时空同步多因素耦合的火蔓延模拟方法、装置及电子设备制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种时空同步多因素耦合的火蔓延模拟方法、装置及电子设备，包括：获取待模拟区域对应的实时数据集；其中，待模拟区域划分为多个元胞区域，实时数据集包括不同时空尺度的多个火蔓延影响因子的值；对实时数据集进行数据耦合，以得到指定时间下每个元胞区域对应的数据子集；基于指定时间下每个元胞区域对应的数据子集，确定在指定时间下的每个元胞区域的当前元胞状态；根据每个当前元胞状态，确定指定时间对应的火蔓延模拟结果；其中，火蔓延模拟结果用于表征指定时间下的火蔓延边界。本发明专利技术在火蔓延模拟过程中耦合多种影响因子，同时兼顾实时性，提升了火蔓延模拟精度和实用性。实用性。实用性。

【技术实现步骤摘要】
时空同步多因素耦合的火蔓延模拟方法、装置及电子设备


[0001]本专利技术涉及火蔓延模拟
，尤其是涉及一种时空同步多因素耦合的火蔓延模拟方法、装置及电子设备。

技术介绍

[0002][0003]火蔓延模拟算法由火蔓延速度模型和火蔓延边界模型构成。其中火蔓延速度模型主要分为物理模型、半物理模型、经验模型。目前常用的是以rothermel模型为代表的半物理模型和以王正非模型为代表的经验模型。rothermel模型物理参数较多，计算需要众多的火场信息支持，较难在大范围推广。而经验模型主要依据大量历史统计数据，需要的物理参数少，蔓延速度计算过程简化，便于火蔓延的实时计算和大范围推广。常用的火蔓延边界模型主要分为基于矢量的惠更斯波动理论和基于栅格的元胞自动机模型，惠更斯模型模拟蔓延边界，边界被认为是连接顶点的闭合曲线，其中每个顶点都被视为独立椭圆扩展的潜在源，根据不同的精度需求可以调整蔓延方向的数量。元胞自动机模型通过火蔓延规律，蔓延到与其相邻的8个方向，火焰的传播就转化为栅格网格中单元的连续状态转换。元胞自动机(CA)方法作为最常用的栅格实现方法之一，其计算强度低于基于矢量的方法，并且在异质燃料和气象、灭火干预条件下具有较强的适应性。
[0004]火蔓延模拟算法精度不仅与蔓延速度及边界计算模型的选择相关，还与火蔓延的影响因子及耦合方式高度相关。火蔓延的影响因子主要有气象数据、地形数据、土地覆盖数据、可燃物相关数据、人工消防干预数据等。这些因素具有不同的时空尺度，如何耦合这些因素是火蔓延模型需要考虑的问题。同时，实时输入风速风向及人工消防干预措施，同步更新火蔓延模拟，对于火蔓延模型提出了更高的要求。然而，现有的火蔓延模拟方法一方面存在考虑因素不全面、影响因子耦合性差的问题，另一方面，难以做到风速风向、人工消防干预措施等因素实时性的更新改正。这些问题都会导致火蔓延算法难以大范围监测、难以做到实时更新、不便于与工程化应用。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种时空同步多因素耦合的火蔓延模拟方法、装置及电子设备，在火蔓延模拟过程中耦合多种影响因子，同时兼顾实时性，提升了火蔓延模拟精度和实用性。
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种时空同步多因素耦合的火蔓延模拟方法，包括：获取待模拟区域对应的实时数据集；其中，所述待模拟区域划分为多个元胞区域，所述实时数据集包括不同时空尺度的多个火蔓延影响因子的值；对所述实时数据集进行数据耦合，以得到指定时间下每个所述元胞区域对应的数据子集；
基于所述指定时间下每个所述元胞区域对应的所述数据子集，确定在所述指定时间下的每个所述元胞区域的当前元胞状态；根据每个所述当前元胞状态，确定所述指定时间对应的火蔓延模拟结果；其中，所述火蔓延模拟结果用于表征所述指定时间下的火蔓延边界。
[0007]在一种实施方式中，对所述实时数据集进行数据耦合，以得到指定时间下每个所述元胞区域对应的数据子集，包括：对于所述实时数据集中每个所述火蔓延影响因子，在多维时空数据坐标系上构建该火蔓延影响因子对应的输入空间；其中，所述多维时空数据坐标系以空间维度和时间维度描述每个所述元胞区域，所述输入空间包括该火蔓延影响因子的多个值；对所述输入空间中包含的多个值进行数据采样及平均，以使每个所述元胞区域在指定时间下均对应有该火蔓延影响因子的一个值；基于每个所述元胞区域对应的每个所述火蔓延因子的一个值，指定时间下每个所述元胞区域对应的数据子集。
[0008]在一种实施方式中，基于所述指定时间下每个所述元胞区域对应的所述数据子集，确定在所述指定时间下的每个所述元胞区域的当前元胞状态，包括：对于每个所述元胞区域，将位于该元胞区域的摩尔邻域内的元胞区域，确定为该元胞区域的相邻元胞区域；基于所述指定时间下该元胞区域对应的所述数据子集和所述相邻元胞区域对应的所述数据子集，确定所述指定时间下该元胞区域与所述相邻元胞区域之间的目标火焰传播概率值；其中，所述目标火焰传播概率值用于表征在所述指定时间下火蔓延到该元胞区域处的概率；以及，基于所述指定时间下该元胞区域对应的所述数据子集，确定所述指定时间下该元胞区域对应的目标火焰传播耗时；其中，所述目标火焰传播耗时用于表征火蔓延到该元胞区域所耗费的时长；根据所述目标火焰传播概率值和所述目标火焰传播耗时，确定所述指定时间下该元胞区域的当前元胞状态。
[0009]在一种实施方式中，所述火蔓延影响因子包括地形因子、气象因子、植被密度因子、可燃物含水率因子、土地覆盖类别因子；基于所述指定时间下该元胞区域对应的所述数据子集和所述相邻元胞区域对应的所述数据子集，确定所述指定时间下该元胞区域与所述相邻元胞区域之间的目标火焰传播概率值，包括：分别基于所述指定时间下该元胞区域对应的所述地形因子、所述气象因子、所述植被密度因子和所述可燃物含水率因子，确定地形修正值、风速风向修正值、植被密度修正值和可燃物含水率修正值；基于所述土地覆盖类别因子，确定该元胞区域与所述相邻元胞区域之间的初始火焰传播概率；按照如下公式，基于所述风速风向修正值、所述地形修正值、所述植被密度修正值、所述可燃物含水率修正值和所述初始火焰传播概率，确定所述指定时间下该元胞区域与所述相邻元胞区域之间的目标火焰传播概率值：
；其中，为目标火焰传播概率值，为初始火焰传播概率，为风速风向修正值，为地形修正值，为植被密度修正值，为可燃物含水率修正值。
[0010]在一种实施方式中，基于所述指定时间下该元胞区域对应的所述数据子集，确定所述指定时间下该元胞区域对应的目标火焰传播耗时，包括：基于所述土地覆盖类别因子，确定该元胞区域对应的火焰传播初始速度；基于所述指定时间下该元胞区域对应的所述气象因子和所述地形因子，对所述火焰传播初始速度进行修正，得到受气象和地形影响下该元胞区域对应的火焰传播目标速度；确定待模拟区域中新点燃元胞区域的中心与该元胞区域的中心之间的距离；根据所述火焰传播目标速度、所述可燃物含水率修正值和所述植被密度修正值之间的乘积，并将所述距离与所述乘积之间的比值，确定为所述指定时间下该元胞区域对应的目标火焰传播耗时。
[0011]在一种实施方式中，根据所述目标火焰传播概率值和所述目标火焰传播耗时，确定所述指定时间下该元胞区域的当前元胞状态，包括：如果在所述指定时间对应的前一时间下，该元胞区域的所述当前元胞状态为已燃烧，则确定所述指定时间下该元胞区域的当前元胞状态为所述已燃烧；如果在所述前一时间下该元胞区域的所述当前元胞状态为正在燃烧，则确定指定时间下该元胞区域的当前元胞状态为已燃烧；如果在所述前一时间下该元胞区域的所述当前元胞状态为未燃烧，且所述目标火焰传播概率值大与定义的燃烧概率阈值，且所述指定时间达到所述目标火焰传播耗时，则确定所述指定时间下该元胞区域的所述当前元胞状态为正在燃烧。
[0012]在一种实施方式中，在基于所述指定时间下每个所述元胞区域对应的所述数据子集，确定在所述指定时间下的每个所述元胞区域的当前元胞状态之前，所述方法还包括：当存在人工消防干预，且所述人工消防本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种时空同步多因素耦合的火蔓延模拟方法，其特征在于，包括：获取待模拟区域对应的实时数据集；其中，所述待模拟区域划分为多个元胞区域，所述实时数据集包括不同时空尺度的多个火蔓延影响因子的值；对所述实时数据集进行数据耦合，以得到指定时间下每个所述元胞区域对应的数据子集；基于所述指定时间下每个所述元胞区域对应的所述数据子集，确定在所述指定时间下的每个所述元胞区域的当前元胞状态；根据每个所述当前元胞状态，确定所述指定时间对应的火蔓延模拟结果；其中，所述火蔓延模拟结果用于表征所述指定时间下的火蔓延边界。2.根据权利要求1所述的时空同步多因素耦合的火蔓延模拟方法，其特征在于，对所述实时数据集进行数据耦合，以得到指定时间下每个所述元胞区域对应的数据子集，包括：对于所述实时数据集中每个所述火蔓延影响因子，在多维时空数据坐标系上构建该火蔓延影响因子对应的输入空间；其中，所述多维时空数据坐标系以空间维度和时间维度描述每个所述元胞区域，所述输入空间包括该火蔓延影响因子的多个值；对所述输入空间中包含的多个值进行数据采样及平均，以使每个所述元胞区域在指定时间下均对应有该火蔓延影响因子的一个值；基于每个所述元胞区域对应的每个所述火蔓延因子的一个值，指定时间下每个所述元胞区域对应的数据子集。3.根据权利要求1所述的时空同步多因素耦合的火蔓延模拟方法，其特征在于，基于所述指定时间下每个所述元胞区域对应的所述数据子集，确定在所述指定时间下的每个所述元胞区域的当前元胞状态，包括：对于每个所述元胞区域，将位于该元胞区域的摩尔邻域内的元胞区域，确定为该元胞区域的相邻元胞区域；基于所述指定时间下该元胞区域对应的所述数据子集和所述相邻元胞区域对应的所述数据子集，确定所述指定时间下该元胞区域与所述相邻元胞区域之间的目标火焰传播概率值；其中，所述目标火焰传播概率值用于表征在所述指定时间下火蔓延到该元胞区域处的概率；以及，基于所述指定时间下该元胞区域对应的所述数据子集，确定所述指定时间下该元胞区域对应的目标火焰传播耗时；其中，所述目标火焰传播耗时用于表征火蔓延到该元胞区域所耗费的时长；根据所述目标火焰传播概率值和所述目标火焰传播耗时，确定所述指定时间下该元胞区域的当前元胞状态。4.根据权利要求3所述的时空同步多因素耦合的火蔓延模拟方法，其特征在于，所述火蔓延影响因子包括地形因子、气象因子、植被密度因子、可燃物含水率因子、土地覆盖类别因子；基于所述指定时间下该元胞区域对应的所述数据子集和所述相邻元胞区域对应的所述数据子集，确定所述指定时间下该元胞区域与所述相邻元胞区域之间的目标火焰传播概率值，包括：分别基于所述指定时间下该元胞区域对应的所述地形因子、所述气象因子、所述植被
密度因子和所述可燃物含水率因子，确定地形修正值、风速风向修正值、植被密度修正值和可燃物含水率修正值；基于所述土地覆盖类别因子，确定该元胞区域与所述相邻元胞区域之间的初始火焰传播概率；按照如下公式，基于所述风速风向修正值、所述地形修正值、所述植被密度修正值、所述可燃物含水率修正值和所述初始火焰传播概率，确定所述指定时间下该元胞区域与所述相邻元胞区域之间的目标火焰传播概率值：；其中，为目标火焰传播概率值，为初始火焰传播概率，为风速风向修正值，为地形修正值，为植被密度修正值，为可燃物含水率修正值。5.根据权利要求4所述的时空同步多因素耦合...

【专利技术属性】
技术研发人员：芮雪，王宇翔，田静国，关元秀，范磊，黄非，王硕，殷慧，容俊，屈洋旭，王宪彬，
申请(专利权)人：航天宏图信息技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：