CN111340308A - 计算火势蔓延速度和方向的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种计算火势蔓延速度和方向的方法及系统，该方法包括：获取火点信息；根据所述火点信息，获取所述火点周围的地物类型分布数据、地质结构分布数据和气象要素数据；根据所述地物类型分布数据、所述地质结构分布数据和所述气象要素数据，计算获得所述火点的火势蔓延的速度和方向。本申请中基于火点周围的地物类型分布数据、地质结构分布数据和气象要素数据获得火点的火势蔓延的速度和方向，具有准确、方便及时等特点。

Description

计算火势蔓延速度和方向的方法及系统

技术领域

本发明涉及火灾监测技术领域，尤其涉及一种计算火势蔓延速度和方向的方法及系统。

背景技术

山火是一种发生在林区难以控制的火情。近年来，我国山火灾害剧增，尤其在烧荒、春节、清明时段，山火更易发生。山火的发生不仅破坏生态环境、危害人类生命和财产安全，另外，架空输电线路大多穿过林区，这些地区发生山火火灾时，轻则引起输电线路跳闸，重则造成烧毁铁塔，引起长时间的不可恢复的重大电力事故。

目前，现有技术中针对山火的技术研究方法主要集中在火点监测方面，如采用MODIS遥感卫星数据自动、快速、准确地辨识火点；又如采用无人机对异常火点进行监测。然而，以上技术均只考虑了对现有山火采用卫星或者无人机等手段进行监测，并未考虑山火后续的发展趋势，对如何有效的制止山火的发展和减少山火的影响并未给出指导性意见。

因此，如何有效地实现对山火火势蔓延速度和方向的预测成为一个急需解决的问题。

发明内容

本申请提供了一种计算火势蔓延速度和方向的方法及系统，以解决现有技术中无法有效预测山火火势蔓延速度和方向的问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

第一方面，本申请实施例公开了一种计算火势蔓延速度和方向的方法，所述方法包括：

获取火点信息；

根据所述火点信息，获取所述火点周围的地物类型分布数据、地质结构分布数据和气象要素数据；

根据所述地物类型分布数据、所述地质结构分布数据和所述气象要素数据，计算获得所述火点的火势蔓延的速度和方向。

优选地，所述获取火点信息，包括：

从气象卫星地面站处获取所述火点信息，所述火点信息包含火点的经度、维度以及过火面积。

优选地，所述获取所述火点周围的地物类型分布数据，包括：

从地物类型分布图中获取所述火点周围的地物类型，在预设范围内，所述地物类型若为林木则返回数值为1、若为草地则返回数值为0.6、若为房屋则返回数值为0.3、若为公路则返回数值为0。

优选地，所述获取所述火点周围的地质结构分布数据，包括：

从地质结构分布图中获取所述火点周围的地质结构，在预设范围内，所述地质结构若为河流则返回数值为0，否则返回数值为1。

优选地，所述获取所述火点周围的气象要素数据，包括：

从气象探测站中获取所述火点周围的所述气象要素数据。

优选地，所述计算获得所述火点的火势蔓延的速度和方向，包括：

将所述火点最外层一圈分成n个孤立的火点源；

针对每一个所述火点源同时输入所述地物类型分布数据、所述地质结构分布数据和所述气象要素数据；

通过所述计算程序得到预设计算步长时所述火点的蔓延位置；

以上一个所述火点的蔓延位置为初始值，进行迭代计算，获得预设时长时所述火点的蔓延位置；

将所述预设时长后n个所述火点的蔓延位置进行连线；

将所述预设时长后所述火点的蔓延位置的连线与最初的所述火点的最外层一圈进行分析和计算，获得所述火点火势蔓延速度和方向。

优选地，所述气象要素数据包括，风速、风向、湿度、温度、降雨量和气压。

优选地，所述计算程序计算获得所述火点的火势蔓延速度和方向后，所述方法还包括：

将所述火点的蔓延位置与电网地理信息系统相叠加，得到所述火点对所述电网的影响。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种计算火势蔓延速度和方向的系统，所述系统包括：

山火监测模块，用于获得火点信息；

底层地物类型模块，为地物类型分布图，用于获得地物类型分布数据；

底层地质结构模块，为地质结构分布图，用于获得地质结构分布数据；

气象要素输入模块，用于从气象探测站中获得气象要素数据；

火势蔓延计算模块，与所述山火监测模块、所述底层地物类型模块、所述底层地质结构模块和所述气象要素输入模块连接，用于接收所述山火信息，并根据所述山火信息获取所述地物类型分布数据、所述地质结构分布数据和所述气象要素数据，然后根据所述地物类型分布数据、所述地质结构分布数据和所述气象要素数据计算所述火势蔓延的速度和方向。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供了一种计算火势蔓延速度和方向的方法及系统，通过获取火点信息；然后根据火点信息，获取火点周围的地物类型分布数据、地质结构分布数据和气象要素数据；最后根据地物类型分布数据、地质结构分布数据和气象要素数据，计算获得火势蔓延速度和方向。由于，地物类型分布数据、地质结构分布数据和气象要素数据对火势的蔓延速度和方向都有较显著的影响，因此，准确全面的获取地物类型分布数据、地质结构分布数据和气象要素数据，然后对其进行分析计算，进而得出火势蔓延的速度和方向，实现对山火火势蔓延速度和方向的预测，具有准确、方便、及时等特点。本申请能够准确、方便、及时的获得火势蔓延速度和方向。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种计算火势蔓延速度和方向的系统基本结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种计算火势蔓延速度和方向的方法流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种计算火势蔓延速度和方向的系统基本结构示意图。结合图1，计算火势蔓延速度和方向的系统包括山火监测模块1、底层地物类型模块2、底层地质结构模块3、气象要素输入模块4和火势蔓延计算模块5。

具体地，山火监测模块1，用于获得火点信息。气象卫星为从太空对地球及其大气层进行气象观测的人造地球卫星，卫星所载各种气象遥感器，接收和测量地球及其大气层的可见光、红外和微波辐射以及卫星导航系统反射的电磁波，并将其转换成电信号传送给地面站，地面站将卫星传来的电信号复原，再经进一步处理和计算，得出各种气象资料。山火监测模块1获得的山火信息数据来源于葵花8号卫星、高分四号卫星和MODIS卫星等气象卫星的地面站。通过葵花8号卫星、高分四号卫星、MODIS卫星等气象卫星可以快速、准确地获得火点信息，然后山火监测模块1从气象卫星地面站获得火点信息。火点信息包括火点中心经度、维度、过火面积等信息，此火点信息将作为火势蔓延速度和方向的火点初始数据。

底层地物类型模块2，为地物类型分布图，用于获得地物类型分布数据。该地物类型分布图包含了房屋、农田、草地、林木等矢量数据，分布图的空间分辨率为1m*1m，满足计算火势蔓延的空间分辨率的要求。

底层地质结构模块3，为地质结构分布图，用于获得地质结构分布数据。该地质结构分布图为全国最新的地质结构分布图，该分布图包含了河流、平原、山地等，其空间分辨率为0.3m*0.3m，确保了在计算火势蔓延的过程中排查河流等区域。

气象要素输入模块4，用于从气象探测站中获得气象要素数据。气象要素输入模块4的数据来源于现有气象探测站的数据，目前探测站的密度达到了300m的范围内就有1个探测站，所获得的数据具有较高的准确性和稳定性，因此，认为风速、风向、湿度、温度、降雨量、气压等6个参数在该区域内是不变的，即探测站周围300m的范围内风速、风向、湿度、温度、降雨量、气压就是探测站的测量值。

火势蔓延计算模块5封装了火势蔓延计算模型，该计算模型主要考虑了风速、风向、湿度、温度、降雨量、气压、地物类型、地质结构8个参数，将这8个参数输入到计算模型中即可得到火势蔓延的速度和方向。火势蔓延计算模块5与山火监测模块1连接，通过山火监测模块1获得山火的火点信息。同时，火势蔓延计算模块5还与底层地物类型模块2、底层地质结构模块3和气象要素输入模块4连接，通过底层地物类型模块2、底层地质结构模块3和气象要素输入模块4获得地物类型分布数据、地质结构分布数据和气象要素数据。当山火监测模块1获得山火的火点信息并将火点信息传送到火势蔓延计算模块5后，触发火势蔓延计算模块5根据火点信息通过火势蔓延计算模块5的接口程序进行抓取火点周围的地物类型分布数据、地质结构分布数据和气象要素数据，即获得了风速、风向、湿度、温度、降雨量、气压、地物类型、地质结构8个参数，然后将这8个参数输入到计算模型，通过计算模型的计算得到火势蔓延的速度和方向。

基于上述实现原理，下面将结合附图，对本实施例提供的数据传输方法进行详细介绍。图2为本发明实施例提供的一种计算火势蔓延速度和方向的方法流程示意图。如图2所示，该方法具体包括如下步骤：

S01：获取火点信息。

山火监测模块从葵花8号卫星、高分四号卫星、MODIS卫星等气象卫星的地面站处获取正在发生的火点信息，获取的火点信息包含了火点的经度、维度以及过火面积等信息，并将火点信息发送至火势蔓延计算模块，触发火势蔓延计算模块的计算模型启动计算程序。

S02：根据火点信息，获取火点周围的地物类型分布数据、地质结构分布数据和气象要素数据。

火势蔓延计算模块与山火监测模块连接，通过山火监测模块获得山火的火点信息。同时，火势蔓延计算模块还与底层地物类型模块、底层地质结构模块和气象要素输入模块连接。火势蔓延计算模块根据火点信息，通过底层地物类型模块、底层地质结构模块和气象要素输入模块获得地物类型分布数据、地质结构分布数据和气象要素数据。

进一步地，火势蔓延计算模块获得山火监测模块发送的火点信息后，根据火点信息通过火势蔓延计算模块的接口程序从地物类型分布图中抓取火点周围5km*5km的地物类型分布数据，此时获取的地物类型分布数据为矢量数据。地物类型分布图的空间分辨率为1m*1m，根据1m*1m范围内的地物类型分布矢量数据反馈相应的数值。其中，1m*1m范围内为林木，则返回数值为1；1m*1m范围内为草地，则返回数值为0.6；1m*1m范围内为房屋，则返回数值为0.3；1m*1m范围内为公路，则返回数值为0。这样便将地物类型分布矢量数据转换为数值数据。最后根据返回数值将地物类型分布图中火点周围5km*5km区域划分成若干网格，并将网格中地物类型通过数值的形式反馈到计算模型中。

火势蔓延计算模块获得山火监测模块发送的火点信息后，根据火点信息通过火势蔓延计算模块的接口程序从地质结构分布图中抓取火点周围5km*5km的地质结构分布数据，地质结构分布数据为矢量数据。根据10m*10m范围内的地质结构分布矢量数据反馈相应的数值。其中，10m*10m范围内为河流，则返回数值为0，否则返回数值为1。这样便将地质结构分布矢量数据转换为数值数据。最后根据返回数值将地质结构分布图中火点周围5km*5km区域划分成若干网格，并将网格中地质结构通过数值的形式反馈到计算模型中。

火势蔓延计算模块获得山火监测模块发送的火点信息后，根据火点信息通过火势蔓延计算模块连接的气象要素输入模块从气象站抓取火点周围5km*5km的气象要素数据。气象要素输入模块将气象探测站中测量的风速、风向、温度、湿度、降雨量、气压实时传输至火势蔓延计算程序，其中，风速精确到0.1m/s、风向精确到0.1°、温度精确到0.1℃、湿度精确到0.1、降雨量精确到1毫米、气压精确到10Pa。并通过数值的形式反馈到计算模型中。

S03：根据地物类型分布数据、地质结构分布数据和气象要素数据，计算获得火点的火势蔓延的速度和方向。

火势蔓延计算模块的计算模型通过步骤S02获取了火点周围的地物类型分布数值数据、地质结构分布数值数据和气象要素数值数据，然后根据地物类型分布数值数据、地质结构分布数值数据和气象要素数值数据，计算获得火点的火势蔓延的速度和方向。

具体地，计算获得火点的火势蔓延的速度和方向，包括：将火点最外层一圈分成n个孤立的火点源；针对每一个火点源同时输入地物类型分布数据、地质结构分布数据和气象要素数据；通过计算程序得到预设计算步长时火点的蔓延位置；以上一个火点的蔓延位置为初始值，进行迭代计算，获得预设时长时火点的蔓延位置；将预设时长后n个火点的蔓延位置进行连线；将预设时长后火点的蔓延位置的连线与最初的火点的最外层一圈进行分析和计算，获得火点火势蔓延速度和方向。例如，将火点面积的最外层一圈，划分为100个孤立的点，针对每一个点同时输入风速、风向、湿度、温度、降雨量、气压、地物类型、地质结构8个参数值，通过计算程序得到该点的蔓延速度和方向，预设计算步长为1min，预设时长为180min，每次进行计算都是以上一分钟计算得到的该点火点位置作为初始值，一步步地进行迭代，最终计算得到该点在180min的火点位置，对于其他的点采用同样的方法进行计算，得到180min的火点位置，最后将所有火点进行连线，得到180min后的过火面积。将180min后100个火点位置与对应的最初火点位置的直线距离除以时间，得到每个点的蔓延速度，利用这些速度值获得概率分布图，将概率分布图中90％置信区间的速度值取得的均值作为火势蔓延速度，如果概率分布图中出现两个或多个峰值，则可以取两个或多个速度值。再对置信区间内速度值对应的点的分布进行连线分析，将过火面积较大的方向作为火势蔓延方向。另外，火势蔓延速度和方向还要根据火势蔓延的复杂程度具体分析，得到一个或者多个火势蔓延速度和方向，以便更加准确的控制火势和减少损失。

S04：将火点的蔓延位置与电网地理信息系统相叠加，得到火点对电网的影响。

进一步地，架空输电线路大多穿过林区，这些地区发生山火火灾时，轻则引起输电线路跳闸，重则造成烧毁铁塔，引起长时间的不可恢复的重大电力事故。为了解决山火对架空输电线路的影响，本发明实施例在计算程序计算获得火点的火势蔓延速度和方向后，将火点的蔓延位置与电网地理信息系统相叠加，得到火点对电网的影响。该方法可以有效的预测山火对输电线路的影响，从而减少输电线路跳闸、铁塔受损等事故。

由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。

需要说明的是，在本说明书中，除非另有规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，对于相关领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。

以上的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (9)

1.一种计算火势蔓延速度和方向的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取火点信息；

根据所述火点信息，获取所述火点周围的地物类型分布数据、地质结构分布数据和气象要素数据；

根据所述地物类型分布数据、所述地质结构分布数据和所述气象要素数据，计算获得所述火点的火势蔓延的速度和方向。

2.根据权利要求1所述的计算火势蔓延速度和方向的方法，其特征在于，所述获取火点信息，包括：

从气象卫星地面站处获取所述火点信息，所述火点信息包含火点的经度、维度以及过火面积。

3.根据权利要求1所述的计算火势蔓延速度和方向的方法，其特征在于，所述获取所述火点周围的地物类型分布数据，包括：

从地物类型分布图中获取所述火点周围的地物类型，在预设范围内，所述地物类型若为林木则返回数值为1、若为草地则返回数值为0.6、若为房屋则返回数值为0.3、若为公路则返回数值为0。

4.根据权利要求1所述的计算火势蔓延速度和方向的方法，其特征在于，所述获取所述火点周围的地质结构分布数据，包括：

从地质结构分布图中获取所述火点周围的地质结构，在预设范围内，所述地质结构若为河流则返回数值为0，否则返回数值为1。

5.根据权利要求1所述的计算火势蔓延速度和方向的方法，其特征在于，所述获取所述火点周围的气象要素数据，包括：

从气象探测站中获取所述火点周围的所述气象要素数据。

6.根据权利要求1所述的计算火势蔓延速度和方向的方法，其特征在于，所述计算获得所述火点的火势蔓延的速度和方向，包括：

将所述火点最外层一圈分成n个孤立的火点源；

针对每一个所述火点源同时输入所述地物类型分布数据、所述地质结构分布数据和所述气象要素数据；

通过所述计算程序得到预设计算步长时所述火点的蔓延位置；

以上一个所述火点的蔓延位置为初始值，进行迭代计算，获得预设时长时所述火点的蔓延位置；

将所述预设时长后n个所述火点的蔓延位置进行连线；

将所述预设时长后所述火点的蔓延位置的连线与最初的所述火点的最外层一圈进行分析和计算，获得所述火点火势蔓延速度和方向。

7.根据权利要求5所述的计算火势蔓延速度和方向的方法，其特征在于，所述气象要素数据包括，风速、风向、湿度、温度、降雨量和气压。

8.根据权利要求6所述的计算火势蔓延速度和方向的方法，其特征在于，所述计算程序计算获得所述火点的火势蔓延速度和方向后，所述方法还包括：

将所述火点的蔓延位置与电网地理信息系统相叠加，得到所述火点对所述电网的影响。

9.一种计算火势蔓延速度和方向的系统，其特征在于，所述系统包括：

山火监测模块，用于获得火点信息；

底层地物类型模块，为地物类型分布图，用于获得地物类型分布数据；

底层地质结构模块，为地质结构分布图，用于获得地质结构分布数据；

气象要素输入模块，用于从气象探测站中获得气象要素数据；

火势蔓延计算模块，与所述山火监测模块、所述底层地物类型模块、所述底层地质结构模块和所述气象要素输入模块连接，用于接收所述山火信息，并根据所述山火信息获取所述地物类型分布数据、所述地质结构分布数据和所述气象要素数据，然后根据所述地物类型分布数据、所述地质结构分布数据和所述气象要素数据计算所述火势蔓延的速度和方向。

Images