林区瞭望台监测网点选址研究

肖化顺, 段祝庚, 邓立斌

林区瞭望台监测网点选址研究

肖化顺1, 段祝庚1, 邓立斌2

（1.中南林业科技大学 林学院, 湖南 长沙 410004; 2. 国家林业局 调查规划设计院, 北京100714）

以广州白云林区为研究对象，根据瞭望台监测网点设立的原则，利用GIS可视域分析和模糊数学方法，对广州市白云区2010年更新的全要素地形图和森林资源分布图进行处理分析，得到以下结论：（1）瞭望台选址影响因子为可视面积、火险等级、林区社会经济情况、台址周边交通与水资源等因子，其中可视面积的权重最大，为0.333，而水资源和社会经济因子的权重较小，均为0.125。（2）6个备选瞭望台建设的紧要性顺序为O5＞O6＞O1＞O2＞O3＞O4。（3）实际上白云林区在O5已有瞭望台，实验结果与实际情况基本符合，拟新建的瞭望台应选择O6或O1附近。这种GIS支持下的瞭望台模糊选址技术可以在满足台址选择条件的情况下，增加瞭望台的观测面积，减少资金投入，为瞭望台监测网点的选址决策提供科学依据。

森林防火; 火灾监测; 瞭望台; 监测网点;优化配置

瞭望台是森林消防工程中重要的组成部分，对火情监测、指挥扑救、林区物流与信息流等起着重要作用，是贯彻打早、打小、打了的防火方针的重要一环。瞭望台也是森林火灾的监测点和无线通讯的中继点[1-2]。由于受地形的影响，每个瞭望台的观测范围会有所不同，也会存在一定的肓区，瞭望台之间的观测区域应能相互补充，合理设置最少且能满足观测要求的瞭望台对森林火灾防控工作具有重要意义。利用地理信息系统技术和数学方法，可以避免传统的瞭望台选址技术方法中难以准确计算瞭望台的观测范围以及盲区分析等问题，并可以实现对台址网点布局的全局性把握[3-4]。

本研究以广州市白云林区为例，利用GIS可视化、数据管理与空间分析功能，结合模糊数学方法，把台址的可视域作为选址的重要影响因素，同时考虑区域火险等级、林业生产生活条件等影响因子，得出瞭望台布局选址优化结果和建设顺序，提高了瞭望台选址与布局的科学性。

1 网点选址影响因子

设置瞭望台的目的是为监测火情，确定火点火势，为指挥扑救报务，因此瞭望台的选址要遵循的原则主要是：第一，瞭望台应建在能够观察到大面积重点防火林区的地方，有效观测面积尽可能大；多台联网，台网之间的观察视野能相互验证和互补。第二，以整个林区为单位，统筹安排，区域成网。一般瞭望台的最大观察半径不超过20 km。在此范围内，由于地形的限制，必然还有一定的盲区。1万hm2以上的较大林区，需要打破行政区划和森林经营单位界线，多台联网，合理布局，相互弥补对方的盲区，充分发挥观察效果。第三，优先满足观察要求时还要考虑观测人员的生活条件，包括周边交通、用水、民俗文化等[5-8]。

根据瞭望台监测网点设立的原则，确定可视面积、火险等级、社会经济情况（经济发展程度、森林保护意识等）、台址周边交通、水资源等作为瞭望台的选址影响因子，因子权重由特尔菲法确定，然后进行权重归一化处理，其结果见表1。将水资源点分布图、交通图叠加到白云林区地形图上，根据瞭望台选址影响因子，在海拔相对较高或绝对高差相对较大的山脊设立供选瞭望台网点，对其进行可视域分析，根据几个瞭望台的可视域及重叠区域，调整瞭望台位置和数量，得到备选瞭望台网点，结果如图1所示。对于白云林区，其东部森林资源丰富，地势较高，备选台址分布也相对多些。

表1 瞭望台选址影响因子及其权重Table 1 Influence factors and their weighting of observatories setting

图1 瞭望台备选网点台址分布Fig.1 Distribution of optional places of observatories

2 备选网点台址可视域分析

可视域分析也称通视分析，获取备选瞭望台可视区域面积，须进行备选瞭望台可视域分析，以同和街为例，步骤如下：

（1）研究区域的确定。打开ArcMap进入空间分析扩展模块，选中Spatial Analyst，选择Options工具条。在Options 对话框中，点击General 标签，设置工作空间。使用GIS的Options对话框保存处理数据时的步骤，并确定grid 的像元大小和地图范围。

（2）数据载入。点击工具条上的Add Data ，加载行政区、森林资源分布图层。选择Tools下拉框Merge Layers Together，进行图层合并融合，生成等高线图层。

（3）数字高程模型制作。用格网数据来进行GIS可视域分析，对等高线进行空间插值转换为连续的数据曲面。点击Spatial Analysis工具条，选中Kriging； 输入点数据集。保持其它参数为默认值；确定后得到数字高程模型（DEM）（见封三图1）。

（4）GIS可视域分析。 首先建立监测点Shape文件，选择WGS-84坐标系，生成监测点图层；然后选择待分析台址，加载监测点图层和格网模型图层；最后将生成的图层输出后与缓冲区分析图层做叠置分析，显示分析结果见封三图2。红色表示观察点，蓝色为可见区域且有森林资源分布区域。

3 备选瞭望台可视面积获取

主要过程是在ArcMap中加载需进行分析的可视域图层，建立可视域拓扑关系，得到备选台址可视面积属性表，在Add Field对话框中添加并选择Float类型的Area字段，在Field Calculator对话框中选中Advanced，在Pre-logic VBA Script Code文本框中输入：

DimpArea as Iarea

Setp Area= [shape]

图4 面积属性数据统计Fig.4 Statistics diagram of area attribute data

在Area=下面的文本框输入Area= pArea.area，点击OK。在面积属性表中选择Statistics，可得到Area的统计信息（见图4）。图4中Sum:10.131273，则可视域面积为10.13 km2。采用同样的方法，可得到其它各备选台址的可视面积，结果见表2。

表2 备选台址可视面积Table 2 Visual range area of optional observatories

4 网点选址与建设紧要性

（1）备选台址与影响因子的表达

应用模糊数学方法进行瞭望台网点选址，模糊数学方法是一种定量研究和处理模糊现象的新型的数学方法[9-10]。首先用矩阵表示备选台址与影响因子。

式中aij表示第i个备选台址的第j个因素的影响；i=1,2,…,m；j=1,2,…,n。

对n个因素，划分为2类：n1类代表指标值越大越好，n2类代表指标值越小越好。

（2）定义隶属函数

式中：aj=min(aij)；bj=max(aij)；j=1,2,…,n。

（3）确定隶属度

用归一化权重（Σωj=1）修正隶属度函数，为Oj =ωjFj。

（4）贴近度的计算

将备选台址隶属度最佳值组成最优数据集，Y=(Y1,Y2,…,Yn)，计算每个备选台址与最优值之间的贴近度，即这里δ是海明距离[11]。

根据表1、表2及各备选台址情况，同时量化其它因子指标值(见表3)。利用隶属度函数对表3中数据进行计算，得到修正隶属度函数值（见表4）。计算各备选地址与最优值之间的海明距离，以此作为贴近度（见表5）。

表3 瞭备台备选台址影响因子指标值Table 3 Influence factor data of optional observatories

表4 备选台址修正后的隶属度值Table 4 Revised memberships values of optional observatories

由此，设立瞭望台的顺序为 O5＞O6＞ O1＞ O2＞O3＞ O4。即理论上，备选台址设立瞭望台的落点先后顺序依次是钟落潭镇＞九佛镇＞同和街＞萝岗街＞太和镇＞良田镇。按地形分析，钟落潭镇和九佛镇地势起伏，设立瞭望台可视范围较大，且这两处交通发达，水源丰富，林地面积大，是设立瞭望台台址较好落点，实际上白云林区在O5已有瞭望台，实验结果与实际情况基本符合，近期拟新建的瞭望台应选择O6或O1附近。

表5 备选台址贴近度Table 5 Closeness degree calculated of optional observatories

5 小 结

瞭望台建设是林区重要的人工防火工程，是森林火灾监测和灾害应急通讯指挥的中继点，科学地进行林区瞭望台监测网点选址是设置最少的又能满足监测要求的瞭望台的基础性工作。利用地理信息系统技术和模糊数学计算方法，改进了传统的瞭望台选址方法，减少选址工作量，同时，大大提高了监测点空间分析与准确计算能力，分析结果能满足林区林火监测需要。

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[11] 肖化顺,宋 涛,陈端吕.林火阻隔网火灾防控效能的模糊评判[J].林业科学,2010，(11):95-99.

Research on observation network settings in forest area

XIAO Hua-shun1, DUAN Zhu-geng1, DENG Li-bin2
(1.Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, Hunan, China; 2. Academy of Forest Inventory & Planning,Beijing 100714, China )

According to the layout principles of observatory monitoring network, by taking Guangzhou Baiyunshan forest region as studying objective, and using GIS analyzing visibility and fuzzy mathematics, the total elements topographic map and forest resource distribution map of the region renewed in 2010 were analyzed and planned. The conclusions are as followings: (1) the effecting factors of site selection of observatory consist of visual range area, fire danger class, social economic conditions, traffic and water sources near the watch platforms, among them the maximum weight of visual range area is 0.333, and the weights of water sources and social economic conditions are relatively small, both are 0.125. (2) The urgency order of the 6 alternative observatory sites to be constructed is O5＞O6＞O1＞ O2＞ O3＞ O4. (3) In fact, there have been an observatory in site O5, the selecting result and constructing order have been presented,the proposed new observatory should be built near site O6or O1. Ths fuzzy observatory site selection method supported by GIye can increase the observation area, reduce capital investment, and provide e scientific basis for observation network site selection decisionmaking under the condition of meeting platforms requirements.

forest fire prevention; fire monitoring; watch platforn; forest fire monitoring; optimal allocation

S757

A

1673-923X (2012)07-0006-04

2012-03-30

湖南省自然科学基金(11jj3031)；国家林业公益性行业科研专项（201004032）；中南林业科技大学人才引进项目(104-0141）

肖化顺（1968—），男，湖南邵阳人，副教授，博士，主要从事森林防火教学与科研工作

[本文编校：谢荣秀]