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基于GIS模型的林火蔓延计算机仿真_毛学刚

第36卷第9期东　北　林　业　大　学　学　报V o l.36N o.9 2008年9月J O U R N A LO FN O R T H E A S TF O R E S T R YU N I V E R S I T Y S e p.2008

基于G I S模型的林火蔓延计算机仿真1)

毛学刚　范文义　李明泽　金　森

(东北林业大学,哈尔滨,150040)

摘　要　在G I S的支持下,建立了林火蔓延的空间背景数据库,在此基础上采用了王正非林火蔓延模型和遍

历各点算法,在空间背景数据库之上,用V i s u a l C++6.0+M a p O b j e c t2.1控件技术进行了林火蔓延的动态模拟,

以实现任意地点、任意气象条件下的林火蔓延动态仿真模拟,直观地掌握林火的发生、发展和蔓延的过程,以及林

火蔓延的方向等。通过对模拟结果的分析得出,在模拟的过程中计算机运行比较快,模拟效果很好。

关键词　林火蔓延;仿真;G I S;蔓延模型

分类号　S726.2

C o m p u t e r S i m u l a t i o no f F o r e s t-f i r eS p r e a df o rG I S-b a s e dMo d e l/M a oX u e g a n g,F a nW e n y i,L i M i n g z e,J i nS e n

(C o l l e g e o f F o r e s t r y,N o r t h e a s t F o r e s t r y U n i v e r s i t y,H a r b i n150040,P.R.C h i n a)//J o u r n a l o f N o r t h e a s t F o r e s t r y U n i v e r-

s i t y.-2008,36(9).-38～41

U n d e r t h e s u p p o r t o f G I S,a s p a c e b a c k g r o u n d d a t a b a s e o f f o r e s t-f i r e s p r e a d w a s e s t a b l i s h e d.O n t h e b a s e o f t h e s p a c e

b a

c k g r o u n d

d a t a b a s e,d y n a m i c s i m u l a t i o no f f o r

e s t-

f i r e s p r e a dw a s a c h i e v e dw i t h V i s u a l C++6.0+M a p O b j e c t2.1c o n t r o l

t e c h n o l o g y b y m e a n s o f Wa n g Z h e n g f e i′s f o r e s t-f i r e s p r e a d m o d e l a n d t h e a l g o r i t h mf o r t r a v e r s i n g e v e r y p o i n t.S o,d y n a m i c s i m u l a t i o n s o f f o r e s t-f i r e s p r e a d a t a n y a r b i t r a r y l o c a t i o n s o r u n d e r a n y a r b i t r a r y w e a t h e r c o n d i t i o n s w e r e r e a l i z e d.T h e o c-

c u r r e n c e,

e v e l o p m e n t a n ds p r e a d i n g p r o c e s s o

f f o r e s t-f i r e a r e m o r e i n t u i t i v e,a n d t h e s p r e a d d i r e c t i o n o f f o r e s t f i r e s c a n b e

s i m u l a t e d.A n a l y s i s o f s i m u l a t i o nr e s u l t s s h o w s t h a t t h e s i m u l a t e de f f e c t i s v e r y s a t i s f a c t o r y b e c a u s e c o m p u t e r r u n s f a s t i n t h e p r o c e s s o f s i m u l a t i o n.

K e yw o r d s　F o r e s t-f i r e s p r e a d;S t i m u l a t i o n;G I S;S p r e a d m o d e l

初期对火行为的研究,主要集中于建立自然因素与火行为关系的模型,但林火扩展具有时间和空间特征。1979年, K e s s e l[1]首次考虑空间因素,将空间的复杂性应用于林火扩展模拟当中。进入20世纪80年代,随着地理信息系统技术的发展,对林火行为模拟研究逐渐转向空间范围的定量模拟[2]。在地理信息系统和遥感技术的支持下,实现火场扩展的理论和经验模拟,已取得了实质性进展,逐步走向了实用化[3]。现在已发展到以地形的栅格化数据为背景计算林火火场,将蔓延计算结果和地形背景叠加,得到林火发生发展的直观显示,但目前都只停留在可视化阶段,缺乏对模型应用的具体分析。笔者则在分析影响林火蔓延的各种因子的基础上,以M a p O b j e c t2.1控件和V C++6.0为研究平台,利用地理信息系统、计算机技术和数学知识实现林火蔓延的计算机模拟和仿真。

1　研究区域状况

帽儿山国家森林公园位于尚志市的最西部,距哈尔滨市约100k m。地理坐标为东经127°30′～127°34′,北纬45°20′～45°25′。全场总面积为26507h m2,其中有林地面积18604 h m2,森林覆被率为70.4%。南北长30k m,东西宽20k m。

帽儿山地区的植被属长白植物区系,是东北山区较典型的天然次生林区,原地带性顶极群落为红松阔叶林。经破坏后逐渐恢复为现在的天然次生林相,在边远山区和高山脊部仍有散生的原始单株红松。境内次生林类型多样,主要有蒙

1)国家林业局“948”项目(2005-4-06)。

第一作者简介:毛学刚,男,1981年9月生,东北林业大学林学院,硕士研究生。

收稿日期:2007年10月19日。

责任编辑:张建华。古栎林、山杨林、白桦林、杂木林、水曲柳林,还有一定面积的落叶松人工林、红松人工林和樟子松人工林,此外,还有小面积的灌丛和沼泽草甸。木本和草本植物繁多,共千余种。

帽儿山属长白山系支脉张广才岭西北部小岭的余脉。境内最高峰为帽儿山,海拔805m,因其顶峰突出形状似帽而得名。境内山峦绵延,丘陵起伏,平均海拔300m,由南向北渐高,一般坡度10°～150°。

2　林火蔓延模型的选择

基于森林火场扩展的林火蔓延模型有多种,考虑热传机制,可分为统计模型、半经验模型和物理模型[4],另外还有基于温度场的林火蔓延物理模型、基于林火燃烧特征的火蔓延模型和基于能量平衡的R o t h e r m e l模型[5]等。在模型的选择上,应遵循适用性和可行性的原则,笔者选择王正非林火蔓延模型[6]。该模型主要考虑林火蔓延的速度与风向、风速、可燃物类型及地形(坡度)的关系,其具体方程为:

×14.1895·e0.1547·V w/λ。(1)

式中:V

为(火场边界)每个燃烧点上火的蔓延速度(m/s);

为风速(m/s);K

为可燃物(阻尼)系数;K

为坡度(阻尼)系数;λ为风向纵横比系数;e为自然对数。

2.1　风速对林火蔓延的影响

风是对林火蔓延起决定作用的气象因子,它不仅决定林火蔓延速度,而且决定火蔓延的面积和方向。目前,描述林火蔓延的数学模型所要求的输入因子都包括气象因子。但由于随时间和地形而变化的连续的气象数据的获得十分困难,因而,在帽儿山林火蔓延的研究中,假定风的方向和大小不变。

当可燃物类型为草甸、坡度为零时,得到王正非的林火蔓

延模型公式为V

=14.1895·e0.1547·V w。在风力为1～12级

条件下,根据王正非的林火蔓延模型得到一组风速V

、火速

数据,见表1。

表1　风速与火速的关系

风力等级

风速/

m·s-1

火速/

m·m i n-1

风力

等级

风速/

m·s-1

火速/

m·m i n-1

12.00　6.18714.90250.00

23.6013.85817.70353.55

35.4050.00920.80500.00

47.4064.551024.20559.02

59.8083.331127.80625.00

612.30144.331229.83833.00 2.2　风向纵横比系数的确定

顺风方向林火蔓延速度快,非顺风方向(逆向、纵向)蔓延速度慢,由此,火场蔓延的几何形状如图1所示。模型中,先由火头按风向前进方向的横向距离a=v t(v为火速,t为火场蔓延的时间)定出对称轴及其长度,再根据不同风速v下纵横向比例关系确定出图中的纵向距离2b,从而确定出抛物线部分。火尾部分为以2b为直径的半圆形。

图1　标准条件下火场蔓延的几何形状

可以由火速横纵比λ=a∶b来描述顺风与非顺风方向蔓延速度比,而且这种火速比随风速不同而不同。根据加拿大的研究资料[7],得出不同风速下的王正非林火蔓延模型中的风向纵横比例系数λ=a∶b,如表2所示。

表2　不同风速下风向纵横比系数

风速/m·s-1纵横比风速/m·s-1纵横比

01.08.5～11.23.3

0.1～2.81.211.3～14.05.0

2.9～5.61.514.1以上7.0

5.7～8.42.2

2.3　可燃物(阻尼)系数确定

可燃物类型数据是林火蔓延的基础数据,郑焕能、胡海清[8]在定性研究的基础上,结合定量分析,将东北东部山地可燃物划分为6个类型组,12个类型。根据以上的分类方法和标准,结合帽儿山本地的植被地理状况,将帽儿山国家森林公园的可燃物划分为7种类型:柞木林类、白桦林类、山杨林类、水曲柳林类、落叶松人工林类、红松樟子松人工林类、草甸类。在不同的可燃性条件下,林火蔓延速度是不同的,这种差异可以通过模型参数值K

来决定,见表3。

柞木林类　多分布于南坡和西南坡的上部与山脊,林分起源萌生多于实生,立地条件干燥,坡度大,树种以蒙古栎(Q u e r c u s m o n g o l i c a)占绝对优势,混生树种有花曲柳(F r a x i n u s r h y n c h o p h y l l a)、山杨(P o n u l u s d a v i d i a n a)等。主要灌木有杜鹃(C u c u l u s p o l i o c e p h a l u s)、胡枝子(L e s p e d e z ab i c o l o r)、绣线菊(S p i r a e a s a l i c i f o l i a)、榛子(C o r y l u s h e t e r o p h y l l a)、刺五加(A c a n-t h o p a n a x s e n t i c o s u s)等。林下草本主要有羊胡苔草(C a r e x c a l-l i t r i c h o s)、柴胡(B u p l e u r u m s c o r z o n e r i f o l i u m)等。该类型易燃地

被物较多,地表枯落物层厚而疏松,密实度小。综合立地条件及该类型可燃物的特点分析,该类型属于易燃级的类型。

表3　可燃物类型等级划分

阻尼系数K

等级类型级植被及地物类型

1.0易燃级1柞木黑桦林

2草甸

3红松樟子松人工林类

0.7可燃级4白桦林

5山杨林类

0.4难燃级6落叶松人工林类

7水曲柳林类

白桦林类　多分布于山坡的中下部,各个坡向、坡度均有分布,生境中性偏湿润。树种以白桦(B e t u l ap l a t y p h y l l a)为主,混生树种有蒙古栎(Q u e r c u s m o n g o l i c a)、枫桦(B t t u l a c o s t a-t a)、山杨(P o p u l u s d a v i d i a n a)、色木(A c e r m o n o)等,有时形成纯林。灌木有白丁香(S y r i n g ao b l a t a v a r)、刺五加(A c a n t h o-p a n a x s e n t i c o s u s)、忍冬(L o n i c e r aj a p o n i c a)等。林下草本主要有苔草、蕨类等,种类较多。该类型易燃地被物较少,枯落叶质轻、疏松,密实度较小,属于可燃级类型。

山杨林类　位于山坡的中上部,坡度较缓,生境中性偏干燥。树种以山杨(P o p u l u s d a v i d i a n a)为主,混生树种有白桦(B e t u l ap l a t y p h y l l a)、蒙古栎(Q u e r c u s m o n g o l i c a)等。灌木以榛子(C o r y l u s h e t e r o p h y l l a)、绣线菊(S p i r a e as a l i c i f o l i a)、忍冬(L o n i c e r aj a p o n i c a)为主。林下草本有毛缘苔草(C a r e x c a m p y-l o r h i n a)、蕨类、蚊子草(F i l i p e n d u l ap a l m a t a)等。地表枯落叶质轻、疏松,密实度较小,该类型由于立地条件干燥,常引起火灾,属于可燃级类型。

水曲柳林类　分布于溪旁与沟谷地带,坡度平缓,生境潮湿。树种以水曲柳(F r a x i n u s m a n d s h u r i c a)为主,混生有胡桃楸(J u g l a n sm a n d s h u r i c a)、春榆(U l m u sj a p o n i c a)、黄波罗(P h e l l o d e n d r o na m u r e n s e)等。灌木有白丁香(S y r i n g ao b l a t a-v a r)、刺五加(A c a n t h o p a n a xs e n t i c o s u s)、杜鹃(C u c u l u sp o l i o-c e p h a l u s)等。林下草本主要有蕨类、小叶芹(A e g o p o d i u m a l p-e s t r e)、山茄子(B r a c h y b o t r y s p a r i d i f o r m i s)、蚊子草(F i l i p e n d u l a p a l m a t a)等。地表枯落叶较薄,密实度中等。由于该类型所处的立地条件湿润,一般不易发生火灾,属于难燃级类型。

落叶松人工林类　为人工营造的纯林,已经郁闭成林,一般位于山的中下部,生境较潮湿。林下有少量灌木和杂草。地表可燃物载量在各可燃物类型中为最大。地表枯落叶很厚,但落叶松针叶颗粒小,含脂量少,排列紧密,密实度大,潮湿,因而极不易燃,属于难燃级类型。

红松樟子松人工林类　该类型也是营造的纯林,一般分布在山的中上部,郁闭度大,林内灌木和杂草较少。地表枯枝落叶层疏松,密实度小,而且枝叶富含油脂,极易燃,不仅容易发生火灾,而且地表火容易上升为高强度树冠火。属于易燃级类型。

草甸类　该类型可燃物分布于林间空地、沟塘、低平地,生境比较潮湿。但植被多为禾本科、莎草科等一年生草本组成,防火期干枯直立,雨后在全光照下干燥快,属易燃级类型。

2.4　地形阻尼系数

森林火灾在蔓延过程的速度与地形坡度有很大关系。上山火要比下山火快,且坡度越大蔓延速度越快。根据王正非先生的实验数据,可确定王正非林火蔓延模型中阻尼系数

,如表4所示。

第9期毛学刚等:基于G I S模型的林火蔓延计算机仿真

表4　地形阻尼系数

下山火

坡度/(°)阻尼系数K 2

上山火

坡度/(°)阻尼系数K 2

-42～-380.0738～4217.50-37～-330.1333～3710.10-32～-280.2128～326.20-27～-230.3223～274.10-22～-180.4618～222.90-17～-130.6313～172.10-12～-80.83

8～121.60-7～-30.903～71.20

-2～21.00

3　林火蔓延模拟算法分析与选择

3.1　边界插值算法

边界插值算法基于栅格数据,它对于火场边界的计算是通过插值的方法来实现,它只计算从初始火点出发的8个方向,森林起火后,火源点向8个方向蔓延,分别为正东、正南、正西、正北和东南、东北、西南、西北。设火点的位置为行列号(i 0,j 0

),各方向上只计算从火源点出发的该方向上的栅格,其余栅格不计算。当各方向上的计算时间超过给定的林火蔓延时间时,就停止计算,并记录下各方向的栅格行列号,再反映到具体地形上,则可得到火场状况的直观表示,再依据这8个终结点进行插值运算,形成封闭的火场边界。3.2　边界外延算法

边界外延算法从火蔓延所具备的两个特性(时间和空间)出发来考虑,在假设没有二次燃烧等情况下,林火表现为从已燃区向未燃区延烧的性质,它反映为林火在地理位置上的变化和时间的延续上,林火燃烧的路径总是遵循在诸多可到达的路径中选择最快到达的那一条,因此,它的路径并不一定是空间上的最短路径。边界外延算法也是基于栅格数据的蔓延算法,实施此算法的步骤是:记录每次加入一新的起燃栅格后形成的林火边界,在可蔓延边界相邻栅格集合中,搜索其各方向上所需时间最短的栅格,并以此栅格作为下一个引燃栅格;对此栅格进行林火边界的判断,同时对该栅格的加入所导致的原有边界集合的变动作调整,然后再进入下一步循环,直至满足模拟时间为止。3.3　迷宫算法

迷宫算法以栅格数据为基础,以火点为起点,从正东起沿顺时针方向,其八方邻位可表示为:E 、S E 、S 、S W、W、N W、N 、N E 。每一点向外扩散有8个方向的选择,如图2所示。从正东开始,沿顺时针方向检测,每探测到某一方向,计算累积时间∑t 。若∑t 小于给定的扩展蔓延时间T ,且该方位没有走过或是原先累积时间大于∑t ,就沿此方向走一步,并记下所走的路径和方位,存放在堆栈或库中,同时将累积时间修改为∑t ,累积时间可用二维数组存放,初值置为零。如果探测到某一方位四周的∑t 值均大于或等于T ,则退回一步重新检测下一个方位,当初始火点四周的8个方位都已检测完毕,则蔓延过程结束。最终二维数组中所存放的累积时间∑t 均小于给定的扩展蔓延时间T ,则此时存放在堆栈中的所有点集就是满足条件的像元集合,它们所形成的集合反映在图像当中就是模拟的火场。3.4　算法的选择

边界插值算法不考虑蔓延过程中每个起燃栅格向8个邻格蔓延的可能,因而计算较简单,但是此算法人为地简化了林

火蔓延的复杂性,对于大范围的地形变化较复杂的地区,林火

蔓延算法就显得较粗糙。边界外延算法计算量大,主要体现

在排序、查找方面,可以通过减少这方面的计算量而达到提高速度的目的。边界外延算法与迷宫算法的结果完全一样,但从编程的角度看,迷宫算法较易实现,而且速度不是很慢,所以在文中采用迷宫算法。

图2　林火的蔓延方向

4　林火蔓延的计算机仿真与实现

林火蔓延的计算机仿真主要分为4个步骤:第一、建立林火蔓延的空间背景数据库,其空间背景数据库包括可燃物类型数据、坡度数据、高程数据,并且它们要以栅格数据形式存储,因为文中研究的林火蔓延仿真基于栅格数据结构;第二、把王正非的数学林火蔓延模型转换为计算机模型;第三、根据输入的起火点的位置坐标,蔓延时间、风速及方向,在背景数据库之上对火场扩展进行动态模拟显示;第四、计算林火的蔓延面积及火线周长等数据。具体流程如图3所示。

图3　火场蔓延的计算机仿真流程

4.1　试验区空间背景数据库的建立

采用栅格数据进行林火蔓延模拟仿真,即将G I S 中所输入的矢量的图形数据(地形图、林相图等)转换成栅格数据,因此,模拟的过程就是对所有的栅格点处理的过程,每个栅格点所代表的长和宽(分辨率)越小,模拟的精度越高。考虑到数据的处理及计算机计算的速度,每一图形数据的栅格化都采用30m×30m 栅格精度。试验区背景数据库的建立主要需要3种专题数据分别为高程数据、坡度数据、可燃物类型数据。其中:前两种专题数据是利用现有的帽儿山数字等高线数据,通过A r c V i e w 的3D 扩展模块生成;可燃物类型数据通过帽儿山数字林相图进行再分类获得,并将可燃物类型数据转化为G R I D 栅格形式存储。文中所应用到的数据如表5所示。

表5　栅格数据

名　称数据格式数据类型描　述V e g e t a t i o n E S R I G R I D I N T E G E R 可燃物类型数据

E l e v a t i o n E S R I G R I D I N T E G E R 高程数据S l o p e

E S R I G R I D

I N T E G E R

坡度数据

40 东　北　林　业　大　学　学　报第36卷

4.2　林火蔓延速度的计算

在进行蔓延计算前,需要先形成速度图文件,在林火蔓延的计算机仿真中最基本的是林火的蔓延速度,通过速度图文件,可以直观地得到可燃物蔓延速度的情况。形成速度图,具体来说,是对通过G I S 获得的各种数据(可燃物类型数据、高程数据和坡度数据)逐点进行处理,通过栅格的行列号得到栅格图像上与行列号相对应的点的属性值,如可燃物类型、高程、坡度等信息,然后根据所选王正非蔓延模型并考虑实时参数,如发生火灾时的风向、风速等信息计算出该点的林火蔓延速度,并将此速度值赋给该点,这样形成的点集合在蔓延模拟中用作中间调用数据,称为速度图。速度图的生成由V i s u a l C ++6.0编程实现。4.3　林火蔓延动态显示

林火蔓延的动态显示是林火蔓延仿真中最关键的一步,主要利用V i s u a l C++6.0编程实现,其主要过程为:第一、从背景数据库中读入可燃物类型和高程数据;第二、根据输入的风向、风速参数,利用王正非林火蔓延模型计算出林火的蔓延速度;第三、将计算结果在空间背景数据库上输出。动态模拟不同风向、风速的结果,如图4所示

。

图4　不同风速和风向的林火蔓延

5　结论与展望

从林火蔓延的研究看,目前要做到精确的预测还比较困难,因为不管用何种方法,都回避不了对可燃物、气象和地形等因素的考虑,因而,火场蔓延模型的建立非常重要。文中结合帽儿山的实际情况建立了火行为的蔓延模型,并以V i s u a l C++6.0为主要可视化开发厂具,采用先进的C O M 技术,成功地实现了基于G I S 模型的林火蔓延计算机仿真。

目前的林火蔓延模型都是针对林火的始发阶段,今后对森林大火和特大火的模型研究将成为重点。林火蔓延模拟的研究也将向三维、立体的方向发展。随着对林火研究的深入,也出现了一些新的林火研究方法,如突变理论[9]、元胞自动机模拟林火蔓延[10]、统计物理学方面的渗透理论[11]、分形理论[12]等,它们与计算机技术的结合必将对林火蔓延的研究做出贡献。

参　考　文　献

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第9期毛学刚等:基于G I S 模型的林火蔓延计算机仿真

模型设计与制作课程总结

模型设计与制作课程总结－论明清家具的结构二O一四年四月二十五日目录 1 前言 (4) 2 模型设计与制作技巧与方法 (4) 手工艺品设计与制作 (4) 设计思路 (4) 材料与工具选择 (4) 制作过程 (5) 小结 (5) 卡纸建筑模型设计与制作 (6) 设计思路 (6) 材料与工具选择 (6) 制作过程 (6) 小结 (7) 石膏产品模型设计与制作 (8) 设计思路 (8) 材料与工具选择 (8) 制作过程 (8) 小结 (9) 木质家具模型设计与制作 (9) 设计思路 (9) 材料与工具选择 (9) 制作过程 (9) 小结 (10) 3明清家具结构的分析 (10) 文献解读 (10)

案例分析 (11) 见解与分析 (12) 4模型设计与制作课程结 (12) 在专业学习中的作用与地位 (12) 对该课程的建议 (12) 心得与体会 (13) 5参考文献 (13) 1.前言模型作为设计理念和形态的表达，由二维的设计方案转化为三维的实施模型，使设想变成现实，是产品的立体表现技法，模型的制作能直观立体的体现设计师的设计想法[1]。模型的设计与制作，就是根据设计的图纸，按一定的比例微缩制作，要求制作材料的相似，特别注重细节，同时在制作方面注重精细，完整。模型制作的精细非常重要，才能保证实体的顺利制作。同样，模型也是适用于展示，收藏的艺术品。由此可见，模型的制作对于设计创造非常重要。 2. 模型设计与制作技巧与方法手工艺品设计与制作设计思路对于手工艺的制作，我选择了一个我较为熟悉的乐器，二胡。整体看来，二胡的结构还是较为简单的，大体上由琴筒、琴杆、琴头、琴轴、弓子和琴弦等部分组成，还有千斤、琴马等细小部分。可以按照一比三的比例作一个缩小版二胡。底盘由400mm*300mm*15mm的长方体构成。如图

模型设计与制作课程标准

模型设计与制作课程标准 Prepared on 22 November 2020

《模型设计与制作》课程标准学院浙江农业商贸职业学院系部艺术设计系教研室环艺设计教研室教师许灿《模型设计与制作》课程标准【课程名称】模型设计与制作【适用专业】高等职业学校会展策划与管理（广告与会展方向）专业一、前言（一）课程性质《模型设计与制作》是会展策划与管理专业（广告与会展方向、展示设计）开设的一门专业课，该课程主要包括运用各种材料进行进行会展模型制作，通过学习让学生掌握会展模型制作的过程和方法，掌握设计软件和雕刻机的使用方法，以及熟悉各种模型制作的材料。（二）课程设计思路本课程的总体设计思路是，打破传统学科课程以知识为主线构建知识体系的设计思路，采用以项目操作的实际工作任务为引领，通过任务整合相关知识和技能来设计该课程。本课程的相关工作任务是通过构想、草图、效果图、制作模型等手段来展示成果，模型更是表现空间设计的直接手段。通过本课的学习掌握模型在设计活动中的作用与意义，及其制作的正确方法和过程。在实践过程中培养独立思维，提出问题和解决问题的能力。为更深入的研究所设计空间提供新的途径和构思表现的方法，为设计的推敲与完善提供技术支持。本课程教学活动的设计，以培养学生动手操作能力为主线，从而提高学生的直观感受力及创新设计能力。二、课程目标在教学中通过理论与实践的训练，使学生懂得学习模型制作的作用与意义，理解并掌握模型制作的基本原理和方法，提高学生对三维空间设计的形态、知识的理解和掌握，培养学生模型制作的基本原理与三维空间表现设计的能力，继而培养学生的创新意识和审美情趣，为专业设计的学习打下扎实的基础。

04基于遥感图像的林火蔓延模型的研建

第29卷增刊22007年8月北京林业大学学报JOURNAL OF BEIJING FORES TRY UNIVERSITY Vol.29,Supp.2Aug.,2007 收稿日期:2007 01 16http: https://www.wendangku.net/doc/963195375.html, 基金项目:国家自然科学基金项目(90302014). 第一作者:李勇,博士生,副教授.主要研究方向:3S 技术应用.电话:010 ******** Email:liyong1968ly@https://www.wendangku.net/doc/963195375.html, 地址:100083北京林业大学111信箱. 责任作者:冯仲科,博士,教授,博士生导师.主要研究方向:3S 技术应用.电话:010 62337963 Email:fengzhongke@https://www.wendangku.net/doc/963195375.html, 地址:同上.基于遥感图像的林火蔓延模型的研建李勇1 冯仲科1 王维2 葛斌 3 (1北京林业大学测绘与3S 技术中心 2沈煤集团 3铁煤集团) 摘要:为了更好地研究林火的发生、发展规律,人们通过实验、观测等手段获取数据建立林火蔓延和预测模型.该文基于对林火的研究,从MODIS 数据出发,利用遥感图像的数据融合技术进行图像的增强,从融合后的图像获取建模数据序列,采用灰色理论来建立林火蔓延和预测模型.该模型具有建模简单,模型的通用性强,建模数据获取容易并有利于推广.从建立的灰色模型看,预测相对误差小于1%的占50%,预测相对误差小于5%的占25%,预测相对误差在5%~10%的占25%. 关键词:遥感,数据融合,灰色理论,林火,蔓延模型,预测模型中图分类号:S762 文献标识码:A 文章编号:1000 1522(2007)增刊2 0093 05LI Yong 1;FENG Zhong ke 1;W ANG Wei 2;GE Bin 3 .Establishment of forest fire spreading model based on the remote sensing image .Journal o f Beijing Forestry U niversity (2007)29(Supp.2)93 97[Ch,10ref.]1Institute of GI S,RS &GPS,Beijing Forestry University,100083,P.R.C hina;2Shenyang Coal Trade Group,110122,P.R.China; 3Tiefa Coal Trade Group,Tiefa City,Liaoning Province,112703,P.R.China. To improve the study on the development of forest fires,the forest fire spreading model was established through the e xperiments and observation data.Based on the MODI S data,this study obtained data sequence from the enhanced image with fusion technology,then established the spreading and predicting model of forest fires through the integration of Grey Theory.The model has many characters:the process of modeling is simple,data are easy to get,the strong applicability makes it can be used in more fields.By the analysis,half of the predicted relative error was less than 1%,25%was less than 5%,and 25%was 5%-10%.Key words remote sensing,data fusion,Grey Theory,forest fire,spreading model,forecasting model 森林火灾属于世界性、跨国性的自然灾害,对森林的破坏性极大、危害极深,造成的经济损失相当严重.据粗略统计,在2000年以前世界每年发生火灾约22万次以上,烧毁各种森林达640多万hm 2 ,约占全球森林总面积的0 23%以上. 我国森林资源较为贫乏,森林覆盖率约为18 21%,森林大火每年都有发生,损失惨重.建国以来最大的森林火灾发生在1987年5月6日,连续燃烧了28d 的大兴安岭特大火灾,过火面积101万hm 2 ,死亡193人,财产损失5 6亿元.建国以来我国每年烧林面积相当于建林面积的1 3左右,森林火灾情况触目惊心. 在森林生态效益突出的今天,研究林火、认识林火,才可以使我们更好地预防林火的发生,降低林火对森林的危害,减少国家和人民生命财产的损失,因此有必要对林火进行研究. 1 数据获取及处理本文基于遥感图像作为数据源,建立林火的蔓延模型.通过对林火模型的研建,找到林火蔓延的规律,为林火的预测和扑救做好技术支持.在研究过程中,选取EOS MODIS 图像作为研究的对象,利用遥感数据的融合技术,提取建立林火蔓延模型的第一手数据,利用灰色理论来建立林火蔓延模型.图1是

基本模型机设计及实现

基本模型机设计及实现文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]

课程设计任务书课程名称：计算机组成原理设计题目：（共3个课题，最多3人一组，每组任选一题） 1.基本模型机设计与实现； 2.带移位运算的模型机的设计与实现； 3.复杂模型机的设计与实现。已知技术参数和设计要求：内容和技术参数：利用所学过的理论知识，特别是微程序设计的思想，写出要设计的指令系统的微程序。设计环境为TDN－CM＋计算机组成原理教学实验系统，微机，虚拟软件。将所设计的微程序在此环境中进行调试，并给出测试思路和具体程序段。最后撰写出符合要求的课程设计说明书、完成答辩。 1.基本模型机设计与实现指令系统至少要包括六条不同类型指令：如一条输入指令，一条减法指令,一条加法指令，一条存数指令，一条输出指令和一条无条件转移指令。 2. 带移位运算的模型机的设计与实现在基本模型机的基础上增加左、右循环和左、右带进位循环四条指令 3. 设计不少于10条指令的指令系统。其中，包含算术逻辑指令，访问内存指令，程序控制指令，输入输出指令，停机指令。重点是要包括直接、间接、变址和相对寻址等多种寻址方式。以上数据字长为8位，采用定点补码表示。指令字长为8的整数倍。微指令字长为24位。

具体要求： 1、确定设计目标确定所设计计算机的功能和用途。 2、确定指令系统确定数据的表示格式、位数、指令的编码、类型、需要设计哪些指令及使用的寻址方式。确定相对应指令所包含的微操作。 3、总体结构与数据通路总体结构设计包括确定各部件设置以及它们之间的数据通路结构。在此基础上，就可以拟出各种信息传输路径，以及实现这些传输所需要的微命令。综合考虑计算机的速率、性能价格比、可靠性等要求，设计合理的数据通路结构，确定采用何种方案的内总线及外总线。数据通路不同，执行指令所需要的操作就不同，计算机的结构也就不一样。 4、设计指令执行流程数据通路确定后，就可以设计指令系统中每条指令所需要的机器周期数。对于微程序控制的计算机，根据总线结构，需考虑哪些微操作可以安排在同一条微指令中，哪些微操作不能安排在同一条微指令中。 5、确定微程序地址根据后续微地址的形成方法，确定每个微程序地址及分支转移地址。 6、微指令代码化根据微指令格式，将微程序流程中的所有微指令代码化，转化成相应的二进制代码写入到控制存储器中的相应单元中。

森林火灾蔓延研究新进展

森林火灾蔓延研究新进展【摘要】我国的年均森林火灾次数和受害面积都很严重，森林火灾突发性强、破坏性大、处置救助较为困难，严重地制约着现代林业的可持续发展。森林火灾的预测预报是森林防火工作中最重要的一环，本文在分析林火行为的基础上，阐述了国内外几种经典的林火蔓延模型及其优缺点和适用范围，分析了国内外林火蔓延模型的发展状况，并着重介绍了目前最新提出的基于离散事件驱动的林火蔓延模型，最后对未来林火蔓延发展的趋势进行了展望。【关键词】森林火灾;林火蔓延模型;离散事件 1.引言森林火灾，是指失去人为控制，在林地内自由蔓延和扩展，对森林、森林生态系统和人类带来一定危害和损失的林火行为，其突发性强、破坏性大、处置救助较为困难，森林火灾严重地制约着现代林业的可持续发展。森林火灾会产生大量烟雾，污染环境;大量二氧化碳与水发生化学反应，严重污染水环境，严重破坏了全球的生态平衡，使已经很脆弱的地球生态环境进一步恶化。据联合国粮农组织报告，近年来森林火灾发生的频率和规模十分反常，已远超过自然界的自我调节范围，对人类、环境和经济造成了前所未有的危害。森林火灾的预测预报是森林防火工作中最重要的一环，因此加强森林火灾的预测预报成为森林防火工作必须面对的一个重要问题，对各级政府做好森林消防决策，最大限度地减少森林火灾造成的损失，具有极其重要的作用。林火蔓延是一种林火行为，与火灾预防、扑救等工作密切相关。林火行为是指森林可燃物在点燃后，所产生的火焰和火蔓延以及发展过程的特征，亦即是林火发生、发展，直至熄灭的全过程中着火、蔓延、能量释放、火强度、火灾种类等特征的综合。林火蔓延模型是林火行为研究的一个主要方面，受可燃物、火环境（气象、地形和植被）和火源条件的制约和控制，量化的林火蔓延模型多是在各种简化条件下，运用数学方法进行处理，导出蔓延速度与各种参数，诸如可燃物的理化性质、地形、气象因子等之间的定量关系式，供人们利用这些关系式去预测要发生的林火行为，从而指导扑火工作，进行日常的林火管理等。根据模型建立的方法以及对林火蔓延本质的认识程度，模型可分为统计模型、半物理模型、物理模型三类[6]。统计模型不涉及任何物理机制，纯粹从统计的角度来描述火行为，该方法把有多个变量相互关系的复杂问题，在形式上作简单的处理，因建立在大量实际森林火灾和计划火烧的资料基础上，资料充足，有可靠的置信度，故公式计算结果与实际情况基本符合。物理模型最先是由Fons提出来的，他的模型将燃料床理想化了，并且认为

模型设计与制作课程总结

模型设计及制作课程总结－论明清家具的结构二O一四年四月二十五日

目录 1 前言 (4) 2 模型设计及制作技巧及方法 (4) 2.1手工艺品设计及制作 (4) 2.1.1设计思路 (4) 2.1.2材料及工具选择 (4) 2.1.3制作过程 (5) 2.1.4小结 (5) 2.2卡纸建筑模型设计及制作 (6) 2.2.1设计思路 (6) 2.2.2材料及工具选择 (6) 2.2.3制作过程 (6) 2.2.4小结 (7) 2.3石膏产品模型设计及制作 (8) 2.3.1设计思路 (8) 2.3.2材料及工具选择 (8) 2.3.3制作过程 (8) 2.3.4小结 (9) 2.4木质家具模型设计及制作 (9) 2.4.1设计思路 (9) 2.4.2材料及工具选择 (9) 2.4.3制作过程 (9) 2.4.4小结 (10) 3明清家具结构的分析 (10) 3.1文献解读 (10) 3.2案例分析 (11) 3.3见解及分析 (12) 4模型设计及制作课程结 (12)

4.1在专业学习中的作用及地位 (12) 4.2对该课程的建议 (12) 4.3心得及体会 (13) 5参考文献 (13) 1.前言模型作为设计理念和形态的表达，由二维的设计方案转化为三维的实施

模型，使设想变成现实，是产品的立体表现技法，模型的制作能直观立体的体现设计师的设计想法[1]。模型的设计及制作，就是根据设计的图纸，按一定的比例微缩制作，要求制作材料的相似，特别注重细节，同时在制作方面注重精细，完整。模型制作的精细非常重要，才能保证实体的顺利制作。同样，模型也是适用于展示，收藏的艺术品。由此可见，模型的制作对于设计创造非常重要。 2. 模型设计及制作技巧及方法 2.1手工艺品设计及制作 2.1.1设计思路对于手工艺的制作，我选择了一个我较为熟悉的乐器，二胡。整体看来，二胡的结构还是较为简单的，大体上由琴筒、琴杆、琴头、琴轴、弓子和琴弦等部分组成，还有千斤、琴马等细小部分。可以按照一比三的比例作一个缩小版二胡。底盘由400mm*300mm*15mm的长方体构成。如图 1.1 图1.1 二胡 2.1.2材料及工具选择主要材料，牙签，一个和琴筒类似的塑料材质的空心圆柱体，废纸来做琴杆，硬卡纸，琴弦由白线制成，底盘则由卡纸制成。工具上需要，剪刀，直尺，美工刀，双面胶，U胶，胶水等。 2.1.3制作过程

利用元胞自动机作用域构建林火蔓延模型

第36卷第5期2011年5月武汉大学学报#信息科学版 Geo matics and Informat ion Science of W uhan U niver sity V ol.36N o.5M ay 2011 收稿日期:2011-03-15。项目来源:国家自然科学基金资助项目(40871179)。文章编号:1671-8860(2011)05-0575-04文献标志码:A 利用元胞自动机作用域构建林火蔓延模型王海军1 张文婷1 陈莹莹1 贺三维1 (1 武汉大学资源与环境科学学院,武汉市珞喻路129号,430079) 摘要:在现有的基于元胞自动机的林火蔓延模型的基础上,提出了元胞作用域的概念,将元胞自身属性与外界影响通过作用域的概念归纳为一个整体。建立的基于元胞作用域的林火蔓延模型不仅包括中心元胞的属性,如可燃物类型、气温等,还将邻居元胞的点燃系数、距离系数、风作用项及地形作用项纳入考虑范畴,其中距离系数以基于地图代数的障碍距离为基础,地形作用项则以DEM 为基础求取。模拟结果表明,基于元胞作用域的林火蔓延模型能够真实地反映现实世界林火蔓延的过程。关键词:元胞作用域;地图代数;元胞自动机;林火蔓延模型;数字高程模型中图法分类号:P208 元胞自动机(cellular autom ata,CA)是一种时间、空间及状态都离散,能模拟具有时空特征的动态系统[1]。随着研究的深入,CA 被越来越多的学者用来模拟和预测森林火灾扩散[1-5]。现有的基于CA 的林火蔓延模型对系统中的某一方面进行了深入研究,却未从系统整体考虑。本文综合地理空间的元胞自身属性[6-11] 及外界影响因素,提出了元胞作用域的概念,构建了基于CA 的符合现实世界复杂性规律的林火蔓延模型。 1 模型建立元胞空间、元胞邻居、元胞状态、中心元胞和邻居元胞属性及转换规则的确定构成了林火蔓延模型的基本框架。本文所提出的作用域为广义作用域,不仅取决于元胞自身属性,同时也考虑了外界对中心元胞所产生的影响。1.1 点燃系数元胞状态从简单的/正在燃烧0扩展到/初燃0、/火势旺盛0、/接近燃尽0三种子状态。这里认为,只有处于/火势旺盛0状态的元胞有能力点燃中心元胞;而处于/初燃0和/接近燃尽0状态的元胞由于火势较小,点燃中心元胞的可能性较小。1.2 距离系数传统的二维CA 邻域包括Neumann 型、 Mo ore 型及扩展的M oo re 型三种。对任何一种邻居类型而言,相同状态的邻居元胞位于不同位置对中心元胞下一时刻状态s i,j (t +1)的影响程度是不同的。影响程度的大小应遵循距离越远、影响程度越小的基本原则。因此,本文引入基于地图代数[11] 的距离系数的概念,采用距离系数对邻居影响进行精确刻度。在距离系数的求取中,最关键的是邻居距中心元胞距离的确定。在实际的林火蔓延过程中,往往存在天然或人工的障碍,欧氏距离[12,13]将无法衡量两点间的实际距离,故本文引入障碍距离的概念来定义中心元胞与其邻居元胞之间的距离dis (i 1,j 1)。 1.3 风作用项及风作用系数1.3.1 风作用项目前,国内比较先进的林火蔓延速度V 的计算方法是王正非 [14] 提出的: K W =e 0.1783V (1) 上式仅表达了沿风方向的风作用项K W 。当蔓延方向与风向存在夹角时,应对/风0进行分解。定义蔓延方向与风向之间的夹角U 为自蔓延方向向风向顺时针所夹的角。以标准M oore 型邻居为例,在蔓延过程中,存在8个蔓延方向,则各方向与主风向存在一个夹角U ,通过三角函数将风分解至8个蔓延方向

森林火灾——蔓延趋势仿真数学

森林火灾 ——蔓延趋势仿真专业：数学与应用数学姓名：XXX 指导老师：XXX 1.引言森林是陆地生态系统的骨干因子，也是一种宝贵的自然资源。森林和草地约占路标表面的三分之一。大约两亿年前。地球上由于气候湿润，温度适宜，才出现了无边无际的森林，以乔木和灌木为主体的绿色植物通过光合作用，吸收二氧化碳，吐出氧气，把原来大气中占90%的二氧化碳逐渐减少到3%，把原来大气中几乎没有的氧气使其含量上升到21%，这为生物和人类的生存创造了条件。然而今天森林和其他重要资源一样，并不是取之不尽用之不竭的。由于人类活动的日益增多，森林火灾发生的越来越频繁，毁掉了大片原始森林。全世界每年发生森林火灾80余万次，受灾面积达几万公顷，约合森林总面积的1.0%，火灾毁灭了数百万公顷的热带雨林，严重破坏了全球的生态平衡；森林火灾增加了大气中二氧化碳的含量，进而导致气温升高，严重的森林火灾还会引起土壤的荒漠化，并对全球经济产生影响。在这种背景下林火蔓延仿真技术应运而生，而且成为森林保护事业中不可缺少的一部分。目前，常用的林火蔓延模型有两种，一种是连续型的波动传播模型，一种是离散型的邻接单元模型。邻接单元模型是一种自动机模型，它将地表分成许多相互邻接的小单元，把火灾地表上的连续蔓延看做相邻单元之间的离散式点到点的“传染”，用一张表（时序表）保存火灾刚刚传播到每个单元的时刻，即每个单元对应一个火灾到达时期。波动传播模型是每隔一个指定时间间隔逐个时刻的计算出火场边界，将某一时刻火场边界上的点看做独立点源（着火点），在一定时间间隔内，将这一时刻以及这些点上的火灾环境参数视为近似不变的，根据这些参数，用火行为模型和过火区模型计算出一系列小的过火区形状，这一系列过火区的外包线即为下一时刻的火场边界。其中，邻接单元模型无需拓扑关系运算，效率和可靠性较高，但没有利用过火区形状模型，而直接在火行为模型基础上来模拟传播过程。波动传播模型作为一种连续模型有着离散模型没有的复杂性又可能形成火场和未燃区域相互多重嵌套的复连通区域，使拓扑运算繁琐。计算可靠性问题突出为了弥补这些不足，本文建立了火场蔓延的椭圆模型。本文分为五部分来完成数学模型的建立和计算机仿真工作。第一部分为引言，介绍了森林资源的现状和目前两种常用模型的优点。第二部分介绍了影响林火蔓延的因素，分析出这些因素是怎样影响林火蔓延的，为第三部分建立数学模型做准备。第三部分是建立数学模型，分为以下几个步骤完成：1、求出林火蔓延的速度；2、求出火场面积；3、求出火场火线长度；4、求出火场面积和火线长度的瞬时增加量；5、仿真出火场面积、火线长度和火场蔓延趋势。第四部分对模型合理性进行分析。第五部分对全文进行总结。 2.影响林火蔓延的因素当林区某处起火时。在理想状态下（没有风等外部因素影响的情况下），火势将以着火点为圆心，向四周呈圆形扩散，而现实生活当中火灾发生时往往会受到诸多外部因素的影响，其中最主要的有：（1）燃料类型；（2）风速及其变化；（3）相对于火场的森林地形情况。由于森林可燃物是森林燃烧的物质基础。森林中所有有机物质均属于可燃物，如平铺针

基于GIS模型的林火蔓延计算机仿真_毛学刚

模型设计与制作课程总结

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森林火灾——蔓延趋势仿真 数学

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