Краткий обзор полуэмпирических моделей

Полуэмпирические модели комбинируют методики статистики и физического моделирования [14]. Эти модели характеризуются тем, что они постулируют тепловой поток и тепло, необходимое для зажигания, без строго рассмотрения, как режима передачи тепла, так и механизма поглощения тепла (теплопередача, конвекция или излучение). Различные константы, отвечающие за изменение теплового потока и поглощение, обычно выводятся экспериментально.

Наиболее важная полуэмпирическая модель была создана Р. Ротермелом, которая положена в основу многих систем прогноза в США и в других странах. Модель была разработана для предсказания скорости распространения огня во фронте пожара в зависимости от ЛГМ, погоды и особенностей рельефа. Входные данные для модели делятся на три типа:

• 1) свойства частиц лесных горючих материалов (теплосодержание, минеральное содержание, плотность частиц);
• 2) структура массива частиц лесных горючих материалов (запас лесных горючих материалов, средний размер частиц, средняя высота слоя);
• 3) параметры окружающей среды (скорость ветра, влагосодержание лесных горючих материалов, наклон поверхности).

Национальная система оценки лесной пожарной опасности NFDRS (1972) и компьютерная система прогноза пожаров BEHAVE (1984) — обе основаны на модели Ротермела. Система BEHAVE представляла собой набор программ, написанных для операционной системы DOS. Затем было выпущено ее обновление в виде BehavePlus — с графическим интерфейсом для Windows и с другими добавлениями, касающимися верховых пожаров. На основе системы NFDRS были выпущены другие компьютерные системы, например, FarSite. Совместно с моделью Ротермела часто используется модель Байрама. Она дает интенсивность фронта пожара (кВт/м) на основе удельной теплоты ЛГМ (Дж/г), запаса ЛГМ (г/м²) и скорости распространения огня (м/с). Модели Ротермела и Байрама были использованы в широком диапазоне экосистем и лесных горючих материалов: Северной Америке, Южной Африке, Южной Франции и Австралии. Было замечено, что точность предсказания по модели Ротермела в простых системах лугов и саванн была разумной в широком диапазоне параметров. В то же время, значительные проблемы возникали в более сложных по структуре экосистемах.

Компания Space Imaging в составе интегрированного набора своего программного обеспечения, предлагает специальный пакет EcoDSS, разработанный совместными усилиями нескольких фирм и организаций. В него включен ряд прикладных модулей, в том числе приложение по отслеживанию лесных пожаров. Это приложение основано на программной платформе ESRI и обеспечивает прямой обмен данными между базой геоданных ArcGIS и программой FARSITE — симулятором динамики пожара. Через интерфейс пользователя можно задать параметры сценария пожара и переслать пространственные и табличные данные вместе с входными параметрами из ArcGIS в модель пожара FarSite. После завершения расчетов результаты моделирования пересылаются в базу геоданных ArcGIS, а выходные тематические слои автоматически добавляются в окно приложения ArcMap.

Место разрабатываемого решения среди рассмотренных методик

Из предыдущих разделов ясно, что существует довольно много широко распространённых методик прогнозирования лесопожарной опасности, кроме того, существуют и другие, разрабатываемые в настоящее время методики. Каждая методика и соответствующая ей практическая реализация имеет свой уровень применения, в основном это прогнозирование лесопожарной опасности и управление средствами пожаротушения на федеральном и региональном уровнях. В то же время наблюдается определённый дефицит подобных систем меньшего масштаба и меньшей сложности, которые подходят для применения на местном уровне, например, в конкретном лесхозе.

Разрабатываемый в ходе дипломного проектирования комплекс предназначен для использования на местном уровне в небольших организациях на ограниченной территории, его структура делает процесс внедрения и использования лёгким и не требующим больших затрат. Из этого следует, что данная разработка актуальна и имеет практическое значение.