一种任意方向网格化林火蔓延趋势模拟方法技术

本发明专利技术涉及一种任意方向网格化林火蔓延趋势模拟方法，包括以下步骤：步骤1、获取模拟方法所需输入参数；步骤2、将目标区域进行指定尺度地理编码，得到目标区域网格化编码结果；步骤3、将初始时刻正在燃烧区域的地理编码与预计初始时刻x分钟后正在燃烧写入列表中，步骤4、基于列表中的记录，由前至后，逐网格作为中心网格，基于地理编码规则，得到中心网格周围8个方向网格的地理编码与蔓延时间；步骤5、8个方向网格的蔓延时间与中心网格蔓延时间相加，若总时间未超过给定蔓延时间，则将该记录写入列表末尾；步骤6、判断是否达到列表最后一条记录，直至列表最后一条记录计算完毕；步骤7、输出为列表中网格对应的空间范围的并集。输出为列表中网格对应的空间范围的并集。输出为列表中网格对应的空间范围的并集。

【技术实现步骤摘要】
一种任意方向网格化林火蔓延趋势模拟方法


[0001]本专利技术涉及环境监测领域，尤其是一种任意方向网格化林火蔓延趋势模拟方法。

技术介绍

[0002]当前我国森林火灾模拟最常用的两个模型包括王正非模型和Rothermel模型。王正非模型只适用于坡度在60
°
以下的地形，当时坡度大于60
°
时，该模型的定量计算结果会出现极大偏差。后来，毛贤敏对模型进行了修正，
[0003]毛贤敏提出的林火蔓延速度的基本公式见式(1)：
[0004][0005]R0＝aT+bV+ch
‑
D
[0006]式(1)中，R为林火蔓延速度(m/s)，为坡度(
°
)，v为风速(m/s)，T为日最高气温(℃)，V为中午平均风级(级)，h为日最低湿度(％)，a、b、c、D为常量，a＝0.03,b＝0.05,c＝0.01,D＝0.3，K
s
取值见表1，各变量角度及坐标轴定义见图1，风作用项K
w
＝e
0.1783
×
v
，对地形作用项
[0007]毛贤敏将蔓延速度分解为上坡方向、下坡方向、左平坡方向、右平坡方向、风方向，但得到的蔓延方向只有至多五个，仍不能满足实际需求。
[0008]冯仲科等人提出的《一种基于平面多个方向的森林小班林火蔓延模拟方法》，计算平面任意方向蔓延速度的公式缺乏可解释性，导致数据依赖关系不清楚，实际应用困难。文刚等人提出的《计算火势蔓延速度和方向的方法及系统》与本专利技术的技术路线有差异，关于如何基于输入数据计算所述火点的火势蔓延的速度和方向的过程没有阐述清楚，缺乏可计算的公式，没有可操作性。此外，该专利技术数据采集的检索范围是确定的，无法适应不同火场大小进行计算，无法解决任意空间尺度火势蔓延趋势预测与模拟的问题。此外，王柏等人提出的《一种火灾蔓延方向的量化鉴定方法》，该专利技术主要解决的是刑侦、消防、安监等涉火案件中起火点的认定问题，与森林火灾的发生与蔓延密切相关的植被、地形、气象等因素均没有考虑。

技术实现思路

[0009]本专利技术考虑地形、气象因素对王正非林火蔓延模型进行修正，建立任意方向林火蔓延速度公式，基于网格化林火蔓延趋势模拟方法，进行任意方向林火蔓延趋势预测。
[0010]本专利技术的技术方案为：一种任意方向网格化林火蔓延趋势模拟方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1、获取模拟方法所需输入参数，包括地理编码层级、指定蔓延时间、着火点坡度、上坡向、风向方位、日最高温度、日最低湿度、中午平均风级；
[0012]步骤2、将目标区域进行指定尺度地理编码，得到目标区域网格化编码结果；
[0013]步骤3、将初始时刻正在燃烧区域的地理编码与预计初始时刻x分钟后正在燃烧写入列表中，<地理编码,预计初始时刻x分钟后正在燃烧>，初始时刻，x＝0；
[0014]步骤4、基于列表中的记录，由前至后，逐网格作为中心网格，基于地理编码规则，得到北、东北、东、东南、南、西南、西、西北共8个方向的网格地理编码，计算8个方向的蔓延速度，基于网格化尺度及网格边长，得到中心网格北、东北、东、东南、南、西南、西、西北8个方向网格的地理编码与蔓延时间；
[0015]步骤5、中心网格北、东北、东、东南、南、西南、西、西北8个方向网格的蔓延时间与中心网格蔓延时间相加，若总时间未超过给定蔓延时间，则将该记录写入列表末尾；
[0016]步骤6、判断是否达到列表最后一条记录，如果为否，重复3
‑
5步骤，直至列表最后一条记录中的网格作为中心网格计算完毕；
[0017]步骤7、模拟方法的输出为列表中网格对应的空间范围的并集，即给定时间内预计会蔓延到的空间范围，网格对应的时间表示以初始时刻为基准，预计该网格开始燃烧的时间。
[0018]进一步的，所述步骤4中，计算8个方向的蔓延速度，具体如下：
[0019]考虑风与地形的组合作用，利用待求林火蔓延速度的角度与上坡向之间的夹角对风作用项K
w
进行修正，利用待求林火蔓延速度的角度与风向方位之间的夹角对地形作用项进行修正，得到任意方向林火蔓延速度，如下：
[0020][0021][0022][0023]上式中，θ为待求林火蔓延速度的角度，为坡度(
°
)，α为上坡向，β为风向方位，R为林火蔓延速度(m/s)，v为风速(m/s)，T为日最高气温(℃)，V为中午平均风级(级)，h为日最低湿度(％)，a、b、c、D为常量，a＝0.03,b＝0.05,c＝0.01,D＝0.3，K
s
为可燃物类型值对应的经验常数，Kw为风作用项，为对地形作用项。
[0024]有益效果：
[0025]本专利技术提出了一种平面任意方向的林火蔓延速度计算方法，而且提出了网格化林火蔓延趋势模拟方法，与冯仲科等人的专利技术相比，能够将一维的林火蔓延速度矢量转换为二维的蔓延趋势面。另外，本专利技术可基于指定尺度地理编码进行模拟，尺度是可变的。本专利技术的适用场景为森林地区方法考虑了考虑到了与森林火灾的发生与蔓延密切相关的植被、地形、气象等因素。
附图说明
[0026]图1为坐标轴及角度定义；
[0027]图2为本专利技术的一种任意方向网格化林火蔓延趋势模拟方法流程图。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其
他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0029]根据本专利技术的一个实施例，本专利技术对王正非模型进行改进，重新提出了一种基于网格化的林火蔓延趋势模拟方法，将将一维的林火蔓延速度矢量转换为二维的蔓延趋势面。所述一种任意方向网格化林火蔓延趋势模拟方法，如图2所示，包括以下步骤：
[0030]步骤1、获取模拟方法所需输入参数，包括地理编码层级、指定蔓延时间、着火点坡度、上坡向、风向方位、日最高温度、日最低湿度、中午平均风级；
[0031]步骤2、将目标区域进行指定尺度地理编码，得到目标区域网格化编码结果；
[0032]步骤3、将初始时刻正在燃烧区域的地理编码与预计初始时刻x分钟后正在燃烧写入列表中，<地理编码,预计初始时刻x分钟后正在燃烧>，例：<z18_x216279_y98935,0>，其中0说明该地理编码代表的空间范围初始时刻正在燃烧，X＝0；
[0033]步骤4、基于列表中的记录，由前至后，逐网格作为中心网格，基于地理编码规则，得到北、东北、东、东南、南、西南、西、西北共8个方向的网格地理编码，计算8个方向的蔓延速度，基于网格化尺度及网格边长，得到中心网格北、东北、东、东南、南、西南、西、西本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种任意方向网格化林火蔓延趋势模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、获取模拟方法所需输入参数，包括地理编码层级、指定蔓延时间、着火点坡度、上坡向、风向方位、日最高温度、日最低湿度、中午平均风级；步骤2、将目标区域进行指定尺度地理编码，得到目标区域网格化编码结果；步骤3、将初始时刻正在燃烧区域的地理编码与预计初始时刻x分钟后正在燃烧写入列表中，<地理编码，预计初始时刻x分钟后正在燃烧>，初始时刻，x＝0；步骤4、基于列表中的记录，由前至后，逐网格作为中心网格，基于地理编码规则，得到北、东北、东、东南、南、西南、西、西北共8个方向的网格地理编码，计算8个方向的蔓延速度，基于网格化尺度及网格边长，得到中心网格北、东北、东、东南、南、西南、西、西北8个方向网格的地理编码与蔓延时间；步骤5、中心网格北、东北、东、东南、南、西南、西、西北8个方向网格的蔓延时间与中心网格蔓延时间相加，若总时间未超过给定蔓延时间，则将该记录写入列表末尾；步骤6、判断是否达到列表最后一条记录，如果为否，重复3
‑
5步骤，直至列表最后一条记录中的网格作为中...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛星彤，彭玲，李玮超，陈嘉辉，王寅达，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：