一、专题图意义

       森林火灾的预警技术经过长时间发展，已经从以前简单单一的火险天气预报逐渐发展成今天的复杂预报体系，其中的关键部分就是火灾的预报模型。森林火灾的预报模型主要是利用 GIS 和遥感等技术，结合气象、森林资源调查等数据来建立预报模型，根据预报模型对森林火险的等级进行判断，从而对森林火险进行预报。本章以 Landsat8 数据为依托，结合上方山地区特有的植被环境和湿度环境，对森林火灾预警方法进行了初步的探讨，旨在找到更适合上方山自然地理条件的森林火灾监测方法，并为以后的火灾预警提供依据。

二、理论基础

       采用反应可燃物本身性质条件的植被归一化指数（NDVI）和近似代表TVDI的NTVDI(Near-Tempeture-Vegetation Dryness Index)指数，将研究区内的干旱程度和植被状况相结合对上方山森林公园的森林火灾进行预警

三、使用到的技术

       使用ArcGIS的“栅格计算器“工具对NDVI和NTVDI的栅格图层进行计算得到新的栅格图层。计算公式为:

`F=(NDVI+1-NTVDI)/2`

四、专题图或图表展示

       根据我国已有的《全国森林火险天气等级》，将森林火险天气等级由低到高划分为 5 级。该标准主要考虑的气象因素对火险等级的影响，本文主要采用的是植被指数和干旱指数，结合《全国森林火险天气等级》标准的一致性，以及上方山地区的干旱指数、植被指数和数据本身的正态分布特点，将上方山森林火险等级划分为如下表 3.2 所示的 4 个等级：

林火风险预测等级划分

五、成果分析

       根据结果发现，2017-2019年之间，每一年的上下半年相比，上半年的林火高风险区域明显要多余下半年。通过查阅往年北京火灾情况资料，可以了解到北京在1986-2004年之间发生森林火灾494起，其中上半年发生427起，占全年的86.44％，其中3、4月份林火火灾尤其高发，占比高达64.78％。 北京上半年降水少，天气多以干旱为主，可燃物干燥易燃，且大风天气较多，因此我们推测导致上下半年林火发生频率巨大差异的主要因素是降水量。根据结果发现，2017-2019年之间，每一年的上下半年相比，上半年的林火高风险区域明显要多余下半年。通过查阅往年北京火灾情况资料，可以了解到北京在1986-2004年之间发生森林火灾494起，其中上半年发生427起，占全年的86.44％，其中3、4月份林火火灾尤其高发，占比高达64.78％。 北京上半年降水少，天气多以干旱为主，可燃物干燥易燃，且大风天气较多，因此我们推测导致上下半年林火发生频率巨大差异的主要因素是降水量。

六、参考文献

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[1]陈世荣. 草原火灾遥感监测与预警方法研究[D].中国科学院研究生院（遥感应用研究所）,2006.
[2]徐爱俊,李清泉,方陆明,吴达胜.基于GIS的森林火灾预报预测模型的研究与探讨[J].浙江林学院学报,2003(03):61-64.
[3]林宏,强振平,鲁宁.森林火灾检测预警系统初步研究[J].现代物业(上旬刊),2012,11(09):33-35.
[4]刘琳. 基于MODIS数据的重庆市森林火灾监测与预警研究[D].重庆师范大学,2014.

一、专题图意义及理论说明

       随着科学技术的发展，人们对自然因素引起的林火的控制能力不断加强。但目前人为因素引起的火灾次数比重不断上升，据统计1986-2004年北京市共发生林火494起，在明确起火原因的322起中人为火源占99.69%，其中吸烟、林地垃圾等生活性火源为主要原因，而在人流量集中的区域，此种因素更容易发生，故可根据人流量合理推测森林火灾易燃点，并且可根据景区热度分布，设立必要的消防、避险设施，以保障游客的生命健康安全。

二、技术方法

1.技术路线：

2.景区热度计算

       将旅游网站景点评论人数、景区路线难易程度和景点位置三个因子建立大致的计算模型。

`K=0.4*A+0.4*B+0.2*C`

       式中 K 是综合热度指数，A为旅游网站的景点评论人数并根据人数划分区间赋值，赋值情况表如下图

景区评论人数分级与赋值情况

        B为景区路线的难易程度，以上方山的DEM数据为基础，结合景区路线图，根据海拔对景区路线进行难度划分；C为景点位置，根据各个景点的海拔位置对它们进行划分。

        使用ArcGIS中的核密度计算方法进行密度分析，原理则为落入搜索区的点具有不同的权重，靠近搜索中心的点或线会被赋予较大的权重，反之，权重较小，它的计算结果分布较平滑，在普通的点\线密度分析中，落在搜索区域内的点或线有相同的权重，先对其求和，再除以搜索区域的大小，从而得到每个点的密度值，即可得到景区热力分布。

三、专题图成果展示

        对结果数据的本身正态分布特点，对热力分布分成了9个等级，景区热力可视化如下面人流量热力图所示，其中颜色越接近红色热力越高，越接近蓝色热力越低

专题图及表格说明：
1.人流量热力图：图中对人流量大体划分为高中低三个等级，等级越高颜色越深则代表人口越集中，人流量越大，越容易引起火灾。
2.遥感综合影像图：介绍如图内所示。
3表格：由表格中曲线易直观得出，人流量推测林火点与遥感影像预测林火点有较强的相关性，即人流量可作为推测林火易燃点的因子之一。

六、参考文献

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[1]徐海峰,于占宇.北京市森林火灾发生的原因、时间及对策分析[J].森林防火,2005(02):24-26

一、专题图意义及理论说明

       对上方山地区进行可视域分析（ArcGIS软件实现），划分出可视性良好与在可视性好的地方，则可视性好的地方就可以考虑设立消防站的瞭望台了，能够在一定程度降低各地的林火危险度，因为当某地发生火灾，能直接看见发生火灾的地点的其他区域可及时进行消防救火，减小火灾发生的危害，而可视域狭小的地方，如果发生火灾不能及时被发现，火灾危险等级就会升高。

二、技术方法

       利用上方山10mDEM的数据,大致对地形进行分析，然后人为选点，一般选取地域开阔海拔较高的地点作为监测站的瞭望台。选好点后，利用ArcGIS的ToolBox的Viewshed进行可视域分析。

三、成果展示

1.瞭望台选点方案一

        我们先考虑了各路线的易到达程度，在距离热门景点距离近且道路平坦的地区选点，并对其做可视域分析，得到了方案一：

在景区中详细的点分布如下：

2.瞭望台选点方案二

       对于方案一有过多不可视区域，这会给林火的检测增加难度。因此，在减小了道路的考虑权重后，加大对可视区域面积的考量，由此生成了方案二:

在景区中详细的点分布如下：

四、拓展与总结

拓展：事实上，设置瞭望台时或者监测站可适当增加其高度，增加可视范围。但是增加高度过高雷雨天可能会遭雷击，导致森林起火，这样是得不偿失的，因此可以拓展研究对雷击对森林火灾的影响。
总结：可视域分析在森林防火起着重要的作用，可在至高点设置瞭望台或防火监控站，当火灾发生时可及时发现火点，能够及时进行救火。

五、参考文献

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[1] 王佳璆,张贵,肖化顺.ArcGIS可视域分析在瞭望台管理中的应用[J].湖南林业科技,2005(02):24-26

一、专题图意义及理论说明

       快速有效的保障游客和当地住民的生命和财产安全同样是一个十分重要的问题，在林火迅速蔓延之际，游客和居民撤离到避难所躲避无疑是一个很好的解决办法。通过地形是否平坦、道路是否通畅、距离火点的距离以及是否在林火的可能蔓延区域内等因素综合分析，以选择合适的避难场所。

二、成果展示

       对于避难所，选择地形平坦，易到达，原理林火高危区和林火蔓延区，以及离热门景点较近的地区

三、参考文献

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[1]徐伟, 胡馥妤, 明晓东,等. 自然灾害避难所区位布局研究进展[J]. 灾害学, 2013(04):143-151

一、专题图意义

       上方山灾后财产损失分析预测一些地方的损失程度，程度严重的地方就更要加强林火的防范，或者景区贵重财产适当转移

二、理论说明

       利用上方山卫星影像和上方山景点分布来评估火灾发生后所造成的财产损失，通过对灾后财产损失的分析，可以对消防救灾提供一条新的救火思路，在确定保证人民生命安全的情况下，尽可能的防止火灾蔓延到财产损失较大的地区，如名胜古迹，居民居住区等，从而最大限度的减少人民财产损失，利于灾后二次重建，同时保护了人类历史古迹，便于日后对上方山旅游公园的重建。

三、成果展示

       专题图说明：由于居民区和景点人流聚集，大部分财产集中与此处所以火灾造成的损失为level1，是最高等级，而level2则是居住区与景区的周边以及山中分散居住的居民点，level3则是上方山人迹罕至的地区，对人民的生命和财产威胁也是最小的。

五、参考文献

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[1]贾宜普,王炜.《火灾直接财产损失统计方法》的实施与展望[J]. 消防科学与技术(6):12-12.

一、专题图意义

       研究降水量与森林火灾发生难易程度的关系 ，探讨干旱低降雨气候对森林火灾的影响

二、理论说明

1.在山脊处湿度较小，而在地势较低处降雨时水分难以去除，湿度较高。

2.变化在两个时间尺度上对森林火灾的发生产生影响，一是在较长时间尺度内，气候变化对气候带产生影响，使植被带发生移动，进而对可燃物积累和分布产生影响；二是在较短时间尺度内，气象因子的急剧变化对火险、火行为等产生直接影响。造成干旱的原因虽是多方面的，但主要是降水量减少，温度升高。

3.气象条件与火灾的关系非常密切。自然界中各种可燃物的着火点，就取决于大气中气象条件的变化。例如湿度的大小、气温的高低、降水量的多少、风力的强弱等。一般认为，晴天少云、气温高和大风天气，使得空气湿度降低，各种可燃物的含水量也下降，这样最易发生火灾。

4.气象条件影响火灾是多方面的。关键因素是空气湿度。一般，当空气湿度小于60%时，就有发生火灾的可能；而气温越高，可燃物中水分蒸发速度越快，物品干燥，极易发生火灾。风力的大小与火灾的发生关系也很密切。风不仅能把物品吹干，有助于燃烧，而且在火灾发生后，还能使火源得到充分的氧气供应，加速燃烧。

5.火灾发生的次数和危害程度以冬、春季最多，最严重，秋季次之，夏季最少。由于火灾与气象条件的关系密切，因此气象科技工作者就利用气象条件对火灾的影响，研制开发出火险预报，目的是用科学的手段提醒人们，在高、强等级时段和地区，发生火灾的可能性增大，要保持足够的警惕，加强对室外明火、不规则用火等的管理，防患于未然，将火灾损失减少到最低限度。

三、成果展示

1.对统计出的2017-2019年上下半年的火灾风险等级栅格数据进行分析，把数值在0.4以下的定义为高风险栅格，对栅格图层使用统计工具计算高风险栅格的数量并计算出所占全部栅格的百分比。

       从折线图可以看出，有风险栅格所占的百分比在每个年份的上半年较下班年明显更高，与降水量的情况完全相反，也即：降雨量多的月份，林火风险更小；降雨量少的月份，林火风险更大。

2.2019房山区降水量

       从中国气象数据网上可获得房山区2017-2019年的降水量数据，将2019年的数据制作成条状图如图3.2所示（另外两年数据大致相似，在此不做展示）

       由该表和图1可知降水量和森林火灾的发生呈一定反比关系。且在降水少月份火灾的过火面积更大。

四、参考文献

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[1]徐明超 ,马文婷.干旱气候因子与森林火灾[J].JOURNAL OF GLACIOLOGY AND GEOCRYOLOGY,2012,34(3):604.

一、专题图意义及理论说明

       研究上方山的地形地势并在地势方面对火灾影响，主峰海拔高为860米，总面积为340公顷，森林覆盖率90%以上。北京的气候为典型的北温带半湿润大陆性季风气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，春、秋短促。全年无霜期180～200天，西部山区较短。2007年平均降雨量483.9毫米，为华北地区降雨最多的地区之一。本区热量条件适中，年平均温度6—9℃，≥0℃的积温2800—3800°，由于夏季东南季风迎面吹来，一般年降水量640—680毫米。降水季节分配很不均匀，全年降水的80%集中在夏季6、7、8三个月，7、8月有大雨 高海拔地区火灾燃烧热释放速率相比内地较小,但是燃烧时间远比内地长,燃烧的火焰高度更高。

二、成果展示

       在峡谷地区坡度每增加10，火速提高1倍。在平台或低洼地，林区可燃物聚集多，由于风和火的惯性．热气流 燃烧对树冠上层容易干燥，有演变成林冠火的可能。峁顶或窄山脊线，植物含水量低，易产生大火，由于地势高，通风良好，起火时易蔓延。

       如上图为2019年火灾风险图颜色代表火灾风险等级，颜色越深代表风险越高 该图也符合理论基础，在山脊、平台或低洼地火灾风险高于山谷地区

三、参考文献

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[1]赵静，郑忍侠，王俊明.秦岭林区森林火灾危险地形透析[J].林业科学2012.3.

一、专题图意义及理论说明

        在上房山面对突如其来的大火，如何尽早发现并扑灭林火即为重中之重，因此山林应急消防救援站的选址问题是关乎森林安全的重要一环,决策者需要考虑时间、成本和资源等多个影响决策的因素,尤其是需要优先考虑应急救援灭火的时效问题，基于时间目标选择出应急消防救援站候选地址，综合考虑时间、成本和资源三个目标进行决策，最终从应急消防救援站侯选地址中选择出最合理的山林区应急救援站的地址，指导和帮助山林区域决策者对林区应急救援站选址问题做出科学决策。

       另外，快速有效的保障游客和当地住民的生命和财产安全同样是一个十分重要的问题，在林火迅速蔓延之际，游客和居民撤离到避难所躲避无疑是一个很好的解决办法。通过地形是否平坦、道路是否通畅、距离火点的距离以及是否在林火的可能蔓延区域内等因素综合分析，以选择合适的避难场所。

二、成果展示

        消防站规划预览图：根据其他组员所分析的人流量以及林火发生几率，我们可以发现在上方山游览景点的中部：即云水洞到塔院的路途，林火发生率较高而人流量也有着较为集中的状态，所以可以在这里部署集中一些的消防站，以满足突发情况的要求，而基于景点，带“洞”、“峰”的景点地形相对“恶劣”，并不适合消防站的安放及使用，所以我选择了一些寺庙、院落等地来安放设施，在上山路途中，林火发生概率较小且地势不适合安放，所以我仅在上山路途和索道中部地势较缓处和入口处安放了消防设施。

三、参考文献

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[1]煤矿区应急救援站多目标选址决策王亚阳; 王汉斌 安全与环境工程 发表时间：2015-01-30.
[2]煤矿矿区应急救援站选址多目标决策方法设计及应用 王亚阳 太原理工大学 发表时间：2015-05-01.
[3]区域火灾风险评估与灭火救援力量布局优化研究 胡传平 同济大学 发表时间：2006-12-28.

一、专题图意义

       森林起火后，由火点向其上下及周围发生火势扩展称为林火蔓延。林火蔓延是持续毁灭森林的根本动力。因此，了解和掌握林火蔓延模型，预测林火蔓延趋势，可视化林火蔓延研究将最大限度地减少森林火灾造成的损失，具有极其重要的作用。影响林火蔓延的主要因素有：植被、坡向、坡度、风向、风力等。计算机模拟林火蔓延基于栅格数据开展，因为栅格数据可以较好地描述空间连续变化地现象。由DEM数据生成上方山区域地坡向、坡度栅格数据，再结合其它数据生成林火蔓延区域难易度分级图。并根据此图，在预测的可能性较大的起火点区域模拟火灾可能蔓延的范围，制成三维地图形式，为消防人员控制火势、游客林火避险提供直观的展示参考。

二、理论说明

       影响林火蔓延的主要因素有：植被、坡向、坡度、风向、风力等。计算机模拟林火蔓延基于栅格数据开展，因为栅格数据可以较好地描述空间连续变化地现象。由dem数据生成上方山区域地坡向、坡度栅格数据，再结合其它数据生成林火蔓延区域难易度分级图。 并根据此图，在预测的可能性较大的起火点区域模拟火灾可能蔓延的范围，制成三维地图形式。

三、成果展示

1.火灾蔓延区域难易程度图：

1.1.专题图说明：一般情况下，坡度大的区域林火蔓延速度快，影响区域广，且根据上方山区域全年西南风较多，风力较为均衡的特点展开分析。图中数字表示该区域火灾蔓延的难易程度，数字越大表示火灾越可能蔓延至该地区。
该图主要根据坡度、坡向、NDVI数据来判断林火的蔓延难易度。

1.2.分析：左下角为密集人口居民区，故被视为火灾最易蔓延；等级3区域多为植被茂密，坡度较大、或为山谷地带，故被分为次易蔓延，且由于西南风影响，等级3区域呈西南对角线走向；等级1、2为较难蔓延区域，根据遥感影像其位置大多位于植被稀疏区域，且为西南风背风坡。

2.三维火灾蔓延区域三维图

2.1.专题图说明：使用ArcSence可实现数字三维地形可视化。选择之前分析所选择的着火点，设置一定的时间步长，蔓延总时长以分钟为单位共60min，即1h。得到的渲染结果如上图

2.2.分析：三维图上所示的红色区域即为火灾扩散区域，可以发现大多位于山谷处，沿山谷线向西南方向扩散。

3.模型及参数的计算方法

        参考吴瑞旭等人的《基于 ArcGIS 的高原林火蔓延三维可视化系统》，对其中的计算模型 Rothermel模型做了一定的简化，其计算公式为：

`R=(1+W+S)/(NDVI)`

式中计算结果R为林火蔓延速度(m/min) ；W为风速修正系数；S为坡度修正系数。
除了蔓延速度，我们还应预测蔓延的方向，Rothermel模型同样提供了蔓延方向的分析，其模型构建如图3.4所示：

四、参考文献

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[1]陈天恩，陈立平，陈红，高惠瑛，基于GIS的森林火灾现场模拟及其应用[J] 1004-4574（2007）01-0076-05.
[2]吴瑞旭,徐伟恒,王秋华,杨磊,刘黄飞.基于ArcGIS的高原林火蔓延三维可视化系统[J].西部林业科学,2018,47(01):80-85+91.