森林地表可燃物数据库的建立方法、系统、介质及设备

技术领域

本发明涉及森林火灾防控技术领域，特别是涉及一种森林地表可燃物数据库的建立方法、系统、介质及设备。

背景技术

我国开展森林火险监测预警的研究工作起步较晚，大约于20世纪90年代开始，森林火险监测预警科研力量还比较薄弱。当前的森林火险监测预警仍停留在森林火险天气预报(依托主要包括温度、相对湿度、风速、风向、降水等气象要素)阶段。这些气象因子虽然与森林火灾的发生，发展密切相关，但仅考虑这些气象因子，只能得出森林火险天气预报，不能实现林火发生预报和林火行为预报，最终使得森林火险不能有效被实时动态地监测预警。

具体的，造成森林火险不能有效被实时动态地监测预警的原因主要有：可燃物载量信息数据不够精细，着火点燃、蔓延信息缺乏量化研究；可燃物含水率等信息不能实现动态实时监测；缺乏实时动态连续监测可燃物信息的监测装备、装置与算法；未建立可燃物含水率与可燃物燃烧性的耦合关系；未建立可燃物载量与林火行为的耦合关系；未建立基于可燃物动态监测的林火发生与林火行为预测预报和预警系统，森林火险预测预报缺乏可燃物信息，仅为火险天气预报。

森林可燃物是林火发生的物质基础，也是林火传播和蔓延的关键因素。林内活立木类可燃物含水率高，不易燃烧，其含水率变化受自身生理作用调控大，受环境影响较小；以枯枝落叶为主的地表可燃物含水率受环境条件影响较大，在高温低湿的条件下易燃。地表可燃物的含水率可直接影响可燃物燃烧的难易程度，间接影响林火蔓延和火烧强度，是火险预测和预报的重点指标，开展地表可燃物含水率实时动态监测对提高森林火险预报系统的精准性有着十分重要的意义。但通过实地调研发现，我国各地均未能实现对重点林区可燃物含水率等指标进行实时动态监测，在实际的森林火险监测预警中，没有具有参考价值的地表可燃物信息，更不用说基于可燃物信息进行的可燃物含水率与可燃物燃烧性的耦合关系、可燃物载量与林火行为的耦合关系等方面的研究。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种森林地表可燃物数据库的建立方法、系统、介质及设备。运用本发明的方法建立林间可燃物的信息系统，为火险预测、防控提供重要数据基础，使林火预测更准确，有利于提前做好针对性防控措施。

本发明还一种森林地表可燃物数据库的建立方法。

需要说明的是：在本说明书中S1、S2、S3、S11、S12、S13等操作步骤前的编号，仅是为了方便描述过程中的引用而作为对应操作步骤的指代，不是对操作步骤顺序或逻辑关系的限定，这些被指代的某些操作步骤可以依次实施、并列实施或交叉实施。比如本文中涉及的“S1：可燃物类型和载量信息采集，储存形成数据库；S2：可燃物含水率信息采集，储存形成数据库”，步骤S1和S2并无先后顺序，二者可以以任意顺序进行，也可以同时进行。

本发明的技术方案如下：

一种森林地表可燃物数据库的建立方法，包括：

S1：可燃物类型和载量信息采集；

S2：可燃物含水率信息采集；

S3：根据采集的可燃物类型和载量信息、和可燃物含水率信息绘制专题图；所述专题图包括：可燃物类型和载量分布图、和可燃物含水率分布图。

进一步的，所述S1中可燃物类型和载量信息采集，其方法具体为：

S11：收集信息，确定调查样地数量和位置；

收集目标区域内的森林一类清查数据中与推断可燃物信息有关的林分调查因子信息和可燃物载量的数据，分析确定空间分异情况，确定调查样地数量和位置；

S12：在《全国森林可燃物类型划分标准》基础上对目标区域内的森林可燃物类型进行3级细分类，并进行编码；

S13：建立可燃物载量的推算方程；

具体包括：通过样地的调查，从森林资源一类清查数据中提取1小时时滞、10小时时滞、100小时时滞的死可燃物载量、草本可燃物载量、灌木可燃物载量、和乔木可燃物载量和总载量的推算方程；在样地内进行林分调查因子和载量的调查统计：死可燃物采用四角抽样法，活可燃物采用收获法和代表木法；然后采用多元线性回归和其它非线性回归方法，建立由一类清查数据推算可燃物载量的推算方程；

S14：实时数据变换，建立数据库；

根据森林可燃物的分类和推算方程对目标区域内的森林调查数据进行变换，生成目标区域内的可燃物类型数据和载量数据数据信息，形成森林地表可燃物数据库。

优选地，所述一类清查数据中与推断可燃物信息有关的调查因子包括：林木的平均年龄；树种组成、胸径(干径)和树高；腐殖质厚度；枯落物厚度；草本平均高度和覆盖度；和灌木平均高度和覆盖度。

进一步的，所述S2：可燃物含水率信息采集，其方法包括：通过各林区埋设的水分传感器，实时采集各林区可燃物含水率数据。

进一步的，所述S3中，可燃物类型和载量分布图的绘制，包括：形成目标区域内森林可燃物分类样地点位图地理空间数据库；绘制森林可燃物分布和载量的栅格图和矢量图。

优选地，所述形成目标区域内森林可燃物分类样地点位图地理空间数据库的方法包括：对区域内森林资源连续清查样地调查数据，进行数据标准化处理和其他数据预处理工作(如果标准化处理没有解决，可采用其他数据预处理)，使各区域内的森林资源连续清查样地数据的相关字段的数据内容一致；提取样地数据库的相关字段，形成可燃物分类工作数据库；根据森林资源连续清查样地的地理坐标数据，分总体和副总体制作数字化的样地点位图，拼接形成统一的样地点位图，并最终形成目标区域内森林可燃物分类样地点位图地理空间数据库。

优选地，所述绘制森林可燃物分布和载量的栅格图的方法包括：

基于所述的森林可燃物分类样地点位图地理空间数据库，对各样地的数据进行森林可燃物分类，制作生成森林可燃物样地分类图；叠加森林可燃物样地分布图；通过内插计算方法，对目标区域的公里格网图中的每一个格网进行内插计算，最终形成目标区域的森林可燃物分布和载量的栅格图。

优选地，所述绘制森林可燃物分布和载量的矢量图的方法包括：

在所述森林可燃物分布和载量的栅格图的基础上，进行栅格图矢量化处理，形成符合地理信息系统数据格式(如ARCGIS地图格式)的地理信息矢量图。

一种森林地表可燃物数据库的建立系统，包括：

可燃物类型和载量信息模块：用于采集可燃物类型和载量信息，运用分类标准和推算方程对所采集的信息数据进行转换，生成可燃物类型数据和载量数据；

可燃物含水率信息模块：用于采集储存可燃物含水率信息，形成可燃物含水率数据；

专题图绘制模块：用于根据采集的可燃物类型和载量信息、和可燃物含水率信息绘制专题图。

进一步的，所述专题图包括：可燃物类型和载量分布图、和可燃物含水率分布图。

进一步的，所述可燃物类型和载量信息包括：来源于现有的森林资源信息库的数据，如森林资源一类清查数据、森林资源连续清查样地调查数据等；来源于林间火险因子采集站收集的可燃物实时信息等。

一种计算机可读存储介质，其存储有至少一个程序，当所述程序被处理器执行时，实现上述任一项所述的森林地表可燃物数据库的建立方法。

一种建立森林地表可燃物数据库的设备，包括存储装置和处理器，所述存储装置用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述处理器执行时，所述处理器实现上述任一项所述的森林地表可燃物数据库的建立方法。

本发明有益效果：

本发明的森林地表可燃物数据库的建立方法建立了森林地表可燃物数据库，提供了实时的、精细的可燃物类型、载量及含水率信息数据，实现了可燃物含水率等信息动态实时监测；森林地表可燃物数据库的通过科学的方法对可燃物类型进行划分，建立了可燃物载量同林分调查因子之间的推算方程，能实时得到准确森林可燃物载量数据。本发明森林地表可燃物数据库的可燃物类型和载量数据库和分布图、可燃物含水率的数据库和分布图，为可燃物含水率与可燃物燃烧性的耦合关系、可燃物载量与林火行为的耦合关系等方面的研究提供了基础依据，为火险预测、防控提供重要数据基础，使林火预测更准确，有利于提前做好针对性防控措施。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1是本发明的森林地表可燃物数据库的建立方法的操作流程图。

图2是本发明的森林地表可燃物数据库的建立方法中步骤S1的具体操作流程图。

图3是本发明的森林地表可燃物数据库的结构示意图。

附图标记：

100、可燃物类型和载量信息模块；200、可燃物含水率信息模块；300、专题图绘制模块；310、可燃物类型和载量分布图；320、可燃物含水率分布图。

具体实施方式

在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于其构造进行定义的，它们是相对的概念。因此，有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。

以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

参见图1，本发明的一种森林地表可燃物数据库的建立方法，包括：

S1：可燃物类型和载量信息采集；

S2：可燃物含水率信息采集；

S3：根据采集的可燃物类型和载量信息、可燃物含水率信息绘制专题图；所述专题图包括：可燃物类型和载量分布图、可燃物含水率分布图。

其中，所述可燃物含水率分布图可以通过气象卫星遥感图像直接推出，目前已有很多研究，其成果可直接应用。

具体的，参见图2，所述S1中可燃物类型和载量信息采集，其方法具体为：

S11：收集信息，确定调查样地数量和位置。

收集目标区域内的森林资源一类清查数据中与推断可燃物信息有关的林分调查因子信息和可燃物载量的数据，分析确定空间分异情况，确定调查样地数量和位置。

S12：在《全国森林可燃物类型划分标准》(国家林业局森林防火预警监测信息中心2006项目制定)基础上对目标区域内的森林可燃物类型进行3级细分类，并进行编码。

编码体系应该是一个完整的、从上之下的编码系统，其原则是：

唯一性：具有全国统一可遵循的唯一编码；

延用性：各省可然物分类可遵循这套编码；

可用性：适合于计算机数据库存储与计算。

S13：建立可燃物载量的推算方程。

具体包括：通过样地的调查，从森林资源一类清查数据中提取1小时时滞、10小时时滞、100小时时滞的死可燃物载量、草本可燃物载量、灌木可燃物载量、乔木可燃物载量和总载量的推算方程；在样地内进行林分调查因子和载量的调查统计：死可燃物采用四角抽样法，活可燃物采用收获法和代表木法；然后采用多元线性回归和其它非线性回归方法，建立由一类清查数据推算可燃物载量的推算方程；

S14：实时数据变换，建立数据库。

根据森林可燃物的分类和推算方程对目标区域内的森林调查数据进行整理及换算变换，生成目标区域内的可燃物类型数据和载量数据。

优选地，所述一类清查数据中与推断可燃物信息有关的调查因子包括：林木的平均年龄；树种组成、胸径(干径)、树高；腐殖质厚度；枯落物厚度；草本平均高度和覆盖度；灌木平均高度和覆盖度等。

在一些实施例中，所述步骤S2：可燃物含水率信息采集，其方法包括：通过各林区埋设一定密度的水分传感器，实时采集各林区可燃物含水率数据。

在一些实施例中，所述S3中，可燃物类型和载量分布图的绘制，包括：形成目标区域内森林可燃物分类样地点位图地理空间数据库；绘制森林可燃物分布和载量的栅格图和矢量图。

在一些实施例中，所述形成目标区域内森林可燃物分类样地点位图地理空间数据库的方法包括：收集森林资源一类清查的最新数据，建立可燃物载量空间分布图和载量。对区域内森林资源连续清查样地调查数据，进行数据标准化处理和其他数据预处理工作，使各区域内的森林资源连续清查样地数据的相关字段的数据内容一致；提取样地数据库的相关字段，形成可燃物分类工作数据库；根据森林资源连续清查样地的地理坐标数据，分总体和副总体制作数字化的样地点位图，拼接形成统一的样地点位图，并最终形成目标区域内森林可燃物分类样地点位图地理空间数据库。

具体的，在一些实施例中，所述绘制森林可燃物分布和载量的栅格图的方法包括：

基于所述的森林可燃物分类样地点位图地理空间数据库，对各样地的数据进行森林可燃物分类，制作生成森林可燃物样地分类图；叠加森林可燃物样地分布图；通过内插计算方法，对目标区域的公里格网图中的每一个格网进行内插计算，最终形成目标区域的森林可燃物分布和载量的栅格图。

具体的，在一些实施例中，所述绘制森林可燃物分布和载量的矢量图的方法包括：

在所述森林可燃物分布和载量的栅格图的基础上，进行栅格图矢量化处理，形成符合地理信息系统数据格式(如ARCGIS地图格式)的地理信息矢量图。

本发明的森林地表可燃物数据库的建立系统，包括：

可燃物类型和载量信息模块100：用于采集可燃物类型和载量信息，运用分类标准和推算方程对所采集的信息数据进行转换，生成可燃物类型数据和载量数据；

可燃物含水率信息模块200：用于采集储存可燃物含水率信息，形成可燃物含水率数据；

专题图绘制模块300：用于根据采集的可燃物类型和载量信息、可燃物含水率信息绘制专题图。

在一些实施例中，所述专题图包括：可燃物类型和载量分布图310、可燃物含水率分布图320。

在一些实施例中，所述可燃物类型和载量信息包括：来源于现有的森林资源信息库的数据，如森林资源一类清查数据、森林资源连续清查样地调查数据等；来源于林间火险因子采集站收集的可燃物实时信息等。

一种计算机可读存储介质，其存储有至少一个程序，当所述程序被处理器执行时，实现上述任一项所述的森林地表可燃物数据库的建立方法。

应当理解，所述计算机可读存储介质为可存储数据或程序的任何数据存储设备，所述数据或程序其后可由计算机系统读取。计算机可读存储介质的示例包括：只读存储器、随机存取存储器、CD-ROM、HDD、DVD、磁带和光学数据存储设备等。

计算机可读存储介质还可分布在网络耦接的计算机系统中使得计算机可读代码以分布式方式来存储和执行。

计算机可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、射频(Radio Frequency，RF)等，或者上述的任意合适的组合。

在一些实施方案中，计算机可读存储介质还可以是非暂态的。

一种建立森林地表可燃物数据库的设备，所述建立森林地表可燃物数据库的设备包括存储装置和处理器，所述存储装置用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述处理器执行时，所述处理器实现上述任一项所述的森林地表可燃物数据库的建立方法。

所述设备还可以优选地包括通信接口，所述通信接口用于与外部设备进行通信和数据交互传输。

需要说明的是，所述存储器可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(nonvolatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

在具体实现上，如果存储器、处理器及通信接口集成在一块芯片上，则存储器、处理器及通信接口可以通过内部接口完成相互间的通信。如果存储器、处理器和通信接口独立实现，则存储器、处理器和通信接口可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。