本發(fā)明涉及風(fēng)險評估，具體為一種情景導(dǎo)向的森林火災(zāi)動態(tài)風(fēng)險評估方法。

背景技術(shù)：

1、森林火災(zāi)是全球最為常見且破壞性極大的自然災(zāi)害之一，不僅對生態(tài)系統(tǒng)造成了巨大破壞，還對人類的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，隨著全球氣候變暖、土地利用方式改變以及人類活動的加劇，森林火災(zāi)的頻率和強度呈現(xiàn)顯著上升趨勢，如何有效評估和應(yīng)對森林火災(zāi)風(fēng)險已成為森林管理和災(zāi)害防控領(lǐng)域的研究重點和技術(shù)難題；

2、傳統(tǒng)的森林火災(zāi)風(fēng)險評估方法主要依賴于統(tǒng)計模型和物理建模，統(tǒng)計模型通?；趯o態(tài)數(shù)據(jù)的分析，利用火災(zāi)歷史記錄結(jié)合植被類型、地形坡度和氣象條件等環(huán)境因素，對危害、暴露和脆弱性等風(fēng)險組成部分進行量化，從而構(gòu)建火災(zāi)風(fēng)險的定量化模型，能揭示火災(zāi)發(fā)生的主要驅(qū)動因素，為長期風(fēng)險預(yù)測提供指導(dǎo)。然而，此類模型依賴既有數(shù)據(jù)，對突發(fā)性火災(zāi)或多情景條件的適應(yīng)性較差，難以滿足實時性和精準(zhǔn)化評估的需求。物理建模通過假設(shè)不同情景條件，構(gòu)建火災(zāi)傳播模型(如火焰?zhèn)鞑ヂ窂?、燃燒速率?，以模擬火災(zāi)的動態(tài)變化及其蔓延情況，反映火災(zāi)傳播的動態(tài)特性。這種方法雖能模擬林火過程中火災(zāi)的實時變化，其模擬結(jié)果較單一，且對復(fù)雜環(huán)境條件下的多變因素反應(yīng)不足。

3、現(xiàn)有風(fēng)險評估方法依賴既有數(shù)據(jù)，對突發(fā)性火災(zāi)或多情景條件的適應(yīng)性較差，難以滿足森林火災(zāi)應(yīng)急條件下實時性和精準(zhǔn)化評估的需求；因此，不滿足現(xiàn)有的需求，對此我們提出了一種情景導(dǎo)向的森林火災(zāi)動態(tài)風(fēng)險評估方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種情景導(dǎo)向的森林火災(zāi)動態(tài)風(fēng)險評估方法，以解決上述背景技術(shù)中提出現(xiàn)有模型依賴既有數(shù)據(jù)，對突發(fā)性火災(zāi)或多情景條件的適應(yīng)性較差，難以滿足實時性和精準(zhǔn)化評估的需求的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種情景導(dǎo)向的森林火災(zāi)動態(tài)風(fēng)險評估方法，所述方法包括：

3、基于元胞自動機林火火行為模擬模型的構(gòu)建，基于風(fēng)險評估的需求，將森林火災(zāi)防控區(qū)域劃分未若干元胞，根據(jù)林火燃燒過程中的不同的火行為定義元胞狀態(tài)；采用王正非林火蔓延模型計算林火蔓延速率，并基于相鄰元胞的狀態(tài)與蔓延時間的推進，定義不同元胞狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則，進而實現(xiàn)林火蔓延過程中實時火行為模擬；

4、基于語義驅(qū)動的森林火災(zāi)情景模擬知識圖譜的構(gòu)建，以森林火災(zāi)領(lǐng)域業(yè)務(wù)和相關(guān)理論以及w3c公布的ssn和time本體標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)，完成森林火災(zāi)情景模擬知識圖譜理論框架的構(gòu)建，采用語義建模的方法實現(xiàn)實驗區(qū)多源信息的整合與動態(tài)更新、以及基于元胞自動機林火火行為模擬方法的封裝，以此實現(xiàn)森林火災(zāi)情景模擬知識圖譜的構(gòu)建與更新；

5、綜合性的森林火災(zāi)動態(tài)風(fēng)險評估模型的構(gòu)建，以火災(zāi)發(fā)生危險性、承災(zāi)體的暴露性以及脆弱性這三項風(fēng)險要素為根基，引入火災(zāi)蔓延速率、著火狀態(tài)和人員密度等實時火災(zāi)環(huán)境要素評估這風(fēng)險的三項要素，通過構(gòu)建綜合風(fēng)險評估指標(biāo)完成森林火災(zāi)動態(tài)風(fēng)險評估建模；

6、基于情景模擬的動態(tài)風(fēng)險評估，在森林火災(zāi)情景模擬知識圖譜中完成語義防控模擬情景的設(shè)定，并調(diào)用上述元胞自動機林火火行為模擬模型實現(xiàn)實時火行為的模擬，最后基于森林火災(zāi)動態(tài)風(fēng)險評估模型，引入實時的風(fēng)險評估指標(biāo)，實現(xiàn)不同時刻及防控情景下的火災(zāi)風(fēng)險的動態(tài)評估；

7、通過模擬真實火災(zāi)對比實驗，評估所述的情景導(dǎo)向的森林火災(zāi)動態(tài)風(fēng)險評估方法的可執(zhí)行性與預(yù)測精度。

8、優(yōu)選的，所述元胞自動機林火火行為模擬模型的構(gòu)建方法中不同的火行為的元胞狀態(tài)有5種，其元胞所呈現(xiàn)的火行為狀態(tài)特征如下：

9、元胞狀態(tài)＝0時，即元胞狀態(tài)s0：元胞處于隔火區(qū)域，其中隔火區(qū)域中不含可燃物，元胞狀態(tài)保持不變；

10、元胞狀態(tài)＝1時，即元胞狀態(tài)s1：元胞中的可燃物處于尚未被點燃狀態(tài)；

11、元胞狀態(tài)＝2時，即元胞狀態(tài)s2：元胞中的可燃物剛開始燃燒狀態(tài)，且可燃物處于內(nèi)部發(fā)育狀態(tài)并未向外點燃其余元胞的能力；

12、元胞狀態(tài)＝3時，即元胞狀態(tài)s3：元胞中的可燃物處于完全燃燒狀態(tài)，且可燃物開始向外擴散并具有點燃其余元胞的能力；

13、元胞狀態(tài)＝4時，即元胞狀態(tài)s4：元胞中的可燃物處于已燒毀狀態(tài)。

14、優(yōu)選的，所述元胞狀態(tài)s0向s1轉(zhuǎn)換規(guī)則，將元胞覆蓋水域和道路不可燃燒區(qū)域定義為s0，元胞覆森林可燃燒區(qū)域定義為s1。

15、優(yōu)選的，所述元胞狀態(tài)s1向s2轉(zhuǎn)換規(guī)則，可燃未燃s1狀態(tài)元胞受周圍完全燃燒s3狀態(tài)元胞影響被點燃，當(dāng)s1狀態(tài)元胞傳遞累計值超過閾值時被點燃，所述閾值為0.65，所述未燃s1狀態(tài)元胞被點燃并轉(zhuǎn)換成s2狀態(tài)；

16、

17、其中為下一時間間隔δt后的相鄰元胞對當(dāng)前元胞的點燃傳遞累計值；為當(dāng)前位置moore鄰域內(nèi)具有蔓延能力元胞即完全燃燒狀態(tài)為s3的元胞蔓延速率；δt為模擬時間步長并設(shè)為1min，l為元胞間水平距離，i和j是當(dāng)前元胞坐標(biāo)索引；

18、ro：初始蔓延速度；ks：可燃物更正系數(shù)；kw：風(fēng)速更正系數(shù)；地形更正系數(shù)。

19、優(yōu)選的，所述元胞狀態(tài)s2向s3轉(zhuǎn)換規(guī)則，將元胞從內(nèi)部燃燒s2狀態(tài)到完全燃燒s3狀態(tài)的時間過程定義為δt1，所述δt1用于描述元胞的內(nèi)部林火蔓延過程，當(dāng)所述s2狀態(tài)元胞的燃燒持續(xù)時間tcost大于δt1時，則元胞狀態(tài)由s2轉(zhuǎn)換成s3；

20、

21、其中rin為元胞的內(nèi)部林火蔓延速率，所述s2中的元胞經(jīng)δt1后轉(zhuǎn)換成s3并具備向鄰域蔓延的能力。

22、優(yōu)選的，所述元胞狀態(tài)s3向s4轉(zhuǎn)換規(guī)則，將元胞從完全燃燒s3狀態(tài)轉(zhuǎn)向熄滅s4狀態(tài)的過程定義為δt2，所述δt2取決于燃料的持續(xù)燃燒、外部滅火措施和環(huán)境條件，火焰燃燒持續(xù)時間與燃料完全燃燒所需時間δtburn和滅火干預(yù)時間δtinter相關(guān)；

23、δt2＝δtburn+δtinter；

24、

25、其中w為元胞范圍內(nèi)的燃料負荷，并且單位為kg/m2，m為可燃物的質(zhì)量燃燒速率，并且單位為kg/(m2·min)。

26、優(yōu)選的，所述森林火災(zāi)動態(tài)風(fēng)險評估模型以火災(zāi)發(fā)生危險性、承災(zāi)體的暴露性以及脆弱性這三項風(fēng)險要素為根基，構(gòu)建森林火災(zāi)風(fēng)險評估的指標(biāo)體系。該指標(biāo)體系中，綜合風(fēng)險定義為a級指標(biāo)，危險性、暴露性和脆弱定義為風(fēng)險b級指標(biāo)，而實時火行為、地形、植被覆蓋等火災(zāi)環(huán)境要素則被列為c級指標(biāo)。在風(fēng)險評估過程中，通過在指標(biāo)體系中引入并動態(tài)更新火行為、人口分布等實時數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)森林火災(zāi)風(fēng)險的動態(tài)評估；

27、

28、其中rt為t時刻綜合風(fēng)險的a級指標(biāo)，ht、et、vt分別為t時刻危險性、暴露性和脆弱性的風(fēng)險b級指標(biāo)，bit和cit分別為t時刻風(fēng)險的b和c級指標(biāo)，wi為c級指標(biāo)對b級指標(biāo)的權(quán)重，n為參與b級指標(biāo)評估的c級指標(biāo)數(shù)。

29、優(yōu)選的，所述b級指標(biāo)中危險性由距火場距離、燃燒狀態(tài)、燃燒速率等c級指標(biāo)計算，其權(quán)重設(shè)置分別為0.4、0.3、0.3。

30、優(yōu)選的，所述b級指標(biāo)中暴露性由人口密度、距建筑距離、重點保護設(shè)施距離、植被覆蓋率、gdp等c級指標(biāo)計算，其權(quán)重設(shè)置分別為0.3、0.2、0.25、0.125、0.125。

31、優(yōu)選的，所述b級指標(biāo)脆弱性由易燃物類型、持續(xù)著火時間等c級指標(biāo)計算，其權(quán)重設(shè)置分別為0.55、0.45。

32、優(yōu)選的，所述a級指標(biāo)、b級指標(biāo)和c級指標(biāo)的階段值通過對火災(zāi)影響貢獻程度的均劃分為從i到v五個等級，所述i到v五個等級的分別賦值0.2、0.4、0.6、0.8、1，所述風(fēng)險指標(biāo)的等級越高受火災(zāi)影響就越大。

33、優(yōu)選的，所述火災(zāi)模擬情景設(shè)定包含著火開始時間、著火結(jié)束時間、應(yīng)急救援時間、著火點位、隔離帶、消防員、消防車、數(shù)車數(shù)量等應(yīng)急資源的設(shè)定。

34、優(yōu)選的，所述具體的基于情景模擬的動態(tài)風(fēng)險評估方法步驟為：首先整合實驗區(qū)多源數(shù)據(jù)完成森林火災(zāi)情景模擬知識圖譜的動態(tài)更新，并基于知識圖譜設(shè)定火災(zāi)模擬情景；后根據(jù)不同的火災(zāi)模擬情景調(diào)用上述元胞自動機林火火行為模擬模型實現(xiàn)實時火行為的模擬；最后基于森林火災(zāi)動態(tài)風(fēng)險評估模型，引入實時的風(fēng)險評估指標(biāo)，評估不同時刻及防控情景下的火災(zāi)風(fēng)險。

35、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

36、1、本發(fā)明通過引入情景模擬和動態(tài)數(shù)據(jù)融合的理念，打破了傳統(tǒng)統(tǒng)計模型和物理建模的局限性，通過結(jié)合多源數(shù)據(jù)，能夠更加全面、精準(zhǔn)地反映火災(zāi)風(fēng)險狀況，有效提升了火災(zāi)風(fēng)險評估的精度和在不同場景下的適用性，基于元胞自動機方法模擬火災(zāi)在多維空間上的傳播路徑和速度，詳細劃分元胞狀態(tài)并明確其狀態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)則，能夠深入揭示火災(zāi)動態(tài)變化的機制，幫助研究人員和相關(guān)決策者更清晰地了解火災(zāi)發(fā)展的過程和規(guī)律；

37、2、本發(fā)明以火災(zāi)發(fā)生危險性、承災(zāi)體暴露性和脆弱性為基礎(chǔ)構(gòu)建風(fēng)險評估指標(biāo)體系，評估時引入實時火行為和人口分布等信息，實現(xiàn)火災(zāi)風(fēng)險動態(tài)評估，滿足應(yīng)急管理實時性需求。通過語義驅(qū)動設(shè)定火災(zāi)發(fā)生、環(huán)境及應(yīng)急措施等情景，基于不同防控情景進行火蔓延模擬和風(fēng)險預(yù)測，為消防部門和政府提供全面決策支持，助力快速選擇合適防控策略，減少損失。