一种基于三维地形数据的小班林火蔓延动态模拟方法与流程

本发明涉及一种小班林火蔓延动态模拟方法，具体的说，是一种基于三维地形数据的小班林火蔓延动态模拟方法。

背景技术：

王正非林火蔓延模型是通过对我国大兴安岭林火蔓延情况进行研究得出的林火蔓延模型，其针对性强，使用简单方便，但是只能适用于在以下的地形；毛贤敏等人使用王正非模型结合风向和地形的因素导出了上坡、下坡、左平坡、右平坡和风方向的五个方向的方程组供实际使用，但是由于选择方向的限制，无法精确计算火场前进方向，因此不能满足精确模拟火灾边界的需要。

本方法使用王正非与毛贤敏组合模型计算以着火点为圆心的方向上的n（n>0，n为整数）个蔓延方向的蔓延速度，结合时间步长和模拟时间动态计算n个蔓延点在各个时间步长的蔓延速度和蔓延距离从而得到扩散范围，能够更为精确地模拟火灾边界。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于三维地形数据的小班林火蔓延动态模拟方法，提高林业小班火灾蔓延模拟的精度。

为了解决所属技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于三维地形数据的小班林火蔓延动态模拟方法，其特征在于：所述方法基于三维地形数据，根据时间步长和动态蔓延火点计算林火蔓延速度和蔓延终点，获取一定时间内的火场范围，从而精确地模拟小班林火蔓延扩散过程。

本发明所述基于三维地形数据的小班林火蔓延动态模拟方法，所述方法具体为：1、将以着火点为圆心的方向n等分（n为大于等于1的正整数），间隔度数为360/n，确定n个林火蔓延方向；

2、设模拟总时长为T，将模拟总时长N等分，取模拟时间步长，分别计算以着火点为原点的圆周上的n个蔓延方向的蔓延速度R，然后计算第一个时间步长后蔓延距离S₁=RT₀

3、根据第一个时间步长后n个蔓延点的蔓延距离和蔓延方向计算蔓延终点的坐标，n个蔓延终点所构成的封闭区域为第一个时间步长的林火蔓延范围，

4、保持n个蔓延方向不变，以上次蔓延终点作为新的蔓延起点计算下一个时间步长的蔓延速度、蔓延距离和蔓延终点，以此类推，直至N个时间步长全部结束，完成蔓延计算过程，由最终n个蔓延终点构成的封闭区域为此次林火蔓延模拟的最终火场范围。

进一步的，蔓延速度计算公式使用王正非与毛贤敏组合模型，

为初始蔓延速度，为可燃物配置格局系数，为风速，为风向与火蔓延方向的夹角，为坡度方向和火蔓延方向的夹角，为坡度，其中着火点的坡度和坡向从自三维地形数据中提取。

进一步的，以着火点为原点，第一个蔓延终点的坐标为（），S₁为第一个时间步长的蔓延距离，为林火蔓延方向。

进一步的，使用王正非林火蔓延初速度公式计算着火点蔓延初速度，，其中，T为日最高气温，W为中午风力等级，h为日最小相对湿度。

本发明的有益效果：将林火蔓延模拟总时长划分为多个时间步长，每个时间步长结束后，根据蔓延周边重新计算蔓延速度从而展现出林火蔓延的变化趋势，充分考虑到了地形的坡度、坡向对蔓延速度的影响，增强了蔓延模拟的准确度，体现了林火蔓延过程的动态性；模型简单易用，实用性强。

附图说明

图1为n等分林火蔓延方向示意图；

图2为动态火场模拟过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

一种基于三维地形数据的小班林火蔓延动态模拟方法，其具体步骤如下：

1.使用王正非林火蔓延初速度公式计算着火点蔓延初速度。

。

其中，T为日最高气温，W为中午风力等级，h为日最小相对湿度。

2.将以着火点为圆心的方向n（n>0，n为整数）等分，间隔度数为360/n，取正北方向为，n个方向的度数分别为360/n，360*2/n，……360(n-1)/n，，即确定n个林火蔓延方向，如图1所示。

3.将模拟总时长N等分，取模拟时间步长（T为模拟总时长），分别计算以着火点为圆心的圆周上的n个蔓延方向的蔓延速度R，然后计算第一个时间步长后蔓延距离S₁=RT₀。蔓延速度计算公式使用王正非与毛贤敏组合模型

为初始蔓延速度，为可燃物配置格局系数，为风速，为风向与火蔓延方向的夹角，为坡度方向和火蔓延方向的夹角，为坡度，其中着火点的坡度和坡向从自三维地形数据中提取。

4.根据第一个时间步长后n个蔓延点的蔓延距离和蔓延方向计算蔓延终点的坐标：以着火点为原点，蔓延终点坐标为（）， S₁为第一个时间步长的蔓延距离，为上述2中的林火蔓延方向，n个蔓延终点所构成的封闭区域为第一个时间步长的林火蔓延范围，如图2所示。

5.保持n个蔓延方向不变，以本次蔓延终点作为新的蔓延起点计算下一个时间步长的蔓延速度、蔓延距离和蔓延终点，以此类推，直至N个时间步长全部结束，完成蔓延计算过程。由最终n个蔓延终点构成的封闭区域为此次林火蔓延模拟的最终火场范围。

本方法使用王正非与毛贤敏组合模型计算以着火点为圆心的方向上的n（n>0，n为整数）个蔓延方向的蔓延速度，结合时间步长和模拟时间动态计算蔓延周边上的n个顶点在各个时间步长的蔓延速度从而得到扩散范围，能够更为精确地模拟火灾边界。

以上描述的尽是本发明的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本发明做出的改进和替换，属于本发明的保护范围。