Экспериментальная часть
По данным исследования канадской модели распространения пожара CFFBPS (Canadian Forest Fire Behavior Prediction System) форма распространения пожара напоминает окружность, эта окружность движется по направлению ветра и превращается в эллипс (Рис 2)
|
Рис 2 Общая схема распространения пожара
Уравнение окружности имеет вид:
(х – х0)2+(у – у0)2=R2, где х0,у0 – координаты центра окружности или центра пожара, R – радиус окружности.
По данным ДЗЗ, полученным со спутника, мы имеем несколько входных данных, необходимых для моделирования динамики пожаров. В Казахстане имеется несколько спутников, данные которых мы и использовали для создания модели проектирования распространения пожара.
Используя спутник MODIS, определяем место положения источника пожара по координатам и наносим на нашу карту координаты центра нашей окружности, а также определяет распространение пожара, т.е. радиус окружности.
Рис 3 Зоны радиовидимости приемных станций
Необходимые для моделирования динамики пожаров данные о метеоусловиях в рамках данной работы мы получили от Казгидромета или Росгидромета.
Рис 4 Данные Казгидромета и Росгидромета
Эти данные включают основные характеристики, влияющие на пожар, такие как скорость и направление ветра, температура воздуха и точки росы, количество осадков.
Данные о горючих материалах можно получить на основе карты растительного покрова Казахстана. В качестве исходных спутниковых данных для проведения исследования можно использовать снимки спутников NOAA (англ. National Oceanic and Atmospheric Administration, Национальное управление океанических и атмосферных исследований) с пространственным разрешение 1 км.
Рис 5 Снимки со спутников NOAA
При моделировании, считаем, что клетка заполнена однородно заполненным типом земного покрова, а его характеристики не зависят от времени года и местоположения на территории Казахстана. Данные о рельефе получены по карте со спутника
Рассмотрим модель распространения пожара по данным ДЗЗ с помощью программной среды Excel, взяв за исходные данные точку возникновения пожара, радиус пожара и направление ветра. И вычислим, как будет распространяться пожар в зависимости от этих величин.
Для составления модели прогнозирования пожара мы выбрали программную среду Microsoft Office Excel 2003-2007. Мне понадобились знания, полученные из уроков географии, математики, физики, информатики. Это:
- Направление ветра;
- Формула для уравнения окружности;
- Перевод данных из одних единиц в другие;
- Функции Microsoft Office Excel 2003-2007 и т.д.
Из уравнения окружности (х – х0)2+(у – у0)2=R2 вывел зависимость переменной х от R, х0, у0, у, получил х= и y=
Из параметрического представления уравнения окружности, которые больше подходит к построению окружностей в MS Excel, получил
x=х0+R*cos φ
y=y0+R*sin φ, где R – радиус пожара, φ – угол 0≤φ<2π, х0, y0 – координаты начальной точки пожара
Так скорость ветра со спутника получаем в метрах в секунду, переведем м/с в км/ч, т.е. 3600V/1000, чтобы определить перемещение пожара через час.
Далее находим приращение центра окружности в зависимости от направления ветра,
Рис 6 Направления ветра
Т.к. при направлении ветра на С-В, С-З, Ю-В и Ю-З, получили вектор
x,y
х0, у0
Следующими начальными точками будут точки x,y из предыдущего вычисления.
Далее составим таблицу зависимости изменения координат от направления ветра:
Направление ветра | Координата х | Координата у |
С | + | |
З | - | |
Ю | - | |
В | + | |
С-В | + | + |
С-З | - | + |
Ю-З | - | - |
Ю-В | + | - |
Условные обозначения: 0 – нет изменения координаты
- - вычитание приращения
+ - добавление приращения
Получили формулу изменения центра смещения пожара в зависимости от направления ветра:
x=х0+V*координата по х в зависимости от направления+R*cos φ
y=y0+ V*координата по у в зависимости от направления+ R*sin φ
Сделаем перевод градусов углов φ в радианы, т.к. программа Microsoft Office Excel использует при подсчете в формулах углы в радианах.
Рад=град* π/180
Угол, град | Угол, рад |
0,349066 | |
0,698132 | |
1,047198 | |
1,396263 | |
1,745329 | |
2,094395 | |
2,443461 | |
2,792527 | |
3,141593 | |
3,490659 | |
3,839724 | |
4,18879 | |
4,537856 | |
4,886922 | |
5,235988 | |
5,585054 | |
5,934119 | |
6,283185 |
Перенесем эти данные в программную среду Microsoft Office Excel 2003-2007.
Для нанесения данных нам понадобилась карта поселка Бурабай сделанная со спутника.
Масштаб карты составляет 1:50000.
Нанесем на карту, согласно показаниям спутника точку пожара. Находим радиус пожара и обозначаем на карте. Затем по данным полученным со спутников Земли найдем приращение и нанесем его на карту, тем самым согласно нашим вычислениям, можем узнать территории распространения пожара через определенное число часов.
Результаты работы