close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Оценка потенциальных ущербов от лесных пожаров с применением вероятностно-множественного моделирования..pdf

код для вставкиСкачать
Вестник КрасГАУ. 20 11. № 7
МАТЕМАТИКА И ИНФОРМАТИКА
УДК 630.43:004.942
Н.А. Терентьева, Т.Н. Иванилова
ОЦЕНКА ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ УЩЕРБОВ ОТ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ
ВЕРОЯТНОСТНО-МНОЖЕСТВЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
В статье рассматривается подход, использующий вероятностно-множественное моделирование в
оценке возможных ущербов от лесных пожаров.
Ключевые слова: лесные пожары, вероятностно-множественная модель, ущерб, вероятности,
среднемерное множество, м-контур, пирологическая однородность.
N.A.Terentyeva, T.N. Ivanilova
ESTIMATION OF POTENTIAL DAMAGES FROM FOREST FIRES WITH APPLICATION
OF PROBABLITY-SET MODELING
The approach that uses the probability-set modeling to estimate potential forest fire damages is considered
in the article.
Key wоrds: forest-fires, probability-set model, damage, probabilities, average set, M- contour, pyrological
homogeneity.
Введение
Основным фактором негативных последствий лесных пожаров является причиненный ими ущерб. По
виду воздействия лесных пожаров на окружающую среду и человека различают экономические, экологические и социальные ущербы. По характеру влияния на эффективность деятельности человека последствия от
лесных пожаров можно определить как прямые и косвенные. К прямому ущербу относятся выраженные в
стоимостной форме затраты, потери и убытки, обусловленные именно лесным пожаром в данное время и в
данном конкретном месте, а к косвенному – потери и убытки, обусловленные вторичными эффектами.
Для разработки планов мероприятий по ликвидации лесных пожаров требуется наличие средств
оценки характера и уровня воздействия горения на исследуемую территорию к определенному моменту
времени.
В данной работе представлено использование вероятностно-множественного моделирования для
оценивания прямых ущербов от лесного пожара.
Оценка ущербов. В соответствии с инструкцией по определению ущерба, причиняемого лесными
пожарами (утвержденной Приказом Рослесхоза от 3 апреля 1998 г. № 53), суммарный ущерб от лесного пожара включает следующие составляющие [1]:
– стоимость потерь древесины на корню в средневозрастных, приспевающих, спелых
и перестойных насаждениях;
– ущерб от повреждения молодняков естественного и искусственного происхождения;
– ущерб от повреждения ресурсов побочного лесопользования;
– расходы на тушение лесных пожаров, расчистку горельников и пр.;
– стоимость сгоревших объектов и готовой продукции в лесу;
– ущерб от снижения почвозащитных, санитарно-гигиенических, водоохранных и других средообразующих функций леса;
– ущерб от загрязнения воздушной среды продуктами горения;
– ущерб от гибели животных и растений, включая занесенных в Красную книгу Российской Федерации;
43
Математика и информатика
– другие потери.
В расчетах ущерба от лесного пожара используются действующие региональные ставки лесных податей, лесотаксационные и экономические нормативы.
Таким образом, для определения ущербов важно знать объем, качество, количество древесины на
выгоревшей территории, объем возможных затрат для планирования мероприятий по ликвидации пожара.
Перечисленные характеристики требуют знаний о поведении пожара к определенному моменту времени. К
числу параметров поведения лесного пожара относятся: контур лесного пожара, его периметр, выгоревшая
площадь, рассчитанные в заданный момент времени. Методы вероятностно-множественного моделирования позволяют рассчитать эти параметры.
Выбор математической модели. Очевидно, что возникновение и развитие лесного пожара
подвержено влиянию множества случайных взаимодействующих факторов. Не могут быть точно
предсказаны изменения атмосферных явлений, весьма относительна точность измерения используемых в
моделях параметров, практически невозможно в числовых выражениях записать степень взаимодействия
различных лесопирологических характеристик. С другой стороны, для практических мероприятий при
тушении пожара желательно знать, с какой вероятностью огонь достигнет отдельных участков территории.
Это особенно важно для населенных пунктов, ценных участков леса, инженерных коммуникаций и т.п.
Поэтому есть смысл рассматривать вероятностное направление в моделировании распространения лесного
пожара.
Такой подход используется в вероятностно-множественной модели пространственного
распространения лесных пожаров [2]. Модель позволяет прогнозировать среднее геометрическое состояние
пожара, множественные отклонения от средней формы, вероятности достижения и захвата огнем участков
леса.
Распространение пожара на каждый дискретный момент времени моделируется с помощью поля
вероятностей локального распространения из любой точки, принадлежащей зафиксированной
лесопирологической однородности, и нескольких направлений распространения. Эти вероятности
идентифицируются при помощи информации, полученной на основе оперативных данных о реальном
лесном пожаре, или преобразуются из данных о скорости движения кромки пожара, рассчитанной с
помощью других моделей [3]. Располагая вероятностным заданием распространения горения, моделируется
средний контур пожара в произвольный момент времени.
Этапы моделирования распространения лесного пожара можно кратко записать следующими
положениями:
1. Имея в качестве начальных условий карту участка, разделенную на пирологические однородности
(участки, на которых горение происходит одинаково), очаг пожара, наборы вероятностей воспламенения и
распространения, по правилам статистического моделирования вычисляются N реализаций случайных множеств в момент времени t.
2. Используя N реализаций случайных конечных множеств в каждый момент t проводится усреднение по правилам среднемерного моделирования. Результатом является среднемерное множество,
характеризующее средний м-контур лесного пожара в момент t. M-контур – подмножество лесной территории, пройденной и захваченной огнем к данному моменту времени.
Модель позволяет прогнозировать среднее геометрическое состояние пожара, множественные
отклонения от среднего, а также числовые характеристики – такие, как выгоревшая площадь, периметр
м-контура.
Диаграмма IDEF. Результат проектирования процесса определения ущербов представлен на
рисунке 1.
На диаграмме декомпозиции показано, что расчет ущербов от лесных пожаров состоит из двух частей: процессов подготовки исходных данных и моделирования контуров горения программным средством и
расчета стоимости ущербов, выполняемого специалистом на основе данных (контуров горения, площади
выгоревшей территории и статистических характеристик контуров горения), полученных посредством моделирования [4,5].
44
USED AT:
AUTHOR:
DATE: 29.04.2010
WORKING
PROJECT: ôûâ
REV:
DRAFT
26.05.2010
READER
RECOMMENDED
NOTES: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Картограф ическ ая
инф ормац ия о
территории
Скорость и
направление
вет ра
Мет еоданные
и КПО
Вестник КрасГАУ. 20 11. № 7
PUBLICATION
Нейросеть
Мет одика расчета
вероятностей
Исходные
данные
DATE CONTEXT:
A-0
Прирост
площади
пожара
Структурированные
данные выборок
Рассчитать
при рост п лощади
горения
Вероятности
распространения
Карта
однородностей
Подготови ть
исходные
дан ные
0ð.
Мет одики
расчета
ущербов
Вероятностно множественная
мод ель
Инструкции
по
определению
ущербов
Ущ ерб в
стоимостном
выражении
2
Площадь
пожара
0ð.
1
Начальный конт ур
горения
Среднемерный
контур горения
Вероятности
воспламенения
Время
мод елирования
Смоделировать
кон тур горения
0ð.
Так сационное
описание
участка
Специлист-пользоват ель
программ ного средства
Оценить
ущербы
Воз можное
отк лонение от
3
ср.к онтура
0ð.
4
Программ ное
средство
Нейроимитатор
Рис. 1. Диаграмма
декомпозиции процесса «Оценка ущербов от лесных
пожаров»
TITLE:
NUMBER:
NODE:
Âûïîëíèòü ïðîãíîç ðàñïðîñòðàíåíèÿ ëåñíîãî ïîæàðà
A0
Программная реализация. В работе была произведена автоматизация процесса моделирования
контура горения: на вход подаются карты однородностей, вероятности возгорания (предполагается, что они
уже рассчитаны) и данные о метеоусловиях, а результатом расчетов являются площадь охваченной огнем
территории и координаты точек контуров пожара, которые далее используются специалистами для дальнейших расчетов.
Для решения задачи прогнозирования контура низового пожара в среде Delphi 7.0 было разработано
программное средство, позволяющее с использованием вероятностно-множественной модели и набора
входных данных предположить, каким образом пожар будет развиваться через определенный временной
промежуток.
Программа состоит из следующих основных блоков:
– процедуры ввода начальных данных из графических файлов с лесопирологическими
однородностями (в растровом или GIS-формате);
– процедуры работы с начальными данными: их быстрое редактирование посредством
пользовательского интерфейса, задание очагов возгорания, времени моделирования, метеоданных, шага
контура и др.;
– процедуры расчета вероятностей загорания определенной точки;
– процедура расчета контуров для заданных начальных данных и вывода их на карту.
Перед началом моделирования пользователь определяет исходные данные – т.е. начальные условия, для которых требуется рассчитать контуры пожара.
Предполагается, что вероятности воспламенения для однородностей уже предварительно рассчитаны и заданы для данной карты, однако пользователь может вводить и свои значения (из диапазона [0...1]),
если требуется изучить поведение пожара на различных модельных примерах при других условиях среды.
Из факторов среды учитываются направление ветра и скорость ветра, на основе значений которых
рассчитываются эллиптические индикатрисы скорости фронта пожара:
ξ(  ) =
1  e(w)
,
1  e(w)cos (  )
где ζ(φ) – относительная скорость фронта лесного пожара и одна из составляющих вероятностей распространения;
e(w)  эксцентриситет эллипса, зависящий от скорости ветра w;
φ – угол между направлением распространения горения из активной точки и направлением ветра.
45
Математика и информатика
Для моделируемых пожаров задаются очаги, которые могут быть произвольной формы и любого количества. Их добавление производится путем свободного рисования пиксельными линиями прямо по исходной карте.
По окончании расчета пользователь получает среднемерный вероятный контур охваченной пожаром территории, ее площадь и периметр, а также возможное отклонение от контура.
Пример работы программного средства приведен на рисунке 2.
Рис. 2. Окно программы
В разработанной программе были смоделированы типичные пространственные формы распространения фронтов лесных пожаров, что позволяет сделать вывод о возможности производить оценку ущербов
от горения любого характера.
Заключение
Таким образом, возможно использование вероятностно-множественного моделирования для расчета
ущербов при наличии реальных исходных данных и восстановленных вероятностей для данной территории.
Разработанное программное средство предполагается использовать в качестве одного из модулей
программного комплекса, предназначенного для предприятий авиалесоохраны [6]. В этом комплексе на основе информации из ИСДМ-Рослесхоз о реальных лесных пожарах будет производиться восстановление
вероятностей для той или иной местности с использованием результатов вычислений других моделей, далее посредством рассматриваемой модели будет осуществляться прогноз вероятного распространения горения и его последствий.
Литература
1. Инструкция по определению ущерба, причиняемого лесными пожарами: утв. приказом
Рослесхоза 3 апр. 1998 г. № 53.
2. Иванилова Т.Н., Крайченкова О.Н. Компьютерная обучающая лесопирологическая система //
Вестн. СибГТУ. – Красноярск: Изд-во СибГТУ, 2000. – С. 131-136.
3. Доррер Г.А. Динамика лесных пожаров. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2008. – 404с.
4. Арцыбашев Е.С. Лесные пожары и борьба с ними. – М.: Лесн. пром-сть, 1974. – 152с.
5. Усеня В.В. Лесные пожары, последствия и борьба с ними. – Гомель: Изд-во ИЛ НАН Беларуси,
2002. – 206с.
6. Орловский С.Н. Лесные и торфяные пожары, практика их тушения в условиях Сибири: учеб. пособие. –
Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2003. – 163с.
46
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
11
Размер файла
577 Кб
Теги
пожаров, вероятности, оценки, моделирование, лесные, ущербов, pdf, применению, множественном, потенциальных
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа