[发明专利]一种基于平面八叉树的森林小班林火蔓延模拟方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种用于指导森林火灾扑救的森林小班尺度的林火蔓延模拟方法，特别是一种基于平面八叉树的森林小班林火蔓延模拟方法。

二、技术背景

在我国应用最多的林火蔓延模型包括Rothermel模型及王正非林火蔓延模型。王正非林火蔓延模型仅适用于坡度在60°以下的地形，上坡和风顺着向上坡的情况，后来，毛贤敏等人考虑风向和地形的组合，导出了上坡、下坡、左平坡、右平坡和风方向的5个方向的方程组，经计算可得出这五个方向的林火蔓延速度。

所以在王正非及经毛贤敏等人扩展后森林火灾蔓延模型的实际应用中，由于只考虑了上述五个方向上风速的参数，使实际应用受到限制。本发明从森林小班的尺度上，计算八个方向上林火蔓延速度，用于对林火蔓延的模拟，能得到更高精度的模拟结果。

三、发明内容

为了提高森林小班林火蔓延模拟的精度，本发明的目的是提供一种基于平面八叉树的森林小班林火蔓延模拟方法。

本发明的目的是这样实现的：森林小班林火蔓延方向以着火点为中心分别以上坡、下坡、左平坡、右平坡、左上坡，左下坡、右上坡、右下坡8个方向为森林小班林火蔓延方向。

以数模①R＝R₀×K_s×exp(0.1783Vcosθ)×exp(3.533(tanφ)^1.2)计算森林小班林火在上坡方向上的蔓延速度；以数模②R＝R₀×K_s×exp(0.1783Vcos(θ-45°))×exp{3.533[tan(φ×cos45°)]^1.2}计算森林小班林火在右上坡方向上的蔓延速度；以数模③R＝R₀×K_s×exp(0.1783Vcos(θ-90°))计算森林小班林火在右平坡方向上的蔓延速度；以数模④R＝R₀×K_s×exp(0.1783Vcos(θ-135°))×exp{-3.533[tan(φ×cos45°)]^1.2}计算森林小班林火在右下坡方向上的蔓延速度；以数模⑤R＝R₀×K_s×exp(0.1783Vcos(180°-θ))×exp(-3.533(tanφ)^1.2)计算森林小班林火在下坡方向上的蔓延速度；以数模⑥R＝R₀×K_s×exp(0.1783Vcos(θ-225°))×exp{-3.533[tan(φ×cos(-45°))]^1.2}计算森林小班林火在左下坡方向上的蔓延速度；以数模⑦R＝R₀×K_s×exp(0.1783Vcos(θ+90°))计算森林小班林火在左平坡方向上的蔓延速度；以数模⑧R＝R₀×K_s×exp(0.1783Vcos(θ-315°))×exp{3.533[tan(φ×cos(-45°))]^1.2}计算森林小班林火在左上坡方向上的蔓延速度；其中，R₀是蔓延的初速度，K_s是可燃物系数，φ为地形坡度角，V为风速，θ为风向角。

森林小班林火蔓延模拟的过程如下：首先，在栅格数据上确定火点M所在的像元；其次，计算火点M所在像元中心与周围相邻8个像元中心之点的距离S；然后，以数模⑨计算火点M沿8个方向的蔓延时间t₁～t₈；最后，利用类八叉树算法计算火点M在8个方向上蔓延路径，直到所有边界点的8个方向t值均大于蔓延时间，所有标记成过火点的栅格即为着火区域。

本项发明与现有技术相比具有以下优点：

从8个方向对林火进行模拟，避免了先前只通过五个方向速度对林火进行模拟的不完善，其动态性强，依赖参数少，获取方便，提高了模拟的精度和效率，因而可准确定位林火蔓延后各方向的位置，且模型具有简单易行的特点；根据所提出的平面八叉树算法可直接模拟小班林火蔓延的过程。

四、附图说明

图1为点火源林火蔓延的8个方向示意图；

图2为森林小班林火蔓延平面八叉树示意图。

五、具体实施方式：

基于平面八叉树的森林小班林火蔓延模拟方法与现有技术不同，作了很大改进，具体是：