《異構互動環境下基於混合模型的林火蔓延三維模擬》是依託福州大學，由李建微擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：異構互動環境下基於混合模型的林火蔓延三維模擬
- 依託單位：福州大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李建微
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
每年森林火災造成人們生命財產及環境的破壞，其中很大一部分原因是人類對火災發生的機理認識不足，在火災發生後短時間內沒有一套有效的系統用於預測模擬複雜真實環境下林火的蔓延趨勢。本研究在集成真實感林火造型模擬、蔓延數學模型等相關研究基礎上，提出採用柵格與矢量結合的混合互動模擬模型；利用虛擬森林環境技術構建虛擬森林火場環境，對真實感模擬、場景數據最佳化、物理模擬技術進行深入研究，從而解決複雜、異構森林環境下林火蔓延預測和反演的科學難點問題；採用物理碰撞技術、線粒子技術實現虛擬樹冠火(飛火)的模擬；通過歷年研究區域火災真實數據與系統蔓延結果比較，反覆修正混合模型的精度，最後形成林火蔓延三維模擬系統原型，直觀科學的三維林火蔓延成果即可為研究延三維模擬系統原型，也可套用於協同滅火演練、火災輔助決策等。
結題摘要
森林火災是重大的自然災害之一，由於人類對林火行為的機理認識不足，森林火災年年發生，對自然資源和人類財產造成巨大的威脅本項目研究目標是在虛擬地理環境中，模擬複雜環境及時空變化的因子影響下，林火的蔓延預測模擬。研究成果不僅能運用於滅火決策，同時還可以知道火險等級劃分和滅火推演訓練中。 一個能運用於實際的預測系統，應能解決以下三個方面問題：首先要有支持複雜環境的可靠精確的林火數學模型；其次，該數學模型能同化吸收新的觀測數據 ；最後能在友好的虛擬地理環境中動態顯示模擬林火蔓延的過程。設計的系統只有滿足三個條件，才能將林火的預測模擬從實驗模擬階段轉向實際的防火、滅火套用中。項目針對以上三個關鍵問題展開研究，採用理論研究、關鍵技術、工具開發、案例驗證思路來組織本論文，具體內容包括：（1）研究林火蔓延機理，分析影響林火行為因子，結合林火種類及特點，選擇並構建林火數學模型和蔓延過程模型。（2）複雜環境下，結合GIS系統，構建虛擬三維地理環境，實現面向實際套用的、林火在異構環境下的蔓延預測模擬。（3）採用DDDAS技術實現風場的動態輸入及蔓延邊界與測量結果的動態修正模擬。（4）對局地風場模型進行研究，提高風場在林火蔓延預測模型中的重要影響。（5）研究虛擬地理環境構建及最佳化關鍵技術，及林火可視化技術基礎上，設計並開發三維林火蔓延分析模擬系統。（6）在三維林火蔓延分析系統上，收集、分析並選擇典型真實火災實例，並收集研究區基礎數據及火場信息，實現模擬分析及結果驗證。 項目在以成果和創新主要體現在：（1）提出了在複雜環境下，面向實際套用的林火蔓延預測系統的具體思路、框架及實例驗證。（2）採用DDDAS理論，在矢量方式下實現動態數據同化（現有的系統都是在柵格或格線數據下），提出了從參數的輸入和仿真結果兩方面動態修正，該方法即減少了測量數據傳輸和同化計算又能提高仿真結果的準確性和可靠性。（3）二維矢量數據結合粒子系統在具有地理坐標的三維地形上的蔓延動態模擬，同時實現坡度、坡向、風場及其他林分數據在虛擬火場中的信息疊加顯示，該方法即增加了顯示效果，又具有科學分析數據。 最後項目實施階段從具體的案例出發，構建並完整展示了面向實際運用林火蔓延預測三維系統的模擬流程，內容包括：基礎數據的收集和處理、預測模型的運算，動態數據的修正，三維地理環境的結果動態展示。實驗和分析結果證明本文的理論、技術及原型系統的可行性。
