動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)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(huì)損壞極難恢復(fù)的森林資源，并給人們的生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重的威脅。為了減少森林火災(zāi)的損失，世界各國(guó)都在對(duì)林火進(jìn)行研究。這其中，使用計(jì)算機(jī)模擬森林火災(zāi)的蔓延，從而對(duì)火場(chǎng)發(fā)展的狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)已經(jīng)成為目前森林防火的重要研究方向之一。然而要對(duì)森林火災(zāi)這樣復(fù)雜的系統(tǒng)行為進(jìn)行精確分析和預(yù)測(cè)是很困難的。目前為止，人們?nèi)匀蝗狈?duì)林火蔓延過程的精確描述能力。
　　將動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)應(yīng)用在林火空間擴(kuò)散模擬中，能夠在現(xiàn)有林火蔓延模型的

2、基礎(chǔ)之上，動(dòng)態(tài)地吸收實(shí)時(shí)的火場(chǎng)數(shù)據(jù)對(duì)模擬過程進(jìn)行控制；同時(shí)對(duì)蔓延模擬的階段性結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，選擇最優(yōu)模擬結(jié)果；并能通過對(duì)數(shù)次模擬的模擬結(jié)果分析和知識(shí)積累，不斷優(yōu)化現(xiàn)有蔓延模擬模型。這樣將林火擴(kuò)散模擬和林火野外實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)有機(jī)結(jié)合起來，使模擬可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)接收野外監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并做出響應(yīng)，就可以輸出更為準(zhǔn)確的模擬預(yù)測(cè)結(jié)果，從而為科學(xué)的火場(chǎng)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(shí)際林火動(dòng)態(tài)發(fā)展之間的相互協(xié)作的林火蔓延計(jì)算機(jī)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(dòng)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(píng)價(jià)及模型參數(shù)修正等一系列問題。
　　文章首先論述了動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)林火蔓延自適應(yīng)模擬技術(shù)的內(nèi)涵，確定了動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的林火蔓延模擬運(yùn)行機(jī)制及模擬實(shí)施的具體流程；然后總結(jié)了動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)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(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)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(píng)價(jià)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(duì)這些技術(shù)展開研究。
　　在動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)林火蔓延自適應(yīng)模擬庫建庫方面設(shè)計(jì)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(duì)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(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)鏈接庫調(diào)用進(jìn)行模型庫建設(shè)；對(duì)林火蔓延模擬數(shù)據(jù)按照輸入及存儲(chǔ)方式進(jìn)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(chǔ)表格的管理方法實(shí)現(xiàn)林火數(shù)據(jù)的管理；設(shè)計(jì)建立了林火蔓

5、延模擬評(píng)價(jià)庫，闡述了林火蔓延模擬模型適宜性選擇知識(shí)庫的建立方法，并設(shè)計(jì)建立林火蔓延模擬空間精度評(píng)價(jià)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(shí)間劃分建立了模型動(dòng)態(tài)調(diào)用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法，通過階段時(shí)間控制實(shí)現(xiàn)模擬過程中模型模擬數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)與火場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)接；利用多線程編程的方法實(shí)現(xiàn)多個(gè)林火蔓延數(shù)學(xué)模型進(jìn)行并行模擬，并使用基于惠更斯原理的波動(dòng)傳播模型和林火蔓延橢圓模型實(shí)現(xiàn)林火蔓延模擬；依據(jù)橢圓波動(dòng)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(dá)方式，并指明了一些模擬相關(guān)的計(jì)算機(jī)算法；對(duì)模型調(diào)用的輸入輸出接口進(jìn)行規(guī)定，并設(shè)計(jì)了林火蔓延模擬空間表達(dá)方法。
　　在林火蔓延模型模擬評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)方案，指明了利用火場(chǎng)面積疊置率和火場(chǎng)邊緣相似程度的量化值來對(duì)林火模型模擬的模擬空間精度進(jìn)行評(píng)價(jià)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(shí)間控制程序輸入實(shí)現(xiàn)模型利用動(dòng)態(tài)火場(chǎng)數(shù)據(jù)做自適應(yīng)調(diào)整的方法，提出了