Σύστημα υποστήριξης λήψεως απόφασης για τη διαχείριση δασικών οικοσυστημάτων βασισμένο στα γεωγραφικά πληροφοριακά συστήματα και στα συστήματα γνώσης

Abstract

Forested Ecosystems provide a variety of goods as it is, for example, firewood, technical timber, fruits, roots of plants and recreation. They also, provide important indirect utilities, such as the protection from floods and the absorption of gaseous pollutants. Despite their particular value, Forested Ecosystems face up a lot of threats of an anthropogenic origin. Wildfires possess an important position, among these threats, especially in countries like Greece, in which hot and dry climatic conditions prevail. The reduction of the destruction rate of Forested Ecosystems can be achieved by a suitable multipurpose management planning. Nevertheless, the design and application of such a management faces obstacles, mainly due to its complexity and to the small experience from its application. In this Thesis, a Decision Support System is proposed, that aims at facilitating Forest Management Planning. Specifically, the System can provide consultation for the multiple purpose management of lowland pine forests and the reduction of wildfire destruction danger. To design and develop the proposed system, research work was undertaken that can be summarized as follows: - A general conceptual architecture of Decision Support Systems for Forest Ecosystems Management Planning was designed. This architecture is open and flexible to future implementations. - A series of suitable treatments were incorporated in the planning of multiple-purpose management, that aim at the reduction of the destruction danger from wildfires of the lowland Pine Forests and of their neighboring regions. - A Wildfire Destruction Danger Index was proposed, based on natural parameters that provide short and long term estimates, for small or large Forested areas. - A Soil Erosion Index was proposed, for the determination of the soil erosion danger. Its main characteristic is its simplicity as well as the fact that its calculation is based on data that can be gathered easily. - A Fire Simulator was developed, based on known models for wildfire simulation, whose main characteristic is the capability of detailed calculations for vegetation treatments. - A Decision Support System was developed, which is based on the general architecture that is proposed in this Thesis. The System can provide advice for the reduction of wildfire destruction danger, within the framework of the conventional multipurpose management planning. It uses three Rule-based Subsystems and the methodology of Fuzzy Logic for the handling of uncertainty. For the management and treatment of spatial data, it makes use of a Geographic Information System. The System, that was developed, has been tested in the Forest Prokopi-Drazi in Northern Evia. Its results have been compared with those of an approved Forest Management Study. The comparison has shown that the System advice, relevant to the conventional management, coincide to a very satisfactory degree with the proposals of the Forest Management Study. Moreover, the system provides advice for the preventive handling of forest vegetation, which contributes decisively to the reduction of the fire destruction danger.

Τα δασικά οικοσυστήματα παρέχουν μια ποικιλία αγαθών, όπως είναι, για παράδειγμα, τα καυσόξυλα, η τεχνική ξυλεία, οι καρποί, οι ρίζες των φυτών και η αναψυχή. Επίσης, παρέχουν σημαντικές έμμεσες ωφέλειες, όπως είναι η προστασία από πλημμύρες και η απορρόφηση αέριων ρύπων. Παρά την ιδιαίτερη αξία τους, τα Δασικά Οικοσυστήματα αντιμετωπίζουν πολλές απειλές ανθρωπογενούς προέλευσης. Μεταξύ αυτών σημαντική θέση κατέχουν οι δασικές πυρκαγιές, ιδιαίτερα σε περιοχές όπως είναι η Ελλάδα, στις οποίες επικρατούν ξηροθερμικές κλιματικές συνθήκες. Η μείωση του ρυθμού καταστροφής των Δασικών Οικοσυστημάτων από πυρκαγιές είναι δυνατόν να επιτευχθεί με την κατάλληλη διαχείριση πολλαπλών σκοπών. Εντούτοις, η σχεδίαση και εφαρμογή μιας διαχείρισης αυτού του είδους συναντά εμπόδια, που οφείλονται, κατά κύριο λόγο, στην πολυπλοκότητά της και στη μικρή εμπειρία από την εφαρμογή της. Στην παρούσα Διατριβή προτείνεται ένα Σύστημα Υποστήριξης Λήψεως Απόφασης το οποίο στοχεύει στη διευκόλυνση του Σχεδιασμού Διαχείρισης των Δασικών Οικοσυστημάτων. Ειδικότερα, το Σύστημα είναι σε θέση να παρέχει συμβουλές για τη διαχείριση πολλαπλών σκοπών των πεδινών πευκοδασών και τη μείωση του κινδύνου καταστροφών από πυρκαγιές. Για τη σχεδίαση και ανάπτυξη του προτεινόμενου συστήματος, πραγματοποιήθηκε μια σειρά ερευνητικών εργασιών που συνοψίζεται στα ακόλουθα: - Δημιουργήθηκε μια γενική εννοιολογική αρχιτεκτονική Συστημάτων Υποστήριξης Λήψεως Απόφασης για το Σχεδιασμό της Διαχείρισης των Δασικών Οικοσυστημάτων. Η αρχιτεκτονική είναι ανοικτή και, συνεπώς, ευέλικτη σε μελλοντικές εφαρμογές της. - Ενσωματώθηκε στο σχεδιασμό της διαχείρισης πολλαπλών σκοπών μια σειρά κατάλληλων χειρισμών, που στοχεύουν στη μείωση του κινδύνου καταστροφών από πυρκαγιές των πεδινών πευκοδασών και των γειτονικών σε αυτά περιοχών. - Ορίστηκε ένας Δείκτης Κινδύνου Καταστροφών από Πυρκαγιές, ο οποίος βασίζεται σε φυσικές παραμέτρους και παρέχει βραχείας και μακράς διάρκειας εκτιμήσεις, για μικρές ή μεγάλες επιφάνειες Δάσους. - Ορίστηκε ένας Δείκτης Διάβρωσης Εδάφους, για τον προσδιορισμό του κινδύνου εδαφικής διάβρωσης. Το κύριο χαρακτηριστικό του είναι η απλότητά του, καθώς και το γεγονός ότι ο υπολογισμός του βασίζεται σε δεδομένα που μπορούν να συγκεντρωθούν εύκολα. - Υλοποιήθηκε ένας Προσομοιωτής Πυρκαγιάς, που βασίζεται σε γνωστά μοντέλα προσομοίωσης πυρκαγιάς, κύριο χαρακτηριστικό του οποίου είναι η δυνατότητα λεπτομερών υπολογισμών των χειρισμών της βλάστησης. - Υλοποιήθηκε ένα Σύστημα Υποστήριξης Λήψεως Απόφασης, με βάση την γενική αρχιτεκτονική που προτείνεται. Το Σύστημα δύναται να παρέχει συμβουλές για τη μείωση του κινδύνου καταστροφών από πυρκαγιές στο πλαίσιο της συμβατικής διαχείρισης πολλαπλών σκοπών. Χρησιμοποιεί τρία Υποσυστήματα Βάσεων Κανόνων και μεθοδολογία Ασαφούς Λογικής για το χειρισμό της αβεβαιότητας. Για τη διαχείριση και επεξεργασία των χωρικών δεδομένων χρησιμοποιεί ένα Γεωγραφικό Πληροφοριακό Σύστημα. Το Σύστημα που αναπτύχθηκε δοκιμάστηκε στο Δάσος Προκοπίου-Δραζίου στη Βόρεια Εύβοια. Τα αποτελέσματά του συγκρίθηκαν με τις προτάσεις της εγκεκριμένης Διαχειριστικής Μελέτης του Δάσους. Από τη σύγκριση προέκυψε ότι οι συμβουλές του συστήματος, σε ό,τι αφορά στη συμβατική διαχείριση, συμπίπτουν σε πολύ ικανοποιητικό βαθμό με τις προτάσεις της Διαχειριστικής Μελέτης. Επιπλέον, το σύστημα παρέχει συμβουλές για τον προληπτικό χειρισμό της δασικής βλάστησης, που συντελούν αποφαστιστικά στη μείωση των καταστροφών από πυρκαγιές.