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基于逻辑斯蒂回归的河南省火烧区模拟研究.rar

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    基于 逻辑 回归 河南省 火烧 模拟 研究
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    编号 1009410417南阳师范学院 2014 届毕业生毕业论文(设计)题 目:基于逻辑斯蒂回归的河南省火烧区模拟研究完 成 人: 刘云霞 班 级: 2010-04 学 制: 4 年 专 业: 测绘工程 指导教师: 张海军 完成日期: 2014-04-05 目 录摘要····························································(1)0 引言···························································(1)1 研究区和研究方法································…··········(1)1.1 研究区概况··················································(1)1.2 河南省的森林火灾情况········································(2)1.3 数据收集和处理··············································(2)1.4 研究方法····················································(3)2 结果与模型检验···············································(3)2.1 检验火灾风险概率分布图······································(3)2.2 重分类的火灾概率图与检验火点叠加····························(4)3 结论与建议···················································(6)参考文献·····················································(7)Abstract··························································(8)第 1 页(共 8 页)基于逻辑斯蒂回归的河南省火烧区模拟研究作 者:刘云霞指导教师:张海军摘要 :以河南省为例,选取了高程、坡度、到居民点的距离、到道路的距离、植被湿度、地表温度和植被指数共 7 个影响火灾发生的因子,空间抽样取得样本,利用 SPSS 软件的逻辑斯蒂回归方法,生成火灾风险模型,生成研究区的火灾风险概率空间分布图,通过叠加火烧迹地位置和火灾风险概率空间分布图评价预测模型的方法,分析研究区火灾事件的空间特征。关键词 :逻辑斯蒂回归;火险模型;火险空间分布;河南省0 引言近年来,国内外关于火险分析,预测或建模的研究很多 [1-5] 。而火灾事件的发生与多种因子相关, 如气象、地形、植被、人的作用等,是一个复杂的相互作用过程 [3,6-8] ,不同研究区其火灾发生和蔓延诱发因素的重要性也不完全相同,很难用统一的模型来预测和评估 [9] 。一定时间尺度下,影响火灾发生的因子可用于识别火灾事件的空间结构特征 [3] 。地形因子(如高程、坡度、坡向等)影响小气候、植被状态、潜在的火灾行为和火的蔓延速率 [1,9] ,居民地、道路、水体等的可达性反映了人类活动对火灾事件的潜在影响,植被覆盖反映不同植被类型对火灾事件的响应程度。本研究选取了影响火灾发生的几个因子对我国河南省火灾风险进行制图,通过叠加火烧迹地位置和火灾风险空间分布图,分析在区域空间尺度上仅使用选定的因子对火险建模的可行性,探索研究区火灾事件的空间特征,为该地区的火险区划分和防火管理提供依据。1 研究区和研究方法1.1 研究区概况河南省地处中原,辖 18 个市,总面积 1670 万公顷,总人口9472 万人。有四大水系(黄河、长江、淮河、海河) ,四大山系第 2 页(共 8 页)(太行山、伏牛山、桐柏山、大别山) 。东部是广阔的黄淮海冲积平原,山地(含丘陵)和平原分别占全省总土地面积的 44.3%和55.7%。全省包含北亚热带湿润区和温暖带半湿润区两个气候区,冬季寒冷少雨雪,春季干旱多风沙,夏季炎热多雨水,秋季清爽日照长。全省年平均气温 14℃左右,年降雨量 600-1200mm。河南省地处中原,交通发达,土壤、气候等自然条件较好,适宜多种树木生长,全省土地总面积 1670 万 hm2,活立木总储蓄量 13370.51 万 m3,森林覆盖率 16.19%,全省 80%的森林资源分布在太行山区、伏牛山区和大别桐柏山区。全省森林防火面积 377.87 万 hm2,其中一级火险县级单位 11 个,二级火险单位 17 个,一级和二级火险区森林面积分别占全省森林总面积的 45.5%和 29.2% [10] 。1.2 河南省的森林火灾情况河南省地处中原,交通发达,人口稠密,生态环境脆弱,森林火灾较为严重,始终是森林资源和国土安全及林区经济发展重大隐患。河南省森林火灾统计数据显示,2007 年 1-10 月份,全省共发生火灾 739 起,过火总面积 2292.9 公顷,受害森林面积 820.46 公顷;2008 年 1-10 月份,全省共发生森林火灾 843 起,过火总面积2137.1 公顷,受害森林面积 703.77 公顷,2009 年 1-10 月份,全省共生森林火灾 711 起,过火总面积 2099.4 公顷,受害森林面积 691.5公顷。虽然过火总面积与受害森林面积都有所减少,但河南省森林防火形势依然非常严峻,受厄尔尼诺等气候因素影响,全省进入新一轮森林火灾高发期。新造林区树苗低矮,杂草丛生,一旦遇到火源,极易引发森林火灾;重点林业生态工程和公益林区可燃物积累已达每公顷 30 吨以上,部分林区每公顷高达 50-60 吨,超过了国际上公认的发生森林大火的界限。1.3 数据收集和处理从美国 NASA 的陆地数据分布中心获取河南省火烧迹地数据集,生成二元因子变量(1:起火;0:无火) 。从中科院科学数据库获取90m 的 SRTM 数据,经重采样生成预测预测因子高程(Elev)数据,用ArcGIS 软件基于高程数据生成坡度(SL)数据。居民地、道路和水体数据来源于 1:100 万中国数字地图(国际版),在 ArcGIS 软件中生成第 3 页(共 8 页)到居民点的距离(Dv)和到道路的距离(Dp)的预测因子专题图。植被覆盖率(GVMI)数据和地表温度(LST)数据从 DIVA-GIS 网站下载得到。所有预测因子和因变量均以 1000m分辨率栅格化,并基于WGS84 坐标系投影得到。1.4 研究方法二元逻辑斯蒂回归(Binary Logistic Regression, BLR )模型 :二元逻辑斯蒂回归时是一种多变量分析方法,该方法的因变量为分支变量(1:起火;0:无火) ,自变量可以是名义变量、有序变量或比率变量,因变量和自变量之间呈非线性关系 [11] 。数量上,起火概率 p 和预测因子 =(i=1,2,…,n)之间的关系可表达为:ix(1)iixbxbey001)(式中:P 表示一个地面单元起火的概率, i为选定的预测因子,b i为预测因子的系数,b 0为常数项。通过训练子集可估计和的值,借助式(1)可计算整个研究区的起火概率。在 SPSS 软件中导入训练样本,并把每个预测因子的第一类均设置为参照类,运用 SPSS 软件中的 logistic regression 得出各个预测因子的系数与常数项,程序运行结果如表 1 所示.表 1 二元逻辑斯蒂回归结果预测因子 系数Elev 0.196341Sl -2.669509Dv -0.384667Dp 0.3749352GVMI -3.237941LST 8.364301NDVI 5.807178第 4 页(共 8 页)注:-cons 为常数项。2 结果与模型检验2.1 检验火灾风险概率分布图利用 GIS 软件生成 7 个预测因子综合分布图,将逻辑斯蒂回归生成的数据代入式(1)利用栅格计算器计算 7 个预测因子综合影响下的火概率分布图,叠加火烧迹地即检验火点与火灾风险概率分布图生成检验火灾概率图,如图 1 所示。 _cons -0.110406第 5 页(共 8 页)图 1 检验火点与火灾概率分布叠加图通过图 1 可以看出检验火点与火灾概率分布图一致,即检验火点绝大部分分布于火灾概率大的研究区域。2.2 重分类的火灾概率图与检验火点叠加 为了进一步检验火点分布情况,将概率分布图进行重分类得到图 2,再进行火点检验得到图 3。第 6 页(共 8 页)图 2 重分类后的火灾概率分布图图 3 检验火点与重分类后火灾概率分布图叠加图第 7 页(共 8 页)将重分类后的火灾概率从高到低依次分布极高、非常高、高、低、非常低五类。统计各个概率区域内的火点数,把重分类中的五类概率制成饼图,如图 4 所示。图 4 概率统计图由重分类后各类别检验火点的概率统计,检验火点的个数随着概率的增大而增多,更进一步验证了基于逻辑斯蒂回归建立的火烧区模型的可用性。 3 结论与建议(1)选取的几个影响火灾发生的因子对河南省火险空间格局起着结构化的作用,表明了采用该方法建立的火烧区模型对分析研究区域森林火灾情况的有效性和实用性。(2)虽然本文研究的火灾模型对森林防火起到了一定的作用,但也存在一定的不足,一是选取的预测因子即数据的容量大小有限,二
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