文献综述
摘要：林火预测预报是林火管理中重要的一环，及时可靠的林火预测预报可以极大的减小森林火灾造成的损失，加拿大森林火险气候指数（火险）统以时滞-平衡含水率理论为基础，可以通过计算当地气候条件的变化量化的表示火险等级，并划分潜在的林火等级。如何在已知气候条件下快速地划分森林火险等级可以极大地提高林火预测预报的效率。本文使用机器学习算法，分析火险指数与当地气候条件的关系，略去了复杂的火险指数的计算过程，简化了林火等级划分。
关键词：森林火灾，机器学习，支持向量机，随机森林
林火预测
林火概述
凡是失去人为控制,在森林内自然蔓延和扩展,对生态系统和人类带来一定危害和损失的森林起火, 都称森林火灾。目前,世界每年发生林火22万次以上,烧毁各种森林达640多万hm2 ,占世界森林覆盖率的0. 23%以上。森林火灾排放会排放大量的温室气体，森林火灾碳排放与含碳气体排放是大气和环境污染的主要来源之一。大兴安岭2010 年森林火灾碳排放量为117 870.62 t，加剧了全球性温室效应。除此之外，严重的森林火灾还会对人类的安全构成威胁，消耗大量人力财力物力。仅在2015年，全国共发生森林火灾3703起，其中特别重大火灾1起，伤亡人数112人，造成损失约4亿元。
林火预测预报距今已有近百年的历史。早期林火监测方式主要依靠人工监测，虽然效果明显，但极大地耗费人力物力财力，并且人员的安全无法得到保障。红外线图像主要用于监测明火，但由于早期火灾烟雾大于明火，使用红外视频监测无法及时获得火场信息，易耽误最佳灭火时机。通过卫星和无人机的方法虽然减少了人力物力的消耗，但是其昂的成本仍然导致其无法大规模使用。而且视频监控获得信息较为单一，可能无法准确的对森林状态进行监测。近10年来,随着人为活动的影响和全球气候的变化,全球森林火灾有加剧的趋势，如何有效地预测森林火灾已成为林火研究中的当务之急。
林火预测历史
林火预测预报研究从二十世纪20 年代迄今, 已有80 余年的历史, 在世界各国发展很快。二十世纪70 年代, 加拿大和美国首先形成了国家级火险预报系统。1972 年加拿大提出“加拿大森林火灾天气指标系统”。该系统是在大量火灾资料和天气资料以及野外试验的基础上, 利用水热平衡原理,预报全国统一的可燃物湿度码, 每天只需测定气温、相对温度、风速和降水量等四个气象因子就可以进行三天预报。1972 年美国也提出国家级火险系统, 计算着火量、蔓延分量和能量释放分量, 并确定三个独立指标, 即雷击火发生指标、人为火发生指标和燃烧指标, 将这三个指标又归纳为火负荷指标。该系统到1978 年又进行了修订, 改为“国家最新火险等级预报系统”, 从定性预报向定量预报快速发展。美国北方林火实验室还设计出一种测算火行为的袖珍计算器,程序简单、计算速度快、精确度高, 使用者只要输入一定的数值, 就可以获得火灾特征值, 用于预测火行为。1974 年苏联在个别林区也提出利用电子计算机编制林火预报程序的方法。我国研究林火预报研究工作起步比较晚, 比西方发达国家晚30~40 年。大体上可以分为两个阶段, 从1955 年到1976 年, 主要在苏、美、日等国家林火预报的基础上, 结合我国的情况进行研究的, 例如: 风速补正综合指标法、双指标法以及801 火险尺法。1976 年以后才开始广泛地研究自己的林火预报方法,到1978 年以后, 我国的林火预报研究由火险天气预报向林火发生预报和林火行为发生预报发展, 并开始研制全国性的林火预报系统。1987 年黑龙江省森保所与黑龙江省科学院自动化所合作, 研制出我国的“森防SF 森林天气自动遥测系统”。但到目前为止, 我国还没有建立国家级林火预测预报系统。
林火预测预报方法
林火预测预报方法是进行林火预测预报的关键,全世界共有一百多种, 我国也有十多种。概括起来有经验法、数学方法、物理方法、野外实验法和室内测定法等。
( 1) 经验法———利用历史火灾资料来找出火灾发生发展规律。这种方法只需对过去火灾发生的时间、地点、面积、天气条件、火源等进行统计和分析, 找出火灾与气象要素的相关性, 利用其相关性编制预报模型, 划分等级指标,进行火险预报。
( 2) 数学方法———以数学和统计学为理论基础,通过研究林火发生条件、林火行为与气象要素、其它环境因素之间的关系, 建立数学模型, 对林火发生和林火行为进行预报。
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