基于元胞自动机的林火蔓延三维模拟仿真研究

2016，52（19）1引言森林火灾是当今世界发生面广，突发性强，破坏性大，处置扑救较为困难的自然灾害。利用计算机仿真技术，模拟林火的发展蔓延状态，为培养专业指挥人员灭火作战训练构建仿真模拟环境，对于有效地组织扑救，减少火灾损失具有重要的意义。随着元胞自动机的深入研究，利用元胞自动机模拟林火发展蔓延得到了国内外学者的广泛关注。刘月文等[1]以内蒙古地区为例，根据林火燃烧过程中影响因素

是否可变，将影响林火燃烧因素分为两大类，将元胞自动机模型特点与林火燃烧自身特点进行整合，在VB 上开发实现了林火行为的模拟仿真；Stephen 等[2]针对异质可燃物空间提出了一种改进的元胞自动机模型；张菲菲等[3]通过分析可燃物类型、温度、湿度、坡度、风速和风向

等林火蔓延影响因子在元胞空间中的作用形式，实现了不同条件下的林火行为的仿真模拟。在三维林火模拟基于元胞自动机的林火蔓延三维模拟仿真研究

杨福龙1，曹佳1，白夜2

YANG Fulong 1,CAO Jia 1,BAI Ye 2

1.北京林业大学信息学院，北京100083

2.武警警种学院森林系，北京102202

1.School of Information,Beijing Forestry University,Beijing 100083,China

2.Forest Department,The Armed Police Academy,Beijing 102202,China

YANG Fulong,CAO Jia,BAI Ye.Study on simulation of three dimensional simulation of forest fire spread based on cellular https://www.360docs.net/doc/0c13611420.html,puter Engineering and Applications,2016,52（19）：37-41.

Abstract ：To simulate the status of development and spreading of forest fire in the virtual 3-D environment,it utilizes the 3-D engine to carry out a phantom study.Firstly,the definition,status,neighborhood and commutation rule function are described.Then the weight formula of fire spreading formula is obtained at eight directions through obtaining the weight of the parameters of forest fire spreading formula at eight neighborhood directions.The Unity3D 3-D engineer is utilized to establish a field 3-D topography;the flame warehouse and smoke warehouse applicable to different conditions are established through constantly adjusting the parameters of self-containing particle parameter;the simulated spreading of forest fire at the 3-D environment can be achieved after the meteorological factors are input.Finally,a comparison is made between the data obtained from the field ignition experiment and the simulation effects,and the conclusion is that the simulation effects are close to the field ignition experiment,and the simulation effects conform to the requirements.Key words ：cellular automaton;forest fire fighting;3-D simulation;particle system;field ignition experiment

摘要：为了在虚拟三维环境中模拟出森林火灾的发展蔓延状态，利用三维引擎进行仿真研究。说明了三维元胞的定义、状态、邻域和转换规则函数；通过求得林火蔓延公式的参数在在8个邻域方向上的分量，得到林火蔓延公式在相应方向上的分量公式。利用Unity3D 三维引擎建立野外三维地形，通过不断调整其自带粒子系统的参数，建立适用于不同条件的火焰库和烟雾库，输入气象因素后即可实现林火在三维环境下的模拟蔓延。将野外实地点烧数据与模拟效果进行对比，可以看出模拟的效果与实地点烧相近，模拟效果符合要求。

关键词：元胞自动机；森林灭火；三维模拟；粒子系统；实地点烧

文献标志码：A 中图分类号：TP391.9doi ：10.3778/j.issn.1002-8331.1508-0093

基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金（No.YX2013-29）；北京高等学校“青年英才计划”（No.YETP0767）。

作者简介：杨福龙（1988—），男，硕士研究生，主要研究领域为虚拟现实；曹佳（1978—），通讯作者，女，博士，副教授，硕士生导师，

主要研究领域为复杂网络，E-mail ：caojia@https://www.360docs.net/doc/0c13611420.html, ；白夜（1964—），男，博士，副教授，主要研究领域为森林防火灭火。收稿日期：2015-08-25修回日期：2016-01-06文章编号：1002-8331（2016）19-0037-05

CNKI 网络优先出版：2016-01-20,https://www.360docs.net/doc/0c13611420.html,/kcms/detail/11.2127.TP.20160120.1555.052.html

Computer Engineering and Applications 计算机工程与应用

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