CC BY
34
Выпуск 3(15), 2015
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
УДК 630*524.634: 614.841.3: 519.876: 504.064.2:001.18
АНАЛИЗ ЛЕСНЫХ КВАРТАЛОВ ПО ЧИСЛЕННОСТИ ПОЖАРОВ И РАССТОЯНИЮ ОТ ТРАНСПОРТНОЙ МАГИСТРАЛИ
П.М. Мазуркин
За множество точек мониторинга принимают кварталы, за многолетний период подверженные хотя бы одному лесному пожару. Пораженные лесные кварталы принимают за объекты анализа, одновременно за дополнительный объект принимают транспортную магистраль, проходящую через территорию с пораженными пожарами кварталами. Измеряют расстояния от пораженных кварталов до транспортной магистрали, а из книги учета за многолетний период определяют количество лесных пожаров на одном и том же пораженном квартале. Показаны тренды и волновые закономерности влияния расстояния от магистрали на количество лесных пожаров на одном пораженном пожарами лесном квартале.
Ключевые слова: лесной квартал, транспортная магистраль, расстояние, пожары, тренды и волновые закономерности.
Введение. Транспортная магистраль, содержащая несколько параллельных дорог разного вида, сильно влияет на показатель в виде количества лесных пожаров, происшедших за много лет на одном и том же лесном квартале.
Лесной квартал, подверженный за много лет хотя бы одному лесному пожару, выделяется как подмножество из общего множества лесных кварталов лесного предприятия. Это подмножество физически измененных лесными пожарами лесных кварталов становится новым объектом измерений и дальнейшего физико-математического анализа.
Затем по карте-схеме или иным картографическим или геодезическим способом измеряется расстояние от центра измененного пожарами лесного квартала до транспортной магистрали.
Если транспортная магистраль включает в себя только железную дорогу, то расстояние до центра лесного квартала измеряют по карте с каждой железнодорожной станции. Но, как правило, параллельно тянется автомобильная дорога, поэтому остановки автомобилей для грибников, охотников и других людей могут быть на любой точек дороги.
В связи с этим расстояние от транспортной магистрали до центра лесного квартала принимается как перпендикуляр, опущенный из условного центра лесного квартала на линию условно до середины
транспортной магистрали, содержащей несколько параллельных дорог.
Положительный эффект достигается тем, что даже на простой карте-схеме по примеру на рисунке 1 удается измерить расстояния от некоторого условного (глазомерного) центра лесного квартала, пораженного на части площади за многолетний период хотя бы одним лесным пожаром. Затем, с учетом масштаба карты-схемы, составляют таблицу для статистического моделирования (табл. 1).
Лесные квартала находятся постоянно на одних и тех же местах, поэтому для повышения точности моделирования указанные расстояния могут быть измерены в натуре геодезическими методами.
Новизна технического решения заключается в том, что впервые лесные кварталы, за многолетний период подверженные хотя бы одному лесному пожару, принимаются за объекты физикоматематического анализа.
Тогда количество лесных пожаров на одном и том же пораженном пожарами лесном квартале становится зависимым фактором (показателем). Также впервые предлагается учитывать новый физический объект в виде транспортной магистрали, расположенный на расстояниях от условных центров пораженных пожарами лесных кварталов.
36
Вестник Воронежского института ГПС МЧС России
Рис. 1. Карта-схема территории национального парка «Марий Чодра» с отметкой на лесных кварталах каждого лесного пожара в виде точки
При этом это расстояние по перпендикуляру от условной оси магистрали до условного центра пораженного пожарами лесного квартала становится влияющим фактором (объясняющей переменной).
Государственный природный Национальный парк «Марий Чодра» организован 1 декабря 1985 года. Марий Чодра означает «марийский лес».
Регистрация пожаров. Книга учета лесных пожаров ФГБУ «Национальный парк «Марий Чодра» представляет собой журнал, в котором составитель акта о пожаре (старший инженер ОЗЛ, начальник ПХС, лесничий, помощник лесничего, мастер леса) в лесничестве, где произошло возгорание, записывает все известные ему данные о возгорании.
В таблицах 1 и 2 приведено количество пожаров с учетом распределения их количества за 25 лет с 1987 по 2011 гг. по лесничествам (рис. 1). До 1987 года распределение лесничеств и их лесных кварталов было иным.
Таблица 1.
Расстояние L от железной дороги до центра квартала лесничества и частота n пожаров на
кварталах за 1987-2011 гг.
Керебелякское Кленовогорское Лушмарское Яльчинское
№ кв L , км n , шт. № кв L, км n, шт. № кв. L, км n, шт. № кв. L, км n, шт.
ФЗ1-зона заповедного режима ФЗ2 - зона особо охраняемая
Керебелякское Кленового рское Лушмарское Яльчинское
№ кв L, км n , шт. № кв L, км n, шт. № кв. L, км n , шт. № кв. L, км n , шт.
47 39.5 1 76 41.3 1 27 15.7 1 1 14.0 1
60 45.8 1 29 19.2 2 7 12.2 2
62 51.4 1 66 15.7 2
66 33.6 1 71 16.4 1
67 36.4 1 73 9.8 1
71 47.6 1
ФЗ3 - зона экстенсивного рекреационного использования
53 29.7 1 31 26.2 1 1 25.2 1 12 1.7 2
55 34.6 1 45 6.3 3 37 7.3 2 13 4.5 2
46 9.8 1 43 10.5 2 24 2.1 2
51 29.7 2 47 14.0 1 25 4.9 2
52 5.9 3 53 7.3 1 27 10.8 9
58 2.4 5 55 12.2 2 33 1.4 3
59 5.2 1 56 11.2 4 34 4.5 2
60 8.7 1 69 6.6 2 35 7.3 2
61 11.5 1 74 7.0 2 70 5.9 5
63 16.8 1 76 1.7 2
64 1.7 1 87 18.9 1
66 7.0 1
72 4.9 2
Территория национального парка «Марий Чодра» разделяется на следующие функциональные зоны: ФЗ1- зона заповедного режима 7590 га; ФЗ2 -зона особо охраняемая 4772 га; ФЗ3 - зона экстенсивного рекреационного использования 11248 га; ФЗ4 - зона интенсивного рекреационного использования 12039 га; ФЗ5 - зона хозяйственного назначения 1226 га.
Из карты-схемы на рисунке 1 видно, что между городами Йошкар-Ола и Казань существует магистраль. Она содержит автомобильную (не показана) и железную дорогу.
Если транспортная магистраль включает в себя только железную дорогу, то расстояние до центра лесного квартала пришлось бы измерять по карте с каждой железнодорожной станции.
Но параллельно тянется автомобильная дорога, поэтому остановки автомобилей для грибников, охотников и других людей могут быть на любой точек дороги.
Таблица 2.
Расстояние L от автомобильной и железной _____дорог до центра лесного квартала____
Кленовогорское Лушмарское Яльчинское лесничество
№ кв. L, км n , шт. № кв. L, км n , шт. № кв. L, км n , шт. № кв. L, км n , шт.
ФЗ4 - зона интенсивного рекреационного использования
6 10.5 1 17 20.3 1 28 14.0 1 44 4.2 8
16 12.9 2 26 12.6 1 36 10.5 3 45 7.3 10
23 1.0 2 30 4.9 10 37 13.6 4 46 10.1 3
24 3.5 1 31 4.2 1 5 2.4 5 47 12.9 1
25 6.6 3 32 5.2 2 8 9.4 3 48 16.4 1
26 9.4 2 34 8.7 1 10 4.5 1 49 10.8 1
37
Выпуск 3(15), 2015
27 12.6 1 38 4.9 3 17 14.7 1 52 3.8 7
30 22.4 1 39 1.4 3 19 10.8 1 53 7.0 3
33 16.1 1 45 4.9 1 20 7.7 1 58 12.2 2
39 9.4 2 46 1.4 1 30 10.1 2 ч61 6.6 1
40 11.9 1 50 5.2 2 31 4.2 4 62 9.8 2
41 15.7 1 54 3.1 3 38 16.4 3 63 12.6 4
44 3.1 2 57 8.0 1 39 13.3 1 64 2.1 4
49 18.5 1 60 12.2 1 40 11.5 1 67 4.9 3
70 0.7 8 61 15.4 3 41 4.5 3 68 7.7 6
62 12.2 1 43 1.4 5 69 10.5 1
ФЗ5 - зона хозяйственного назначения
22 1.4 6 58 5.9 2 60 3.8 3 51 1.4 3
50 0.7 4 59 3.1 2 66 2.8 4 59 1.0 5
57 0.7 1 64 6.3 1 23 0.0 2 65 0.7 3
32 1.4 1 56 15.7 2
42 1.7 1 54 10.1 2
В связи с этим расстояние L от транспортной магистрали (на рис. 1 от линии железной дороги) до центра лесного квартала принимается как перпендикуляр, опущенный из центра лесного квартала на линию до середины магистрали.
Данные таблиц 1 и 2 по расстояниям L была составлены измерениями миллиметровой линейкой на карте-схеме, приведенной на рисунке 1 и увеличенной до размера листа при полях в 1 см. Тогда, например, масштаб расстояний будет равен 0,35 км/мм. Зрительно можно измерять миллиметровой линейкой расстояния по перпендикуляру от примерного центра лесного квартала до железной дороги (рис. 1) с ценой деления 0,5 мм.
Тогда погрешность измерений будет равна ± 0,25 мм или же в натуре ± 0,25 х 0,35 « ± 0,1 км. Это значение погрешности значительно меньше по сравнению с размерами лесного квартала. Поэтому данные об измеренных расстояниях по карте-схеме на рисунке 1 принимаются за значения объясняющей переменной.
Для выявления более точных математических формул необходимо применять фактически измеренные значения расстояний на местности.
Регистрация лесных кварталов с пожарами за 25 лет. Для повышения точности моделирования нужно измерять расстояния от центров лесных кварталов до середины автомобильной дороги и до станций железной дороги по отдельности геодезическими способами. Однако трудности возникают только с близко расположенными к магистрали лесными кварталами.
S = 1.76853927 r = 0384977С7
12° -ьР • • .5
• •
• • •
...
- ~
С 9.4 18 .8 28 трен .3 37 д .7 47 1 56
Из-за трудности замеров расстояния по карте распределение лесных кварталов, на которых произошло хотя бы один пожар, изменяется (табл. 3).
Таблица 3
Количество кварталов с хотя бы одним пожаром и измерены расстояния от центров ________кварталов до магистрали
Функцио- нальные зоны Лесничество Итого кварт.
Керебе- лякское Кленово- горское Лушмар- ское Яльчин- ское
ФЗ1 6 1 0 0 7
ФЗ2 0 0 5 2 7
ФЗ3 2 13 11 9 35
ФЗ4 0 15 16 32 63
ФЗ5 0 3 3 10 16
Итого кв. 8 32 35 53 128
Вместо 130 лесных кварталов в таблице 2 оказалось 128, при этом по двум лесным кварталам из Яльчинского лесничества и ФЗ5 не удалось по карте точно измерить расстояние L .
Влияние расстояния для всего предприятия. Поставив все четыре пары столбцов L ^ n (без учета функциональных зон) получили (рис. 2) статистическую закономерность вида
n = 3,27089 exp( -0,0011847L174531) -- 0,13724L7’22208 exp( -5,90575L0’39561) -
- 1,16987L0’46025 exp( -0,19952L) х х cos(^L / 0,83164 + 0,018789)
где n - количество лесных пожаров на одном лесном квартале, шт., L - расстояние от центра лесного квартала, получившего, по крайней мере, один пожар за 25 лет, до транспортной магистрали, км.
Первая составляющая является естественной закономерностью, почти не зависящей от антропогенного влияния. Она соответствует закону экспоненциальной гибели. При этом непосредственно на магистрали при L = 0 происходит (как на виртуальном лесном квартале) 3,27089 лесных пожаров. Но противопожарная служба на железной дороге не позволяет произойти ни одному лесному пожару в зоне влияния магистрали. Вторая и последующие составляющие показывают антропогенное влияние на количество лесных пожаров, происходящих на одном и том же лесном квартале.
S = 1.68254764 r = .2827.323
• • • 5
• •
• •
л.гй - М ■ 1 г • 1
шт _ _ 9
С 9 4 18 .8 28 вол .3 37 на .7 47 .1 56
38
Вестник Воронежского института ГПС МЧС России
S = 1.71644140 r = 0.4664177' .5
• •
• •
• • •
•• • • м
» тт
« — -
° ' 0.0 9.4 18.8 28.3 37.7 47.1 56 тренд -х- волна
Рис. 2. Графики влияния расстояния от центров лесных кварталов, которые за 25 лет подверглись лесным пожарам, до транспортной магистрали на изменение количества лесных пожаров, происшедших на одном лесном квартале по всему национальному парку «Марий Чодра», причем графики показаны в последовательности появления составляющих общей
закономерности с трендом и волновыми составляющими
Такая характеристика членов любой статистической будет верной: чем больше составляющих, тем математически лучше описываются изучаемые процессы поведения людей и природных объектов.
Второй член модели (1) имеет отрицательный знак и поэтому он показывает кризисный процесс (для лесных пожаров как некой условной популяции). В итоге тренд (тенденция) изменяется так, что получает минимум при L * = 18 ... 28 км.
В целом по предприятию снижение количества лесных пожаров, на некотором расстоянии от центра лесного квартала до оси магистрали, мало выражено.
Третья составляющая имеет волновой характер с переменной амплитудой (половина) и постоянным полупериодом колебания. из графика на рисунке 2 видно, что колебательное возмущение лесных пожаров на одном лесном квартале действительно в интервале расстояния L = 0 ... 18 км.
Остатки после объединения трех частей формула (1) показывает, что, при условии повышения точности измерений расстояний, в интервале расстояния 0 . 20 км, возможны и другие волновые
составляющие.
Коэффициент корреляции формулы (1) относительно мал и равен 0,4664 (средний уровень тесноты связи или адекватности формулы). Поэтому нужно разделить массив из 128 лесных кварталов по отдельным признакам.
Влияние расстояния по лесничествам. Ке-
ребелякское лесничество получает (рис. 3) простую конструкцию модели
n = 1 (2)
Кленовогорское лесничество (рис. 3) характеризуется уравнением
n = 883131,0exp(-12,33319L0 034483) -
-5,43047 exp(-0,32767L) x (3)
x cos(^L /(0,21972 + 0,069039LU3675) + 2,75927)
Здесь тренд выражен только одной составляющей в виде закона экспоненциальной гибели и второй член тренда при этом вырождается.
Кризисной становится только формула второго члена уравнения (3). Но при этом амплитуда кризисного колебания имеет вид закона экспоненциальной гибели. Поэтому при условии L = 0 на магистрали возможно 5,43047 виртуальных лесных пожара. В отличие от формулы (1) переменной физической величиной становится также и полупериод колебания. При условии L = 0 получаем период колебания, равный 2 X 0,21972 « 0,44 км. С дальнейшим удалением от железной дороги период колебания возрастает, поэтому частота колебания уменьшается. Это означает, что колебание с ростом расстояния от магистрали до центра лесного квартала успокаивается.
Коэффициент корреляции модели (3) равен 0,7852 и по уровню адекватности эта формула относится к сильным факторным связям.
По остаткам на рисунке 3 видно, что есть две точки аномальные на расстоянии 0,7 км. Эта аномалия определяется тем, что две точки при одном и том же значении абсциссы приобретают противоположные по знаку значения показателя. В итоге дальше моделирование невозможно проводить и поэтому процесс идентификации прекращается.
39
Выпуск 3(15), 2015
S = 1.38510899 r = 0.59418422
. •1 »
•
J
■ * • • •
—•
0.1 7 6 15 .2 22 .7 30 .3 37 .8 45 .4
x a^is(u
r = 0.78521208 .4
»
-[>й:
.
14 А4 • • У •
\Vr. •••57 '
У' 0.1 7. 6 15 .2 22 тренд + .7 30 волна .3 37 .8 45
S = 1.13299911 r = 0.63254361
»
•
— • •
l/.« ••••• ШГ-т ■
t
15.2 22.7 30.3
волна
г?4
\.*4
о.'4
.\Т4
лР
7.6 15.2 22.7 30.3
Остатки после тренда + волны
0
7.6
37.8
45.4
37.8
45.4
Рис. 3. Графики влияния расстояния от центров лесных кварталов, которые за 25 лет подверглись лесным пожарам, до транспортной магистрали на изменение количества лесных пожаров, происшедших на одном лесном квартале по Кленовогорскому лесничеству
Лужмарское лесничество по первым трем членам определяется уравнением, по конструкции схожим с уравнением (1). Но при этом из статистической выборки пришлось исключить две точки при L = 4,9 км (n = 1 и n = 3 как аномально расположенные относительно оси абсцисс). Из трех аномальных точек одна оставлена, так как по тренду дает приближающийся к нулю значение показателя.
По усеченной выборке была получена (рис. 4) уравнение вида
n = 2,02417exp( -0,00091227L211018) --1,65746 • 10-45 L86’82894 exp(-8,25153L1’07822) +
+A cos(jL/p - 4,33850) +
S = 1.70680241 r = 0.35589097
тренд
+A cos( jiL / p +1,73168), (4)
A = 45,48175L68’27869 exp( -22,42694L),
P = 2,67644 - 0,54654L0’55870 ,
A = 4,49696 • 10-21 L31 13773 exp( -2,47993L), p2 = 2,09373 - 7,29489 • 10 5L2’51022 , где A, A - амплитуды (половина) двух колебаний численности лесных пожаров на одном и том же лесном квартале, шт., p, p2 - полупериоды каждого из колебаний волнового возмущения.
S = 0.78601581 r = 0.88764861
• •
• • • •
\ • к •• * •
•
1 1 4. 7 9 3 13 .9 18 .4 23 .0 27
первая: волна
40
Вестник Воронежского института ГПС МЧС России
S = 0.55437250 r = 0.6829312: .6 S = 0.69984940 r = 0.95375079
• \0Э
\& А Л?
\&: • А п.1°-
О-** • * • ту \ Г •
д-°й: • Л I [ V • • •ьА0' • • А
• • • flip Х2 ~т^я
Л‘Э 0.1 4.7 9.3 13.9 184 23.0 2' вторая волна ° ' 0.1 4.7 9.3 13.9 18.4 23.0 27.6 тренд + две волны
Рис. 4. Графики влияния расстояния от центров лесных кварталов, которые за 25 лет подверглись лесным пожарам, до транспортной магистрали на изменение количества лесных пожаров, происшедших на одном лесном квартале по Лушмарскому лесничеству
Две из трех уравнений дают так называемую «энергетическую яму» в интервале расстояний L * = 6 ... 10 км. На лесных кварталах, расположенных этом участке расстояния от магистрали до центров лесных кварталов количество лесных пожаров (на общем фоне изменения тренда) значительно уменьшается. Может оказаться, что это интервал расстоянии психологически привычен людям, поэтому они пристальнее следят за пожароопасной ситуацией.
В интервале L = 1,5 ... 6,0 км наблюдается сильное по амплитуде первое колебание численности лесных пожаров, происходящих на одном и том же лесном квартале. По сути, этот участок расстояния равен зоне активного дикого отдыха людей, останавливающихся в любом понравившемся на краю автомобильной дороги месте и проникающих в лес с кострами на глубину до 6 км.
Второе колебание происходит на интервале L = 8 ... 16 км. Эвристическими (содержательными) рассуждениями можно понять, что это - зона действия опытных отдыхающих людей (грибников, охотников и пр.). Именно такие посетители леса проникают стол далеко от магистрали. Влияние таких людей очень значима, по коэффициенту корреляции равному 0,6829, то есть очень близко к сильному уровню 0,7 адекватности.
Таким образом, идентификация устойчивых закономерностей дала четыре члена модели (4). При этом видно, что оба колебания учащаются, то есть система «лес - пожары» на территории Лужмарско-го лесничества идет вразнос. При этом периоды колебаний уменьшаются, начиная соответственно с 2 X 2,67644 ~ 5,35 и 4,96 км. Может оказаться, что на изменения периодичности колебательного возмущения влияют параметры рельефа. Коэффициент корреляции (4) равен 0,9538 и формула по уровню адекватности стала сильнейшей (более 0,9). А остатки после модели (4) дошли до одного пожара.
Яльчинское лесничество (рис. 5) также определилось формулой с четырьмя членами в виде
n = 2,03973exp( -0,071341L°’36798) +
+ 1,91929L0,031588 exp( -0,00014197L3’70662) +
+A cos(^L /p -1,41426) +
+A cos(^L /p2 + 0,89474),
A = 336447,7L7’14901 exp(-13,37956L0’35260), (5)
P =-1,01808 + 2,00473L°’14207 ,
A = 5,63367 -10-23L61 16631 exp(-9,53838L), p2 = 7,20492 - 0,70304L .
Но здесь второй член тренда получил положительный для роста численности лесных пожаров на одном лесном квартале знак.
По тренду на расстоянии 0 . 14 км наблюда-
ется рост количества лесных пожаров с максимумом при L * = 5 ... 7 км. Здесь уже невозможно выделить отдельные участки расстояния по поведенческим признакам отдыхающих людей. Поэтому первая волна возмущения показывает сильное колебание на расстоянии L = 1 . 12 км.
Второе сильное колебание наблюдается на расстоянии 5 . 9 км, что соответствует зоне распо-
ложения озера Яльчик, на котором отдыхают многие из разных городов России. Однако коэффициент корреляции модели (5) равен всего 0,5481 (средняя теснота факторной связи). Это указывает на то, что возможности еще несколько колебаний. Однако для их идентификации нужно повысить точность измерения расстояния. В остатках после формулы (5) есть несколько пар аномально расположенных относительно оси абсцисс точек. Поэтому дальнейшее моделирование идентификацией асимметричных вейвлетов [1-7] прекращаем.
41
Выпуск 3(15), 2015
S = 210668518 r = 632658735
S = 202471935 r = 631045385
6.'°
1.1°
1>':
4*':
4.®':
v>': л.'5: .г&: з*;
S = 1.84736680 r = 0.34412887
S = 205109768 r = 0.54813682
• •
•
• i Л* . •
• 1 1 \ Ал. • •• • •
• ••. • • S 1 • * •• • • •
—• • •
вторая волна
тренд + две волны
Рис. 5. Графики влияния расстояния от центров лесных кварталов, которые за 25 лет подверглись лесным пожарам, до транспортной магистрали на изменение количества лесных пожаров, происшедших на одном лесном квартале по Яльчинскому лесничеству
3.0
6.0
9.0
12.0
15.0
18.0
Влияние расстояния по функциональным зонам. Функциональные зоны (по возрастанию антропогенного влияния) являются элементами содержательно более определенной классификации по сравнению с лесничествами (удобство управления лесами).
В зоне ФЗ1- зоне заповедного режима получили простейшую модель
n = 1. (6)
ФЗ2 - зона особо охраняемая отличается линейным трендом
n = 1,428572 . (7)
Есть пара аномально расположенных относительно оси абсцисс точек.
ФЗ3 - зона экстенсивного рекреационного использования (рис. 6) оказалось в пожарном отношении намного сложнее, и из-за этого была получена пятичленная модель вида
n = 2,53593exp( -0,0163272) --1,52640 • 109 256,70589 exp( -77,8692720’2"40) --A cos(T/p - 0,85529) +
+A cos(tL /p2 + 5,86931) + ^
+A cos( tL / p3 -1,17997),
A = 3,13783 • 10-100 2158’17846 exp(-8,929392117206)
P = 0,21574 + 0,007189421’29026 ,
A = 1,3279522’58952 exp(-0,77811820’99370), p2 = 0,67888 - 0,0448042°’99975 ,
A = 0,03855828’23967 exp(-1,9277421’00755),
P = 0,57470 - 0,00483132°’96809.
Таким образом, понятие «экстенсивное рекреационное использование» нуждается в коренном уточнении и дальнейшей квантификации.
Естественная составляющая начинается при 2 = 0 с количества 2,53593 лесных пожаров, происшедших на неком виртуальном лесном квартале, расположенном на оси магистрали.
Затем первая составляющая убывает по закону экспоненциальной гибели.
По тренду «энергетическая яма» лесных пожаров находится на расстоянии 12 ... 35 км. А на отрезке расстояния 19 ... 25 км вообще не произошло ни одного лесного пожара. Тогда общую продолжительность этой условной ямы можно разделить на три участка: 1) на расстоянии 0 ... 19 км происходит медленный спад численности отдыхающих (пропорционально и количество лесных пожаров на одном и том же лесном квартале); 2) на этой зоне экстенсивного рекреационного использования на участке 19 . 25 км наблюдается нулевая
пожарная опасность; на отрезке 25 ... 35 км снова наблюдается рост и медленный спад количества лесных пожаров (по-видимому, здесь влияние только жителей лесных поселений).
42
Вестник Воронежского института ГПС МЧС России
Первая волна имеет отрицательный знак и является кризисной для лесных пожаров. Однако на расстоянии 8 ... 12 км находится сильное колебательное возмущение. Количество лесных пожаров на одном и том же лесном квартале возрастает до 7. При этом значимость этого колебания очень высокая и равна по коэффициенту корреляции 0,8201. Если двухчленный тренд имеет коэффициент корреляции всего 0,3024, то с дополнением первого колебания первые три члена дают уровень адекватности сильный при 0,8461. при этом первая волна успокаивается по частоте колебания, начинается с пе-
риода 2 X 0,21574 « 0,44 км. Следующие две волны находятся на расстоянии 0 .. 9 км.
Эти две волны учащаются, начиная при L = 0 с полупериодов 1,36 и 1,15 км. При этом обе волны являются положительными и помогают росту количества лесных пожаров.
Вторая волна возмущения имеет максимум количества лесных пожаров на расстоянии 3 . 4
км, а третья - около 4 км.
Поэтому эти две волны накладываются друг на друга, создавая на некоторых малых участках расстояния синергетический эффект.
S = 1.65610045 r = 0.30240078
6.6° ■ 6-йй_ v*0 “ “2 • .9
•
■ 1 . •
• • * • • • •
1 6 4 12 .7 19 тре1 .0 25 Щ .3 31 .6 37
r=0.84607311
S = 0.98222646 r = 0.82005917
S = 0.63007279 r = 0.75439724
223
тренд + волна
S = 0.72545849 r = 0.93795737
0.1
6.4
12.7
19.0
25.3
31.6
37.9
6.4 12.7 19.0 25.3 31.6 37.9
тренд + две волны
щ
0.1 6.4
12.7 19.0 25.3 31.6 37.9
тренд + три волны
\-гЬ
О*
А*
д.тЗ-
Л,?А
’л».
0.1 6.4 12.7 19.0 25.3 31.6 37.9
V*0' ■ «*»■ о.'0' третья волна
• .9
• •
• 1 • —• ••
• • * •
• • •. • • •
•
1 6 О 4 12.7 19 статки после с 0 25.3 31.6 37 >бще й модели
S = 0.62176884 r = 0.96402421
Рис. 6. Графики влияния расстояния от центров лесных кварталов, которые за 25 лет подверглись лесным пожарам, до транспортной магистрали на изменение количества лесных пожаров, происшедших на одном лесном квартале
по зоне экстенсивного рекреационного использования
43
Выпуск 3(15), 2015
В итоге пятичленная модель (8) получила коэффициент корреляции, равный 0,9640, что относит её к сильнейшим факторным связям.
По остаткам на фигуре 6 видна пара аномально расположенных относительно оси абсцисс
точек при расстоянии 5.9 км (примерно ± 1 шт.).
ФЗ4 - зона интенсивного рекреационного использования (рис. 7) также получила пятичленную модель вида
n = 3,98034exp( -0,0014015Z2’30681) --1,75641 • 10-31 L53’95903 exp( -6,22356L0’93233) +
+A cos(^L / p - 2,65241) +
+A cos(^L /p2 + 5,31752) +
+A cos(nL /p3 - 3,26992),
A = 5,77082 • 10-89 L153,44604 exp(-4,68289L1’53977), (9)
P = 0,67953 , A = 0,13631L18’27582 exp(-5,52214L),
P = 1,60213 - 0,16945L101051,
A = 5,11681 exp(-0,42807L),
P = 0,0013439 + 0,17320L°’65813.
S = 2.05835966 r = 0.45042243
Тренд
S = 1.84977124 r = 0.61582577
S = 1.80055044 r = 047026379
• ]
• < >
• » • -
• • • < > - и -V • • • > •
• • -г 4 ■
• • » “
0.1 4.2 8.2 12.3 16.4 20.5 24.6
S = 1.65266291 r = 0.41496631
0.1 4.2 8.2 12.3 16.4 20.5 24.6
тренд + волна
S = 1.78296393 r = 0.69810597
вторая волна
S = 1.50135186 r = 0.39748591
0.1 4.2 8.2 12.3 16.4 20.5 24.6
о.»0
A.<*>
•
4 < »
■Л.Д • • и • • • >
V * • •
1ТГ Чйй 90 , * '
• • •
•
1 4.2 8.2 12.3 16.4 20.5 24.6
тренд + две волны
третья волна
44
Вестник Воронежского института ГПС МЧС России
S = 1.70155243 r = 075631168
б-""
6.°°
V*
•
i >
: • • • •
•• Ла • Л-* > ■ • _ % •
о „ V
- • V • •
■ 4 •• *
4.2 8.2 12.3 16.4 20.5 24.6
Остатки после общей модели
0.1
Рис. 7. Графики влияния расстояния от центров лесных кварталов, которые за 25 лет подверглись лесным пожарам, до транспортной магистрали на изменение количества лесных пожаров, происшедших на одном лесном квартале по зоне интенсивного рекреационного использования
Здесь начальное значение закона гибели, по сравнению с предыдущей функциональной зоной, возросло и стало равным 3,98034 или почти 4 лесным пожарам. Второй член тренда имеет снова отрицательный знак и поэтому условная «энергетическая яма» тянется на расстоянии 12 ... 15 км. Однако закон гибели здесь заметнее.
Поэтому можно сделать вывод о том, что интенсивная рекреация по сравнению с экстенсивной рекреацией дает больший угол спада количества лесных пожаров в зависимости от расстояния от магистрали.
Все три колебания имеют положительный знак, поэтому они помогают росту количества лесных пожаров, происшедших на одном и том же лесном квартале. Но при этом первая волна получила постоянный период колебания в 1,36 км. Вторая волна учащает частоту возмущения, начиная при L = 0 с периода 3,2 км. Третья волна успокаивается, но на магистрали при L = 0 получила очень малый период колебания 2 х 0,0013439 « 0,0027 км или 2,7 м. при этом амплитуда меняется от 2 х 5,11681 « 10,23 шт. на самой магистрали.
Первое колебание находится на расстоянии 6 . 10 км и поэтому почти совпадает с предыдущей
функциональной зоной национального парка.
Второе колебание находится на участке расстояния 2 .. 6 км, а третья волна располагается на расстоянии 0 ... 8 км. Как и в предыдущей функциональной зоне, второе и третье волны происходят параллельно.
Вся модель (9) получила коэффициент корреляции 0,7563 и поэтому относится к сильным факторным связям. Тогда можем сделать вывод о том, что модель с одним и тем же числом составляющих, при повышении уровня функциональной зоны национального парка, дает меньшую адекватность.
По остаткам на рисунке 7 видно, что из-за неточности в измерениях расстояния образовались 4 аномальные от оси абсцисс точки на 4.9 км.
ФЗ5 - зона хозяйственного назначения (рис. 8) так сильно расстроена по структуре древостоев и качеству лесов, что дало только тренд
n = 2,92301exp( -3,26877 • 10-5 L3’39665) -
-1,27708 • 10-19 L40,18061 exp( -4,18061L1 07537). (10)
Четко видна «энергетическая яма» по пожарам на фигуре 8 на участке расстояния L = 5 ... 12 км. По карте-схеме (рис. 1) это соответствует расстоянию 14 ... 34 мм от середины магистрали (между автомобильной и железной дорогами).
Это - озеро Яльчик и его окрестности. На самом озере нет лесных пожаров. Есть 3 аномально расположенные точки на 1.4 км, поэтому дальнейшее моделирование прекращаем.
Заключение. Предлагаемый способ обладает простотой реализации. По фактическим прошлым многолетним данным о лесных пожарах, происшедших на конкретной локальной особо охраняемой территории, появляется возможность выполнить рейтинг возрастания количества лесных пожаров на одних и тех же лесных кварталах.
S = 1.79306387 r = 0.37768486
тренд
45
Выпуск 3(15), 2015
• .3
V*- •
• i
• 1.
•
А>г • mm
rtp- ^ Л 0 0 2.9 5.8 8 остатки пос 6 11 ле тренд .5 14.4 17 а
Рис. 8. График тренда по зоне хозяйственного назначения.
Затем следует провести математический анализ статистической выборки по типу таблицы 1 с выявлением сложных закономерностей влияния расстояния от магистрали до центров лесных кварталов, на которых произошли хотя бы по одному лесному пожару. По готовым статистическим моделям и их составляющим удается дать качественное (эвристическое) толкование влияния разных участков этого расстояния.
Применение предложенного способа расширяет возможности территориального, и даже компонентного по отдельным зонам предприятия, экологического мониторинга за счет углубления понимания множества лесных пожаров, например за 25 лет, как популяции, распределенной по неподвижным лесным кварталам, подверженным лесным пожарам.
Это повышает функциональные возможности системы типа «Лесной Дозор» по четырем фи-
Библиографический список
1. Мазуркин П.М., Блинова К.С. Активность Солнца и годичная динамика лесных пожаров на особо охраняемой территории / П.М. Мазуркин, К.С. Блинова // Успехи современного естествознания. - 2013. - № 1. - С.102-107.
2. Мазуркин П.М., Блинова К.С., Хазиев А.В. Асимметричные вейвлет-сигналы многолетней динамики численности лесных пожаров Республики Марий Эл / П.М. Мазуркин, К.С. Блинова, А.В. Хазиев // Вестник Казанского технол. ун-та. - 2013. - Т. 16. - № 15. - С. 148-151.
3. Мазуркин П.М., Каткова Т.Е. Моделирование многолетней динамики изменения площади лесных пожаров / П.М. Мазуркин, Т.Е. Каткова // Вестник Воронежского института ГПС МЧС России. - 2013. - №1 (6). - С.31-37.
4. Мазуркин П.М. Каткова Т.Е. Анализ многолетней динамики удельной площади лесных пожаров / П.М. Мазуркин, Т.Е. Каткова // Вестник Воронежского института ГПС МЧС России. - 2013. -№2 (7). - С.37-43.
5. Мазуркин П.М., Каткова Т.Е. Вейвлетанализ многолетней динамики локальной численности лесных пожаров / П.М. Мазуркин, Т.Е. Каткова
зическим отличительным признакам (нумерация по списку функций системы «Дозор»):
1) определение координат очага возгорания (максимальная ошибка определения координат очага возгорания - 250 м);
2) измерение радиуса обзора одной точки мониторинга до 30 км;
3) точность определения геодезического направления на очаг возгорания не менее 0.5°;
7) интеграция данных из сторонних информационных систем.
В итоге появляется практическая возможность, с использованием многолетних данных о лесных пожарах на локальной территории, экологического и технологического (пожаротушения) мониторинга, а также уточнения распределения лесных пожаров вдоль радиуса обзора.
References
1. Mazurkin P.M., Blinova K.S. Aktivnost' Solnca i godichnaja dinamika lesnyh pozharov na osobo ohranjaemoj territorii / P.M. Mazurkin, K.S. Blinova // Uspehi sovremennogo estestvoznanija. - 2013. - № 1. -S.102-107.
2. Mazurkin P.M., Blinova K.S., Haziev A.V. Asimmetrichnye vejvlet-signaly mnogoletnej dinamiki chislennosti lesnyh pozharov Respubliki Marij Jel / P.M. Mazurkin, K.S. Blinova, A.V. Haziev // Vestnik Kazanskogo tehnol. un-ta. - 2013. - T. 16. - № 15. -S.148-151.
3. Mazurkin P.M., Katkova T.E. Modelirovanie mnogoletnej dinamiki izmenenija ploshhadi lesnyh pozharov / P.M. Mazurkin, T.E. Katkova // Vestnik Voronezhskogo instituta GPS MChS Rossii. - 2013. - №1
(6). - S.31-37.
4. Mazurkin P.M. Katkova T.E. Analiz mnogoletnej dinamiki udel'noj ploshhadi lesnyh pozharov / P.M. Mazurkin, T.E. Katkova // Vestnik Voronezhskogo instituta GPS MChS Rossii. - 2013. - №2 (7). - S.37-43.
5. Mazurkin P.M., Katkova T.E. Vejvlet-analiz mnogoletnej dinamiki lokal'noj chislennosti lesnyh pozharov / P.M. Mazurkin, T.E. Katkova // Sovremennye problemy nauki i obrazovanija. - 2013. - № 5; URL:
46
Вестник Воронежского института ГПС МЧС России
// Современные проблемы науки и образования. -2013. - № 5; URL: http://www.science-
education.ru/111-10164 (дата обращения: 26.09.2013).
6. Мазуркин П.М., Скорикова Л.А. Динамика температуры горения древесных опилок при испытании сжиганием / П.М. Мазуркин, Л.А. Скорикова // Вестник КНИТУ. - 2011. - № 7. - С.58-61.
7. Мазуркин П.М., Филонов А.С. Математическое моделирование. Идентификация однофакторных статистических закономерностей: учеб. пос. / П.М. Мазуркин, А.С. Филонов. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2006. - 292 с.
http://www.science-education.ru7111-10164 (data
obrashhenija: 26.09.2013).
6. Mazurkin P.M., Skorikova L.A. Dinamika temperatury gorenija drevesnyh opilok pri ispytanii szhiganiem / P.M. Mazurkin, L.A. Skorikova // Vestnik KNITU. - 2011. - № 7. - S.58-61.
7. Mazurkin P.M., Filonov A.S. Matematicheskoe modelirovanie. Identifikacija odnofaktornyh statisticheskih zakonomernostej: ucheb. pos. / P.M. Mazurkin, A.S. Filonov. - Joshkar-Ola: MarGTU, 2006. -292 s.
THE ANALYSIS OF FOREST QUARTERS ON THE NUMBER OF FIRES AND DISTANCE FROM THE THOROUGHFARE
For a set of points of monitoring take quarter, for the long-term period subject at least to one forest fire. Struck forest quarter take for objects of the analysis, at the same time for additional object take the thoroughfare passing through the territory with struck fires on quarters. Measure distances of the struck quarters to the thoroughfare, and from the account book for the long-term period define number offorest fires on the same struck quarter. Trends and wave regularities of influence of distance from the thoroughfare on number offorest fires on one forest quarter struck by fires are shown.
Keywords: forest quarter, thoroughfare, distance, fires, trends and wave regularities.
Мазуркин Петр Матвеевич,
доктор технических наук, профессор,
Поволжский ГТУ, e-mail: [email protected] Mazurkin P.M.
Volga State University of Technology;
Ioshkar-Ola, Russia e-mail: [email protected]
© Мазуркин П.М.
47
