安落葉松人工林采伐跡地火災等級，經(jīng)實地調(diào)研結(jié)合跡地自身特點，利用模糊綜合評價法構(gòu)建興安落葉松人工林采伐跡地的火災火險等級評價體系。通過不同層次分析，針對影響火災發(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)，分析不同因素對火災危險等級的影響，做出綜合性評價，并應用模糊綜合評價法建立興安落葉松人工林采伐跡地火災危險等級評定模型，制定其火災危險等級評定表，為采伐跡地的火災管理提供依據(jù)。

興安落葉松人工林；采伐跡地；模糊綜合評價法；火險等級

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?，森林火災的危險性隨之增大[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)保護作為中國林業(yè)發(fā)展的主要方向，而森林火災的發(fā)生是直接影響生態(tài)林業(yè)發(fā)展的重要因素，因此對采伐跡地火災等級評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等級的動態(tài)評估演化模型，驗證了該法在火災等級評價中的可行性；劉春起等[7]應用層次分析法對大興安嶺落葉松采伐跡地火險等級做出了評估；耿志偉等[8]應用有限元熱分析法對長白山落葉松采伐跡地地表溫度進行了

研究。加拿大的David Yung[9]和澳大利亞維多利亞科技大學的Vaughan Beck開發(fā)的FiRE CAMTM多子模型火災風險評估模型，使用統(tǒng)計數(shù)據(jù)來預測火災的發(fā)生概率。

1965年，來自美國伯克利加利福尼亞大學的自動控制專家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)實世界中很多的模糊現(xiàn)象和模糊概念[11～13]。模糊綜合評價法就是以模糊邏輯和模糊數(shù)學為基礎，處理一些邊界不清、不易定量的問題，并從多個因素對復雜的模糊系統(tǒng)進行定量描述和處理的一種方法[14]。

20世紀末，日本就將模糊技術(shù)應用在機器人、交通管理、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域，模糊理論及模糊法的應用給日本帶來的巨大進步，得到了各國學術(shù)界的認同。中國對模糊數(shù)學及模糊綜合評價法的研究相對較晚，但近些年在建筑業(yè)、醫(yī)學、水利等領(lǐng)域的應用也比較廣泛。本文充分運用模糊綜合評價法的科學性和廣泛實用性對興安落葉松人工林采伐跡地進行火災危險等級評定，以期為森林防火的科學性提供理論依據(jù)。

1　火災危險等級評定方法及指標簡介

1.1模糊綜合評價法

模糊綜合評價法首先要確定被評價事物的因素集并衡量各評價因素的權(quán)重；再分別對各個因素進行評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)向量進行模糊運算并對其進行歸一化，得到模糊綜合評價值[15]。

1.2火險等級影響因子及其權(quán)重

確定影響火災發(fā)生因素及指標并建立清晰的層次關(guān)系是評價火災等級的基礎。通過調(diào)查2006～2014年大、小興安嶺興安落葉松采伐跡地火災發(fā)生情況，在防火專家和森林防護工作人員的指導下，根據(jù)采伐跡地的分布及生產(chǎn)作業(yè)方式，總結(jié)出不同因素對火災發(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　模糊綜合評價法評定采伐跡地火險等級

2.1確定各評價對象因素集合

將表1中各因素及指標轉(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)=(風速、空氣溫度、降雨量、空氣相對濕度)。

U3=(U31、U32)=(坡度、坡向)。

U4=(U41、U42、U43)=(人為活動時間、林牧業(yè)人口密度、道路網(wǎng)密度)。

表1　火災危險等級評定因素層次分析及權(quán)重分布表

2.2建立評語等級集合

評語等級集合是對評價目標做出的評價結(jié)果所組成的集合，表示為V=(V1、V2、…Vn)。本文將火災危險劃分為6個等級，評價的等級為第4等級到第6等級的采伐跡地要加強監(jiān)控防火，火災危險等級評定見表2 。

表2　火災危險等級表

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價因素集合U中第i個元素(Ui)對評語集合V中第m個等級元素(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，每天人為活動時間大約5.5h，臨近有深水井1口，普通水井2口，干粉滅火器96個，貯水灌3個，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，風速為3級，空氣相對濕度85%，平均氣溫7℃，可燃物含水量約為17.9%。

則相應的模糊關(guān)系矩陣R1、R2、R3、R4為,

2.4建立綜合評價模型

將權(quán)重集合通過合成運算得到評價結(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評價結(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)評價

系統(tǒng)總得分是評價火災等級的數(shù)值體現(xiàn)，通過F=C·V計算，計算結(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等級為中等，應加強防火工作。該評價結(jié)果反映出采伐跡地的火險情況，但主要影響因素的變化，導致模糊關(guān)系矩陣也會發(fā)生相應的變化，對應的系統(tǒng)得分及危險等級也會有相應的改變。為方便確定在影響因素變化的情況下采伐跡地的火險等級，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)方法對采伐跡地的火險等級做出評定，對其行比較，來檢驗采用修正系數(shù)計算系統(tǒng)總得分的準確性，見表4。

由表4比較模糊綜合評價得分和修正后系統(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)，可用來評價火災危險等級。

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個方面進行分析，建立火災危險等級評價指標體系，應用模糊綜合評價法對興安落葉松人工林采伐跡地進行火險等級評價，得以下結(jié)論。

(1)從火險評價各指標可以看出，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，在火災監(jiān)管過程中要定期對可燃物含水量進行監(jiān)測。采伐作業(yè)后，應及時對采伐跡地進行清理，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，故應盡量將其清理出采伐跡地。在氣象因素方面，空氣相對濕度的權(quán)重值達27%，因此，在干燥季節(jié)要做好預警工作。同時，也要及時監(jiān)測風速、溫度、降雨量的變化，加強火險天氣的防火工作。坡度對火災危險等級的影響較大，在防火工作中應加強對上坡位跡地的火災預防。人為活動時間、林牧業(yè)人口密度的影響程度也較大(分別為28%、21%)，故應對林牧業(yè)人口數(shù)和人為活動時間加強管理，且盡量減小道路網(wǎng)的密度。

表4　修正系數(shù)檢驗表

(2)基于模糊綜合評價法的興安落葉松人工林采伐跡地火險評價模型具有簡便快捷，誤差極小的顯著特征，可以應用于興安落葉松人工林采伐跡地火災危險等級評價，林區(qū)管理相關(guān)部門可根據(jù)實際情況，確定各指標權(quán)重，通過修正系數(shù)的算法，確定其火災危險等級，為防火監(jiān)管和防火決策提供科學的理論依據(jù)和參考。

3.2討論

興安落葉松人工林采伐跡地火災危險等級評定是多因素、多指標的評價體系，該體系還不夠科學完整。一方面，存在很多主觀和難以量化的因素，部分評價指標還比較粗糙。另一方面，評價模型的構(gòu)建還有待加強，還沒有取得較理想的效果。在今后的研究中應改進和完善。

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，能夠及時準確地監(jiān)測出采伐跡地火災等級評價因子的原始數(shù)據(jù)，可以第1時間掌握采伐跡地的情況；在建立模糊評價體系的過程中，對隸屬度計算和合成算子的選擇進行優(yōu)化改進，進一步降低火險等級評定過程中的主觀性，這樣可以增強模糊綜合評價法在采伐跡地火險等級評價方面的準確性。

[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)絡的長白落葉松人工林采伐跡地火災危險等級評價研究[J].西部林業(yè)科學,2013,42(3):11-14.

[3]陳宏偉,常禹,胡遠滿,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等級評價研究[J].西部林業(yè)科學,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危險等級評價研究[J].西部林業(yè)科學,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,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.模糊層次綜合評價法及其應用[D].天津:天津大學,2005.

[11]韓利,梅強,陸玉梅,等.AHP-模糊綜合評價方法的分析與研究[J].中國安全科學學報,2005,14(7):86-89.

[12]張鐵男,李晶蕾.對多級模糊綜合評價方法的應用研究[J].哈爾濱工程大學學報,2002,23(3):132-135.

[13]胡守忠,顧建勤.模糊綜合評價法及應用[J].中國紡織大學學報,1995,21(1):74-80.

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

[15]吳麗萍.模糊綜合評價方法及其應用研究[D].太原:太原理工大學,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)務費專項資金資助(2572015CB05)。

趙洪陽(1990-)，女，碩士生，主要從事森林火災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