[发明专利]一种污染物扩散区域动态模拟方法、系统及装置

说明书

本发明公开了一种污染物扩散区域动态模拟方法、系统及装置，包括选择要估测的栖息地，获取该栖息地区域的卫星数据，基于卫星数据构建初始样本区域集；基于该栖息地的历史污染物信息构建污染物随时间变化的可达集。由于区域内各点处的速度集和该点的位置信息可以建立起函数关系，因此，利用求得的凸组合系数，代表点处的速度集合可以通过凸组合来预测区域内所有点处的速度集；加入时间因素，估测栖息地区域内森林火灾可达集随时间动态蔓延的范围。本发明引入微分包含是更好地预测火灾随时间在不同方向上的蔓延范围。同时，本发明又引入了有限元的思想，解决了在实际的预测计算工作中，求区域内所有点处的速度集计算量过大的问题。

技术领域

本发明涉及计算数学技术领域，尤其涉及一种污染物扩散区域动态模拟方法、系统及装置。

背景技术

在全球范围内，自然灾害发生频繁，给人类的生活环境以及自然生态系统造成重大损害，其中每年的森林火灾更是给人类和其他生物带来毁灭性的灾难，像森林火灾这种大规模的大火难以人工扑灭，为了遏制灾情，需要有效地建立隔离带来保护人类和动物的栖息地。因此，如何以最小的速度构建火灾隔离带，成为了目前研究控制森林火灾相关工作的重中之重。为保护人类与野生动物的栖息地免受自然灾害的侵扰，需要以尽可能快的速度构建大火隔离带，而构建隔离带的前提是，要尽可能准确的预测出火灾蔓延的速度和方向。

在目前已存在的关于控制火灾蔓延策略表明，很多算法都是在在栖息地满足凸集性质并且默认火点蔓延速度在各个方向上保持不变的情况下进行的，但是现实中很多栖息地是非凸的，那么这些遮蔽策略就不具有一般可行性。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种污染物扩散区域动态模拟方法、系统及装置，以解决现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明提供了一种污染物扩散区域动态模拟方法，包括：

步骤1、选择要估测的栖息地，获取该栖息地区域的卫星数据，基于卫星数据构建初始样本区域集；

步骤2、基于该栖息地的历史火灾信息构建森林火灾可达集；

步骤3、基于有限元思想，在栖息地区域内选择有效的离散代表点对整个区域进行三角剖分，将区域划分成多个具有凸集性质的小三角形区域。这些离散代表点即是这些小三角形区域上的顶点，因为每个小三角形区域都是凸集，因此可以用小三角形区域上的三个顶点和小三角形内的所有离散点联立凸组合公式，求得凸组合系数。

步骤4、利用步骤3求得的凸组合系数，用小三角形区域上的三个顶点处的速度集预测小三角形区域内所有点处的速度集；由此可以利用有限个代表离散点处的速度集预测整个区域内所有点处的速度集。至此，建立起了微分包含蔓延离散模型。该微分包含模模型估测整个栖息地区域内各个位置点在各个方向上的速度；

步骤5、加入时间因素，估测栖息地区域内森林火灾可达集随时间动态蔓延的范围。

进一步的，所述栖息地区域的卫星数据至少包括栖息地经纬度数据、地表温度数据、地表昼夜温差数据、地表硫化物数据、地表植被数据以及地表红外遥感图像数据。

进一步的，所述步骤2基于该栖息地的历史火灾信息构建森林火灾可达集，具体为：该栖息地的硫化物浓度高，以及地表温度高并且昼夜温差小于一定的阈值，最终计算出该栖息地在某时间段内的火灾面积作为可达集。

进一步的，所述步骤3用有限个离散代表点对整个栖息地区域进行三角剖分，然后用有限个代表点处的速度集预测整个区域所有点处的速度集。具体为：

初始化栖息地区域，在栖息地区域内选择n个离散点，点集为x＝(x₁,x₂,…,x_n),在此，定义点x_k处的速度集为F(x_k),1≤k≤n；然后选择m个离散代表点x_i,1≤i≤m,m≤n。对栖息地区域进行三角剖分。