基于CAS理論的林火撲救仿真和履帶式風(fēng)力滅火機(jī)研究.pdf

1、森林火災(zāi)是在開放系統(tǒng)中自由蔓延的，受氣候、可燃物、地形等諸多因素的影響和制約。森林中地形復(fù)雜，天氣多變，致使林火的燃燒過程復(fù)雜而多變，具有很強(qiáng)的不確定性和不可預(yù)見性。由于森林火災(zāi)的原型重復(fù)實(shí)驗(yàn)幾乎是不可能的，因此，計(jì)算機(jī)仿真在這一領(lǐng)域的應(yīng)用就更有意義。林火撲救仿真是對已經(jīng)存在或者是在一定條件下可能存在的森林火災(zāi)中，火的蔓延及撲火隊(duì)伍在火場上撲火過程的預(yù)測或再現(xiàn)，是對撲火人員在指揮人員的命令下操作撲火裝備完成撲火過程的仿真。仿真后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)

2、分析，能夠?yàn)榭茖W(xué)的火場決策指揮提供可靠依據(jù)。林火撲救過程的模擬和仿真，具有提高滅火指揮員的滅火訓(xùn)練組織能力、培養(yǎng)指揮員的戰(zhàn)術(shù)思想和戰(zhàn)術(shù)意識，研究滅火戰(zhàn)法，論證新式滅火機(jī)具的性能等一系列用途。
　　復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)（Complex Adaptive System，簡稱CAS）理論，是目前最新的復(fù)雜性科學(xué)研究成果。該理論認(rèn)為，系統(tǒng)是由相互作用的“適應(yīng)性主體”構(gòu)成的。主體在與其它主體的交互中，不斷地“學(xué)習(xí)”或“積累經(jīng)驗(yàn)”，并且根據(jù)學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)

3、改變自身的結(jié)構(gòu)和行為方式，以適應(yīng)環(huán)境要求。本文將林火的蔓延以及林火的撲救作為復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)，致力于建立基于復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論的林火撲救仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)林火蔓延、撲火主體的撲火行動(dòng)以及撲火指揮的決策分析等功能的模擬。論文研究的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　本文以復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論為理論基礎(chǔ)，以森林火災(zāi)的性質(zhì)和撲火活動(dòng)的特點(diǎn)為依據(jù)，分析了林火的蔓延和撲救活動(dòng)的復(fù)雜性，提出了林火撲救系統(tǒng)作為復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)所具有的特征，以此作為構(gòu)建林火撲救仿真系

4、統(tǒng)的理論基礎(chǔ)。
　　基于多主體技術(shù)，以不同層次的具有適應(yīng)性的主體為基本單位，通過描述主體的行為和相互關(guān)系以及不同層次主體間的信息傳遞和作用機(jī)制，建立了林火撲救模型的整體框架，將林火撲救系統(tǒng)的主體劃分為火主體，撲火主體和指揮主體。通過火主體模型模擬林火的蔓延，提出了基于能量守恒定律的林火蔓延理想模型，又以王正非的林火蔓延模型作為數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)建立了基于CAS理論的林火蔓延仿真模型，采用遺傳算法設(shè)計(jì)了用于生成指導(dǎo)火主體蔓延行為規(guī)則的算法

5、，實(shí)現(xiàn)火主體的適應(yīng)性行為。又分別建立了指揮主體模型和撲火主體模型，通過對兩類主體的屬性和行為的定義，模擬撲火主體的性能和活動(dòng)。
　　在仿真平臺(tái)Repast S上開發(fā)完整的仿真程序。設(shè)計(jì)林火撲救仿真系統(tǒng)的整體架構(gòu)，包括環(huán)境、主體類、行為類、可視化和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。分別建立林火環(huán)境和主體之間的關(guān)系投影——網(wǎng)格關(guān)系投影、網(wǎng)絡(luò)關(guān)系投影以及地理投影，建立各主體類的父類SimpleAgent，詳細(xì)設(shè)計(jì)各主體類的屬性和行為，建立仿真模型的初始化類，并