基于DEMATEL的森林火災影響因素研究

劉蓉 段輝良 吳鑫

摘要 采用DEMATEL方法對森林火災影響因素進行識別分析，結果表明：人為因素在森林火災發(fā)生時起著核心作用;加強防火宣傳，注重防火隊伍建設，加強林區(qū)經濟投入是做好森林防火最直接有效的措施;加快對氣候因素和植被因素的科學研究，為森林火災的預測提供科學依據(jù)，進而更好地保護生態(tài)環(huán)境。

關鍵詞 森林火災; DEMATEL;影響因素;生態(tài)環(huán)境

中圖分類號 S762.1? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）04-0115-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.04.031

Analysis of Forest Fire Influencing Factors Based on DEMATEL

LIU Rong1，DUAN Hui-liang2，WU Xin3 （1.School of Computer and Information Engineering，Central South University of Forestry and Technology，Changsha，Hunan 410004;2.Information Center of Central South University of Forestry and Technology，Changsha，Hunan 410004;3.College of Science，Central South University of Forestry and Technology，Changsha，Hunan 410004）

Abstract We used the method of DEMATEL to identify and analyze the influencing factors of forest fires.The results showed that human factors played a key role in the occurrence of forest fires.The most direct and effective measures for forest fires prevention are to strengthen fire prevention propaganda，pay attention to fire prevention team construction，and strengthen economic investment in forest areas.Accelerate the scientific research on climate factors and vegetation factors to provide scientific basis for forest fires prediction and better protect the ecological environment.

Key words Forest fire; DEMATEL;Influencing factors;Ecological environment

基金項目 國家自然科學基金項目（31570627）;湖南省教育廳項目（16C1671）;湖南省科技計劃項目（2016SK2088）;2019年中南林業(yè)科技大學教學改革項目（2019-03）。

作者簡介 劉蓉（1982—），女，河南周口人，講師，碩士，從事森林防火、防災減災衛(wèi)星應用工程等研究。

收稿日期 2020-06-30

人類文明進程中，火是重要發(fā)明之一，一旦有了火災，便會釀成災害，進而對人民生命財產安全、自然資源造成威脅和破壞，對森林生態(tài)系統(tǒng)也有著重要影響，因此對森林火災的預測研究顯得非常重要，國內外學者對森林火災的影響因素一直在不斷研究和探索。1988年，美國開發(fā)了“國家最新火險等級預報系統(tǒng)”，此系統(tǒng)是定性預報到定量預報的轉折，考慮了氣象、可燃物含水量以及地形等因子的影響[1]。 加拿大于1987年開發(fā)了“加拿大森林火險等級系統(tǒng)”，構建了森林可燃物含水率模型[2-3]。基于馬卡什的野外火災點示范試驗，澳大利亞于1966年提出了可預測草原火災的草地火險模型，以及可預測森林火災的森林火災風險等級標準[4-5]。我國森林火災影響因素研究以及預測預報相對薄弱，主要在美國、加拿大等森林火災風險研究基礎上，根據(jù)我國的環(huán)境及氣象等特征開展研究，多因子相關概率法主要應用在東北伊春林區(qū)[6-7]。綜合指數(shù)法以及風速補正綜合指標法，考慮的影響因素有氣溫、降水量、地表可燃物干燥程度、空氣濕度、森林火災蔓延指數(shù)。雙指標法是中國科學院研究提出的林火預測模型，考慮了地表層可燃物含水率、氣象因子這2個影響因子指標[8]，充分考慮了地表層可燃物含水率的重要作用。根據(jù)植被含水量和空氣濕度之間的相互影響研究森林火災預報的方法（被稱為“實效濕度法”）也被使用。黑龍江省森林保護研究所提出“801”火險等級預測，考慮的主要氣象因子是當日溫度、相對濕度、風速、降水和前一天空氣相對濕度。綜上，在森林火災研究過程中，因素分析一直是人們關注焦點。

鑒于國內外發(fā)展研究，這些影響因素之間存在一定相關性，但基于影響因素的決策與評價實驗室（decision making trial and evaluation laboratory，簡記DEMATEL法）方法來研究森林火災從未嘗試。借助此方法，將定性與定量分析相結合，找出影響森林火災的關鍵因素，以便為進一步做好森林防火提供科學依據(jù)。

1 森林火災各影響因素的DEMATEL分析方法及操作步驟

火災發(fā)生一般包含多種影響因素，研究森林火災的影響因素必須從多因素出發(fā)，研究主要因素和次要因素。

DEMATEL方法是在1971年由美國巴特爾紀念研究所為了解決現(xiàn)實世界中復雜而又困難的問題提出的方法論，該方法將圖論和矩陣工具相結合，對系統(tǒng)因素之間的相互作用進行分析，不僅考慮了直接互相影響的兩個因素之間的關系，而且還考慮了所有因素間接影響之間的關系。通過計算可以得出復雜問題的邏輯關系，將復雜問題簡單化[9-12]。由于DEMATEL方法在研究影響因素方面的優(yōu)越性，國內外學者相繼開展了相關研究，根據(jù)相關文獻總結歸納，基于DEMATEL方法的森林火災影響因素分析的基本步驟如下。

1.1 確定森林火災的影響因素

根據(jù)研究對象森林火災的信息，找出其影響因素指標體系，記為I1，I2，I3，…，In。依據(jù)系統(tǒng)論、森林經營、氣象學有關理論，將森林火災系統(tǒng)分為人為因素、社會經濟因素、氣候因素和植被因素4個部分。

1.2 確定兩兩因素間的影響關系

在查閱并收集相關森林火災的基礎上，得出森林火災中不同影響因素間直接影響程度以及相互制約關系，確定有無直接關系的有向圖。若Ii對Ij有直接影響，有向圖中則有一條邊，由Ii指向Ij，因素間影響程度的強弱用若干評價等級來表示，一般按照5個等級來劃分，用0～4來標度，0表示沒有直接影響，數(shù)字越大，影響強度越大。

1.3 建立直接影響矩陣

采用調查問卷和德爾菲法對影響因素之間的直接關系進行定量，由此可得一個n×n的直接影響矩陣X，則直接影響矩陣如下：

X=0x12…x1n

x210…x2n

xn1xn2…0=（xij）n×n（1）

式中，1≤i≤n，1≤j≤n，并且當i=j時，xij=0，表示因素Ii對于因素Ij沒有直接影響。如果因素Ii對于因素Ij有直接影響，則表示為xij。

1.4 正規(guī)化直接影響矩陣

為使運算結果收斂，需要對直接影響矩陣進行正規(guī)化。正規(guī)化過程是將矩陣各行元素求和并取最大值，記為max，則正規(guī)化矩陣記為Z=Iij/max。

1.5 計算影響因素間的綜合影響矩陣T

為分析各因素間接影響關系，需要求出綜合影響矩陣T，T=Z（1-Z）-1=tij，其中I為單位陣，（I-Z）-1是I-Z的逆。

1.6 計算各影響因素的影響度P、被影響度Q、中心度M和原因度N

Pi=nj=1Tij （1≤i≤n，1≤j≤n） （2）

Qj=ni=1Tij （1≤i≤n，1≤j≤n） （3）

Mi=Pi+Qj （i=j）（4）

Nj=Pi-Qj （i=j）（5）

矩陣Pi各行元素之和表示各行對應因素對其他因素的綜合影響值，稱作影響度。矩陣Qj表明各列對應因素受到所有其他各要素的綜合影響值，稱作被影響度。中心Pi+Qj度表示該因素在系統(tǒng)中的重要性程度，用Mi表示。原因度Pi-Qj表示該因素對其他因素的影響程度Nj，結果Nj為正，則是原因因素，該因素對其他因素的影響大;結果Nj為負，則是結果因素，該因素受其他因素的影響大。

1.7 以中心度和原因度繪制因果關系圖

中心度為橫坐標，原因度為縱坐標，標出各因素坐標系所處位置，可直觀分析各因素的重要性。

經過以上分析，影響度和被影響度可以用于分析每一影響因素對森林火災的影響程度，由中心度可分析出森林火災發(fā)生時各影響因素的重要程度，由原因度大小分析各因素間的相互影響關系，進而為森林防火管理等決策問題提供理論依據(jù)。

2 構建森林火災影響因素指標體系

根據(jù)文獻及分析結果[13-15]，將森林火災影響因素分為人為因素、社會經濟因素、氣候因素和植被因素4部分16個指標（表1）。

2.1 人為因素

在森林火災眾多的影響因素中，人為因素是最基本的構成，人為因素主要有：①森林防火責任體系。做好森林防火最根本的就是從責任體系和制度優(yōu)化角度來進行。②防火宣傳與指導。采用形式多樣的方式使防火宣傳進入林區(qū)、校園和生活社區(qū)，從根本上提升人們防火意識和防火觀念。③森林防火預警與應急機制。為最大限度減少破壞面積和影響范圍，提前做好森林防火物資、防火設備及通信設施非常有必要。④防火隊伍建設。森林消防隊伍是森林防火體系重要的組成部分。

2.2 社會經濟因素 社會經濟因素包括：①經營林區(qū)的投入。加大資金投入配備國防林防火設施，可充分發(fā)揮森林防火預警監(jiān)測系統(tǒng)的作用。②當?shù)亟逃健＝洕l(fā)展水平相當水平下，人們的受教育程度越高。③傳統(tǒng)節(jié)日。在清明節(jié)前后，氣溫回升，風干物燥，是火災多發(fā)期。④林區(qū)經濟發(fā)展水平。林區(qū)經濟發(fā)展水平決定著森林資源的具體利用方式及利用程度。⑤林業(yè)產業(yè)結構。林業(yè)產業(yè)結構決定著我國森林資源的利用方向，在一定程度上可減少林火發(fā)生。

2.3 氣候因素

氣候因素包括：①日最高氣溫。氣候因素中，空氣溫度越高，森林植被水分容易蒸發(fā)，干燥環(huán)境下林火發(fā)生概率就會比較高。②最大風速。在森林火險預測中，火災蔓延速度以及火災擴散面積的直接影響因素就是風速。③降水量。多日連續(xù)無降水，提高可燃物干燥程度，植被越干燥，林火風險就越大。④空氣日最小相對濕度。研究表明，日最小相對濕度小于30%時，發(fā)生重大森林火災的概率會有所提高。

2.4 植被因素

植被因素主要有：①植被覆蓋度。代表研究區(qū)域內可燃物疏密程度，植被覆蓋度越大，在草木生長期間林火不易發(fā)生;在積雪期，積雪覆蓋度越大，植被覆蓋度越小，林火發(fā)生的概率越低。②可燃物含水率。可燃物含水率越高，火險等級就越低;可燃物含水率越低，火險等級就越高，容易引發(fā)森林火災。③地形特征。地形特征中高程、坡度、地形起伏度都是森林火災發(fā)生的因素，對于高程低、地形起伏不大的區(qū)域，林火發(fā)生的概率較高。

3 DEMATEL方法在森林火災影響因素分析中的應用及相關分析

3.1 方法應用

根據(jù)上述分析及模型，首先建立森林火災影響因素之間的直接影響矩陣，使用0～4標度法作為評判規(guī)則進行評判。其中定義0、1、2、3、4分別表示2個影響因素間“沒有影響”“較弱的影響”“弱的影響”“強的影響”“很強的影響”。基于向森林火災領域專家發(fā)放問卷，對森林火災影響因素進行打分。通過對問卷進行整理，建立直接影響矩陣（圖1）。然后利用上述直接矩陣及DEMATEL方法計算出各影響因素之間的綜合影響矩陣，計算出各影響因素的影響度、被影響度、中心度和原因度，結果如表2所示。

從表2可以看出，森林火災影響因素中，原因度大于0的影響因素共有12個，森林火災原因度小于0的因素共有4個。

3.2 結果分析

在應用DEMATEL方法對森林防火影響因素進行識別時，若只考慮原因度和中心度大小來進行分析，可能會造成對某些影響因素的錯誤判斷。該研究綜合考慮了影響度R和被影響度D的計算結果并進行分析。

3.2.1 森林火災影響因素原因因素分析。

原因度M大于0，說明此影響因素可以影響其他影響因素，被稱為原因因素。由表2可知，引起森林火災的影響因素中，社會因素中傳統(tǒng)節(jié)日引起的森林火災占主導，同時氣象條件也對林火發(fā)生起著決定作用。另外，社會因素I6（教育水平）、I7（林區(qū)經濟發(fā)展水平）和氣象因素I14（植被因素）對森林火災發(fā)生的作用也很顯著。I1（森林防火責任體系）的影響度和被影響度得分較高，但原因度得分很低，這說明森林防火責任體系對其他因素的影響較大，與此同時其他因素對它的干擾作用也大。

3.2.2 森林火災影響因素結果因素分析。

原因度M小于0，說明此影響因素會受到其他影響因素的影響，被稱為結果因素，結果因素會因其他因素的變化影響而產生變化。由表2可知，結果因素主要有I2、I4、I4、I9共4個因素。其中，防火宣傳與指導、經營林區(qū)的投入、林業(yè)產業(yè)結構是最容易受影響的因素。這說明在森林防火中，比較有效的途徑是增加林區(qū)的經濟投入，同時調整林業(yè)產業(yè)結構、加強防火宣傳與指導等積極措施。另外，防火隊伍建設的被影響度得分不低，所以提高防火隊伍水平和業(yè)務能力也是做好森林防火的直接有效措施。

3.2.3 影響因素中心度分析。

中心度的值越大，此因素越靠近核心因素位置，則該因素對其他影響因素的影響作用越大，相反影響則越小。由表2可知，在森林火災的影響中，有較大中心度的因素有I2、I5、I15、I8、I10、I11、I1、I13、I12，這9個因素處于影響因素中的核心位置。其中I10、I8、I11、I15不僅具有很高的中心度，而且具有較高的原因度，表明這4個因素是森林火災的核心關鍵影響因素，在森林防火中應當將其放在首要考慮的位置。另外，I10的原因度居于首位，I15的影響度居于首位，I8的中心度最大，I11的中心度和原因度居于中間位置。由此看出，在森林火災中，人為因素處于核心位置，氣候因素和植被因素屬于驅動因素，因此在森林防火過程中，對人的行為進行有效控制與引導，可有效避免森林火災的發(fā)生。同時要加強對氣候因素和植被因素的科學研究，進而為森林火災的預測提供更加科學的依據(jù)，對保護人類居住的生態(tài)環(huán)境具有重要的積極意義。

4 結論

該研究構建了森林火災影響因素指標體系，利用DEMATEL方法對森林火災影響因素進行了定量分析，包括每個影響因素的影響度、被影響度、中心度和原因度，并進行相關分析。探討了影響森林火災的關鍵因素，其中人為因素在森林火災發(fā)生時起著核心作用，因此在預防森林火災發(fā)生時要充分發(fā)揮人的積極主動作用。通過對原因度值小于0的結果因素分析，加強防火宣傳，注重防火隊伍建設，加強林區(qū)經濟投入，調整林業(yè)產業(yè)結構，是做好森林防火的直接有效措施。研究表明，為避免林火發(fā)生，一方面控制人的行為，另一方面，還要加強對氣候因素和植被因素的科學研究，為森林火災的預測提供更加科學的依據(jù)，進而保護人類居住的生態(tài)環(huán)境。

參考文獻

[1]BURGAN R E，KLAVER R W，KLAVER J M.Fuel models and fire potential from satellite and surface observations[J].International journal of wildland fire，1998，8（3）：159-170.

[2] Fire Danger Working Team.Gaining a basic understanding of the national fire danger rating system.A self-study? reading course[M].A Publication of the National Wildfire Coordinating Group，2012.

[3] CARLSON J D，BURGAN R E，ENGLE D M，et al.The Oklahoma Fire Danger Model： An operational tool for mesoscale fire danger rating in Oklahoma[J].International journal of wildland fire，2002，11：183-191.

[4] WADE D D.Thinning young loblolly pine stands with fire[J].International journal of wildland fire，1993，3（3）：169-178.

[5] 鄭煥能，姜俊清.森林防火[M].哈爾濱：東北林業(yè)大學出版社，1994：22.

[6] 葉兵.國內外森林防火技術及其發(fā)展趨勢[D].北京：中國林業(yè)科學研究院，2000.

[7] 王述洋.森林火災重災年（季）災變原理和機制的研究[J].中國安全科學學報，2002，12（6）：1-5.

[8] 國家林業(yè)局.全國森林火險區(qū)劃等級：LY/T 1063—2008[S].北京：中國標準出版社，2008.

[9] 李楷，王薇.基于DEMATEL的動物疫情公共危機中消費者行為決策分析[J].安徽農業(yè)科學，2014，42（31）：11122-11124.

[10] 鄭麗娟，萬志芳.基于DEMATEL的國有林可持續(xù)經營影響因素研究[J].林業(yè)經濟，2014，36（5）：32-36.

[11] 金衛(wèi)健，胡漢輝.模糊DEMATEL方法的拓展應用[J].統(tǒng)計與決策，2011（23）：170-171.

[12] 石春娜.我國森林質量的社會經濟影響因素研究[D].北京：北京林業(yè)大學，2010.

[13] 蘇漳文，劉愛琴，郭福濤，等.福建林火發(fā)生的驅動因子及空間格局分析[J].自然災害學報，2016，25（2）：110-119.

[14] 蔡奇均，曾愛聰，蘇漳文，等.基于Logistic回歸模型的浙江省林火發(fā)生驅動因子分析[J].西北農林科技大學學報（自然科學版），2020，48（2）：102-109.

[15] 于茜.森林火險預測模型研究與應用：以大興安嶺林區(qū)為例[D].天津：天津師范大學，2019.