窄带水平集法下林火蔓延仿真研究

火焰锋面的追踪是建立林火蔓延模型及预测锋面位置的关键环节。基于水平集法追踪锋面具有求解灵活稳定、易于处理锋面拓扑结构变化的特点。针对传统水平集法重新初始化过程复杂、计算量较大的问题,根据距离函数定义,提出通过形态学膨胀的方法以锋面点为圆心向外膨胀,获得锋面附近窄带内每个点距离锋面的最近距离,重建窄带内的水平集函数,物理意义明确,有效减小了计算量,在此基础上基于林火速度场经验模型模拟了单火源及双火源的锋面蔓延情况。结果表明,该方法能够有效模拟坡度、风速等因素对火焰锋面的影响,为其在林火蔓延模型中的应用提供了基础。     

基于图像的火焰锋面法向速度场测量研究

火焰锋面是火焰的重要组成部分,反映了火焰的燃烧特性。针对传统方法测量火焰锋面速度场分辨率较低的问题,提出来了基于图像法测量火焰锋面法向速度场的方法。使用高速相机拍摄了多帧连续图像,提取火焰锋面,通过最小二乘法拟合锋面的切线,从而计算出每个点的法向速度,并进一步分析了火焰振荡的性质。实验表明该方法能够有效测量双瓦楞纸板产生的火焰在不同时刻的速度场,具有高分辨率、全场测量的特点,为其进一步推广提供了实验基础。     

山地林火蔓延模型的研究

建立了有风速有坡度条件下的林火蔓延模型,并进行了模拟山丘条件下的数值计算和实验模拟。通过对计算结果和实验结果的分析比较,获得了模拟山地条件下的一些流场变化规律,为进一步预测林火行为为奠定了基础,同时也证明了采用该模型的必要性。     

基于计算机图形技术的林火蔓延模型

目前用于模拟林火蔓延的模型主要是相邻单元模型和波传播模型,他们的优缺点具有明显的互补性.本文基于计算机图形技术,考虑已有模型的优点,设计了一个新的蔓延模型.本文介绍了新模型的设计方案与实现方法,以及影射变换,拓扑关系的解决方案.研究了它们的优缺点以及火线的失真等问题.通过理论分析和案例研究,新模型大大改进了林火蔓延的计算机模拟过程,因此本模型可不受地理环境和火行为复杂性的限制,提供林火发展的实时全景图象.     

山地火蔓延过程的三维模拟

本文以林火蔓延的模型为基础,运用OpenGL图形渲染的技术,考虑实时的地形坡度和风向,动态的显示实时火场边界,通过巧妙地将林火蔓延模型转变为计算机中的数据结构,结合粒子系统,在计算机上三维模拟重现了由单个火源引发的林火蔓延过程。这对于林火的辅助应急决策,有效地组织扑救,减少火灾损失,计算火灾引起的损失评估具有重要意义。     

WebGIS的森林防火系统的研究与实现

在计算机上对林火蔓延模型进行仿真模拟,为扑救工作提供有效合理的依据,对于防患未然有着积极的意义。以黑龙江塔河林区为研究对象,深入研究了林火蔓延及其三维模拟等相关问题,利用Web技术和地理信息系统技术实时、直观、可交互的特点,建立了基于B／S结构的GIS系统。     

森林火灾灾情快速预判模型

为在火灾发生时进行灾情的快速评估,为消防决策提供参考,提出一种简化的林火蔓延模型。通过遥感影像,获取火灾首日燃火点和火场边界,利用风向、风速和USDA蔓延模型数据库中对应植被类型的蔓延速度,进行林火蔓延计算,预判无干扰状态下的林火蔓延范围,以达到灾情快速预判的目的。通过2006年黑龙江省和2009年中蒙边境特大森林草原火灾案例的分析,结合运用卫星遥感图像对逐天火迹和火点解译的结果,验证该模型的可靠性及适用性。研究结果表明,基于实时遥感影像与气象预报信息,运用简化的林火蔓延模型,并结合林火宏观扩散的特征,能够对火灾灾情的发展进行快速研判。     

集合卡曼滤波算法对FARSITE模型林火蔓延预测的修正效果研究

针对火源位置输入偏差导致的FARSITE林火行为模型火线预测不准确的问题,提出了一种基于集合卡曼滤波算法的动态修正方法。利用FARSITE对复杂工况下的林火蔓延过程进行数值模拟,以火线位置为待修正参量,以均方根误差(RMSE)为评价指标,对算法的可行性进行了验证,并研究了算法的集合元素个数,观测数据标准差及同化频率对FARSITE预测偏差的修正效果的影响。结果表明:算法能显著提高FARSITE火线预测精度;逐时同化时:集合元素个数为5 时,算法的修正效果并不理想,随着集合元素个数增大,样本误差减小,修正效果得到改善,但增大到30以上时, 修正能力的提升就不再明显;观测数据标准差大小与RMSE值呈正相关;给定条件下当同化频率由1 h/次降低至2 h/次,整个模拟时长内的误差仍能得到较好控制,RMSE曲线并不会过快增长。     

由航空影像及DTM测量林火行为的数学模型与方法

本文研究了由航空影像结合数字地面模型（ＤＴＭ）进行森林地表火行为测量的理论与方法提出了利用单像航空影像进行林火蔓延速度，火焰高度，火场面积，周边界长测量的数学模型及图象处理方法，讨论了这些模型在实际应用中应注意的问题，为实时监控森林火灾提供了数学模型与理论基础。     

基于LBM的集中涌出瓦斯在通风网络中蔓延仿真

应用速度-浓度双分布格子Boltzmann模型建立了基于LBM的瓦斯蔓延速度模型和浓度模型,并通过Boussinesq方程将2个模型有机耦合起来.采用基于分块耦合算法的速度-浓度LBM模型将巷道分成若干规则的块,对各块分别独立计算,仅在边界处交换数据,从而去除冗余网格,简化了网格计算,提高了系统资源利用效率.模拟实例结果表明,通过该模型可得到集中涌出瓦斯在通风网络中蔓延的直观信息和其速度、体积分数、压力等大量数据,还可以得到每条巷道内瓦斯体积分数峰值及其个数、位置和到达时间,从而能提供有效避开高浓度瓦斯的方案.集中涌出瓦斯在通风网络中蔓延一段时间后总体体积分数会降低,但是由于某些位置(如巷道拐角、巷道风流交汇处)的风流处于紊流状态,其瓦斯体积分数相对比较高,人员进入矿井时应尽量避免在这些地方停留.     

我国大兴安岭地区森林雷击火发生的火险天气等级研究

借鉴加拿大林火天气指数(FWI)系统,改进其计算方法。利用大兴安岭地区1966-2006年的气象数据,得到历史上雷击火发生时的火险天气指数,统计分析确定我国大兴安岭地区森林雷击火发生的火险天气等级。根据实地采样测定的可燃物的含水率对计算方法进行了验证。通过统计雷击火发生的火灾级别来检验划分雷击火发生火险天气等级方法的合理性。     

公共聚集场所防火设计中的火灾场景设计研究

在对公共聚集场所性能化防火设计的基础上,介绍火灾场景设计的内容和方法,通过对火灾荷载和火灾热释放速率的计算,得到火灾发展的变化情况和热释放速率曲线,进而构建适合公共聚集场所等大空间建筑的火灾设定模型。并应用该计算方法和模型对某超市进行火灾场景设定来确定该火灾场景的最大热释放速率,并对其火灾蔓延可能性进行讨论,为火灾危害性评估以及火灾探测和扑救系统的有效性评估提供依据。     

我国建筑防火性能化设计的研究和应用现状

回顾近10年特别是“十五”以来我国建筑防火性能化设计的研究和应用概况。介绍性能化防火设计在我国引入、吸收和创新的发展历程;通过国内外对比分析,介绍在火灾场景设计、烟气流动与控制、人员安全疏散等方面取得的研究进展;结合我国当前消防安全管理体制,探讨实施性能化防火设计应关注的应用范围、执行流程以及设计资质等几个问题;并从火灾科学和消防安全工程学的基础理论、性能化防火设计的方法与工具、设计规范与技术标准等几方面探讨我国建筑防火性能化设计的发展思路。     

论性能化防火分析中的典型火灾场景方法

火灾场景的设计是性能化防火分析的基础环节。针对可燃物众多、分布不均匀且摆放形式常有变动的大空间建筑,可以使用典型火灾场景的设计方法。在总体阐述的基础上,结合某购物广场火灾场景设定的算例对该方法的原则和步骤进行分析。可以看出,根据火灾荷栽的计算和火灾蔓延可能性的讨论,得到火灾发展的变化情况和热释放速率曲线,能够为之后的工作做好前期准备,同时显著提高这项工作的效率。     

森林地表火行为估算的数学模型

本文在大量室内林火室验的基础上，通过参考ＢＥＨＡＶＥ程序中的数学模型，提出了一整套估算地表火火行为特征量的表达式。为保证求解火蔓延速度的更合理性和具有较高的精度，将风速和坡度对火蔓延速度的影响，采用了矢量叠加的方法进行修正。在假设火场为椭圆面来估算火场状况时，不但考虑了风速对火场形状的影响，还引入折合风达的概念，通过将坡度对火场的作用折合成相应的风速值来修正坡度的影响，与大兴安岭野外试验的结果对比表明，本数学模型定量合理。     

城镇-森林交界域火灾灾害链网络模型构建及风险分析

为确定城镇—森林交界域火灾灾害演化关系及风险特征,预防灾害事件发生,从157个火灾案例中提取43个典型灾害事件,运用灾害链和复杂网络理论,构建城镇-森林交界域火灾灾害链演化模型。使用Python工具对灾害链网络中关键节点、关键边和最短路径分析。结果表明:化工厂爆炸、加油加气站爆炸、城镇火灾、污染水质、污染空气及城市生命线损毁是关键节点,山洪—道路损毁、河流泥沙淤积—山洪、堤坝决堤—山洪、堰塞湖—山洪、森林火灾—城镇火灾是关键边。研究结果可为城镇-森林交界域火灾的防控、断链减灾提供科学依据,具有较高的现实意义。