基于地理元胞自动机的林火蔓延模型与模拟研究

【摘要】：林火是一种对人类社会危害很大的环境灾害,而林火蔓延是一个十分复杂的过程。随着人类对火灾知识的不断积累和信息技术的快速发展,林火蔓延模拟的研究逐渐转向空间范围的定量模拟,在森林防火中起着越来越重要的作用。元胞自动机具有强大的空间建模能力和运算能力,能模拟具有时空特征的复杂动态系统。元胞自动机模型本质上的自组织特性与林火行为很接近。 本文结合元胞自动机原理,在考察国内外常见林火蔓延模型的基础上,对王正非-毛贤敏林火蔓延模型进行改进,提出一种新的林火蔓延模拟模型。该模型充分表达了可燃物类型、温度、湿度、坡度、风速和风向等林火蔓延影响因子在元胞空间中的作用形式,能够求解出完全燃烧元胞向其摩尔(Moore)型邻居中八个方向元胞的林火蔓延速度,并由此确定了元胞状态转换规则函数,使元胞状态的迁移与林火蔓延影响因子紧密相关。 本文采用面向对象编程语言和地理信息系统二次开发工具为开发平台,将所设计的林火蔓延模型转变成计算机算法,在考虑气温和相对湿度的前提下,着重模拟了风、地形、可燃物类型影响下林火蔓延的状况。模拟结果表明,应用所建立的模型和软件,可以反映森林火灾的蔓延规律,从而为森林防火、扑火等工作起到一定的指导作用。