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

发布时间：2021-12-16 23:31

　　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。 

【文章来源】：火灾科学. 2020,29(01)北大核心CSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

火线上标记点的椭圆蔓延示意图

图1 火线上标记点的椭圆蔓延示意图FARSITE能综合考虑地形(海拔,坡度,坡向)、可燃物、气候(风况,降水,湿度)等因素对林火蔓延的影响,但不对火灾的复杂物理化学过程做精细求解,因此可以对大空间尺度的森林火灾进行快速模拟预测,能满足实时预报的要求,同时可以二维矢量图的方式直观展现林火行为状态,在林火管理中具有重要应用价值。

由于模拟所需输入参数众多,实际获取困难,而本文的主要研究目的是从理论上验证修正方法的可行性,因此同Lin和Liu[24]一样,本文选用了FARSITE自带的Ashley案例进行算法验证。Ashley案例中模拟区域在东西方向的跨度为8 km,南北方向跨度为11 km。火场环境因素复杂:地形随空间位置发生变化、可燃物成分复杂且非均匀分布、气候条件也是时变的,接近真实火灾场景。图4用不同颜色给出了Ashley案例的可燃物分布并标出了本实验中真实组和误差组的火源位置。其他参数设置见表1。4 结果分析与讨论

【参考文献】：
博士论文
[1]林火蔓延的动态数据驱动仿真理论及方法的研究[D]. 高心丹.东北林业大学 2012
[2]动态数据驱动林火蔓延自适应模拟技术研究[D]. 周宇飞.中国林业科学研究院 2010
[3]动态数据驱动的林火蔓延模拟系统关键技术研究[D]. 杨广斌.中国林业科学研究院 2008



本文编号：3539003