應(yīng)用Rothermel模型的林火蔓延可視化研究.pdf

1、森林火災(zāi)不僅給國家和人民財(cái)產(chǎn)造成巨大的損失、破壞生態(tài)系統(tǒng)、降低土壤肥度,而且造成水土流失、泥石流等自然災(zāi)害。進(jìn)行林火蔓延模型的研究可以有效地減少森林火災(zāi)帶來的損失。林火行為的擴(kuò)展具有時(shí)間性和空間特征,隨機(jī)性很強(qiáng)。研究在不同環(huán)境條件下的林火蔓延情況與發(fā)展趨勢(shì)、可視化蔓延過程,是現(xiàn)代制定最優(yōu)滅火方案、提高滅火效率的研究趨勢(shì),也是本文的主要研究的重點(diǎn)。本課題來源于廣州市重大科技項(xiàng)目--廣州市森林防火信息系統(tǒng)(編號(hào)200201),是其中林火指揮

2、撲救子系統(tǒng)中的重要研究模塊。
　　 本文查閱了大量的國內(nèi)國外文獻(xiàn),綜合分析了國內(nèi)外林火蔓延研究的發(fā)展?fàn)顩r和影響火蔓延的相關(guān)因子,全面系統(tǒng)的綜述了Rothermel蔓延模型的原理、參數(shù)獲取、構(gòu)建與求解。以計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、林火科學(xué)、燃燒學(xué)等理論為指導(dǎo),結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、地理信息系統(tǒng)和數(shù)學(xué)模型技術(shù),選取試驗(yàn)林地進(jìn)行模型的構(gòu)建、求解和可視化。主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)通過分析國內(nèi)外林火模型技術(shù)的研究進(jìn)展,在對(duì)比分析了這些技

3、術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及研究發(fā)展趨勢(shì)和適用范圍的基礎(chǔ)上,結(jié)合試驗(yàn)林地的實(shí)際情況,確定了應(yīng)用Rothermel蔓延模型進(jìn)行試驗(yàn)林地林火蔓延模擬是可行的。
　　 (2)從林火的燃燒原理入手,通過分析林火行為及蔓延模型的構(gòu)建原理,建立了一套模型參數(shù)提取加工處理的技術(shù)框架。并在影響林火蔓延速度的因子分析的基礎(chǔ)上,采用Rothermel地表火蔓延模型為框架,針對(duì)廣東省番禺區(qū)的特點(diǎn),通過國內(nèi)外文獻(xiàn)及實(shí)地調(diào)查、林相圖等資料得到了參數(shù)的各個(gè)取值。其中計(jì)算或

4、實(shí)地測(cè)量得到的參數(shù)包括每類可燃物的燃燒床深度、死的可燃物林火熄滅含水率,其各個(gè)級(jí)別的烘干可燃物載量、表面積與體積比、含水率、坡度、坡向、風(fēng)速和風(fēng)向。其余的參數(shù)如低的熱含量、烘干顆粒密度、總礦質(zhì)含量、有效礦質(zhì)含量通過查閱文獻(xiàn)取得經(jīng)驗(yàn)值。
　　 (3)運(yùn)用迷宮算法的蔓延擴(kuò)散原理,實(shí)現(xiàn)林火蔓延過程的模型構(gòu)建,得到林火的過火過程。
　　 (4)分別計(jì)算林火火線強(qiáng)度、火焰高度、火線區(qū)溫度、火線區(qū)面積、火線區(qū)周長(zhǎng),得到林火蔓延的行為

5、指標(biāo),更全面、更直觀的體現(xiàn)了林火蔓延的狀況。
　　 (5)綜合以上各種技術(shù)解決結(jié)果,經(jīng)過系統(tǒng)分析、模塊設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成等過程開發(fā)了相應(yīng)的建立在VBA平臺(tái)上的動(dòng)態(tài)模塊完成蔓延結(jié)果的可視化。并給出典型的應(yīng)用實(shí)例。
　　 (6)通過結(jié)果精度校驗(yàn),證明應(yīng)用迷宮算法,通過Rothermel蔓延模型進(jìn)行林火蔓延模擬能達(dá)到模型預(yù)測(cè)的目的,并能反映林火蔓延的主要規(guī)律。對(duì)比兩塊實(shí)驗(yàn)林地的模擬結(jié)果,直觀的體現(xiàn)了含水率、風(fēng)速、步長(zhǎng)及表面積體積比