動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動林火蔓延自適應(yīng)模擬技術(shù)研究.pdf

1、森林火災(zāi)是一種自然災(zāi)害，它會損壞極難恢復(fù)的森林資源，并給人們的生命財產(chǎn)造成嚴重的威脅。為了減少森林火災(zāi)的損失，世界各國都在對林火進行研究。這其中，使用計算機模擬森林火災(zāi)的蔓延，從而對火場發(fā)展的狀況進行預(yù)測已經(jīng)成為目前森林防火的重要研究方向之一。然而要對森林火災(zāi)這樣復(fù)雜的系統(tǒng)行為進行精確分析和預(yù)測是很困難的。目前為止，人們?nèi)匀蝗狈α只鹇舆^程的精確描述能力。
　　將動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)應(yīng)用在林火空間擴散模擬中，能夠在現(xiàn)有林火蔓延模型的

2、基礎(chǔ)之上，動態(tài)地吸收實時的火場數(shù)據(jù)對模擬過程進行控制；同時對蔓延模擬的階段性結(jié)果進行評價，選擇最優(yōu)模擬結(jié)果；并能通過對數(shù)次模擬的模擬結(jié)果分析和知識積累，不斷優(yōu)化現(xiàn)有蔓延模擬模型。這樣將林火擴散模擬和林火野外實時監(jiān)測有機結(jié)合起來，使模擬可以實時動態(tài)接收野外監(jiān)測數(shù)據(jù)并做出響應(yīng)，就可以輸出更為準確的模擬預(yù)測結(jié)果，從而為科學(xué)的火場決策指揮提供可靠依據(jù)。
　　本文致力于建立林火蔓延模擬和實際林火動態(tài)發(fā)展之間的相互協(xié)作的林火蔓延計算機模擬系統(tǒng)

3、，解決建立該系統(tǒng)過程中所要用到的模型庫和數(shù)據(jù)庫建庫、模型并行蔓延模擬、林火動態(tài)數(shù)據(jù)獲取處理及調(diào)用、模擬結(jié)果空間位置精度評價及模型參數(shù)修正等一系列問題。
　　文章首先論述了動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動林火蔓延自適應(yīng)模擬技術(shù)的內(nèi)涵，確定了動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)的林火蔓延模擬運行機制及模擬實施的具體流程；然后總結(jié)了動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動林火蔓延自適應(yīng)模擬系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動林火蔓延自適應(yīng)模擬模型庫及參數(shù)庫建庫技術(shù)、自適應(yīng)蔓延模擬應(yīng)用組件開發(fā)技術(shù)、林火蔓延

4、模型模擬評價技術(shù)及林火蔓延模擬參數(shù)調(diào)整修正技術(shù)；最后分別對這些技術(shù)展開研究。
　　在動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動林火蔓延自適應(yīng)模擬庫建庫方面設(shè)計了一種統(tǒng)分結(jié)合的模擬模型庫建立方法，即利用林火蔓延數(shù)學(xué)模型管理總表和針對特定林火蔓延數(shù)學(xué)模型描述表，并結(jié)合各模型算法動態(tài)數(shù)據(jù)鏈接庫調(diào)用進行模型庫建設(shè)；對林火蔓延模擬數(shù)據(jù)按照輸入及存儲方式進行了分類，提出了每種數(shù)據(jù)的獲取與處理方法，并提出了一種文件系統(tǒng)和存儲表格的管理方法實現(xiàn)林火數(shù)據(jù)的管理；設(shè)計建立了林火蔓

5、延模擬評價庫，闡述了林火蔓延模擬模型適宜性選擇知識庫的建立方法，并設(shè)計建立林火蔓延模擬空間精度評價庫。
　　在自適應(yīng)林火蔓延模擬應(yīng)用組件開發(fā)方面利用階段時間劃分建立了模型動態(tài)調(diào)用數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法，通過階段時間控制實現(xiàn)模擬過程中模型模擬數(shù)據(jù)動態(tài)與火場數(shù)據(jù)進行對接；利用多線程編程的方法實現(xiàn)多個林火蔓延數(shù)學(xué)模型進行并行模擬，并使用基于惠更斯原理的波動傳播模型和林火蔓延橢圓模型實現(xiàn)林火蔓延模擬；依據(jù)橢圓波動模型提出了基于初始蔓延速度和最大蔓

6、延速度的模型統(tǒng)一的速度表達方式，并指明了一些模擬相關(guān)的計算機算法；對模型調(diào)用的輸入輸出接口進行規(guī)定，并設(shè)計了林火蔓延模擬空間表達方法。
　　在林火蔓延模型模擬評價及林火蔓延模擬參數(shù)調(diào)整修正方面提出了林火蔓延模擬空間精度評價方案，指明了利用火場面積疊置率和火場邊緣相似程度的量化值來對林火模型模擬的模擬空間精度進行評價的方法；研究了模擬誤差產(chǎn)生的主要來源，提出了利用階段時間控制程序輸入實現(xiàn)模型利用動態(tài)火場數(shù)據(jù)做自適應(yīng)調(diào)整的方法，提出了