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(duì)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(chǎng)上撲火過程的預(yù)測(cè)或再現(xiàn)，是對(duì)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(chǎng)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(shí)，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(jiǎn)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(duì)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