基于三维曲面元胞自动机模型的林火蔓延模拟

为了研究林火蔓延的动态预测及可视化模拟问题,该文在分析现有林火蔓延模型的基础上,提出选用三维曲面元胞自动机进行林火建模和蔓延模拟. 该文初步完成了一个整合数字高程模型、气象因子、树种因子的三维曲面元胞自动机模型,设计了数据提取、加工、应用框架,开发出了能够进行林火蔓延三维模拟的软件系统. 并通过八达岭林场局部地区的模拟,指出了应用该模型,可以实现不同条件下的林火蔓延模拟,快速预测林火发展趋势,同时探讨了模型改进的方向.      

元胞自动机模型在森林景观生态规划中的应用

元胞自动机是有时空特征的离散型动力学模型,具有模拟复杂系统时空演化过程的能力,对于有空间特征的森林空间结构模拟及景观生态规划具有极大的应用价值。运用GIS描述和处理静态空间信息,元胞自动机模型(CA)则为动态的模型,CA与GIS集成将极大促进GIS对森林景观过程的模拟能力。文章论述了用元胞自动机模型进行森林景观生态规划的基本构想。     

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。      

基于规则学习的林火蔓延元胞自动机模型

由于元胞自动机模型本质上的自组织特性与林火行为很接近,近年来基于元胞自动机的林火蔓延模型引起了广泛的关注.典型的元胞自动机是按照确定的映射规则自主地随时间演进的.当环境发生变化的时候规则需要由人工静态地进行调整、修正,因此效率低、对环境变化的适应能力差,模型的可移植性也不令人满意.这是基于CA的林火蔓延模型难以推广的主要原因之一.本文提出了一种应用人工免疫机制对元胞自动机规则进行自适应调节的方法,并在此基础上建立了一个林火蔓延实验模型.仿真实验表明经过规则学习,该模型具有了一定的火线形状的自纠正能力.     

基于元胞自动机与智能体的水污染可视化模拟仿真

【目的】建立水污染可视化扩散模型,以刻画水污染突发事件的复杂性及满足其应急决策平台对可视化的需求。【方法】构建基于元胞自动机和智能体的三维水污染可视化扩散模型,用元胞自动机刻画研究区流域及所在区域地形,并从元胞空间、元胞状态、演化规则方面扩展普通元胞自动机模型,应用水质Agent描述流域中携带污染物的水体,在此基础上结合3S技术充分展现污染物的扩散运移过程,并将文中模型在渭河宝鸡段水污染事件中进行实例应用。【结果】基于元胞自动机和智能体的三维水污染可视化扩散模型充分展现了流域水污染扩散模拟现象的动态性、复杂性、非线性特点。模型在渭河宝鸡段水污染事件中的应用表明,静态水面元胞层和水下元胞层以及动态水质Agent的结合,简化了污染物在水面及水下不同的扩散运移现象,所建模型合理、可靠,能有效预测及模拟污染物的运移扩散过程;同时利用3S技术对流域空间信息进行了展示分析,满足突发水污染事件应急平台对事件模拟高效率、可视化的要求。【结论】所建模型可以为突发水污染事件提供一种预测和模拟方法。     

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。     

基于3S技术的湿地景观演变模拟

基于利用3S技术,针对黄河三角洲自然保护区目前的研究及其生态系统特征,以格局、过程、驱动力和模型研究为核心,利用12期遥感影像数据得到黄河三角洲自然保护区1992-2008年间的湿地信息数据集,在此基础上深入分析了保护区湿地景观格局及其时空动态变化规律,探讨了湿地演变的驱动因子,构建了基于决策树的元胞自动机模型,并对典型湿地—芦苇沼泽的时空变化进行了模拟研究。     

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.     

基于元胞自动机复合模型的村镇土地利用变化模拟

为向村镇土地利用规划和管理提供合理决策依据,开展村镇土地利用空间格局变化进行模拟研究。在元胞自动机模型基础上,引入马尔科夫模型和多标准评价方法,构建元胞转移数量规则及空间位置规则,从自然环境、社会经济与政策等3方面分析土地利用影响因子,构造元胞自动机复合模型;选取北京市房山区为研究区,以村镇为单元对其土地利用空间格局进行模拟。结果显示:房山区的耕地、林地面积不断减少,建设用地占用农用地现象突出;人口集中、农业资源丰富的平原区各村镇土地利用变化明显。研究表明,多标准评价方法使元胞转移空间位置有规律可循,并有效避免模拟结果中大量错误斑点的产生;以村镇为单元进行分析,模拟的结果更加精细和合理。     

基于GIS与CA模型的土地利用变化前期研究——以山东省招远市为例

在元胞自动机模型研究的基础上,提出将GIS与元胞自动机模型相结合进行土地利用变化研究。通过前期的工作,定义元胞自动机模型的元胞空间、元胞状态等,为下一步工作打下坚实基础。     

高压脉冲电场处理果蔬元胞自动机模拟研究

研究旨在利用具有时空特征的元胞自动机动力学模型对高压脉冲电场处理的果蔬介质进行仿真,模拟果蔬介质计算过程,为高压脉冲电场技术在果蔬保鲜、干燥以及杀菌中的应用提供理论依据。在考虑高压脉冲电场处理果蔬产生细胞电击穿现象以及电击穿原理的基础上,通过元胞空间、状态和规则的制定,构建了元胞自动机果蔬介质击穿模型。结果表明,该试验的模拟结果符合高压脉冲处理果蔬介质的击穿特征,与实际情况对比拟合度高,误差较小。利用元胞自动机仿真高压脉冲电场处理果蔬介质模型,反映了果蔬介质的击穿过程,有利于高压脉冲电场技术在果蔬领域的应用及推广。     

基于知识发现技术的林火监测体系设计

本文应用3S技术和计算机系统分析思想,设计了林火监测体系。林火监测体系的总体思路是,应用林火发生和蔓延的原理结合GIS空间分析技术,分析了北京市房山区影响林火发生的主要因子,用知识发现技术确定了林火发生的不同等级区域。结合计算机视频监测和电信技术,建立了林火发现、信息沟通的林火监测体系。该体系的建立提高了林火监测的时空精度、节约了林火资源、提高了监测的效率。     

基于GEOCA和GIS的土壤侵蚀空间演化模拟

传统的土壤侵蚀研究主要是运用水土流失通用方程,对研究区域的各种影响指标进行研究并取一定的数值,计算其侵蚀量.实际上,土壤侵蚀是1个影响因素众多,边界条件复杂的连续不间断的不确定过程.研究了用地理元胞自动机来模拟土壤侵蚀的原理、方法和工作流程,并在GIS技术支持下采用标准的Von.Neumann邻居定义,着重探讨元胞状态转化所遵循的规则和土壤侵蚀从1种强度到另1种强度这一微观动态变化过程,最终形成GeoCA-Soil Ero-sion系统.以重庆合川市为例,用元胞空间与研究区域相一致的地理元胞自动机模型,得出了重庆合川市土壤侵蚀等级图并分析了土壤侵蚀与其背景的空间关系.并运用ArcView软件作为开发平台与之集成,将这一过程可视化表达.     

基于CA-Markov模型的黄河流域土地利用模拟预测研究

【目的】分析黄河流域现有的土地利用数据,揭示黄河流域未来30年土地利用时空格局的演变趋势。【方法】基于黄河流域1980,1990,2000,2010和2015年5期土地利用数据,采用元胞自动机-马尔可夫模型（CA-Markov）对2000和2010年的土地利用格局进行模拟,在满足精度要求的基础上,对2020,2030,2040和2050年的土地利用变化情景进行预测,并借助GIS空间分析功能,剖析黄河流域2020－2050年的土地利用时空格局演变趋势。【结果】基于CA-Markov模型的黄河流域2000和2010年土地利用模拟误差均小于10%,Kappa指数高达0.872 8和0.897 0,证实了CA-Markov模型在黄河流域土地利用模拟上的可行性及精度的可靠性;未来30年间,黄河流域主要土地利用类型为耕地、林地和草地;耕地和草地将减少约10%,林地将增加约5%,建设用地将增加约150%,且主要集中于宁蒙河段以及中下游地区。【结论】CA-Markov模型可较好地模拟预测黄河流域土地利用的时空演变格局,模拟结果可为黄河流域未来土地利用规划和管理及生态修复提供科学依据。     

基于GEOCA和GIS的土壤侵蚀空间演化模拟

传统的土壤侵蚀研究主要是运用水土流失通用方程,对研究区域的各种影响指标进行研究并取一定的数值,计算其侵蚀量.实际上,土壤侵蚀是1个影响因素众多,边界条件复杂的连续不间断的不确定过程.研究了用地理元胞自动机来模拟土壤侵蚀的原理、方法和工作流程,并在GIS技术支持下采用标准的Von.Neumann邻居定义,着重探讨元胞状态转化所遵循的规则和土壤侵蚀从1种强度到另1种强度这一微观动态变化过程,最终形成GeoCA-Soil Ero-sion系统.以重庆合川市为例,用元胞空间与研究区域相一致的地理元胞自动机模型,得出了重庆合川市土壤侵蚀等级图并分析了土壤侵蚀与其背景的空间关系.并运用ArcView软件作为开发平台与之集成,将这一过程可视化表达.     

基于GIS和元胞自动机的土地利用/覆盖变化模拟——以滇西北香格里拉县为例

选取林地面积减少较为严重的滇西北香格里拉县为例,对研究区的土地利用变化驱动机制进行了分析,并集合GIS技术,尝试运用元胞自动机理论构建Loit模型对研究区的土地利用空间格局进行了模拟和预测.模拟的Kappa指数为0.79,表明CA模型在土地利用/覆盖变化的预测方面有巨大优势.     

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 .     

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     

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     

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。