CN111388908B - 航空灭火参数获取方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了航空灭火参数获取方法及系统，根据实际火场的环境特征构建能模拟实际火场的测试区域；在不同的航空灭火参数下，使用航空灭火装置对测试区域进行灭火喷洒试验，统计得到不同的航空灭火参数所对应的灭火效果参数，航空灭火参数包括：飞行高度、飞行速度、喷洒方式、灭火水剂粘度、吊桶喷洒灭火水剂的振幅、吊桶喷洒灭火水剂的频率、喷洒流量以及姿态角；根据不同的航空灭火参数及其对应的灭火效果参数构建各种航空灭火参数的灭火效果模型，并以灭火效果最优为优化目标，求解各种航空灭火参数的灭火效果模型的最优解；根据最优解所对应的各种航空灭火参数指导航空灭火装置进行现场灭火，从而提高现场灭火的效率。
Description
技术领域
本发明涉及输电线路防山火技术领域，具体而言，涉及航空灭火参数获取方法及系统。
背景技术
挂载吊桶灭山火已广泛应用于森林火灾扑救，但是吊桶需要在底部重复开合以完成取水、洒水的动作，无法在其内部添加一些灭火助剂，仅能使用纯水进行灭火，使得灭火效果有限，还存在提升的空间。
直升机灭火目前凭借飞行员的经验灭火，由于缺乏有效的试验参数，尚未有针对具体的直升机本体(流量、结构、飞行速度)、火场情况(火场面积、火场热释放率)、环境条件(风速风向、地形)、灭火剂参数(粘度、灭火效率)等综合条件下的灭火试验方法。然而，山火的扑救是复杂多变的，上述的任意一种参数的变化，均会造成灭火水剂的在高空的扩散程度、地面的覆盖轮廓、覆盖面积、单位面积灭火水剂剂量等关键灭火参数的巨大差异，因此，存在以下两种常见的情况：
(1)在多次喷洒的过程中，由于单次喷洒的灭火水剂有效灭火区域位置重叠，获得大量的灭火剂，造成灭火水剂浪费；
(2)由于单次喷洒的灭火水剂的无效灭火区域位置重叠，一直未能获得足够的灭火水剂，无法有效扑灭山火。
(3)阶梯可燃物的灭火尚未有高空模拟试验，从而未能提出有效的应对方案；
(4)吊桶灭火时，吊桶所受的最大力为垂直向上的支点拉力和重力。在直升机转向等过程中，拉力和重力可能会使吊桶的支点不在吊桶垂直方向的中心线上，从而造成吊桶的摆动，灭火水剂在地面呈现轻微的“S”型分布，影响灭火水剂的灭火精准性。
因此，开展直升机高空喷洒灭火试验方法的研究，如何找到影响直升机高空喷洒灭火的关键因素和影响规律，设计和应用直升机高空喷洒灭火系统，并提高现场灭火的效果已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了航空灭火参数获取方法及系统，用以解决现有技术中航空灭火装置的灭火装置效果差的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种航空灭火参数获取方法，包括以下步骤：
根据实际火场的环境特征构建能模拟实际火场情况的测试区域；
在不同的航空灭火参数下，使用航空灭火装置对测试区域进行灭火喷洒试验，统计得到不同的航空灭火参数所对应的灭火效果参数，航空灭火参数包括：飞行高度、飞行速度、喷洒方式、灭火水剂粘度、吊桶喷洒灭火水剂的振幅、吊桶喷洒灭火水剂的频率、喷洒流量以及姿态角；
根据不同的航空灭火参数及其对应的灭火效果参数构建各种航空灭火参数的灭火效果模型，并以灭火效果最优为优化目标，求解各种航空灭火参数的灭火效果模型的最优解；根据最优解所对应的各种航空灭火参数指导航空灭火装置进行现场灭火。
优选的，构建能模拟实际火场的测试区域，具体包括以下步骤：
选择净空条件好、地面平坦区域作为测试区域，并将测试区域网格化，其中，测试区域沿飞行方向前1/3长度的网格密度为后2/3长度的网格密度的一半，垂直飞行方向的网格密度与测试区域的飞行方向的后2/3长度的网格密度相等；
在测试区域网格化后的每个交叉点均放置灭火水剂接收容器；将测试区域等分成多个矩阵，在多个矩阵的中心均放置阶梯可燃物，阶梯可燃物的下方放置用于测量灭火水剂穿透性的穿透接收容器；
在测试区域垂直于航空飞行装置的飞行方向的终点端、在测试区域平行与飞行方向的两侧、测试区域的平行于飞行方向的中心线上以及与航空飞行装置的高度平行位置均设置摄像头，以采集航空飞行装置喷洒的灭火水剂的扩散程度、下落速度以及图形参数。
优选的，使用航空灭火装置对测试区域进行灭火喷洒试验，具体包括以下步骤：
为避免航空飞行装置的灭火喷洒试验无法将灭火水剂投洒在测试区域，确定航空灭火参数的约束条件，并选取符合约束条件的航空灭火参数，确定航空飞行装置的喷洒起始点，使航空灭火装置执行航空灭火参数和喷洒起始点来进行对测试区域进行灭火喷洒试验。
优选的，约束条件为：
t1×V1≤Ls-Ld
S＝Q1×t2
t2≤t1
其中，t1为喷洒时间，V1为飞行速度，Ls为直升机喷洒试验的测试区域长度，Ld为最后时刻喷洒的灭火水剂沿直升机飞行方向投洒的长度，H为飞行高度，g为重力加速度，Q1为直升机喷洒试验流量，t2为直升机喷洒试验时间。
优选的，确定航空飞行装置的喷洒起始点，具体包括以下步骤：
计算灭火水剂在试验设定的最小高度的自由落体时间tm；计算灭火水剂在tm时间内，随直升机灭火装置以试验的最小速度飞行vm的距离Lm；保证一定的裕度，确定直升机喷洒的起始点位置为测试区域边界的反方向延长1.5Lm。
优选的，吊桶喷洒灭火水剂的振幅、吊桶喷洒灭火水剂的频率的确定方法为：
绘制包络灭火水剂的覆盖区域的矩形，去除因为喷洒起始和末端由于流量小造成的距离最小点，选择离矩形的中心线距离最近的拐点作为摆动点，通过采集所述航空飞行装置喷洒的灭火水剂的扩散程度、下落速度以及图形参数计算摆动点之间的距离，计算摆动点之间的距离，根据航空飞行装置的飞行速度计算摆动点之间的时间间隔，进而根据摆动点之间的距离和时间间隔计算航空飞行装置的吊桶喷洒灭火水剂的振幅和频率。
优选的，灭火效果参数为灭火水剂漂移量，统计得到不同的航空灭火参数所对应的灭火效果参数，具体包括以下步骤：
对于每一次航空灭火参数所对应的灭火喷洒试验，采用插值法获得测试区域内每一个网格点的灭火水剂下落量，将灭火水剂下落量相等的网格点用线连起来，获得灭火水剂的下落区域范围及分布情况；
结合灭火水剂灭火效率，设定下落量第一阈值QM，将灭火水剂下落量超过QM的区域划定为高效灭火区域，设定下落量第二阈值Q2，将灭火水剂下落量超过Q2、且小于QM的区域划定为有效灭火区域，将灭火水剂下落量小于Q2的区域划定为无效灭火区域；
统计测试区域各个网格的灭火水剂的深度，并划分等差区间，统计灭火水剂喷洒区域Ss与阶梯可燃物放置区域Sf的重叠区域中，灭火水剂深度大于die、小于d(i+1)e的第j个重叠区域块的面积，其中，die为将灭火水剂深度划分的区间，i为区间对应的等级，，取值范围为1,2,3,...,n，n为区间数，e代表灭火剂，j为重叠区域的个数，没有固定的数量，根据喷洒结果确定；获取航空灭火装置吊桶的灭火水剂体积，并利用漂移量计算公式计算灭火水剂的漂移量，其中，漂移量计算公式为：
其中，γ为灭火水剂的漂移量，η为吊桶灭火时灭火水剂利用率；Sij为灭火水剂喷洒区域Ss与山火区域Sf重叠区域中，灭火水剂深度大于die、小于d(i+1)e的第j个重叠区域块的面积；V为吊桶装载的灭火水剂体积。
优选的，根据不同的航空灭火参数及其对应的灭火效果参数构建各种航空灭火参数的灭火效果模型，并以灭火效果最优为优化目标，求解各种航空灭火参数的灭火效果模型的最优解，具体包括以下步骤：
分别绘制灭火水剂漂移量与飞行高度、飞行速度、喷洒方式、灭火水剂粘度、吊桶喷洒灭火水剂的振幅、吊桶喷洒灭火水剂的频率、喷洒流量以及姿态角的曲线式的灭火效果模型，以灭火水剂漂移量最小为优化目标，求解各种航空灭火参数的灭火效果模型，得到各种航空灭火参数的灭火效果模型的最优解。
优选的，灭火效果参数为阶梯可燃物遮挡率，统计得到不同的航空灭火参数所对应的灭火效果参数，具体包括以下步骤：
获取穿透接收容器内的灭火水剂和与其距离最近的多个灭火水剂接收容器的灭火水剂，计算穿透接收容器内的灭火水剂和与其距离最近的多个灭火水剂接收容器的比值得到阶梯可燃物遮挡率。
优选的，根据不同的航空灭火参数及其对应的灭火效果参数构建各种航空灭火参数的灭火效果模型，并以灭火效果最优为优化目标，求解各种航空灭火参数的灭火效果模型的最优解，具体包括以下步骤：
分别绘制阶梯可燃物遮挡率与飞行高度、飞行速度、喷洒方式、灭火水剂粘度、吊桶喷洒灭火水剂的振幅、吊桶喷洒灭火水剂的频率、喷洒流量以及姿态角的曲线式的灭火效果模型，以阶梯可燃物遮挡率最小为优化目标，求解各种航空灭火参数的灭火效果模型，得到各种航空灭火参数的灭火效果模型的最优解。
一种计算机系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任一方法的步骤。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明中的航空灭火参数获取方法及系统，根据实际火场的环境特征构建能模拟实际火场的测试区域；在不同的航空灭火参数下，使用航空灭火装置对测试区域进行灭火喷洒试验，统计得到不同的航空灭火参数所对应的灭火效果参数，航空灭火参数包括：飞行高度、飞行速度、喷洒方式、灭火水剂粘度、喷洒流量以及姿态角；根据不同的航空灭火参数及其对应的灭火效果参数构建各种航空灭火参数的灭火效果模型，并以灭火效果最优为优化目标，求解各种航空灭火参数的灭火效果模型的最优解；根据最优解所对应的各种航空灭火参数指导航空灭火装置进行现场灭火，从而提高现场灭火的效率。
2、在优选方案中，本发明通过开展试验，根据不同的试验效果总结出喷水灭火方法，为可为影响直升机高空灭火效率的因素及规律进行定量研究，从而准确获取影响直升机高空灭火效率的关键因素；
3、在优选方案中，本发明通过开展试验，可以通过试验，获得直升机灭火的高效灭火区域、有效灭火区域和无效灭火区域，从而在现场应用时，尽量利用高效灭火区域和有效灭火区域灭火，避免无效灭火和低效灭火。
4、优选方案中，本发明通过开展试验，可以获得现场阶梯可燃物对灭火水剂的阻挡作用，从而提出应对阶梯可燃物灭火的方法；
5、本发明方法操作简单，容易实现。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明航空灭火参数获取方法的流程图；
图2为本发明优选实施例二中的测试区域布局图；
图3为本发明优选实施例二中的灭火区域示意图；
图4为本发明优选实施例二中的灭火水剂覆盖范围及摆动形状。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例一：
如图1所示，本实施例公开了一种航空灭火参数获取方法，包括以下步骤：
根据实际火场的环境特征构建能模拟实际火场情况的测试区域；
在不同的航空灭火参数下，使用航空灭火装置对测试区域进行灭火喷洒试验，统计得到不同的航空灭火参数所对应的灭火效果参数，航空灭火参数包括：飞行高度、飞行速度、喷洒方式、灭火水剂粘度、吊桶喷洒灭火水剂的振幅、吊桶喷洒灭火水剂的频率、喷洒流量以及姿态角；
根据不同的航空灭火参数及其对应的灭火效果参数构建各种航空灭火参数的灭火效果模型，并以灭火效果最优为优化目标，求解各种航空灭火参数的灭火效果模型的最优解；根据最优解所对应的各种航空灭火参数指导航空灭火装置进行现场灭火。
此外，本实施例中还公开了一种计算机系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任一方法的步骤。
本发明中的航空灭火参数获取方法及系统，根据实际火场的环境特征构建能模拟实际火场的测试区域；在不同的航空灭火参数下，使用航空灭火装置对测试区域进行灭火喷洒试验，统计得到不同的航空灭火参数所对应的灭火效果参数，航空灭火参数包括：飞行高度、飞行速度、喷洒方式、灭火水剂粘度、喷洒流量以及姿态角；根据不同的航空灭火参数及其对应的灭火效果参数构建各种航空灭火参数的灭火效果模型，并以灭火效果最优为优化目标，求解各种航空灭火参数的灭火效果模型的最优解；根据最优解所对应的各种航空灭火参数指导航空灭火装置进行现场灭火，从而提高现场灭火的效率。
实施例二：
实施例二是实施例的优选实施例，其与实施例一的不同之处在于，对航空灭火参数获取方法的具体步骤进行了拓展：
在本实施例中，航空灭火参数包括飞行高度、飞行速度、喷洒方式、灭火水剂粘度、吊桶喷洒灭火水剂的振幅、吊桶喷洒灭火水剂的频率、喷洒流量以及姿态角，灭火效果参数包括阶梯可燃物遮挡率和/或灭火水剂漂移量。
在本实施例中，吊桶喷洒灭火水剂的振幅、吊桶喷洒灭火水剂的频率的确定方法为：
绘制包络灭火水剂的覆盖区域的矩形，去除因为喷洒起始和末端由于流量小造成的距离最小点，选择离矩形的中心线距离最近的拐点作为摆动点，通过采集所述航空飞行装置喷洒的灭火水剂的扩散程度、下落速度以及图形参数计算摆动点之间的距离，计算摆动点之间的距离，根据航空飞行装置的飞行速度计算摆动点之间的时间间隔，进而根据摆动点之间的距离和时间间隔计算航空飞行装置的吊桶喷洒灭火水剂的振幅和频率。
本实施例中的，提供的航空灭火参数获取方法，包括下述步骤：
(1)划定测试区域，划分网格；
选择净空条件好、地面平坦区域作为测试区域，并将测试区域网格化，由于灭火水剂的分布在前面1/3长度内喷洒的少，在后2/3喷洒的多，沿飞行方向前1/3长度网格密度为后2/3长度网格密度的一半；垂直飞行方向网格密度与前述的飞行方向后2/3长度网格密度相等；这样在网格化后的测试区域上的每个交叉点均放置灭火水剂接收容器，就可以提高灭火水剂收集的准确性；
(2)测试参数区间计算
为避免直升机喷洒试验无法将灭火水剂投洒在测试区域，喷洒时间t1、飞行速度V1、飞行高度H满足以下约束条件：
t1·V1≤Ls-Ld
S＝Q1·t2
t2≤t1
其中，t1为喷洒时间，V1为飞行速度，Ls为直升机喷洒试验的测试区域长度，Ld为最后时刻喷洒的灭火水剂沿直升机飞行方向投洒的长度，H为飞行高度，g为重力加速度，Q1为直升机喷洒试验流量，t2为直升机喷洒试验时间。
(3)喷洒起始点定位
计算灭火水剂在试验设定的最小高度的自由落体时间tm；计算灭火水剂在tm时间内，随直升机灭火装置以试验的最小速度飞行vm的距离Lm；保证一定的裕度，直升机喷洒的起始点位置为测试区域边界的反方向延长1.5Lm。
(4)灭火水剂接收容器定位
采用彩色油漆在测试区域网格线的每个交叉点上标记要摆放灭火水剂接收容器的位置，摆放灭火水剂接收容器，在本实施例中，灭火水剂接收容器为储水杯，得到如图2所示的测试区域示意图。
(5)摄像机准备：
如图2所示，在测试区域垂直于航空飞行装置的飞行方向的终点端布置1架摄像机，获得扩散程度；在测试区域平行与飞行方向的两侧各1摄像机，获得下落速度；在测试区域的平行于飞行方向的中心线上以及与航空飞行装置的高度平行位置均设置摄像头均分2台；在航空飞行装置的高度平行位置布置1台摄像机；后三台相机用于从不同角度获取图形参数。
(6)阶梯可燃物及穿透性测量接收容器设置。
将测试区域划等分为四个矩形，每一个矩形的中心点位置放置阶梯可燃物，阶梯可燃物下方放置用于测量灭火水剂穿透性的穿透接收容器，获得灭火水剂的穿透性能和流动性能；
(7)测试获得试验时间点的温度、湿度和风速风向，确认直升机GPS高度计的精度和准确性。
(8)水炮消防车加水，利用消防栓将消防车加满水；直升机灭火装置加水/吊桶取水；
(9)飞行喷洒
待飞行稳定后以固定速度、固定高度、固定方向飞过测试区域，在进入测试区域的前Lh位置打开阀门喷洒灭火水剂，飞过测试区域后返航降落；
(10)数据记录
将灭火水剂接收容器与灭火水剂接收容器内的灭火水剂一起称量，记录称量的重量后，将灭火水剂接收容器内灭火水剂倒掉，摆放在原位置；
(11)如表1-4所示，改变直升机灭火装置的飞行高度、飞行速度、喷洒方式、灭火水剂粘度、吊桶喷洒灭火水剂的振幅、吊桶喷洒灭火水剂的频率、喷洒流量以及姿态角，重复步骤(4)-步骤(10).并记录灭火效果参数；
表1改变飞行高度
表2改变飞行速度
表3喷洒方式
表4灭火水剂粘度
(12)对于每一次航空灭火参数所对应的灭火喷洒试验，采用插值法获得测试区域内每一个网格点的灭火水剂下落量，将灭火水剂下落量相等的网格点用线连起来，获得灭火水剂的下落区域范围及分布情况；
(13)结合灭火水剂的灭火效率，设定下落量第一阈值QM将灭火水剂下落量超过
，QM的区域划定为高效灭火区域，设定下落量第二阈值Q2，将灭火水剂下落量超过Q2、且小于QM的区域划定为有效灭火区域，将灭火水剂下落量小于QM的区域划定为无效灭火区域，可得到如图3所示的灭火区域示意图，图3中虚心围着的区域表示高效灭火区域，而由虚心和实线围绕着形成的圆环区域表示有效灭火区域，而实线外圈的区域则表示无效灭火区域；在本实施例中，QM、QM的取值由本领域的技术人员靠经验设定。
如：当灭火水剂A的灭火效率高时，如只需要1mm深度的水剂就可以扑灭山火，就认为下落量第一阈值为1mm，灭火水剂深度大于1mm的区域为高效灭火区域；当灭火水剂B的灭火效率中等，如2mm深度可以扑灭山火，则QM为2mm；试验表明纯水需要6mm才能扑灭山火，纯水的则QM为6mm。
如图4所示，在图4中，用不同深浅的灰色表述不同的振幅频率，且不同深浅的灰色与不同的振幅频率之间的关系如图4中右侧的竖向灰度色卡所示，在图4中，位于左侧的竖向坐标轴表示直升机飞行距离，单位为m，横向的坐标轴表示摆动振幅。如在本实施例中，灭火水剂呈现轻微的“S”型分布，且首端摆幅较小、尾端摆幅增大的趋势。摆动的振幅为5m，摆动频率为0.1HZ，在该摆动时间内直升机飞行距离为65m。
(14)统计测试区域各个网格的灭火水剂的深度，并划分等差区间，统计灭火水剂喷洒区域Ss与阶梯可燃物放置区域Sf的重叠区域中，灭火水剂深度大于die、小于d(i+1)e的第j个重叠区域块的面积，其中，die为将灭火水剂深度划分的区间，i为区间对应的等级，取值范围为1,2,3,…,n，n为区间数，e代表灭火剂，在本实施例中，die的取值为[0mm，0.2mm，0.4mm，…，1.6mm]，n的取值为8，j为重叠区域的个数，没有固定的数量，根据喷洒结果确定；(例如，深度为die＝0.2mm,d(i+1)e＝0.4mm,那就是喷洒厚度在0.2-0.4mm范围内的喷洒区域，因为灭火水剂分布肯定是不连续的，不连续就会导致在一个深度范围对应多个区域。)获取航空灭火装置吊桶的灭火水剂体积，并利用漂移量计算公式计算灭火水剂的漂移量，其中，漂移量计算公式为：
其中，γ为灭火水剂的漂移量，η为吊桶灭火时灭火水剂利用率；Sij为灭火水剂喷洒区域Ss与山火区域Sf重叠区域中，灭火水剂深度大于die、小于d(i+1)e的第j个重叠区域块的面积；V为吊桶装载的灭火水剂体积。
(15)将穿透性测量接收容器与其距离最近的4个灭火水剂接收容器的灭火水剂比值作为阶梯可燃物遮挡率；
(16)分别绘制灭火水剂漂移量与飞行高度、飞行速度、喷洒方式、灭火水剂粘度、吊桶喷洒灭火水剂的振幅、吊桶喷洒灭火水剂的频率、喷洒流量以及姿态角的曲线式的灭火效果模型，以灭火水剂漂移量最少为优化目标，求解各种航空灭火参数的灭火效果模型，得到各种航空灭火参数的灭火效果模型的最优解所对应的优化航空灭火参数，根据最优解所对应的各种航空灭火参数指导航空灭火装置进行现场灭火，从而提高灭火效率；
(17)分别绘制阶梯可燃物遮挡率与飞行高度、飞行速度、喷洒方式、灭火水剂粘度、吊桶喷洒灭火水剂的振幅、吊桶喷洒灭火水剂的频率、喷洒流量以及姿态角的曲线式的灭火效果模型，由于遮挡最小，则灭火水剂下落到地表可燃物最多，灭火水剂的利用率越高，因此，以阶梯可燃物遮挡率最小为优化目标，求解各种航空灭火参数的灭火效果模型，得到各种航空灭火参数的灭火效果模型最优解所对应的航空灭火参数。根据最优解所对应的各种航空灭火参数指导航空灭火装置进行现场灭火，提高灭火水剂利用率；
综上，本发明中的航空灭火参数获取方法及系统，根据实际火场的环境特征构建能模拟实际火场的测试区域；在不同的航空灭火参数下，使用航空灭火装置对测试区域进行灭火喷洒试验，统计得到不同的航空灭火参数所对应的灭火效果参数，航空灭火参数包括：飞行高度、飞行速度、喷洒方式、灭火水剂粘度、吊桶喷洒灭火水剂的振幅、吊桶喷洒灭火水剂的频率、喷洒流量以及姿态角；根据不同的航空灭火参数及其对应的灭火效果参数构建各种航空灭火参数的灭火效果模型，并以灭火效果最优为优化目标，求解各种航空灭火参数的灭火效果模型的最优解；根据最优解所对应的各种航空灭火参数指导航空灭火装置进行现场灭火，从而提高现场灭火的效率。
在优选方案中，本发明通过开展试验，根据不同的试验效果总结出喷水灭火方法，为可为影响直升机高空灭火效率的因素及规律进行定量研究，从而准确获取影响直升机高空灭火效率的关键因素；
在优选方案中，本发明通过开展试验，可以通过试验，获得直升机灭火的高效灭火区域、有效灭火区域和无效灭火区域，从而在现场应用时，尽量利用高效灭火区域和有效灭火区域灭火，避免无效灭火和低效灭火。
优选方案中，本发明通过开展试验，可以获得现场阶梯可燃物对灭火水剂的阻挡作用，从而提出应对阶梯可燃物灭火的方法。
本发明方法操作简单，容易实现。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种航空灭火参数获取方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据实际火场的环境特征构建能模拟实际火场情况的测试区域；
在不同的航空灭火参数下，使用航空灭火装置对所述测试区域进行灭火喷洒试验，统计得到不同的航空灭火参数所对应的灭火效果参数，所述航空灭火参数包括：飞行高度、飞行速度、喷洒方式、灭火水剂粘度、吊桶喷洒灭火水剂的振幅、吊桶喷洒灭火水剂的频率、喷洒流量以及姿态角；
根据不同的航空灭火参数及其对应的灭火效果参数构建各种航空灭火参数的灭火效果模型，并以灭火效果最优为优化目标，求解各种航空灭火参数的灭火效果模型的最优解；根据所述最优解所对应的各种航空灭火参数指导航空灭火装置进行现场灭火；
构建能模拟实际火场的测试区域，具体包括以下步骤：
选择净空条件好、地面平坦区域作为测试区域，并将测试区域网格化，其中，所述测试区域沿飞行方向前1/3长度的网格密度为后2/3长度的网格密度的一半，垂直飞行方向的网格密度与所述测试区域的飞行方向的后2/3长度的网格密度相等；
在测试区域网格化后的每个交叉点均放置灭火水剂接收容器；将所述测试区域等分成多个矩阵，在多个矩阵的中心均放置阶梯可燃物，阶梯可燃物的下方放置用于测量灭火水剂穿透性的穿透接收容器；
在所述测试区域垂直于所述航空飞行装置的飞行方向的终点端、在所述测试区域平行与所述飞行方向的两侧、测试区域的平行于飞行方向的中心线上以及与所述航空飞行装置的高度平行位置均设置摄像头，以采集所述航空飞行装置喷洒的灭火水剂的扩散程度、下落速度以及图形参数。
2.根据权利要求1所述的航空灭火参数获取方法，其特征在于，使用航空灭火装置对所述测试区域进行灭火喷洒试验，具体包括以下步骤：
为避免航空飞行装置的灭火喷洒试验无法将灭火水剂投洒在测试区域，确定航空灭火参数的约束条件，并选取符合所述约束条件的航空灭火参数，确定所述航空飞行装置的喷洒起始点，使所述航空灭火装置执行所述航空灭火参数和喷洒起始点来进行对所述测试区域进行灭火喷洒试验。
3.根据权利要求2所述的航空灭火参数获取方法，其特征在于，所述约束条件为：
t1×V1≤Ls-Ld
S＝Q1×t2
t2≤t1
其中，t1为喷洒时间，V1为飞行速度，Ls为直升机喷洒试验的测试区域长度，Ld为最后时刻喷洒的灭火水剂沿直升机飞行方向投洒的长度，H为飞行高度，g为重力加速度，Q1为直升机喷洒试验流量，t2为直升机喷洒试验时间。
4.根据权利要求3中所述的航空灭火参数获取方法，其特征在于，确定所述航空飞行装置的喷洒起始点，具体包括以下步骤：
计算灭火水剂在试验设定的最小高度的自由落体时间tm；计算灭火水剂在tm时间内，随直升机灭火装置以试验的最小速度飞行vm的距离Lm；保证一定的裕度，确定直升机喷洒的起始点位置为测试区域边界的反方向延长1.5Lm。
5.根据权利要求4所述的航空灭火参数获取方法，其特征在于，吊桶喷洒灭火水剂的振幅、吊桶喷洒灭火水剂的频率的确定方法为：
绘制包络灭火水剂的覆盖区域的矩形，去除因为喷洒起始和末端由于流量小造成的距离最小点，选择离矩形的中心线距离最近的拐点作为摆动点，通过采集所述航空飞行装置喷洒的灭火水剂的扩散程度、下落速度以及图形参数计算摆动点之间的距离，根据航空飞行装置的飞行速度计算摆动点之间的时间间隔，进而根据摆动点之间的距离和时间间隔计算航空飞行装置的吊桶喷洒灭火水剂的振幅和频率。
6.根据权利要求5所述的航空灭火参数获取方法，其特征在于，所述灭火效果参数为灭火水剂漂移量，统计得到不同的航空灭火参数所对应的灭火效果参数，具体包括以下步骤：
对于每一次航空灭火参数所对应的灭火喷洒试验，采用插值法获得测试区域内每一个网格点的灭火水剂下落量，将灭火水剂下落量相等的网格点用线连起来，获得灭火水剂的下落区域范围及分布情况；
结合灭火水剂灭火效率，设定下落量第一阈值QM，将灭火水剂下落量超过QM的区域划定为高效灭火区域，设定下落量第二阈值Q2，将灭火水剂下落量超过Q2、且小于QM的区域划定为有效灭火区域，将灭火水剂下落量小于Q2的区域划定为无效灭火区域；
统计测试区域各个网格的灭火水剂的深度，并划分等差区间，统计灭火水剂喷洒区域Ss与阶梯可燃物放置区域Sf的重叠区域中，灭火水剂深度大于die、小于d(i+1)e的第j个重叠区域块的面积，其中，die为将灭火水剂深度划分的区间，i为区间对应的等级，取值范围为1,2,3,...,n，n为区间数，e代表灭火剂，j为重叠区域的个数，没有固定的数量，根据喷洒结果确定；获取航空灭火装置吊桶的灭火水剂体积，并利用漂移量计算公式计算灭火水剂的漂移量，所述漂移量计算公式为：
其中，γ为灭火水剂的漂移量，η为吊桶灭火时灭火水剂利用率；Sij为灭火水剂喷洒区域Ss与山火区域Sf重叠区域中，灭火水剂深度大于die、小于d(i+1)e的第j个重叠区域块的面积；V为吊桶装载的灭火水剂体积。
7.根据权利要求6所述的航空灭火参数获取方法，其特征在于，根据不同的航空灭火参数及其对应的灭火效果参数构建各种航空灭火参数的灭火效果模型，并以灭火效果最优为优化目标，求解各种航空灭火参数的灭火效果模型的最优解，具体包括以下步骤：
分别绘制灭火水剂漂移量与飞行高度、飞行速度、喷洒方式、灭火水剂粘度、吊桶喷洒灭火水剂的振幅、吊桶喷洒灭火水剂的频率、喷洒流量以及姿态角的曲线式的灭火效果模型，以灭火水剂漂移量最小为优化目标，求解各种航空灭火参数的灭火效果模型，得到各种航空灭火参数的灭火效果模型的最优解。
8.根据权利要求7所述的航空灭火参数获取方法，其特征在于，所述灭火效果参数为阶梯可燃物遮挡率，统计得到不同的航空灭火参数所对应的灭火效果参数，具体包括以下步骤：
获取穿透接收容器内的灭火水剂和与其距离最近的多个灭火水剂接收容器的灭火水剂，计算穿透接收容器内的灭火水剂和与其距离最近的多个灭火水剂接收容器的比值得到阶梯可燃物遮挡率。
9.根据权利要求8所述的航空灭火参数获取方法，其特征在于，根据不同的航空灭火参数及其对应的灭火效果参数构建各种航空灭火参数的灭火效果模型，并以灭火效果最优为优化目标，求解各种航空灭火参数的灭火效果模型的最优解，具体包括以下步骤：
分别绘制阶梯可燃物遮挡率与飞行高度、飞行速度、喷洒方式、灭火水剂粘度、吊桶喷洒灭火水剂的振幅、吊桶喷洒灭火水剂的频率、喷洒流量以及姿态角的曲线式的灭火效果模型，以阶梯可燃物遮挡率最小为优化目标，求解各种航空灭火参数的灭火效果模型，得到各种航空灭火参数的灭火效果模型的最优解。
10.一种计算机系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至9任一所述方法的步骤。
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