林火蔓延模型及蔓延模拟的研究进展

为了研究林火行为的预测预报及林火蔓延模拟的可视化问题,该文在分析了林火蔓延及其影响因子的基础之上,阐明了几种林火蔓延模型及其适用性,评述了选用不同的林火蔓延模型对实际火场的预测预报具有的重要理论意义及实用价值,初步分析了蔓延模型选择的4个基本出发点:模型的功能、模型适用的地区和植被类型、模型的假设条件、模型的检验频数等.在假定已有蔓延模型的基础上,分析了国内外林火蔓延研究的发展状况,指出了在林火蔓延模型的基础上以地理信息系统为平台的林火蔓延模拟已成为林火行为预测预报的主要方向,同时讨论了林火蔓延模型和蔓延模拟的发展前景.     

基于OGRE的森林火灾仿真研究

林火仿真研究中,为更好地描述林火行为,以辅助扑救决策,林火的蔓延模拟已经成为重要的研究课题。选用Rothermel林火蔓延模型,结合实际林区的地理环境,提出一种基于OGRE粒子系统的林火蔓延模拟方法,给出了利用OGRE进行林火蔓延模拟的过程,并在计算机上重现了由单个火源引发的林火蔓延过程。     

三维元胞自动机各向异性林火蔓延快速模型

为建立林火蔓延动态预测模型,实现实时三维可视化模拟,构建了王正非 3D元胞自动机模型林火蔓延模拟框架。该模型考虑林火蔓延的物理规律和全局因素的相互作用,在王正非山火初始蔓延速度经验模型的基础上,综合考虑地表植被类型、地形坡度、风速、风向、温度5个因素,并根据元胞之间能量传递建立状态转换规则。以我国西南火灾高发区作为实验区域,在多约束条件下模拟林火蔓延行为并获取林火矢量边界,实验证明该方法简便、高效、输入参数少、运算效率高,可以实现不同条件下的林火蔓延快速模拟。      

大兴安岭呼中林区林火蔓延三维模拟

综合国内外林火蔓延相关研究,结合大兴安岭呼中林区的实际情况,选择Rothermel蔓延模型为林火蔓模拟模型,采用微软的Visual Studio 2010做为开发工具,OpenSceneGraph 3.0作为三维渲染引擎完成一款林火蔓延模拟软件(3DVFS)的开发.采用的林火蔓延算法是计算效率比较高的最短传播时间算法.林火蔓延模拟中综合考虑风、地形、可燃物类型等因素对林火蔓延的影响.林火模拟结果表明:3DVFS可以反映森林火灾的蔓延规律,进一步完善后可能为林火行为研究工作、森林防火扑火工作等起到一定的指导作用.     

基于栅格结构的林火蔓延模拟研究及其实现

为研究定量模拟林火行为对林火决策的重要性和林火扩展的时空特性 ,该文在地理信息系统 (ArcView)支持下 ,建立了火场扩展模拟的空间背景数据库 .在此基础上选择了两个组合模型 ,生成速度图文件 ;通过比较边界插值算法、边界外延算法和迷宫算法的不同特点 ,最终采用迷宫算法实现了在栅格地形背景图上林火蔓延的动态模拟 ,获得了在不同燃点有风和无风情况下的蔓延扩展历时图 ,分析得出风速对林火蔓延扩展的影响较大 ,不同燃点下火蔓延的态势是陡坡火蔓延迅速 ,扑救难度大 ;缓坡较陡坡火蔓延的速度慢 ,范围较小 ,宜尽早从火头打起 ,尽早扑灭 .     

林火蔓延模拟研究进展

快速准确地模拟和预测林火的蔓延和发展,可以为及时部署灭火力量、控制火灾蔓延提供科学的决策依据。分析影响林火蔓延的地形、可燃物和气象三大因子,评述林火蔓延模型的适用性和林火蔓延模拟的发展现状,并指出目前林火蔓延模拟存在的主要问题以及今后林火蔓延模拟研究的发展方向。     

基于GIS模型的林火蔓延计算机仿真

在GIS的支持下,建立了林火蔓延的空间背景数据库,在此基础上采用了王正非林火蔓延模型和遍历各点算法,在空间背景数据库之上,用Visual C 6.0 MapObject2.1控件技术进行了林火蔓延的动态模拟,以实现任意地点、任意气象条件下的林火蔓延动态仿真模拟,直观地掌握林火的发生、发展和蔓延的过程,以及林火蔓延的方向等。通过对模拟结果的分析得出,在模拟的过程中计算机运行比较快,模拟效果很好。     

林火蔓延模型模拟空间精度评价研究

在林火蔓延模拟过程中,为技术基础林火蔓延模型模拟空间精度评价是一个十分重要的问题。以林火蔓延模拟、地理信息系统和计算机图形学为技术基础,以林火蔓延的边界位置、面积和轮廓形状为主要指标,提出了一套林火模型模拟空间精度的评价方案,并通过模拟实验验证了该方案的可行性。结果表明,这一方案可以满足林火蔓延模型模拟空间精度评价的需要,为多模型林火蔓延模拟中模型的选择提供了依据。     

基于元胞自动机的林火蔓延时空演变研究

以林火蔓延时空演变过程的计算机模拟为研究目的,提出一种 GIS空间分析功能和元胞自动机模拟功能相结合的林火蔓延模拟方法.探讨影响林火蔓延的因素,将林火蔓延影响因子概括为土壤特性、可燃物特性、气象因子、地形因子和地理阻隔因素;分析林火蔓延模型,选取毛贤敏的王正非修正模型进行模拟;结合元胞自动机和GIS空间分析技术,对元胞属性赋值;根据林火蔓延的特点,设置元胞的状态;利用元胞扩散算法对元胞扩散过程进行模拟;最后,开发了一个原型系统,对林火蔓延的时空演变过程进行展示.结合 GIS空间分析功能和元胞自动机技术能够较好地对林火的时空演变过程进行模拟.     

渗透理论在森林火灾模拟系统中的仿真研究

为了研究林火行为对林火决策的重要性和林火的时空特性,主要利用渗透理论建立森林火灾的蔓延模型,通过该模型来模拟森林火灾的动向,仿真森林树木的分布情况和林火蔓延情况。仿真实验结果表明,提出的模型初步反映了森林火灾随林木分布密度不同而呈现不同蔓延情况的规律。同时,对风速、风向、地形等其他因素对火灾蔓延的影响进行了分析,并简单介绍了森林火灾蔓延的改进模型。图6表1参10     

模糊数据挖掘技术支持下的林火蔓延模型选择研究

林火蔓延是一种复杂的燃烧现象,要准确预测林火行为,就需要有科学的林火蔓延模型. 该文结合广州市森林资源和森林防火的现状,利用模糊数据挖掘（FDM）技术,寻找与预测区域复杂自然条件相匹配的林火蔓延模型来预测林火行为. 其方法是:①确定影响林火行为的主导因子(可燃物水分含量、可燃物负荷量、易燃程度和坡度);②构建火灾数据样本集,利用FDM的模式发现与预测两大功能,归纳发现3类模式,依照择近原则匹配各模式所适用的林火蔓延模型;③根据火场指挥者实时提供的火灾信息,遵照FDM最大贴近度原则,判定新样本所接近的模式,然后自动选择适合这一模式的林火蔓延模型来预测林火行为.该方法可以提高林火行为预测的准确性.      

浙江省防火期内森林火险天气指标动态

基于森林火灾统计资料,采用加拿大森林火险天气指标系统(Canadian Forest Fire Weather Index System,CFFWIS)分析了浙江省森林火险期内森林火险天气指标动态变化趋势。结果表明:研究区火险期内森林火灾发生次数呈递减趋势,但每场火灾的平均过火面积呈显著增加趋势(P<0.01);细小可燃物湿度码(C_FFM)和初始蔓延指标(I_IS)达到显著水平(P<0.05),可作为浙江省森林火险期火险状况的良好指标;1991-2011年,研究区森林防火期内可燃物湿度指标、火行为指标及火灾控制难易度指标总体呈增加趋势。其中,春季火险期可燃物干燥状况增加趋势较秋、冬季火险期幅度大,且已达到显著水平(P<0.05)。因此,加大该区的森林火灾防控工作,尤其是春季火险期的防控工作刻不容缓。     

CGL25/5型轮式森林消防车的研制

针对我国林区的使用条件,合理选择了中型越野汽车底盘;确定了不同于现有水罐式消防车的水泵系工作参数;设计了主消防系统;适当配置了轻型森林灭火机具,形成了较强的综合灭火能力.改装后的森林消防车保持了原型底盘的性能,为我国森林防火队伍提供了一种快速的地面灭火装备.     

基于FWI的浙江省森林火险等级划分

根据研究区内及附近气象站每日气温、相对湿度、风速和降水数据计算1991-2006年浙江省每日加拿大森林火险天气指数(FWI)系统各组分值;并利用Spline空间插值方法获得1991-2006年所有森林火灾发生日的FWI系统各组分值.浙江省森林火灾主要发生在松林、针阔混交林和杉木林.11月至翌年4月森林火灾发生日的FWI、细小可燃物湿度码(FFMC)和腐殖质湿度码(DMC)平均值较高.根据1991-2006年FWI各组分指数的分布和火灾发生情况,对FWI按低、中、高、很高和极高进行分级,其FWI指数取值范围分别为0-0.6、0.7-4.4、4.5-8.6、8.7-15.2、≥15.3.表明FWI指数对浙江省森林火险有显著的指示意义,FFMC和DMC对预测火灾的发生和蔓延有较好的指示作用.     

基于GIS的林火蔓延模拟的实现

为定量描述林火行为以辅助扑救决策,利用地理信息系统(GIS)软件建立林火蔓延模拟的空间背景并生成相应数据,运用林火蔓延模型且综合考虑火场地形、气象及可燃物类型等因子,采用点到点的传播方式,用Visual Basic 6.0开发软件,最终实现林火蔓延的动态模拟。模拟的结果表明,在地形条件一定的情况下,林火的初始蔓延速度和风速的大小对林火蔓延有明显的影响,不同的初始蔓延速度会导致不同的蔓延结果,随着初始速度的增大,蔓延面积也相应增加;不同的风速形成的火场面积不同,随着风速的增大,蔓延面积也相应增加,但火场的形状相似;坡向不同,接受阳光的照射不同,温度、湿度、土壤和植被都有差异,一般南坡比北坡更容易燃烧且蔓延速度快;不同的坡位会导致林地内水分含量不同,进而也会影响林火的蔓延速度。图5参12     

中国林火研究现状与发展趋势

综述了近30年来我国在林火管理、林火监测、林火预报等方面的研究现状。依据国际林火研究形势,分析了我国林火研究的发展趋势,并提出了新时期我国林火研究的发展方向。     

林火预测预报研究综述

在危害森林的诸因子中,火灾是一种最具破坏性的灾害,各林业先进国家都非常重视林火研究工作.在世界范围内,林火预测预报的应用已成为越来越多的有林国家林火管理的有力工具.林火预测预报从二十世纪20年代迄今,已有80余年的历史,在世界各国发展很快.林火预测预报分为火险天气预报、林火发生预报和林火行为预报.林火预报研究中的杀键问题是选择主要的林火因子和合适的林火预测预报方法.     

北京地区主要针叶林易燃可燃物垂直分布

为研究易燃可燃物负荷量及空间分布对林火种类、火行为等的影响,该文以北京市八达岭林场4种针叶林型为研究对象,比较4种林分相同垂直层面和不同空间层次上的易燃可燃物负荷量及分布,分析不同林分的火种类、林火行为和森林火险,并基于林分总负荷量评估森林燃烧性。结果表明:侧柏林易发生高强度林火,由于冠层易燃可燃物较少,可以发生树冠火,但不利于蔓延;油松林不易发生地表火,因为地表可燃物清理迹象严重,但一旦起火,易形成蔓延速度较快的树冠火;华山松林可以发生火灾并形成中强度地表火;华北落叶松林可以发生地表火,但树种本身难燃,在极端环境条件下,可以发生树冠火。4种林分的燃烧性为:侧柏林油松林华北落叶松林华山松林。