基于DEMATEL的森林火災(zāi)影響因素研究

劉蓉 段輝良 吳鑫

摘要 采用DEMATEL方法對(duì)森林火災(zāi)影響因素進(jìn)行識(shí)別分析，結(jié)果表明：人為因素在森林火災(zāi)發(fā)生時(shí)起著核心作用;加強(qiáng)防火宣傳，注重防火隊(duì)伍建設(shè)，加強(qiáng)林區(qū)經(jīng)濟(jì)投入是做好森林防火最直接有效的措施;加快對(duì)氣候因素和植被因素的科學(xué)研究，為森林火災(zāi)的預(yù)測提供科學(xué)依據(jù)，進(jìn)而更好地保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

關(guān)鍵詞 森林火災(zāi); DEMATEL;影響因素;生態(tài)環(huán)境

中圖分類號(hào) S762.1? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2021）04-0115-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.04.031

Analysis of Forest Fire Influencing Factors Based on DEMATEL

LIU Rong1，DUAN Hui-liang2，WU Xin3 （1.School of Computer and Information Engineering，Central South University of Forestry and Technology，Changsha，Hunan 410004;2.Information Center of Central South University of Forestry and Technology，Changsha，Hunan 410004;3.College of Science，Central South University of Forestry and Technology，Changsha，Hunan 410004）

Abstract We used the method of DEMATEL to identify and analyze the influencing factors of forest fires.The results showed that human factors played a key role in the occurrence of forest fires.The most direct and effective measures for forest fires prevention are to strengthen fire prevention propaganda，pay attention to fire prevention team construction，and strengthen economic investment in forest areas.Accelerate the scientific research on climate factors and vegetation factors to provide scientific basis for forest fires prediction and better protect the ecological environment.

Key words Forest fire; DEMATEL;Influencing factors;Ecological environment

基金項(xiàng)目 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31570627）;湖南省教育廳項(xiàng)目（16C1671）;湖南省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2016SK2088）;2019年中南林業(yè)科技大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目（2019-03）。

作者簡介 劉蓉（1982—），女，河南周口人，講師，碩士，從事森林防火、防災(zāi)減災(zāi)衛(wèi)星應(yīng)用工程等研究。

收稿日期 2020-06-30

人類文明進(jìn)程中，火是重要發(fā)明之一，一旦有了火災(zāi)，便會(huì)釀成災(zāi)害，進(jìn)而對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全、自然資源造成威脅和破壞，對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)也有著重要影響，因此對(duì)森林火災(zāi)的預(yù)測研究顯得非常重要，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)森林火災(zāi)的影響因素一直在不斷研究和探索。1988年，美國開發(fā)了“國家最新火險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)系統(tǒng)”，此系統(tǒng)是定性預(yù)報(bào)到定量預(yù)報(bào)的轉(zhuǎn)折，考慮了氣象、可燃物含水量以及地形等因子的影響[1]。 加拿大于1987年開發(fā)了“加拿大森林火險(xiǎn)等級(jí)系統(tǒng)”，構(gòu)建了森林可燃物含水率模型[2-3]?；隈R卡什的野外火災(zāi)點(diǎn)示范試驗(yàn)，澳大利亞于1966年提出了可預(yù)測草原火災(zāi)的草地火險(xiǎn)模型，以及可預(yù)測森林火災(zāi)的森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[4-5]。我國森林火災(zāi)影響因素研究以及預(yù)測預(yù)報(bào)相對(duì)薄弱，主要在美國、加拿大等森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)研究基礎(chǔ)上，根據(jù)我國的環(huán)境及氣象等特征開展研究，多因子相關(guān)概率法主要應(yīng)用在東北伊春林區(qū)[6-7]。綜合指數(shù)法以及風(fēng)速補(bǔ)正綜合指標(biāo)法，考慮的影響因素有氣溫、降水量、地表可燃物干燥程度、空氣濕度、森林火災(zāi)蔓延指數(shù)。雙指標(biāo)法是中國科學(xué)院研究提出的林火預(yù)測模型，考慮了地表層可燃物含水率、氣象因子這2個(gè)影響因子指標(biāo)[8]，充分考慮了地表層可燃物含水率的重要作用。根據(jù)植被含水量和空氣濕度之間的相互影響研究森林火災(zāi)預(yù)報(bào)的方法（被稱為“實(shí)效濕度法”）也被使用。黑龍江省森林保護(hù)研究所提出“801”火險(xiǎn)等級(jí)預(yù)測，考慮的主要?dú)庀笠蜃邮钱?dāng)日溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速、降水和前一天空氣相對(duì)濕度。綜上，在森林火災(zāi)研究過程中，因素分析一直是人們關(guān)注焦點(diǎn)。

鑒于國內(nèi)外發(fā)展研究，這些影響因素之間存在一定相關(guān)性，但基于影響因素的決策與評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)室（decision making trial and evaluation laboratory，簡記DEMATEL法）方法來研究森林火災(zāi)從未嘗試。借助此方法，將定性與定量分析相結(jié)合，找出影響森林火災(zāi)的關(guān)鍵因素，以便為進(jìn)一步做好森林防火提供科學(xué)依據(jù)。

1 森林火災(zāi)各影響因素的DEMATEL分析方法及操作步驟

火災(zāi)發(fā)生一般包含多種影響因素，研究森林火災(zāi)的影響因素必須從多因素出發(fā)，研究主要因素和次要因素。

DEMATEL方法是在1971年由美國巴特爾紀(jì)念研究所為了解決現(xiàn)實(shí)世界中復(fù)雜而又困難的問題提出的方法論，該方法將圖論和矩陣工具相結(jié)合，對(duì)系統(tǒng)因素之間的相互作用進(jìn)行分析，不僅考慮了直接互相影響的兩個(gè)因素之間的關(guān)系，而且還考慮了所有因素間接影響之間的關(guān)系。通過計(jì)算可以得出復(fù)雜問題的邏輯關(guān)系，將復(fù)雜問題簡單化[9-12]。由于DEMATEL方法在研究影響因素方面的優(yōu)越性，國內(nèi)外學(xué)者相繼開展了相關(guān)研究，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)總結(jié)歸納，基于DEMATEL方法的森林火災(zāi)影響因素分析的基本步驟如下。

1.1 確定森林火災(zāi)的影響因素

根據(jù)研究對(duì)象森林火災(zāi)的信息，找出其影響因素指標(biāo)體系，記為I1，I2，I3，…，In。依據(jù)系統(tǒng)論、森林經(jīng)營、氣象學(xué)有關(guān)理論，將森林火災(zāi)系統(tǒng)分為人為因素、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素、氣候因素和植被因素4個(gè)部分。

1.2 確定兩兩因素間的影響關(guān)系

在查閱并收集相關(guān)森林火災(zāi)的基礎(chǔ)上，得出森林火災(zāi)中不同影響因素間直接影響程度以及相互制約關(guān)系，確定有無直接關(guān)系的有向圖。若Ii對(duì)Ij有直接影響，有向圖中則有一條邊，由Ii指向Ij，因素間影響程度的強(qiáng)弱用若干評(píng)價(jià)等級(jí)來表示，一般按照5個(gè)等級(jí)來劃分，用0～4來標(biāo)度，0表示沒有直接影響，數(shù)字越大，影響強(qiáng)度越大。

1.3 建立直接影響矩陣

采用調(diào)查問卷和德爾菲法對(duì)影響因素之間的直接關(guān)系進(jìn)行定量，由此可得一個(gè)n×n的直接影響矩陣X，則直接影響矩陣如下：

X=0x12…x1n

x210…x2n

xn1xn2…0=（xij）n×n（1）

式中，1≤i≤n，1≤j≤n，并且當(dāng)i=j時(shí)，xij=0，表示因素Ii對(duì)于因素Ij沒有直接影響。如果因素Ii對(duì)于因素Ij有直接影響，則表示為xij。

1.4 正規(guī)化直接影響矩陣

為使運(yùn)算結(jié)果收斂，需要對(duì)直接影響矩陣進(jìn)行正規(guī)化。正規(guī)化過程是將矩陣各行元素求和并取最大值，記為max，則正規(guī)化矩陣記為Z=Iij/max。

1.5 計(jì)算影響因素間的綜合影響矩陣T

為分析各因素間接影響關(guān)系，需要求出綜合影響矩陣T，T=Z（1-Z）-1=tij，其中I為單位陣，（I-Z）-1是I-Z的逆。

1.6 計(jì)算各影響因素的影響度P、被影響度Q、中心度M和原因度N

Pi=nj=1Tij （1≤i≤n，1≤j≤n） （2）

Qj=ni=1Tij （1≤i≤n，1≤j≤n） （3）

Mi=Pi+Qj （i=j）（4）

Nj=Pi-Qj （i=j）（5）

矩陣Pi各行元素之和表示各行對(duì)應(yīng)因素對(duì)其他因素的綜合影響值，稱作影響度。矩陣Qj表明各列對(duì)應(yīng)因素受到所有其他各要素的綜合影響值，稱作被影響度。中心Pi+Qj度表示該因素在系統(tǒng)中的重要性程度，用Mi表示。原因度Pi-Qj表示該因素對(duì)其他因素的影響程度Nj，結(jié)果Nj為正，則是原因因素，該因素對(duì)其他因素的影響大;結(jié)果Nj為負(fù)，則是結(jié)果因素，該因素受其他因素的影響大。

1.7 以中心度和原因度繪制因果關(guān)系圖

中心度為橫坐標(biāo)，原因度為縱坐標(biāo)，標(biāo)出各因素坐標(biāo)系所處位置，可直觀分析各因素的重要性。

經(jīng)過以上分析，影響度和被影響度可以用于分析每一影響因素對(duì)森林火災(zāi)的影響程度，由中心度可分析出森林火災(zāi)發(fā)生時(shí)各影響因素的重要程度，由原因度大小分析各因素間的相互影響關(guān)系，進(jìn)而為森林防火管理等決策問題提供理論依據(jù)。

2 構(gòu)建森林火災(zāi)影響因素指標(biāo)體系

根據(jù)文獻(xiàn)及分析結(jié)果[13-15]，將森林火災(zāi)影響因素分為人為因素、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素、氣候因素和植被因素4部分16個(gè)指標(biāo)（表1）。

2.1 人為因素

在森林火災(zāi)眾多的影響因素中，人為因素是最基本的構(gòu)成，人為因素主要有：①森林防火責(zé)任體系。做好森林防火最根本的就是從責(zé)任體系和制度優(yōu)化角度來進(jìn)行。②防火宣傳與指導(dǎo)。采用形式多樣的方式使防火宣傳進(jìn)入林區(qū)、校園和生活社區(qū)，從根本上提升人們防火意識(shí)和防火觀念。③森林防火預(yù)警與應(yīng)急機(jī)制。為最大限度減少破壞面積和影響范圍，提前做好森林防火物資、防火設(shè)備及通信設(shè)施非常有必要。④防火隊(duì)伍建設(shè)。森林消防隊(duì)伍是森林防火體系重要的組成部分。

2.2 社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素 社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素包括：①經(jīng)營林區(qū)的投入。加大資金投入配備國防林防火設(shè)施，可充分發(fā)揮森林防火預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)的作用。②當(dāng)?shù)亟逃?。?jīng)濟(jì)發(fā)展水平相當(dāng)水平下，人們的受教育程度越高。③傳統(tǒng)節(jié)日。在清明節(jié)前后，氣溫回升，風(fēng)干物燥，是火災(zāi)多發(fā)期。④林區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。林區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平?jīng)Q定著森林資源的具體利用方式及利用程度。⑤林業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。林業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)決定著我國森林資源的利用方向，在一定程度上可減少林火發(fā)生。

2.3 氣候因素

氣候因素包括：①日最高氣溫。氣候因素中，空氣溫度越高，森林植被水分容易蒸發(fā)，干燥環(huán)境下林火發(fā)生概率就會(huì)比較高。②最大風(fēng)速。在森林火險(xiǎn)預(yù)測中，火災(zāi)蔓延速度以及火災(zāi)擴(kuò)散面積的直接影響因素就是風(fēng)速。③降水量。多日連續(xù)無降水，提高可燃物干燥程度，植被越干燥，林火風(fēng)險(xiǎn)就越大。④空氣日最小相對(duì)濕度。研究表明，日最小相對(duì)濕度小于30%時(shí)，發(fā)生重大森林火災(zāi)的概率會(huì)有所提高。

2.4 植被因素

植被因素主要有：①植被覆蓋度。代表研究區(qū)域內(nèi)可燃物疏密程度，植被覆蓋度越大，在草木生長期間林火不易發(fā)生;在積雪期，積雪覆蓋度越大，植被覆蓋度越小，林火發(fā)生的概率越低。②可燃物含水率。可燃物含水率越高，火險(xiǎn)等級(jí)就越低;可燃物含水率越低，火險(xiǎn)等級(jí)就越高，容易引發(fā)森林火災(zāi)。③地形特征。地形特征中高程、坡度、地形起伏度都是森林火災(zāi)發(fā)生的因素，對(duì)于高程低、地形起伏不大的區(qū)域，林火發(fā)生的概率較高。

3 DEMATEL方法在森林火災(zāi)影響因素分析中的應(yīng)用及相關(guān)分析

3.1 方法應(yīng)用

根據(jù)上述分析及模型，首先建立森林火災(zāi)影響因素之間的直接影響矩陣，使用0～4標(biāo)度法作為評(píng)判規(guī)則進(jìn)行評(píng)判。其中定義0、1、2、3、4分別表示2個(gè)影響因素間“沒有影響”“較弱的影響”“弱的影響”“強(qiáng)的影響”“很強(qiáng)的影響”?；谙蛏只馂?zāi)領(lǐng)域?qū)＜野l(fā)放問卷，對(duì)森林火災(zāi)影響因素進(jìn)行打分。通過對(duì)問卷進(jìn)行整理，建立直接影響矩陣（圖1）。然后利用上述直接矩陣及DEMATEL方法計(jì)算出各影響因素之間的綜合影響矩陣，計(jì)算出各影響因素的影響度、被影響度、中心度和原因度，結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，森林火災(zāi)影響因素中，原因度大于0的影響因素共有12個(gè)，森林火災(zāi)原因度小于0的因素共有4個(gè)。

3.2 結(jié)果分析

在應(yīng)用DEMATEL方法對(duì)森林防火影響因素進(jìn)行識(shí)別時(shí)，若只考慮原因度和中心度大小來進(jìn)行分析，可能會(huì)造成對(duì)某些影響因素的錯(cuò)誤判斷。該研究綜合考慮了影響度R和被影響度D的計(jì)算結(jié)果并進(jìn)行分析。

3.2.1 森林火災(zāi)影響因素原因因素分析。

原因度M大于0，說明此影響因素可以影響其他影響因素，被稱為原因因素。由表2可知，引起森林火災(zāi)的影響因素中，社會(huì)因素中傳統(tǒng)節(jié)日引起的森林火災(zāi)占主導(dǎo)，同時(shí)氣象條件也對(duì)林火發(fā)生起著決定作用。另外，社會(huì)因素I6（教育水平）、I7（林區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平）和氣象因素I14（植被因素）對(duì)森林火災(zāi)發(fā)生的作用也很顯著。I1（森林防火責(zé)任體系）的影響度和被影響度得分較高，但原因度得分很低，這說明森林防火責(zé)任體系對(duì)其他因素的影響較大，與此同時(shí)其他因素對(duì)它的干擾作用也大。

3.2.2 森林火災(zāi)影響因素結(jié)果因素分析。

原因度M小于0，說明此影響因素會(huì)受到其他影響因素的影響，被稱為結(jié)果因素，結(jié)果因素會(huì)因其他因素的變化影響而產(chǎn)生變化。由表2可知，結(jié)果因素主要有I2、I4、I4、I9共4個(gè)因素。其中，防火宣傳與指導(dǎo)、經(jīng)營林區(qū)的投入、林業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是最容易受影響的因素。這說明在森林防火中，比較有效的途徑是增加林區(qū)的經(jīng)濟(jì)投入，同時(shí)調(diào)整林業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)防火宣傳與指導(dǎo)等積極措施。另外，防火隊(duì)伍建設(shè)的被影響度得分不低，所以提高防火隊(duì)伍水平和業(yè)務(wù)能力也是做好森林防火的直接有效措施。

3.2.3 影響因素中心度分析。

中心度的值越大，此因素越靠近核心因素位置，則該因素對(duì)其他影響因素的影響作用越大，相反影響則越小。由表2可知，在森林火災(zāi)的影響中，有較大中心度的因素有I2、I5、I15、I8、I10、I11、I1、I13、I12，這9個(gè)因素處于影響因素中的核心位置。其中I10、I8、I11、I15不僅具有很高的中心度，而且具有較高的原因度，表明這4個(gè)因素是森林火災(zāi)的核心關(guān)鍵影響因素，在森林防火中應(yīng)當(dāng)將其放在首要考慮的位置。另外，I10的原因度居于首位，I15的影響度居于首位，I8的中心度最大，I11的中心度和原因度居于中間位置。由此看出，在森林火災(zāi)中，人為因素處于核心位置，氣候因素和植被因素屬于驅(qū)動(dòng)因素，因此在森林防火過程中，對(duì)人的行為進(jìn)行有效控制與引導(dǎo)，可有效避免森林火災(zāi)的發(fā)生。同時(shí)要加強(qiáng)對(duì)氣候因素和植被因素的科學(xué)研究，進(jìn)而為森林火災(zāi)的預(yù)測提供更加科學(xué)的依據(jù)，對(duì)保護(hù)人類居住的生態(tài)環(huán)境具有重要的積極意義。

4 結(jié)論

該研究構(gòu)建了森林火災(zāi)影響因素指標(biāo)體系，利用DEMATEL方法對(duì)森林火災(zāi)影響因素進(jìn)行了定量分析，包括每個(gè)影響因素的影響度、被影響度、中心度和原因度，并進(jìn)行相關(guān)分析。探討了影響森林火災(zāi)的關(guān)鍵因素，其中人為因素在森林火災(zāi)發(fā)生時(shí)起著核心作用，因此在預(yù)防森林火災(zāi)發(fā)生時(shí)要充分發(fā)揮人的積極主動(dòng)作用。通過對(duì)原因度值小于0的結(jié)果因素分析，加強(qiáng)防火宣傳，注重防火隊(duì)伍建設(shè)，加強(qiáng)林區(qū)經(jīng)濟(jì)投入，調(diào)整林業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，是做好森林防火的直接有效措施。研究表明，為避免林火發(fā)生，一方面控制人的行為，另一方面，還要加強(qiáng)對(duì)氣候因素和植被因素的科學(xué)研究，為森林火災(zāi)的預(yù)測提供更加科學(xué)的依據(jù)，進(jìn)而保護(hù)人類居住的生態(tài)環(huán)境。

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