一种林火预报与火势蔓延计算方法 一、技术领域 [0001] 本发明涉及一种用于指导森林火灾预测及森林小班尺度的林火蔓延模拟方法，特别是一种采用逻辑回归方法预测森林火灾是否发生以及采用平面八叉树建立的林火蔓延模拟的方法，最后通过手机软件集成的方式，系统预测林火的发生与蔓延的展示方法。 二、背景技术 [0002] 基于逻辑回归的林火预测模型是我国目前准确率比较高的一种预测模型，将影响林火发生的各个因子(可燃物数据以及气象、人文因子)作为自变量参与模型建立，并选取一定的火点和非火点数据参与建模，提高模型的精度，剔除调其中的无效数据，进行共线性诊断，剔除无效以及存在多重共线性的变量，提高模型精度。本发明将可燃物因子加入到火险的综合预测预报当中，对于林火预测更加全面，拟合效果也更好； [0003] 在我国应用最多的林火蔓延模型包括Rothermel模型及王正非林火蔓延模型。王正非林火蔓延模型仅适用于坡度在60°以下的地形,上坡和风顺着向上坡的情况,后来，毛贤敏等人考虑风向和地形的组合,导出了上坡、下坡、左平坡、右平坡和风方向的5个方向的方程组，经计算可得出这五个方向的林火蔓延速度。在王正非及经毛贤敏等人扩展后森林火灾蔓延模型的实际应用中，由于只考虑了上述五个方向上风速的参数，使实际应用受到限制。本发明从森林小班的尺度上，计算八个方向上林火蔓延速度，用于对林火蔓延的模拟，能得到更高精度的模拟结果； [0004] 为提高林火预测识别的效率，本发明设计一种基于手机APP的林火预测和气象测定系统，能够实时实地监测所在地区的气候状况，并预测出该地区的火险情况，及时进行火险等级测定，做出前瞻性的准备与预防，降低林火发生概率，减少损失。 三、发明内容 [0005] 为了提高林火预测的精度，将影响林火发生的各个影响因子都考虑到，还要选择尽可能长时间的数据。建立林火预测模型时，使用卫星监测热点数据作为火点数据，除火点数据外，还需建立一定量的随机点作为非火点参与拟合，火点和随机点共同构成样本点，使用ArcGIS建立随机点。火点的选择通过全国近20年的火点数据为依据，随机选取其中的火点。建立随机点时要保证随机点落在林地上，因此以2015年全国土地利用数据作为依据，提取的林地范围，在该范围内创建随机点。因为随机点需与日值气象数据进行匹配，所以在创建随机点后，还需在Excel中对随机点进行日期赋值，随机点的创建要遵循时间和空间上的双随机。 [0006] 为提高林火预测模型的精度，在影响因素中添加了经度、纬度、海拔、坡度、平均地表气温、20时累计降水量、平均气压、平均相对湿度、最小相对湿度、日照时数、平均风速、最大风速、可燃物含水率、可燃物载量、可燃物燃点、距道路的距离、距居民点的距离。将影响林火发生比较密切的因子爆肝进去关注其之间的相关性。 [0007] 为了提高森林小班林火蔓延模拟的精度，本发明的目的是提供一种基于平面八叉树的森林小班林火蔓延模拟方法。本发明的目的是这样实现的：森林小班林火蔓延方向以着火点为中心分别以上坡、下坡、左平坡、右平坡、左上坡，左下坡、右上坡、右下坡8个方向为森林小班林火蔓延方向。 [0008] 森林小班林火蔓延模拟的过程如下：首先，在栅格数据上确定火点M所在的像元； 其次，计算火点M所在像元中心与周围相邻8个像元中心之点的距离S；然后，以数模 计算火点M沿8个方向的蔓延时间t1‑t8；最后，利用类八叉树算法计算火点M在8个方向上蔓延路径，直到所有边界点的8个方向t值均大于蔓延时间，所有标记成过火点的栅格即为着火区域。 [0009] 本项发明与现有技术相比具有以下优点： [0010] 在林火预测方面将可燃物数据加入进来，替代一般林火预测模型中用的NDVI指数，避免地域性不同导致的拟合效果不精确的问题，使得模型更加贴合实际，更加简单。 [0011] 在林火蔓延模型上从8个方向对林火进行模拟，避免了先前只通过五个方向速度对林火进行模拟的不完善，其动态性强，依赖参数少，获取方便,提高了模拟的精度和效率，因而可准确定位林火蔓延后各方向的位置,且模型具有简单易行的特点；根据所提出的平面八叉树算法可直接模拟小班林火蔓延的过程。 [0012] 为了有效的经营和监督森林生长以及预防森林火灾，本发明提供一种基于智能手机森林林火、测树、环境信息集成观测置备及方法。由智能手机、单筒望远镜、气象测定仪(由多种气象传感器构成)、微型生长锥、手机显微镜及配套软件组成；实现了林火、测树、环境信息监督和测定方案。 四、附图说明 [0013] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 [0014] 图1为点火源林火蔓延的8个方向示意图； [0015] 图2为森林小班林火蔓延平面八叉树示意图； [0016] 图3为平台系统展示介绍图； 五、具体实施方式 [0017] 基于逻辑回归的林火蔓延模型中与以往的模型不同添加了许多类别的影响因子进行拟合，使得模型的相关性以及拟合效果更高；具体是： [0018] [0019] 首先获取并或添加以下因子： [0020] 经度、纬度、海拔、坡度、平均地表气温、20时累计降水量、平均气压、平均相对湿度、最小相对湿度、日照时数、平均风速、最大风速、距道路的距离、距居民点的距离； [0021] 火险因子变量表 [0022] [0023] 基于平面八叉树的森林小班林火蔓延模拟方法与现有技术不同，作了很大改进，具体是： [0024] 将森林小班林火蔓延方向以着火点为中心分别以上坡、下坡、左平坡、右平坡、左上坡，左下坡、右上坡、右下坡8个方向为森林小班林火蔓延方向及蔓延速度。 [0025] 上坡：R＝R0×Ks×exp(0.1783Vcosθ)×exp (3.553(tanφ)1.2) [0026] 右上坡：R＝R0×Ks×exp(0.1783Vcos(θ‑45°))×exp {3.553[tan(φ×cos45°)]1.2}[0027] 右平坡：R＝R0×Ks×exp(0.1783Vcos(θ‑90°)) [0028] 右下坡：R＝R0×Ks×exp(0.1783Vcos(θ‑135°))×exp {‑3.553[tan(φ× 1.2 cos45°)] } [0029] 下坡：R＝R0×Ks×exp(0.1783Vcos(180°‑θ))×exp (‑3.553(tanφ)1.2)[0030] 左下坡： [0031] R＝R0×Ks×exp(0.1783Vcos(θ‑225°))×exp {‑3.553[tan(φ×cos(‑45°)]1.2}[0032] 左平坡：R＝R0×Ks×exp(0.1783Vcos(θ+90°)) [0033] 左上坡： [0034] R＝R0×Ks×exp(0.1783Vcos(θ‑315°))×exp {3.553[tan(φ×cos(‑45)°)]1.2}[0035] [式中：R0是蔓延的初速度，KS是可燃物系数，为地形坡度角，V为风速，θ为风向角；(把正上坡方向OV1作顺时针方向旋转，当与风向重合时，令其所旋转的角度等于θ)]； [0036] 然后，利用地理信息系统软件输入地形图并矢量化，生成栅格数据后作为地形数据，为保证正确性栅格需要使用同一精度，同时栅格的分辨率越小，模拟的精度越高； [0037] 此置备的软件实现主要包括林火测定、测树测定和环境信息测定三大功能，具体是： [0038] 林火测定：利用单筒望远镜远距离观测林火火险情况，利用手机定位系统、方向传感器以及基于3DGIS自主研发的手机软件，通过在不同位置进行观测可以测定林火火情的高度与宽度，并在地图上进行林火区域标绘和上传。便于林火部门及时做出林火扑救的决策和反应； [0039] 测树测定：在森林中选取具有代表性的区域进行微样地规划，如圆形样地，选取一个理想的距离作为圆形样地的半径，在样地内进行每木检尺，记录树种，测量树木的胸径和树高，软件将根据样地面积和样地内的树木信息自动推算整个林分的林分密度、林分蓄积量、生物量和碳储量。通过连年复测可监督森林的生长情况及生长速度，改善和提升森林经营管理的质效； [0040] 环境信息林火测定：将设备和传感器固定在交通工具上，设定时间间隔，开启环境信息测定；软件将定时的获取位置信息和气象信息(风速、风向、温度、湿度、CO2、PM2.5、CH4等)，并将此信息记录和保存；其中，位置信息通过手机定位获取，气象信息通过气象测定仪获取(由各传感器测定数据并上传)；同时，依据不同位置的信息将计算出对应的林火指数及林火发生概率，可在软件的地图中查看途经位置的林火情况，为林火防控提供重要信息支撑；当发现某地的林火概率较高时，便于林火部门提前做出反应来遏制林火源头。