基于知识发现的林火灾害应急管理研究
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摘要
森林是陆地生态系统的主体,是人类社会生存发展与生态环境演变不可或缺的重要物质基础。林火灾害尤其是重特大林火灾害,是失去人为控制的异常森林燃烧现象,是一种燃烧机理十分复杂、危害后果非常严重、人为控制比较困难的自然灾害。因此,进行林火灾害影响因子分析和灾害风险与应急管理特别是森林灭火救灾应急管理研究,是摆在我们面前的一项重要而紧迫的课题。
本研究以内蒙古大兴安岭林区为研究区域,以林火灾害因子分析、风险分析和灭火救灾应急管理为主题,应用知识发现理论和技术方法、风险管理与应急管理理论,运用3S(GIS、RS、GPS)技术、统计分析、气象学、火生态学等基础理论、技术与方法,分析了内蒙古大兴安岭林区林火灾害发生、蔓延与环境因子关系,研究了林火灾害风险管理与救灾应急管理问题,并对该区域1998年阿尔山“5.13”特大森林火灾及其处置情况作了典型案例分析。
本文研究的主要成果包括:
1.林火数据的预处理问题。应用知识发现的数据预处理技术,定性定量地分析了数据偏高值产生的原因,剔除了林火中的噪声数据,确定了林火数据中缺失值的处理问题。
2.应用知识发现三大关键技术,研究了气象因子、林业因子与林火发生及蔓延的关系,通过挖掘和分析得出了新的林火知识,即研究区域气象条件变化趋势和林火灾害发生特点规律,提出了以知识发现技术处理林火气象数据的关键技术问题。
利用知识发现关联技术量化该区域精准防火灭火控制的一个定量指标。通过偶合分析研究,该林区年度重大火灾发生3次以上(含3次)且年度火灾总次数超过60次(含60次)同时发生的年份偶合率仅0.5,说明在该林区不仅要做好火灾多发年份的重大火灾应急管理,还要做好火灾次数发生较少年份的重大火灾应急管理。
林火灾害发生概率分析表明,在该区域重特大森林火灾各周期发生概率分布相对均匀,说明该林区每年都有发生重特大森林火灾的可能性,这就告诫我们在该林区要年年防控重特大森林火灾的发生,因此开展森林火灾应急管理研究尤显重要。
3.把风险管理引入林火灾害研究。阐明林火灾害风险管理的含义,提出林火灾害风险分析与判别、评估与预测、控制与处置的方法和手段,构建了影响林火灾害风险的主要因子和评估指标体系,引进基于模糊积分的林火灾害风险评估模型,运用聚类分析和模糊积分评估模型进行林火灾害风险区划,阐述林火灾害风险控制与处置的主要对策。
4.应用应急管理理论和方法,系统研究森林灭火救灾应急管理问题,阐明灭火救灾应急管理、应急决策的含义和预防与准备、监测与预警、响应与处置、善后与评估的内容、方法与要求,明确森林灭火救灾应急响应分级及标准,运用关联算法确定了应急处置预案与对应评估因子的关系,提出该林区重特大林火灾害应急处置对策,运用多元线性回归方法构建重特大林火灾害应急处置兵力出动模型,经拟合检验平均相对误差为10.37%。
5.运用林火灾害影响因子分析、灾害风险分析和救灾应急管理理论及研究成果,系统地分析该区域1998年阿尔山“5.13”特大森林火灾应急处置过程,从理论与实践相结合的角度作典型案例分析,对这起特大森林火灾的应急管理情况进行系统总结、科学分析和全面评价。
本文研究的创新点主要包括以下四个方面:
1.首次系统地在林火灾害因子分析中应用知识发现关键技术,并通过知识发现技术从更深层面挖掘新的林火知识。
2.把风险管理引入林火灾害应急管理研究领域,明确提出林火灾害风险判别与分析、评估与预测的方法以及控制与处理的对策和措施,运用聚类分析和模糊积分评估模型进行林火灾害风险区划,拓展了灾害风险管理研究领域。
3.系统全面地阐述森林灭火救灾应急管理的含义、原则、目的、阶段划分及主要内容,明确提出森林灭火救灾应急响应分级及其标准,构建灭火救灾应急处置兵力出动模型,这在国内林火灾害研究方面属于首次,具有一定的创新性。
4.运用林火灾害风险管理与灭火救灾应急管理理论方法,全面、系统、科学地对重特大森林火灾扑救典型案例进行分析与评价,这在林火灾害及其应急管理研究领域具有开拓性和独创性。
Forest is important component of the terrestrial ecosystems and they are also the basic and important materials for the development of the human society and the evolution of the ecosystem. Forest fires, especially those large and highly destructive ones, can be defined as the abnormal phenomena of uncontrolled forests burning, which lead to serious damages. The burning mechanisms of great forest fires are complicated, and it is difficult to control those forests fires by humans. So the research on managing forest fires, especially on the emergent management of putting out forest fires is an important task we have to encountered. KDD(Knowledge Discovery in Databases), coupled with its methods are introduced into our research. Our research has been centered around the forest fire、risk and emergency management, and done systematically and deeply. The new theories, methods and techniques for the research and practice on the forest fire managements are put forward by using the risk management and the emergence management theory.
The study area is located in the Inner Mongolia Daxinganling forest zone, the research has been focused on the analysis of the forest fire, risk analysis and the extinguish fire, by using the KDD, risk management and the emergency management theory, by using the 3S (GIS、RS、GPS), statistic analysis, the theory of meteorology and the fire ecology and other basic theory, technology and methods, an analysis has been made on the forest fire in inner Mongolia Daxinganling forest zone and the relations of the fire expansion, happening, spreading and the relations of the environmental factors, the risk management of forest fire and the emergent management of helping disasters are studied. the great forest fire of Aershan happening on "5.13" in 1998 and how to deal with the situation typical case analysis.
The main achievements of the research are as follows:
1. The pretreatment of the forest fires date.
By applying the KDD to pretreatment date, the reason of qualitative analysis and quantitative analysis date on the high side is analysis, eliminating the noise date of the forest fires, the problem of losing date of forest fires are
2. utilizing the three crucial techniques of KDD, studying the correlations between the spreading of the forest fire and the weather factors, as well as the forestry factors, new knowledge of forest fires has been obtained by exploring and analyzing the above materials , the crucial technique problem of dealing with forest fires weather date by KDTIM(Knowledge Discovery Theory Based On Inner Mechanism) has been put forward.
3. Introducing the risk management into the forest fire research, clarifying the concept of risk management of the forest fire, putting forward the methods and measures of judging , analyzing, evaluating and forecasting, controlling and dealing with the risk of forest fires, introducing the risk evaluation pattern of the forest fires, which is based on fuzzy integral, expounding the main measures for controlling and dealing with the risk of forest fires.
4. Employ emergency-handling principle and method to systematically study the emergency-handling matter of forestry extinguishment so as to avoid disaster as well as to explain the definition of the emergency-handling matter of forestry extinguishment so as to avoid disaster and the decision-making of emergency-handling. The paper also is focused on the explanation of prevention and emergency-handling preparation, supervision and alarming of emergency, emergency reaction and handling, the content method and requirement of after-handling and evaluation. Clarify the grading and standard of the emergency-handling matter of forestry extinguishment so as to avoid disaster. It suggests some methods to cope with the emergency of the most serious fire and structure the model of force arrangement in case of the most serious forestry fire by exploying the principle of diversity of multiple linear regression analysis method.
5. To employ the theory and study result of the analysis of factors affecting disaster caused by forestry fire, the analysis of disaster damage and emergency-handling to save disaster to systematically analyze the handling process of 1998's "5.13" serious forestry fire in Ar Mountain. It shows a case study in point from the perspective of the combination of theory and practice, and gives a systematic summary, scientific analysis and complete evaluation of the situations of the emergency-handling of the serious forestry fire.
The innovations of the paper lies in the following aspects:
1. For the first time in the factor analysis of forestry fire disaster, the crucial technique of KDTIM is used and by the means of it, more profound forestry fire knowledge is explored.
2. It pioneers to introduce danger and danger-management to the area of the study of emergency-managing of forestry fire disaster, suggesting clearly how to judge and analyze the disaster caused by forestry fire, how to evaluate and predict and situations, how to control and handle such situations.
3. It systematically and completely explains the definition of the emergency-managing of forestry fire extinguishment to lessen damage, its principle, purpose, categorization of stage and the main content. It puts forward clearly the grading and standard of emergency response in case of forestry fire extinguishment and the model of force arrangement in case of such situations, which is quite new and innovative in the study of national disasters caused forestry fire.
4. It applies the method of danger management of disaster caused by forestry fire and the emergency-managing theory of fire extinguishment to analyzing and evaluating a case in point of most serious forestry fire in a complete, systematical and scientific way, which is original and in the area of disaster caused by forestry fire and its emergency-managing study.
本研究以内蒙古大兴安岭林区为研究区域,以林火灾害因子分析、风险分析和灭火救灾应急管理为主题,应用知识发现理论和技术方法、风险管理与应急管理理论,运用3S(GIS、RS、GPS)技术、统计分析、气象学、火生态学等基础理论、技术与方法,分析了内蒙古大兴安岭林区林火灾害发生、蔓延与环境因子关系,研究了林火灾害风险管理与救灾应急管理问题,并对该区域1998年阿尔山“5.13”特大森林火灾及其处置情况作了典型案例分析。
本文研究的主要成果包括:
1.林火数据的预处理问题。应用知识发现的数据预处理技术,定性定量地分析了数据偏高值产生的原因,剔除了林火中的噪声数据,确定了林火数据中缺失值的处理问题。
2.应用知识发现三大关键技术,研究了气象因子、林业因子与林火发生及蔓延的关系,通过挖掘和分析得出了新的林火知识,即研究区域气象条件变化趋势和林火灾害发生特点规律,提出了以知识发现技术处理林火气象数据的关键技术问题。
利用知识发现关联技术量化该区域精准防火灭火控制的一个定量指标。通过偶合分析研究,该林区年度重大火灾发生3次以上(含3次)且年度火灾总次数超过60次(含60次)同时发生的年份偶合率仅0.5,说明在该林区不仅要做好火灾多发年份的重大火灾应急管理,还要做好火灾次数发生较少年份的重大火灾应急管理。
林火灾害发生概率分析表明,在该区域重特大森林火灾各周期发生概率分布相对均匀,说明该林区每年都有发生重特大森林火灾的可能性,这就告诫我们在该林区要年年防控重特大森林火灾的发生,因此开展森林火灾应急管理研究尤显重要。
3.把风险管理引入林火灾害研究。阐明林火灾害风险管理的含义,提出林火灾害风险分析与判别、评估与预测、控制与处置的方法和手段,构建了影响林火灾害风险的主要因子和评估指标体系,引进基于模糊积分的林火灾害风险评估模型,运用聚类分析和模糊积分评估模型进行林火灾害风险区划,阐述林火灾害风险控制与处置的主要对策。
4.应用应急管理理论和方法,系统研究森林灭火救灾应急管理问题,阐明灭火救灾应急管理、应急决策的含义和预防与准备、监测与预警、响应与处置、善后与评估的内容、方法与要求,明确森林灭火救灾应急响应分级及标准,运用关联算法确定了应急处置预案与对应评估因子的关系,提出该林区重特大林火灾害应急处置对策,运用多元线性回归方法构建重特大林火灾害应急处置兵力出动模型,经拟合检验平均相对误差为10.37%。
5.运用林火灾害影响因子分析、灾害风险分析和救灾应急管理理论及研究成果,系统地分析该区域1998年阿尔山“5.13”特大森林火灾应急处置过程,从理论与实践相结合的角度作典型案例分析,对这起特大森林火灾的应急管理情况进行系统总结、科学分析和全面评价。
本文研究的创新点主要包括以下四个方面:
1.首次系统地在林火灾害因子分析中应用知识发现关键技术,并通过知识发现技术从更深层面挖掘新的林火知识。
2.把风险管理引入林火灾害应急管理研究领域,明确提出林火灾害风险判别与分析、评估与预测的方法以及控制与处理的对策和措施,运用聚类分析和模糊积分评估模型进行林火灾害风险区划,拓展了灾害风险管理研究领域。
3.系统全面地阐述森林灭火救灾应急管理的含义、原则、目的、阶段划分及主要内容,明确提出森林灭火救灾应急响应分级及其标准,构建灭火救灾应急处置兵力出动模型,这在国内林火灾害研究方面属于首次,具有一定的创新性。
4.运用林火灾害风险管理与灭火救灾应急管理理论方法,全面、系统、科学地对重特大森林火灾扑救典型案例进行分析与评价,这在林火灾害及其应急管理研究领域具有开拓性和独创性。
Forest is important component of the terrestrial ecosystems and they are also the basic and important materials for the development of the human society and the evolution of the ecosystem. Forest fires, especially those large and highly destructive ones, can be defined as the abnormal phenomena of uncontrolled forests burning, which lead to serious damages. The burning mechanisms of great forest fires are complicated, and it is difficult to control those forests fires by humans. So the research on managing forest fires, especially on the emergent management of putting out forest fires is an important task we have to encountered. KDD(Knowledge Discovery in Databases), coupled with its methods are introduced into our research. Our research has been centered around the forest fire、risk and emergency management, and done systematically and deeply. The new theories, methods and techniques for the research and practice on the forest fire managements are put forward by using the risk management and the emergence management theory.
The study area is located in the Inner Mongolia Daxinganling forest zone, the research has been focused on the analysis of the forest fire, risk analysis and the extinguish fire, by using the KDD, risk management and the emergency management theory, by using the 3S (GIS、RS、GPS), statistic analysis, the theory of meteorology and the fire ecology and other basic theory, technology and methods, an analysis has been made on the forest fire in inner Mongolia Daxinganling forest zone and the relations of the fire expansion, happening, spreading and the relations of the environmental factors, the risk management of forest fire and the emergent management of helping disasters are studied. the great forest fire of Aershan happening on "5.13" in 1998 and how to deal with the situation typical case analysis.
The main achievements of the research are as follows:
1. The pretreatment of the forest fires date.
By applying the KDD to pretreatment date, the reason of qualitative analysis and quantitative analysis date on the high side is analysis, eliminating the noise date of the forest fires, the problem of losing date of forest fires are
2. utilizing the three crucial techniques of KDD, studying the correlations between the spreading of the forest fire and the weather factors, as well as the forestry factors, new knowledge of forest fires has been obtained by exploring and analyzing the above materials , the crucial technique problem of dealing with forest fires weather date by KDTIM(Knowledge Discovery Theory Based On Inner Mechanism) has been put forward.
3. Introducing the risk management into the forest fire research, clarifying the concept of risk management of the forest fire, putting forward the methods and measures of judging , analyzing, evaluating and forecasting, controlling and dealing with the risk of forest fires, introducing the risk evaluation pattern of the forest fires, which is based on fuzzy integral, expounding the main measures for controlling and dealing with the risk of forest fires.
4. Employ emergency-handling principle and method to systematically study the emergency-handling matter of forestry extinguishment so as to avoid disaster as well as to explain the definition of the emergency-handling matter of forestry extinguishment so as to avoid disaster and the decision-making of emergency-handling. The paper also is focused on the explanation of prevention and emergency-handling preparation, supervision and alarming of emergency, emergency reaction and handling, the content method and requirement of after-handling and evaluation. Clarify the grading and standard of the emergency-handling matter of forestry extinguishment so as to avoid disaster. It suggests some methods to cope with the emergency of the most serious fire and structure the model of force arrangement in case of the most serious forestry fire by exploying the principle of diversity of multiple linear regression analysis method.
5. To employ the theory and study result of the analysis of factors affecting disaster caused by forestry fire, the analysis of disaster damage and emergency-handling to save disaster to systematically analyze the handling process of 1998's "5.13" serious forestry fire in Ar Mountain. It shows a case study in point from the perspective of the combination of theory and practice, and gives a systematic summary, scientific analysis and complete evaluation of the situations of the emergency-handling of the serious forestry fire.
The innovations of the paper lies in the following aspects:
1. For the first time in the factor analysis of forestry fire disaster, the crucial technique of KDTIM is used and by the means of it, more profound forestry fire knowledge is explored.
2. It pioneers to introduce danger and danger-management to the area of the study of emergency-managing of forestry fire disaster, suggesting clearly how to judge and analyze the disaster caused by forestry fire, how to evaluate and predict and situations, how to control and handle such situations.
3. It systematically and completely explains the definition of the emergency-managing of forestry fire extinguishment to lessen damage, its principle, purpose, categorization of stage and the main content. It puts forward clearly the grading and standard of emergency response in case of forestry fire extinguishment and the model of force arrangement in case of such situations, which is quite new and innovative in the study of national disasters caused forestry fire.
4. It applies the method of danger management of disaster caused by forestry fire and the emergency-managing theory of fire extinguishment to analyzing and evaluating a case in point of most serious forestry fire in a complete, systematical and scientific way, which is original and in the area of disaster caused by forestry fire and its emergency-managing study.
引文
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