Всеукраїнська науково-практична конференція



Сторінка22/60
Дата конвертації11.05.2018
Розмір3.74 Mb.
1   ...   18   19   20   21   22   23   24   25   ...   60

СЕКЦІЯ 3




Програмна інженерія і теорія

програмування




j0299125


УДК 004.942

ІВАНЧЕНКО О.А., ЖИХАРЕВИЧ В.В.


ЧЕРНІВЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ЮРІЯ ФЕДЬКОВИЧА (УКРАЇНА)

ДОСЛІДЖЕННЯ ОСОБЛИВОСТЕЙ КЛІТИННО-АВТОМАТНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ДИНАМІКИ РОЗПОВСЮДЖЕННЯ ЛІСОВИХ ПОЖЕЖ


В роботі проведено дослідження стану області моделювання розповсюдження лісових пожеж. Створено систему моделювання на основі клітинних автоматів. Розроблено методику ідентифікації параметрів моделі, виходячи із заданих ландшафтно-метеорологічних умов.

Проблема впливу техногенних факторів на оточуюче середовище на сучасному етапі розвитку суспільства стає дуже актуальною, оскільки останнім часом стрімко збільшується кількість техногенних і природних катастроф, здатних завдавати суттєві збитки економіці, екології та соціуму. Одним з найбільш небезпечних проявів цього процесу є лісові пожежі. Сучасні математичні методи дають можливість глибокого вивчення закономірностей цих процесів і їх моделювання [1]. Досить перспективними системами моделювання є системи на основі клітинних автоматів (КА).

Актуальність теми. Лісові пожежі завдають значну шкоду людині та оточуючому її середовищу. Серед негативних наслідків пожеж можна виділити такі: погіршення захисних, водоохоронних та інших корисних властивостей лісу, знищення корисної фауни, загибель масивів коштовних порід дерев, переривання природного процесу лісовідтворення й ґрунтоутворення, радіоактивне забруднення прилеглих населених пунктів у результаті переносу радіонуклідів продуктами горіння, забруднення рік, озер унаслідок змиву в них продуктів горіння, загибель або більш пізнє визрівання сільськогосподарських культур. Тому вивчення цього природного явища є дуже важливим.

Постановка проблеми: Використання фізичних моделей утруднене специфікою предметної області. Для застосування таких моделей потрібна велика кількість різноманітних вихідних даних, що характеризують як область місцевості, на якій розвивається пожежа, так і метеоумови. У зв'язку з тим, що експериментальне вивчення лісової пожежі є затратним процесом і не представляється можливим проводити повне фізичне моделювання, становлять інтерес теоретичні методи дослідження [2]. Досить актуальною є розробка нових моделей, методів і алгоритмів розповсюдження лісових пожеж. Зокрема дослідження та реалізація клітинно – автоматних засобів моделювання лісових пожеж.

На теперішній час є значна кількість робіт присвячена моделюванню горіння рослинних матеріалів при пожежах. Дана проблема висвітлена у роботі [3] Мелеховим І.С. «Дослідження
горючих властивостей лісових матеріалів». Вплив погодних умов на процес горіння описано Валендіком Е. Н. [4]. За результатами цих та інших наукових робіт були розроблені рекомендації по виявленню та гасінню лісових пожеж. З появою обчислювальної техніки почалися спроби її використання для збору, зберігання інформації про лісові фонди і пожежі, а також прогнозування розвитку пожеж. Ряд робіт Ходакова В.Є., Граб М.В. [5] присвячені класифікації ситуацій та моделюванню процесів динаміки навколишнього середовища в задачах управління ліквідацією лісової пожежі, заснованих на агрегатно-орієнтованому підході.


Сама по собі проблема опису розповсюдження вогню дуже складна. У літературі вона представлена, як сукупність різноманітних фізико-хімічних процесів. Багато авторів розглядають ці процеси окремо, що ускладнює процес прогнозування розповсюдження лісових пожеж [6]. Кожна з вище наведених робіт вносить вклад в розвиток теорії і практики ліквідації лісових пожеж, проте моделей, які досить повно враховують весь комплекс процесів у пальному матеріалі і повітрі, недостатньо.

Для реалізації засобу моделювання лісових пожеж нами було використано підхід, заснований на клітинно-автоматних алгоритмах. Центральним питанням при побудові КА моделі довільної системи є вибір структури поля та визначення правил КА взаємодій. Тобто необхідно побудувати такі локальні правила мікровзаємодій, які б, під час функціонування системи КА, породжували ту чи іншу відповідну макродинаміку. Загальних підходів щодо рішення цієї проблеми не існує, тому дослідники, які займаються КА моделюванням, самостійно формулюють відповідні правила КА взаємодій та розробляють методики ідентифікації їх параметрів.

У випадку моделювання лісових пожеж нами було обрано двомірне поле КА, що відображають деякі локальні ділянки лісу відповідного масштабу. Структура клітинних автоматів містить шість компонентів: 1) – скалярна характеристика, яка відображає тип місцевості; 2), 3) – відповідно x- та y-компоненти векторної характеристики, що відображає геометрію рельєфу та напрямок і силу вітру; 4) – стан ділянки (нагрів, горіння, тління, гасіння тощо); 5) – питома маса ЛПМ; 6) – середня температура локальної ділянки. Перші три компоненти структури КА є вхідними параметрами, а другі – вихідними. Таким чином правила КА взаємодій являють собою систему з трьох рівнянь. Аргументами цих рівнянь є всі шість параметрів зі структури КА двох взаємодіючих клітин. Функціональні залежності рівнянь природним чином описують мікродинаміку локального фрагменту пожежі. Визначення параметрів правил КА взаємодій нами було здійснено емпіричним шляхом, виходячи із кількісного аналізу динаміки розповсюдження реальних лісових пожеж, для яких відомі ландшафтно-метеорологічні умови [2].

Адекватність реалізованого нами засобу клітинно-автоматного моделювання динаміки лісових пожеж було перевірено співставленням із іншими методами моделювання, зокрема із підходом, заснованим на моделі Ротермела [7]. Порівняльні розрахунки площ розповсюдження пожежі обома методами показали їх цілковиту узгодженість.



Системи моделювання розповсюдження лісових пожеж на основі клітинних автоматів дадуть змогу у повному обсязі враховувати усі процеси, які виникають при пожежах. Засоби моделювання динаміки пожежі дозволять вирішити такі завдання, як моніторинг, моделювання і прогнозування динаміки розповсюдження лісових пожеж. Їх можна буде використовувати для визначення оптимальної стратегії пожежогасіння. Побудова таких моделей необхідна для оцінки (хоч і наближеної) можливих наслідків від пожежі на тій або іншій місцевості. Цю оцінку можна використовувати як для складання оперативного плану боротьби з лісовою пожежею, так і для планування заходів, спрямованих проти можливих пожеж.

На основі дослідженого матеріалу можемо зробити висновок, що хоча в даний час і існує значна кількість робіт з моделювання горіння рослинних матеріалів при пожежах, які зробили значний внесок в прогнозування розповсюдження лісових пожеж, проте є потреба у подальших дослідженнях цієї проблеми. Необхідно розробити математичні та комп'ютерні моделі клітинних автоматів, здатних моделювати мікроскопічні процеси горіння. Моделі клітинних автоматів надалі слугуватимуть базою, яка дозволяє звести макроскопічні процеси розповсюдження пожежі в тривимірному просторі до точно визначеної взаємодії мікроскопічних процесів.

В результаті проведеної роботи було реалізовано та досліджено клітинно-автоматний засіб моделювання лісових пожеж. Розроблено методику ідентифікації параметрів клітинно-автоматних взаємодій, виходячи із заданих ландшафтно-метеорологічних умов. Проведено порівняльний аналіз із іншими методами моделювання, зокрема із моделлю Ротермела, та зроблено висновки щодо адекватності запропонованого клітинно-автоматного підходу.
ПЕРЕЛІК ЛІТЕРАТУРИ

1. Гришин А. М. Математические модели лесных пожаров / А. М. Гришин. – Томск: Издательство Томского ун-та, 2001. – 279с.

2. Филиппенко И. Г. Компьютерное моделирование процесса распространения пожара на плоскости / И. Г. Филиппенко , В. М. Бутенко , А. В. Головко // Зб. наук. праць.–Донецьк: ДонІЗТ. – 2008. – Вип. № 16. – С. 64 – 73.

3. Мелехов И. С. Лесная пирология и ее задачи / И. С. Мелехов – В кн.; Современные вопросы охраны от пожаров и борьбы с ними. - М., 1965.

4. Валендик Э. Н. Ветер и лесной пожар / Э. Н. Валендик.- М., 1968. – 230 c.

5.Ходаков В. Е. Моделирование распространения лесных пожаров / В.Е.Ходаков, М. В. Граб // Вестник Херсонского государственного технического университета.–2003.-№2(18).– С. 33-41.

6. Тоффоли Т. Машины клеточных автоматов / Т. Тоффоли, Н. Марголус ; пер. с англ. П. А. Власова, Н. В. Барабанова – М. : Мир, 2001. – 280 с.

7. Cтрельцов O.В. Моделювання системи детектування і прогнозування розповсюдження лісових пожеж / O.В. Cтрельцов, O.В. Завалій // Праці одеського політехнічного університету. – Сер.: Комп’ютерні й інформаційні мережі і системи. Автоматизація виробництва. – 2011. – Вип. 1 (35). – С. 101-105.



УДК 004.492


Поділіться з Вашими друзьями:
1   ...   18   19   20   21   22   23   24   25   ...   60


База даних захищена авторським правом ©wishenko.org 2017
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка