本文關(guān)鍵詞：基于元胞自動機(jī)的林火蔓延三維模擬仿真研究

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【摘要】：森林火災(zāi)會給人類帶來很多重大的災(zāi)害,而林火行為受到多種因素的制約,研究制約林火蔓延的規(guī)律,并借助計(jì)算機(jī)的幫助模擬林火從發(fā)生到發(fā)展的蔓延狀態(tài)具有非�，F(xiàn)實(shí)的意義。本文對林火行為進(jìn)行了研究,建立了適用于計(jì)算機(jī)運(yùn)算的林火蔓延模型,并通過求得林火蔓延公式參數(shù)在在八個鄰域方向上的分量,得到林火蔓延公式在各個方向上的分量公式。元胞自動機(jī)原理的自組織性在本質(zhì)上與林火行為很接近,并且具有很強(qiáng)的空間運(yùn)算能力,借助元胞自動機(jī)原理可以模擬出林火蔓延這種復(fù)雜的空間動態(tài)系統(tǒng)。說明了三維元胞的定義、狀態(tài)、鄰域和轉(zhuǎn)換規(guī)則函數(shù),建立了三維元胞自動機(jī)模型。結(jié)合山西五臺山實(shí)地野外數(shù)據(jù),利用Unity3D三維引擎建立野外三維地形,通過不斷調(diào)整其自帶粒子系統(tǒng)的參數(shù),建立適用于不同條件的火焰庫和煙霧庫,輸入氣象因素后即可實(shí)現(xiàn)林火在三維環(huán)境下的模擬蔓延。建立了林火蔓延三維模擬仿真系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了林火的三維仿真研究。將野外實(shí)地點(diǎn)燒數(shù)據(jù)與模擬效果進(jìn)行對比,從對比結(jié)果可以看出,本系統(tǒng)建立的模型可以反映出林火蔓延的基本規(guī)律,具有較強(qiáng)的應(yīng)用價值。
【關(guān)鍵詞】：元胞自動機(jī) 森林滅火 三維模擬 粒子系統(tǒng) 實(shí)地點(diǎn)燒
【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP301.1
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 引言8-15
• 1.1 研究背景及意義8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀9
• 1.2.2 國內(nèi)林火蔓延研究現(xiàn)狀9-10
• 1.2.3 三維可視化技術(shù)的發(fā)展10-11
• 1.3 本研究的主要內(nèi)容和目的11-12
• 1.3.1 研究的主要內(nèi)容11
• 1.3.2 研究目的11
• 1.3.3 研究方法和步驟11-12
• 1.4 研究的技術(shù)路線12-13
• 1.5 存在問題和研究前景13
• 1.5.1 存在問題13
• 1.5.2 研究前景13
• 1.6 本章小結(jié)13-15
• 2 研究的理論基礎(chǔ)15-20
• 2.1 燃燒學(xué)15
• 2.2 森林防火學(xué)15-17
• 2.2.1 林火行為概述15
• 2.2.2 林火行為定量指標(biāo)15
• 2.2.3 影響林火行為的因素15-17
• 2.3 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)17
• 2.4 林火蔓延機(jī)理17-19
• 2.4.1 燃燒的條件17
• 2.4.2 林火的種類17-18
• 2.4.3 熱的傳播方式18
• 2.4.4 林火蔓延方式18-19
• 2.4.5 林火行為的主要指標(biāo)19
• 2.5 本章小結(jié)19-20
• 3 林火蔓延模型研究20-28
• 3.1 林火蔓延模型分類20
• 3.1.1 物理模型20
• 3.1.2 經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/span>20
• 3.1.3 半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/span>20
• 3.2 常用林火蔓延模型20-24
• 3.2.1 橢圓模型20-21
• 3.2.2 基于能量守恒定律的Rothermel模型21-22
• 3.2.3 加拿大的國家林火蔓延模型22
• 3.2.4 澳大利亞的McArthur模型22-23
• 3.2.5 王正非的林火蔓延模型23
• 3.2.6 毛賢敏的林火蔓延模型23-24
• 3.3 林火蔓延的影響因子分析24-27
• 3.3.1 可燃物載量W_024
• 3.3.2 表面積體積比σ24-25
• 3.3.3 可燃物含水率M_f25
• 3.3.4 風(fēng)速和風(fēng)向U25-26
• 3.3.5 坡度和坡向tan(?)26-27
• 3.3.6 可燃物緊密度β27
• 3.3.7 可燃物類型27
• 3.4 本章小結(jié)27-28
• 4 基于元胞自動機(jī)的林火蔓延模型建立28-34
• 4.1 林火蔓延的模擬方法28-29
• 4.1.1 基于元胞自動機(jī)的模擬方法28-29
• 4.1.2 基于惠更斯原理的模擬方法29
• 4.2 三維元胞自動機(jī)原理29-31
• 4.2.1 元胞空間的劃分29-30
• 4.2.2 元胞的狀態(tài)30
• 4.2.3 元胞的轉(zhuǎn)換規(guī)則函數(shù)30-31
• 4.2.4 林火輪廓提取31
• 4.3 林火蔓延模型建立31-33
• 4.3.1 K_s可燃物配置格局更正系數(shù)31
• 4.3.2 坡度對林火蔓延模型的影響31-32
• 4.3.3 K_w風(fēng)更正系數(shù)32-33
• 4.3.4 基于元胞自動機(jī)的林火蔓延模型建立33
• 4.4 本章小結(jié)33-34
• 第5章 林火蔓延三維模擬仿真的實(shí)現(xiàn)34-46
• 5.1 研究區(qū)域概況34
• 5.2 系統(tǒng)介紹34-36
• 5.2.1 系統(tǒng)功能介紹34
• 5.2.2 系統(tǒng)開發(fā)工具34-35
• 5.2.3 Unity3D概述35
• 5.2.4 Unity3D基本功能與操作35
• 5.2.5 Unity3D的優(yōu)勢35-36
• 5.3 粒子系統(tǒng)36-38
• 5.3.1 粒子系統(tǒng)簡介36-37
• 5.3.2 粒子的屬性37
• 5.3.3 粒子系統(tǒng)模擬火和煙的三維效果37-38
• 5.4 地形的構(gòu)建研究38-40
• 5.4.1 DEM數(shù)據(jù)38
• 5.4.2 DEM數(shù)據(jù)的分布特征38-39
• 5.4.3 DEM的表示模型39
• 5.4.4 植被建模39-40
• 5.5 系統(tǒng)模塊實(shí)現(xiàn)40-43
• 5.5.1 自由瀏覽功能40-41
• 5.5.2 系統(tǒng)控制功能41-42
• 5.5.3 林火蔓延模擬42-43
• 5.6 模擬結(jié)果分析43-45
• 5.6.1 模擬結(jié)果與毛賢敏模型以及實(shí)際點(diǎn)燒數(shù)據(jù)對比43-44
• 5.6.2 地形坡度調(diào)整系數(shù)影響分析44
• 5.6.3 風(fēng)作用系數(shù)影響分析44-45
• 5.7 本章小結(jié)45-46
• 第6章 結(jié)論與展望46-47
• 6.1 結(jié)論46
• 6.2 展望46-47
• 參考文獻(xiàn)47-51
• 個人簡介51-52
• 導(dǎo)師簡介52-53
• 獲得成果目錄53-54
• 致謝54

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3 李媛媛;翁文國;袁宏永;;基于GIS的林火蔓延模擬[J];清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2012年12期

4 ;[J];;年期

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1 李程;覃先林;吳雪瓊;田祖為;熊有強(qiáng);楊德付;張瑞;;WebGIS技術(shù)在我國林火蔓延模擬中的應(yīng)用現(xiàn)狀[A];第二屆中國林業(yè)學(xué)術(shù)大會——S3 森林經(jīng)理與林業(yè)信息化的新使命論文集[C];2009年

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2 周宇飛;動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動林火蔓延自適應(yīng)模擬技術(shù)研究[D];中國林業(yè)科學(xué)研究院;2010年

3 高心丹;林火蔓延的動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動仿真理論及方法的研究[D];東北林業(yè)大學(xué);2012年

4 李勇;基于MODIS數(shù)據(jù)的林火蔓延模型的研建[D];北京林業(yè)大學(xué);2007年

5 張貴;廣州市林火動態(tài)監(jiān)測研究[D];中南林學(xué)院;2004年

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1 廖超;基于DEVS的林火蔓延預(yù)測方法研究[D];中南林業(yè)科技大學(xué);2015年

2 楊福龍;基于元胞自動機(jī)的林火蔓延三維模擬仿真研究[D];北京林業(yè)大學(xué);2016年

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4 白尚斌;基于多智能體理論的林火蔓延模擬[D];北京林業(yè)大學(xué);2008年

5 張菲菲;基于地理元胞自動機(jī)的林火蔓延模型與模擬研究[D];汕頭大學(xué);2011年

6 牛麗紅;拓?fù)涞匦紊系牧只鹇幽M[D];中南林業(yè)科技大學(xué);2012年

7 李銳;林火蔓延模擬方法的研究[D];東北林業(yè)大學(xué);2012年

8 黃華國;基于3D元胞自動機(jī)模型的林火蔓延模擬研究[D];北京林業(yè)大學(xué);2004年

9 胡健;林火蔓延多模型預(yù)測系統(tǒng)[D];哈爾濱工程大學(xué);2007年

10 劉暢;基于元胞自動機(jī)的林火蔓延模型研究及其仿真[D];大連理工大學(xué);2012年

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本文編號：1097739