CN114676910B - 灭火飞机地面灭火剂分布快速预测方法及系统 - Google Patents

灭火飞机地面灭火剂分布快速预测方法及系统 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种灭火飞机地面灭火剂分布快速预测方法及系统，方法包括：获取灭火飞机的实际相关工况参数，并利用预先构建的灭火飞机地面灭火剂分布半物理模型，预测任一时刻的实际地面灭火剂分布，基于目标时长内每一时刻的实际地面灭火剂分布，动态生成目标时长内的地面灭火剂分布的可视化图像。由此，解决了单架次灭火飞机投放效能难以精细预测的关键问题，该方法相比于全尺寸灭火飞机投放实验方法，具有成本低、速度快、且精度高等优势，可为航空消防灭火任务规划提供技术支持。

Description

灭火飞机地面灭火剂分布快速预测方法及系统
技术领域
本申请涉及航空灭火技术领域，特别涉及一种灭火飞机地面灭火剂分布快速预测方法及系统。
背景技术
灭火飞机具有地形受限度低、运载容量大、机动性强、安全性高等优势，因此，逐渐发展为森林火灾扑救的重要工具。对于灭火飞机而言，灭火能力与投放作业时的地面灭火剂分布密切相关。然而，灭火飞机在作业过程中，灭火剂通过自重或者在加压的作用下离开水箱，灭火剂在重力、空气作用力、表面张力、分子内聚力以及惯性力等多种作用力的综合作用下，先后经历射流、轮廓变形、边界失稳、液体破裂和液体雾化等一系列物理过程后落到地面形成灭火剂分布。这一复杂的物理过程很难用准确的方法进行预测和描述。因此，关于灭火飞机地面灭火剂分布预测方法的研究尚未见诸文献。
当前灭火飞机投放灭火剂地面分布情况通常通过灭火飞机实尺寸投放实验的方式进行测量，例如中国飞行试验研究院公开的一种灭火飞机投放试验地面附着密度测量方法阐明了灭火飞机投放实验过程中地面液体的收集方法。由已发表的相关实验研究成果可知，灭火飞机投放灭火剂地面分布情况可能与工况参数(包括：投放流量、投放总量、飞行速度、飞行高度、灭火剂性质等)、环境条件(包括：环境风速、温度等)等因素有关。然而，全尺寸灭火飞机投放实验成本极高，对环境条件要求极为苛刻，耗时较长，难以根据实际情况快速给出相关建议。
因此，亟需一种基于物理模型的灭火飞机地面灭火剂分布预测方法，以实现实际工况条件下单架次灭火飞机投放效能的快速预测，为航空消防灭火任务规划提供技术支持。
发明内容
本申请提供一种灭火飞机地面灭火剂分布快速预测方法及系统，以解决单架次灭火飞机投放效能难以精细预测的关键问题。
本申请第一方面实施例提供一种灭火飞机地面灭火剂分布快速预测方法，包括以下步骤：
获取灭火飞机的实际相关工况参数；
基于所述实际相关工况参数，利用预先构建的灭火飞机地面灭火剂分布半物理模型，预测任一时刻的实际地面灭火剂分布；
基于目标时长内每一时刻的实际地面灭火剂分布，动态生成所述目标时长内的完整地面灭火剂分布的可视化图像。
根据本申请的一个实施例，所述相关工况参数包括投放流量、投放总量、飞行速度、飞行高度、灭火剂性质和环境参数中的至少一项。
根据本申请的一个实施例，所述基于所述实际相关工况参数，利用预先构建的灭火飞机地面灭火剂分布半物理模型，预测任一时刻的实际地面灭火剂分布，包括：
确定所述灭火飞机在所述任一时刻时的实际空间位置；
基于所述实际空间位置，获取所述灭火飞机的灭火剂落至地面时沿飞行方向的实际坐标和落至地面时沿垂直于飞行方向分布的中心点坐标；
根据所述实际坐标和所述中心点坐标确定所述灭火飞机在所述任一时刻时流出的灭火剂在地面形成的灭火剂分布。
根据本申请的一个实施例，所述灭火剂分布的表达式为：
Figure GDA0003880767340000021
Figure GDA0003880767340000022
Figure GDA0003880767340000023
其中，q(t)为所述灭火飞机在t时刻的排放流量；U(t)为所述灭火飞机在t时刻的相对于空气的飞行速度；Ug(t)为所述灭火飞机在t时刻的相对于地面的飞行速度；μL(t)为在t时刻的投放灭火剂的粘度；μw(t)为在t时刻的水的粘度；y0为启动投放作业瞬间，流出灭火飞机水箱的灭火剂落至地面时沿垂直于飞行方向分布的中心点坐标，y为高斯分布中的未知数；S(t)为所述灭火飞机在t时刻的舱门开启面积；H(t)为所述灭火飞机在t时刻的飞行高度；Q(t)为所述灭火飞机的投放总量；k1和k2均为修正因子；ρL(t)为在t时刻的投放灭火剂的密度；ρw(t)为在t时刻的水的密度；ρair(t)为在t时刻的空气的密度；σ(t)为在t时刻流出灭火飞机水箱的灭火剂落至地面沿垂直于飞行方向形成的灭火剂分布的标准差；ε(t)为在t时刻的工况参数组合量；ε0为ε(t)的上临界值。
根据本申请实施例的灭火飞机地面灭火剂分布快速预测方法，获取灭火飞机的实际相关工况参数并利用预先构建的灭火飞机地面灭火剂分布半物理模型，预测任一时刻的实际地面灭火剂分布，基于目标时长内每一时刻的实际地面灭火剂分布，动态生成目标时长内的地面灭火剂分布的可视化图像。由此，解决了单架次灭火飞机投放效能难以精细预测的关键问题，该方法相比于全尺寸灭火飞机投放实验方法，具有成本低、速度快、且精度高等优势，可为航空消防灭火任务规划提供技术支持。
本申请第二方面实施例提供一种灭火飞机地面灭火剂分布快速预测系统，包括：
输入模块，用于获取灭火飞机的实际相关工况参数；
计算预测模块，用于基于所述实际相关工况参数，利用预先构建的灭火飞机地面灭火剂分布半物理模型，预测任一时刻的实际地面灭火剂分布；
动态可视化生成模块，用于基于目标时长内每一时刻的实际地面灭火剂分布，动态生成所述目标时长内的地面灭火剂分布的可视化图像。
根据本申请的一个实施例，所述相关工况参数包括投放流量、投放总量、飞行速度、飞行高度、灭火剂性质和环境参数中的至少一项。
根据本申请的一个实施例，所述计算预测模块包括：
确定单元，用于确定所述灭火飞机在所述任一时刻时的实际空间位置；
计算单元，用于基于所述实际空间位置，获取所述灭火飞机的灭火剂落至地面时沿飞行方向的实际坐标和落至地面时沿垂直于飞行方向分布的中心点坐标；
预测单元，用于根据所述实际坐标和所述中心点坐标确定所述灭火飞机在所述任一时刻时流出的灭火剂在地面形成的灭火剂分布。
根据本申请的一个实施例，所述灭火剂分布的表达式为：
Figure GDA0003880767340000031
Figure GDA0003880767340000032
Figure GDA0003880767340000041
其中，q(t)为所述灭火飞机在t时刻的排放流量；U(t)为所述灭火飞机在t时刻的相对于空气的飞行速度；Ug(t)为所述灭火飞机在t时刻的相对于地面的飞行速度；μL(t)为在t时刻的投放灭火剂的粘度；μw(t)为在t时刻的水的粘度；y0为启动投放作业瞬间，流出灭火飞机水箱的灭火剂落至地面时沿垂直于飞行方向分布的中心点坐标，y为高斯分布中的未知数；S(t)为所述灭火飞机在t时刻的舱门开启面积；H(t)为所述灭火飞机在t时刻的飞行高度；Q(t)为所述灭火飞机的投放总量；k1和k2均为修正因子；ρL(t)为在t时刻的投放灭火剂的密度；ρw(t)为在t时刻的水的密度；ρair(t)为在t时刻的空气的密度；σ(t)为在t时刻流出灭火飞机水箱的灭火剂落至地面沿垂直于飞行方向形成的灭火剂分布的标准差；ε(t)为在t时刻的工况参数组合量；ε0为ε(t)的上临界值。
根据本申请实施例的灭火飞机地面灭火剂分布快速预测系统，获取灭火飞机的实际相关工况参数并利用预先构建的灭火飞机地面灭火剂分布半物理模型，预测任一时刻的实际地面灭火剂分布，基于目标时长内每一时刻的实际地面灭火剂分布，动态生成目标时长内的地面灭火剂分布的可视化图像。由此，解决了单架次灭火飞机投放效能难以精细预测的关键问题，该方法相比于全尺寸灭火飞机投放实验方法，具有成本低、速度快、且精度高等优势，可为航空消防灭火任务规划提供技术支持。
本申请第三方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的灭火飞机地面灭火剂分布快速预测方法。
本申请第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现如上述实施例所述的灭火飞机地面灭火剂分布快速预测方法。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本申请实施例提供的一种灭火飞机地面灭火剂分布快速预测方法的流程图；
图2为根据本申请一个实施例提供的灭火飞机地面灭火剂分布快速预测方法的流程结构示意图；
图3为根据本申请实施例的灭火飞机地面灭火剂分布快速预测系统的示例图；
图4为根据本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面参考附图描述本申请实施例的灭火飞机地面灭火剂分布快速预测方法及系统。针对上述背景技术中心提到单架次灭火飞机投放效能难以精细预测的关键问题，本申请提供了一种灭火飞机地面灭火剂分布快速预测方法，在该方法中，获取灭火飞机的实际相关工况参数并利用预先构建的灭火飞机地面灭火剂分布半物理模型，预测任一时刻的实际地面灭火剂分布，基于目标时长内每一时刻的实际地面灭火剂分布，动态生成目标时长内的地面灭火剂分布的可视化图像。由此，解决了单架次灭火飞机投放效能难以精细预测的关键问题，该方法相比于全尺寸灭火飞机投放实验方法，具有成本低、速度快、且精度高等优势，可为航空消防灭火任务规划提供技术支持。
具体而言，图1为本申请实施例所提供的一种灭火飞机地面灭火剂分布快速预测方法的流程示意图。
如图1所示，该灭火飞机地面灭火剂分布快速预测方法包括以下步骤：
在步骤S101中，获取灭火飞机的实际相关工况参数。
进一步地，在一些实施例中，相关工况参数包括投放流量、投放总量、飞行速度、飞行高度、灭火剂性质和环境参数中的至少一项。
具体地，基于灭火飞机投放实验研究结果可知，灭火飞机投放灭火剂地面分布情况可能与工况参数(包括：投放流量、投放总量、飞行速度、飞行高度、灭火剂性质等)、环境条件(包括：环境风速、温度等)等因素有关，因此，在进行灭火飞机投放灭火剂地面分布情况时获取灭火飞机的实际相关工况参数中的至少一项。
在步骤S102中，基于实际相关工况参数，利用预先构建的灭火飞机地面灭火剂分布半物理模型，预测任一时刻的实际地面灭火剂分布，其中，灭火飞机地面灭火剂分布半物理模型可以通过理论推导、经验拟合等方法得到。
进一步地，在一些实施例中，基于实际相关工况参数，利用预先构建的灭火飞机地面灭火剂分布半物理模型，预测任一时刻的实际地面灭火剂分布，包括：确定灭火飞机在任一时刻时的实际空间位置；基于实际空间位置，获取灭火飞机的灭火剂落至地面时沿飞行方向的实际坐标和落至地面时沿垂直于飞行方向分布的中心点坐标；根据实际坐标和中心点坐标确定灭火飞机在任一时刻时流出的灭火剂在地面形成的灭火剂分布。
具体地，基于灭火飞机投放实验研究结果，结合理论分析方法，构建灭火飞机地面灭火剂分布与相关工况参数间的半物理模型，以实现灭火飞机在任一时刻流出的灭火剂在地面形成的灭火剂分布的预测。
首先，提出灭火飞机地面灭火剂分布半物理模型。已知在一极小的时间段
Figure GDA0003880767340000061
Figure GDA0003880767340000062
内，可将各工况参数(包括投放流量、投放总量、飞行速度、飞行高度、灭火剂性质、环境参数等)视为常量，则灭火飞机投放灭火剂地面灭火剂分布可视为以(0,0)为中心点，沿飞行方向的均匀分布以及沿垂直于飞行方向的高斯分布。其次，结合理论分析和经验拟合方法，在某一时间步Δt，灭火飞机地面灭火剂分布与相关工况参数(投放流量、投放总量、飞行速度、飞行高度、液体性质、环境参数等)间的简单定量关系可以表示为：
沿飞行方向的均匀分布：
L＝UgΔt＝(U+Uwcosβ)Δt；                          (1)
其中，L为地面灭火剂分布沿飞行方向的长度；Ug为灭火飞机在Δt内相对于地面的飞行速度；U为灭火飞机在Δt内相对于空气的飞行速度；Uw为在Δt内的环境风速；β为Ug与U的水平夹角。
沿垂直于飞行方向的高斯分布
Figure GDA0003880767340000063
Figure GDA0003880767340000064
Figure GDA0003880767340000065
Figure GDA0003880767340000066
其中，q为灭火飞机在Δt内的排放流量；S为灭火飞机在Δt内的舱门开启面积；H为灭火飞机在Δt内的飞行高度；Q为灭火飞机本次作业过程中的投放总量；μL为投放灭火剂的粘度；μw为水的粘度；k1和k2为修正因子；ρL为投放灭火剂的密度；ρw为水的密度；ρair为空气的密度；σ为标准差；ε为工况参数组合量，为一判别式，当ε≥ε0时，为在该工况条件下，可以使得灭火飞机投放灭火剂总量全部落至地面；ε0为ε的上临界值。
通过上述灭火飞机地面灭火剂分布半物理模型即可实现任一时刻的地面灭火剂分布预测。
在步骤S103中，基于目标时长内每一时刻的实际地面灭火剂分布，动态生成目标时长内的地面灭火剂分布的可视化图像。
具体地，在实际森林消防作业中，灭火飞机投放灭火剂是一个连续的过程，一般在1-20s以内完成，从而在地面形成连续的灭火剂分布。
因此，本申请实施例即提出实际投放作业过程中形成的连续的地面灭火剂分布。
首先，可以根据灭火飞机自带的定位系统，确定灭火飞机启动投放作业瞬间的空间位置，将该空间位置的坐标记为(x0，y0，z0)，此时对应的投放时间t＝0。(注意：x方向为灭火飞机的飞行方向，y方向为垂直于灭火飞机的飞行方向。)
其次，确定启动投放作业瞬间，流出灭火飞机水箱的灭火剂落至地面时沿飞行方向的坐标x1，x1可以表示为：
x1＝x0+b(U1+Uw1cosβ1)t1；                        (5)
其中，b为阻力修正系数；U1为灭火飞机在启动投放作业瞬间相对于空气的飞行速度；Uw1为在启动投放作业瞬间的环境风速；β1为风向；t1为启动投放作业瞬间，流出灭火飞机水箱的灭火剂落至地面所需的时间，其可以通过下式估算：
Figure GDA0003880767340000071
最后，确定启动投放作业瞬间，流出灭火飞机水箱的灭火剂落至地面时沿垂直于飞行方向分布的中心点坐标y1，由于灭火剂流出灭火飞机水箱后，沿垂直于飞行方向的位移极小，可忽略不计，因此y1可以表示为：
y1≈y0；                               (7)
此时，在地面沿垂直于飞行方向形成的灭火剂分布可以通过灭火飞机地面灭火剂分布半物理模型中沿垂直于飞行方向地面灭火剂分布计算公式确定，则启动投放作业瞬间，流出灭火飞机水箱的灭火剂在地面沿垂直于飞行方向形成的灭火剂分布可以表示为
Figure GDA0003880767340000081
Figure GDA0003880767340000082
Figure GDA0003880767340000083
Figure GDA0003880767340000084
其中，q(t)为灭火飞机在t时刻的排放流量；U(t)为灭火飞机在t时刻的相对于空气的飞行速度；Ug(t)为灭火飞机在t时刻的相对于地面的飞行速度；μL(t)为在t时刻的投放灭火剂的粘度；μw(t)为在t时刻的水的粘度；y1为启动投放作业瞬间，流出灭火飞机水箱的灭火剂落至地面时沿垂直于飞行方向分布的中心点坐标；y为高斯分布中的未知数；S(t)为灭火飞机在t时刻的舱门开启面积；H(t)为灭火飞机在t时刻的飞行高度；Q(t)为灭火飞机的投放总量；k1和k2均为修正因子；ρL(t)为在t时刻的投放灭火剂的密度；ρw(t)为在t时刻的水的密度；ρair(t)为在t时刻的空气的密度；σ(t)为在t时刻流出灭火飞机水箱的灭火剂落至地面沿垂直于飞行方向形成的灭火剂分布的标准差；ε(t)为在t时刻的工况参数组合量；ε0为ε(t)的上临界值。
通过上述方法即可确定灭火飞机启动投放作业瞬间流出灭火飞机水箱的灭火剂在地面形成的灭火剂分布。
举例而言，首先，假定灭火飞机一个连续的投放过程，在地面形成的灭火剂分布为F，则F可以表示为：
Figure GDA0003880767340000085
其中，x(t)为t时刻流出灭火飞机水箱的灭火剂落至地面沿飞行方向的坐标；
Figure GDA0003880767340000086
为t时刻流出灭火飞机水箱的灭火剂落至地面沿垂直于飞行方向形成的灭火剂分布。
t时刻流出灭火飞机水箱的灭火剂落至地面沿飞行方向的坐标x(t)可以表示为：
Figure GDA0003880767340000091
其中，U(t)为灭火飞机在t时刻的相对于空气的飞行速度；Uw(t)为在t时刻的环境风速；β(t)为在t时刻的风向。
其次，t时刻流出灭火飞机水箱的灭火剂落至地面时沿垂直于飞行方向分布的中心点坐标y(t)，由于灭火剂流出灭火飞机水箱后，沿垂直于飞行方向的位移极小，可忽略不计，因此y(t)可以表示为：
y(t)≈y0；                              (13)
t时刻流出灭火飞机水箱的灭火剂落至地面沿垂直于飞行方向形成的灭火剂分布
Figure GDA0003880767340000092
可以表示为：
Figure GDA0003880767340000093
Figure GDA0003880767340000094
Figure GDA0003880767340000095
其中，q(t)为灭火飞机在t时刻的排放流量；U(t)为灭火飞机在t时刻的相对于空气的飞行速度；Ug(t)为灭火飞机在t时刻的相对于地面的飞行速度；μL(t)为在t时刻的投放灭火剂的粘度；μw(t)为在t时刻的水的粘度；y0为启动投放作业瞬间，流出灭火飞机水箱的灭火剂落至地面时沿垂直于飞行方向分布的中心点坐标，y为高斯分布中的未知数；S(t)为灭火飞机在t时刻的舱门开启面积；H(t)为灭火飞机在t时刻的飞行高度；Q(t)为灭火飞机的投放总量；k1和k2均为修正因子；ρL(t)为在t时刻的投放灭火剂的密度；ρw(t)为在t时刻的水的密度；ρair(t)为在t时刻的空气的密度；σ(t)为在t时刻流出灭火飞机水箱的灭火剂落至地面沿垂直于飞行方向形成的灭火剂分布的标准差；ε(t)为在t时刻的工况参数组合量；ε0为ε(t)的上临界值。
综上可知，投放总量、排放流量、飞行速度、飞行高度、灭火剂性质、环境风速、温度等均属于确定性因素或可监测因素(如：投放总量、液体性质在灭火飞机注入灭火剂时即可确定；灭火飞机投放作业时的飞行速度、飞行高度在作业规划阶段即可确定；环境风速、温度等根据实际环境监测结果即可确定)。由此，如图2所示，通过提出灭火飞机地面灭火剂分布半物理模型，在此基础上提出灭火飞机连续投放过程的地面灭火剂分布快速预测方法，以实现灭火飞机投放灭火剂作业过程中，连续地面灭火剂分布的预测，从而带来了以下优势：
(1)提出了灭火飞机地面灭火剂分布与相关工况参数(投放流量、投放总量、飞行速度、飞行高度、液体性质、环境参数等)间的简单定量关系。
(2)提出了灭火飞机地面灭火剂分布快速预测方法，可为森林消防飞机灭火任务规划提供理论支撑。
(3)为灭火飞机灭火能力评估提供了新手段，该手段相比目前广泛采用的实验方法，具有成本低、速度快、且精度高等优势。
根据本申请实施例的灭火飞机地面灭火剂分布快速预测方法，获取灭火飞机的实际相关工况参数并利用预先构建的灭火飞机地面灭火剂分布半物理模型，预测任一时刻的实际地面灭火剂分布，基于目标时长内每一时刻的实际地面灭火剂分布，动态生成目标时长内的地面灭火剂分布的可视化图像。由此，解决了单架次灭火飞机投放效能难以精细预测的关键问题，该方法相比于全尺寸灭火飞机投放实验方法，具有成本低、速度快、且精度高等优势，可为航空消防灭火任务规划提供技术支持。
其次参照附图描述根据本申请实施例提出的灭火飞机地面灭火剂分布快速预测系统。
图3是本申请实施例的灭火飞机地面灭火剂分布快速预测系统的方框示意图。
如图3所示，该灭火飞机地面灭火剂分布快速预测系统10包括：输入模块100、计算预测模块200和动态可视化生成模块300。
其中，输入模块100用于获取灭火飞机的实际相关工况参数；
计算预测模块200用于基于实际相关工况参数，利用预先构建的灭火飞机地面灭火剂分布半物理模型，预测任一时刻的实际地面灭火剂分布；
动态可视化生成模块300用于基于目标时长内每一时刻的实际地面灭火剂分布，动态生成目标时长内的地面灭火剂分布的可视化图像。
进一步地，在一些实施例中，相关工况参数包括投放流量、投放总量、飞行速度、飞行高度、灭火剂性质和环境参数中的至少一项。
进一步地，在一些实施例中，计算预测模块200包括：
确定单元，用于确定灭火飞机在任一时刻时的实际空间位置；
计算单元，用于基于实际空间位置，获取灭火飞机的灭火剂落至地面时沿飞行方向的实际坐标和落至地面时沿垂直于飞行方向分布的中心点坐标；
预测单元，用于根据实际坐标和中心点坐标确定灭火飞机在任一时刻时流出的灭火剂在地面形成的灭火剂分布。
进一步地，在一些实施例中，灭火剂分布的表达式为：
Figure GDA0003880767340000111
Figure GDA0003880767340000112
Figure GDA0003880767340000113
其中，q(t)为灭火飞机在t时刻的排放流量；U(t)为灭火飞机在t时刻的相对于空气的飞行速度；Ug(t)为灭火飞机在t时刻的相对于地面的飞行速度；μL(t)为在t时刻的投放灭火剂的粘度；μw(t)为在t时刻的水的粘度；y0为启动投放作业瞬间，流出灭火飞机水箱的灭火剂落至地面时沿垂直于飞行方向分布的中心点坐标，y为高斯分布中的未知数；S(t)为灭火飞机在t时刻的舱门开启面积；H(t)为灭火飞机在t时刻的飞行高度；Q(t)为灭火飞机的投放总量；k1和k2均为修正因子；ρL(t)为在t时刻的投放灭火剂的密度；ρw(t)为在t时刻的水的密度；ρair(t)为在t时刻的空气的密度；σ(t)为在t时刻流出灭火飞机水箱的灭火剂落至地面沿垂直于飞行方向形成的灭火剂分布的标准差；ε(t)为在t时刻的工况参数组合量；ε0为ε(t)的上临界值。
根据本申请实施例的灭火飞机地面灭火剂分布快速预测系统，获取灭火飞机的实际相关工况参数并利用预先构建的灭火飞机地面灭火剂分布半物理模型，预测任一时刻的实际地面灭火剂分布，基于目标时长内每一时刻的实际地面灭火剂分布，动态生成目标时长内的地面灭火剂分布的可视化图像。由此，解决了单架次灭火飞机投放效能难以精细预测的关键问题，该方法相比于全尺寸灭火飞机投放实验方法，具有成本低、速度快、且精度高等优势，可为航空消防灭火任务规划提供技术支持。
图4为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。该电子设备可以包括：
存储器401、处理器402及存储在存储器401上并可在处理器402上运行的计算机程序。
处理器402执行程序时实现上述实施例中提供的灭火飞机地面灭火剂分布快速预测方法。
进一步地，电子设备还包括：
通信接口403，用于存储器401和处理器402之间的通信。
存储器401，用于存放可在处理器402上运行的计算机程序。
存储器401可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
如果存储器401、处理器402和通信接口403独立实现，则通信接口403、存储器401和处理器402可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，简称为ISA)总线、外部设备互连(PeripheralComponent，简称为PCI)总线或扩展工业标准体系结构(Extended Industry StandardArchitecture，简称为EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图4中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
可选的，在具体实现上，如果存储器401、处理器402及通信接口403，集成在一块芯片上实现，则存储器401、处理器402及通信接口403可以通过内部接口完成相互间的通信。
处理器402可能是一个中央处理器(Central Processing Unit，简称为CPU)，或者是特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称为ASIC)，或者是被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。
本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的灭火飞机地面灭火剂分布快速预测方法。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种灭火飞机地面灭火剂分布快速预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取灭火飞机的实际相关工况参数；
基于所述实际相关工况参数，利用预先构建的灭火飞机地面灭火剂分布半物理模型，预测任一时刻的实际地面灭火剂分布；
基于目标时长内每一时刻的实际地面灭火剂分布，动态生成所述目标时长内的地面灭火剂分布的可视化图像；
其中，所述基于所述实际相关工况参数，利用预先构建的灭火飞机地面灭火剂分布半物理模型，预测任一时刻的实际地面灭火剂分布，包括：确定所述灭火飞机在所述任一时刻时的实际空间位置；基于所述实际空间位置，获取所述灭火飞机的灭火剂落至地面时沿飞行方向的实际坐标和落至地面时沿垂直于飞行方向分布的中心点坐标；根据所述实际坐标和所述中心点坐标确定所述灭火飞机在所述任一时刻时流出的灭火剂在地面形成的灭火剂分布，所述灭火飞机地面灭火剂分布半物理模型通过理论推导、经验拟合得到；
所述灭火剂分布的表达式为：
Figure FDA0003880767330000011
Figure FDA0003880767330000012
Figure FDA0003880767330000013
其中，q(t)为所述灭火飞机在t时刻的排放流量；U(t)为所述灭火飞机在t时刻的相对于空气的飞行速度；Ug(t)为所述灭火飞机在t时刻的相对于地面的飞行速度；μL(t)为在t时刻的投放灭火剂的粘度；μw(t)为在t时刻的水的粘度；y0为启动投放作业瞬间，流出灭火飞机水箱的灭火剂落至地面时沿垂直于飞行方向分布的中心点坐标，y为高斯分布中的未知数；S(t)为所述灭火飞机在t时刻的舱门开启面积；H(t)为所述灭火飞机在t时刻的飞行高度；Q(t)为所述灭火飞机的投放总量；k1和k2均为修正因子；ρL(t)为在t时刻的投放灭火剂的密度；ρw(t)为在t时刻的水的密度；ρair(t)为在t时刻的空气的密度；σ(t)为在t时刻流出灭火飞机水箱的灭火剂落至地面沿垂直于飞行方向形成的灭火剂分布的标准差；ε(t)为在t时刻的工况参数组合量；ε0为ε(t)的上临界值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相关工况参数包括投放流量、投放总量、飞行速度、飞行高度、灭火剂性质和环境参数中的至少一项。
3.一种灭火飞机地面灭火剂分布快速预测系统，其特征在于，包括：
输入模块，用于获取灭火飞机的实际相关工况参数；
计算预测模块，用于基于所述实际相关工况参数，利用预先构建的灭火飞机地面灭火剂分布半物理模型，预测任一时刻的实际地面灭火剂分布；
动态可视化生成模块，用于基于目标时长内每一时刻的实际地面灭火剂分布，动态生成所述目标时长内的地面灭火剂分布的可视化图像；
其中，所述计算预测模块包括：确定单元，用于确定所述灭火飞机在所述任一时刻时的实际空间位置；计算单元，用于基于所述实际空间位置，获取所述灭火飞机的灭火剂落至地面时沿飞行方向的实际坐标和落至地面时沿垂直于飞行方向分布的中心点坐标；预测单元，用于根据所述实际坐标和所述中心点坐标确定所述灭火飞机在所述任一时刻时流出的灭火剂在地面形成的灭火剂分布，所述灭火飞机地面灭火剂分布半物理模型通过理论推导、经验拟合得到；
所述灭火剂分布的表达式为：
Figure FDA0003880767330000021
Figure FDA0003880767330000022
Figure FDA0003880767330000023
其中，q(t)为所述灭火飞机在t时刻的排放流量；U(t)为所述灭火飞机在t时刻的相对于空气的飞行速度；Ug(t)为所述灭火飞机在t时刻的相对于地面的飞行速度；μL(t)为在t时刻的投放灭火剂的粘度；μw(t)为在t时刻的水的粘度；y0为启动投放作业瞬间，流出灭火飞机水箱的灭火剂落至地面时沿垂直于飞行方向分布的中心点坐标，y为高斯分布中的未知数；S(t)为所述灭火飞机在t时刻的舱门开启面积；H(t)为所述灭火飞机在t时刻的飞行高度；Q(t)为所述灭火飞机的投放总量；k1和k2均为修正因子；ρL(t)为在t时刻的投放灭火剂的密度；ρw(t)为在t时刻的水的密度；ρair(t)为在t时刻的空气的密度；σ(t)为在t时刻流出灭火飞机水箱的灭火剂落至地面沿垂直于飞行方向形成的灭火剂分布的标准差；ε(t)为在t时刻的工况参数组合量；ε0为ε(t)的上临界值。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述相关工况参数包括投放流量、投放总量、飞行速度、飞行高度、灭火剂性质和环境参数中的至少一项。
5.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如权利要求1-2任一项所述的灭火飞机地面灭火剂分布快速预测方法。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求1-2任一项所述的灭火飞机地面灭火剂分布快速预测方法。
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