CN115601520B - 一种基于二维预估和多尺度网格的火灾模拟方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及土木工程防灾减灾技术领域，特别是指一种基于二维预估和多尺度网格的火灾模拟方法及装置，一种基于二维预估和多尺度网格的火灾模拟方法包括：导入建筑群数据，根据所述建筑群数据，获得建筑群二维模型；根据所述建筑群二维模型进行三维建模，获得建筑群三维模型；基于所述建筑群二维模型，根据火灾蔓延机制与历史火灾统计数据，预估二维火灾蔓延范围；根据所述二维火灾蔓延范围，基于所述建筑群三维模型，获得目标建筑群三维模型；基于所述目标建筑群三维模型，进行建筑群高效三维火灾模拟。本发明能够基于二维预估和可变多尺度网格，结合建筑群三维模型，能够在较短时间内完成建筑群精细化火灾模拟。

Description

一种基于二维预估和多尺度网格的火灾模拟方法及装置
技术领域
本发明涉及土木工程防灾减灾技术领域，特别是指一种基于二维预估和多尺度网格的火灾模拟方法及装置。
背景技术
近些年来，国内外发生了多起严重的建筑群火灾事故，造成严重的人员伤亡与巨大的经济损失。建筑中使用的许多可燃材料或高分子材料在燃烧时会释放出一氧化碳、氰化物等有毒烟气，人吸入这些烟气后，会出现呼吸困难、头痛、恶心、神经系统紊乱等症状，严重威胁人民的生命安全；在各地火灾造成的经济损失中，建筑火灾造成的经济损失居首位，建筑火灾产生的高温高热会对建筑结构造成破坏，甚至造成建筑的整体倒塌，建筑火灾发生后，建筑的修复重建、人员安置、生产经营停顿等，会造成巨大的间接经济损失；历史保护建筑和文化遗址一旦发生火灾，不仅会造成人员伤亡和财产损失，还会烧毁大量文物、经典书籍、古建筑等众多稀世珍宝，对人类文明成果造成不可弥补的损失。所以针对建筑群火灾蔓延模拟受到国内外学者高度重视，并已开展了较多研究。
目前，建筑群火灾蔓延模拟模型主要分为经验模型和物理模型。经验模型主要对火灾现场和计算机模拟得出的数据来进行汇总、测量和分析处理，总结经验公式，从而借助计算机的数据库、图形图像等功能，形象地分析建筑物中火灾的发展；物理模型即场模型，物理模型利用计算机，以流体力学为基础，利用连续性方程、动量方程、能量方程等数值求解的方法来得到火灾过程中典型状态参数的空间分布以及计算参数随时间的变化规律。
但在二维的经验模型或简化的物理模型中，难以考虑建筑三维空间特征及风场分布，也难以准确模拟火灾发展过程，可能造成火灾蔓延结果与实际存在较大偏差，因此，在现有火灾模拟技术中心，缺乏一种准确高效的建筑群火灾蔓延模拟方法。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于二维预估和多尺度网格的火灾模拟方法及装置。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种基于二维预估和多尺度网格的火灾模拟方法，该方法由电子设备实现，该方法包括：
导入建筑群数据，根据所述建筑群数据，获得建筑群二维模型。
根据所述建筑群二维模型进行三维建模，获得建筑群三维模型。
基于所述建筑群二维模型，根据火灾蔓延机制与历史火灾统计数据，预估二维火灾蔓延范围。
根据所述二维火灾蔓延范围，基于所述建筑群三维模型，获得目标建筑群三维模型。
基于所述目标建筑群三维模型，进行建筑群高效三维火灾模拟。
可选地，所述导入建筑群数据，根据所述建筑群数据，获得建筑群二维模型，包括：
将建筑群卫星影像与几何模型加载到地理信息系统平台中，依据建筑物编号，为各建筑物匹配几何模型，补充层高、层数、建筑面积和结构防火等级的模型参数，进而完成二维模型的建立。
可选地，所述基于所述建筑群二维模型，根据火灾蔓延机制与历史火灾统计数据，预估二维火灾蔓延范围，包括：
根据预设的建筑物间的火灾蔓延机制以及历史火灾统计数据，设置二维火灾模拟所需参数；其中，所述预设的火灾蔓延机制包括热辐射和热羽流，所述历史火灾统计数据包括起火点、起燃数量和气象条件；
根据预设的火灾蔓延经验公式、所述二维火灾模拟所需参数、以及所述建筑群二维模型，对建筑群的二维火灾蔓延范围进行预估。
可选地，所述基于所述目标建筑群三维模型，进行建筑群高效三维火灾模拟，包括：
S41、根据目标建筑群三维模型建立相应的流体动力学模型；
S42、在流体动力学模型中，通过递归坐标二分法将二维火灾蔓延范围初步划分出各子区域；再根据火源位置的影响范围，在各子区域中划分不同精细度的网格；
S43、计算各子区域的负载均衡指标，根据各子区域的负载均衡指标、基于各子区域的网格负载调整网格边界，计算网格调整后的各子区域的工作负载，直到各子区域的工作负载近似相等；
S44、开始模拟，设定时间步，读取各子区域的计算时间，若各子区域的计算时间分布不均衡，利用负载迭代函数动态调整各子区域的工作负载，直至模拟结束。
可选地，所述负载均衡指标为基于各子区域的计算时间测量值提出的量化指标，其中，所述负载均衡指标包括全域平均计算时间、子区域计算效率和累积不均衡负载。
可选地，所述网格负载为基于网格边界长度和网格数目通过负载描述函数计算得到，其中，所述网格负载包括网格拓扑结构负载和通信负载。
可选地，所述工作负载为计算结构平衡、通信平衡参数的量化指标，其中，所述工作负载包括结构负载平衡因子、通信负载平衡因子、火源辐射影响因子和可燃物含量因子。
可选地，所述利用负载迭代函数动态调整各子区域的工作负载，包括：
根据负载均衡指标中的累积不均衡负载，计算得到转移负载和网格移动方向；
根据所述转移负载和所述网格移动方向，通过贪婪算法进行负载迭代，调整各子区域的网格边界，直至各子区域的工作负载达到近似相等。
另一方面，提供了一种基于二维预估和多尺度网格的火灾模拟装置，该装置应用于一种基于二维预估和多尺度网格的火灾模拟方法，该装置包括：
二维模型构建模块，用于导入建筑群数据，根据所述建筑群数据，获得建筑群二维模型；
三维模型构建模块，用于根据所述建筑群二维模型进行三维建模，获得建筑群三维模型；
范围预估模块，用于基于所述建筑群二维模型，根据火灾蔓延机制与历史火灾统计数据，预估二维火灾蔓延范围；
目标获取模块，用于根据所述二维火灾蔓延范围，基于所述建筑群三维模型，获得目标建筑群三维模型；
火灾模拟模块，用于基于所述目标建筑群三维模型，进行建筑群高效三维火灾模拟。
可选地，所述二维模型构建模块，进一步用于：
将建筑群卫星影像与几何模型加载到地理信息系统平台中，依据建筑物编号，为各建筑物匹配几何模型，补充层高、层数、建筑面积和结构防火等级的模型参数，进而完成二维模型的建立。
可选地，所述范围预估模块，进一步用于：
根据预设的建筑物间的火灾蔓延机制以及历史火灾统计数据，设置二维火灾模拟所需参数；其中，所述预设的火灾蔓延机制包括热辐射和热羽流，所述历史火灾统计数据包括起火点、起燃数量和气象条件；
根据预设的火灾蔓延经验公式、所述二维火灾模拟所需参数、以及所述建筑群二维模型，对建筑群的二维火灾蔓延范围进行预估。
可选地，所述火灾模拟模块，进一步用于：
S41、根据目标建筑群三维模型建立相应的流体动力学模型；
S42、在流体动力学模型中，通过递归坐标二分法将二维火灾蔓延范围初步划分出各子区域；再根据火源位置的影响范围，在各子区域中划分不同精细度的网格；
S43、计算各子区域的负载均衡指标，根据各子区域的负载均衡指标、基于各子区域的网格负载调整网格边界，计算网格调整后的各子区域的工作负载，直到各子区域的工作负载近似相等；
S44、开始模拟，设定时间步，读取各子区域的计算时间，若各子区域的计算时间分布不均衡，利用负载迭代函数动态调整各子区域的工作负载，直至模拟结束。
可选地，所述火灾模拟模块，进一步用于：
所述负载均衡指标为基于各子区域的计算时间测量值提出的量化指标，其中，所述负载均衡指标包括全域平均计算时间、子区域计算效率和累积不均衡负载。
可选地，所述火灾模拟模块，进一步用于：
所述网格负载为基于网格边界长度和网格数目通过负载描述函数计算得到，其中，所述网格负载包括网格拓扑结构负载和通信负载。
可选地，所述火灾模拟模块，进一步用于：
所述工作负载为计算结构平衡、通信平衡参数的量化指标，其中，所述工作负载包括结构负载平衡因子、通信负载平衡因子、火源辐射影响因子和可燃物含量因子。
可选地，所述火灾模拟模块，进一步用于：
所述利用负载迭代函数动态调整各子区域的工作负载，包括：
根据负载均衡指标中的累积不均衡负载，计算得到转移负载和网格移动方向；
根据所述转移负载和所述网格移动方向，通过贪婪算法进行负载迭代，调整各子区域的网格边界，直至各子区域的工作负载达到近似相等。
另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行以实现上述一种基于二维预估和多尺度网格的火灾模拟方法。
另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现上述一种基于二维预估和多尺度网格的火灾模拟方法。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
本发明能够基于二维预估和可变多尺度网格，结合建筑群三维模型，能够在较短时间内完成建筑群精细化火灾模拟，可用于城市建筑群火灾蔓延过程的高效模拟，为城市火灾风险防控与消防规划提供准确高校的科学依据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是本发明实施例提供的一种基于二维预估和多尺度网格的火灾模拟方法流程图；
图2是本发明实施例提供的一种负载迭代函数的建筑群三维火灾模拟流程图；
图3是本发明实施例提供的一种负载计算示意图；
图4是本发明实施例提供的一种考虑负载的可变多尺度网格划分示意图；
图5是本发明实施例提供的一种基于二维预估和多尺度网格的火灾模拟装置框图；
图6是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明实施例提供了一种基于二维预估和多尺度网格的火灾模拟方法，该方法可以由电子设备实现，该电子设备可以是终端或服务器。如图1所示的一种基于二维预估和多尺度网格的火灾模拟方法流程图，该方法的处理流程可以包括如下的步骤：
S1、导入建筑群数据，根据建筑群数据，获得建筑群二维模型。
可选地，导入建筑群数据，根据建筑群数据，获得建筑群二维模型，包括：
将建筑群卫星影像与几何模型加载到地理信息系统平台中，依据建筑物编号，为各建筑物匹配几何模型，补充层高、层数、建筑面积和结构防火等级的模型参数，进而完成二维模型的建立。
一种可行的实施方式中，通过卫星采集建筑群的轮廓外形数据，根据建筑群轮廓外形分类简化为形容建筑群的多边形数据，再通过建筑群的多边形数据传输至地理信息系统平台，对卫星采集到的建筑群进行数据匹配，确定建筑群中建筑物的具体建筑高度、建筑采用的结构类型和建筑固有面积等与火灾相关的信息。
S2、根据建筑群二维模型进行三维建模，获得建筑群三维模型。
一种可行的实施方式中，根据建筑群的几何模型、建筑物楼层数和建筑物高度等火灾蔓延模拟相关数据的具体信息，在建筑群二维模型的基础上进行拉伸，建立建筑群三维模型。根据建筑群具体数据基于二维模型，建立建筑群三维模型是本领域的常用手段，此处不做赘述。
S3、基于建筑群二维模型，根据火灾蔓延机制与历史火灾统计数据，预估二维火灾蔓延范围。
可选地，基于建筑群二维模型，根据火灾蔓延机制与历史火灾统计数据，预估二维火灾蔓延范围，包括：
根据预设的建筑物间的火灾蔓延机制以及历史火灾统计数据，设置二维火灾模拟所需参数；其中，预设的火灾蔓延机制包括热辐射和热羽流，历史火灾统计数据包括起火点、起燃数量和气象条件；
根据预设的火灾蔓延经验公式、二维火灾模拟所需参数、以及建筑群二维模型，对建筑群的二维火灾蔓延范围进行预估。
一种可行的实施方式中，预设的火灾蔓延机制是指建筑物间的火灾蔓延，是通过热传播进行的，其形式与起火点、建筑材料、物质的燃烧性能和可燃物的数量等因素有关。在火场上燃烧物质所放出的热能，通常是以传导、辐射和对流三种方式传播，并影响火势蔓延扩大。预设的火灾蔓延经验公式是指根据起火点、建筑材料等关于火灾蔓延的相关数据计算火灾蔓延的范围。预设的火灾蔓延机制和预设的火灾蔓延经验公式是本领域常用技术手段，此处不做赘述。
S4、根据二维火灾蔓延范围，基于建筑群三维模型，获得目标建筑群三维模型。
一种可行的实施方式中，根据上述步骤得到在建筑群在二维平面上的建筑分布，根据上述步骤计算得到二维平面上的火灾蔓延范围，在建筑群三维模型中，选取二维火灾蔓延范围内的建筑群模型为目标建筑群三维模型，选取目标建筑群三维模型可以有效减少待模拟的建筑数量节省了模拟和计算时间，使计算计算响应更敏捷。
S5、基于目标建筑群三维模型，进行建筑群高效三维火灾模拟。
可选地，基于目标建筑群三维模型，进行建筑群高效三维火灾模拟，包括：
S51、根据目标建筑群三维模型建立相应的流体动力学模型；
一种可行的实施方式中，计算模拟建筑群火灾中的烟气和热传递过程，准确预测火灾发展的全过程，所以需要采用流体力学模型的环境下下进行模拟。
S52、在流体动力学模型中，通过递归坐标二分法将二维火灾蔓延范围初步划分出各子区域；再根据火源位置的影响范围，在各子区域中划分不同精细度的网格；
一种可行的实施方式中，在递归坐标二分法的基础上，按火源位置的影响范围，将计算域分为直接覆盖区，间接覆盖区以及辐射区，网格精度逐渐增加，其判别公式如下式（1）所示：
Figure 999421DEST_PATH_IMAGE001
其中，d为网格边界到火源的距离，hr为火源的热释放速率。
S53、计算各子区域的负载均衡指标，根据各子区域的负载均衡指标、基于各子区域的网格负载调整网格边界，计算网格调整后的各子区域的工作负载，直到各子区域的工作负载近似相等；
可选地，负载均衡指标为基于各个子区域的计算时间测量值提出的量化指标，其中，负载均衡指标包括全域平均计算时间、子区域计算效率和累积不均衡负载。
一种可行的实施方式中，负载均衡指标中全域平均计算时间、子区域计算效率和累积不均衡负载的计算公式如下式（2）、（3）、（4）所示：
全域平均计算时间：
Figure 560983DEST_PATH_IMAGE002
子区域计算效率：
Figure 95870DEST_PATH_IMAGE003
累积不均衡负载：
Figure 22369DEST_PATH_IMAGE004
其中，N为子区域数量；
Figure 682020DEST_PATH_IMAGE005
为各子区域计算时间。
可选地，网格负载为基于网格边界长度和网格数目通过负载描述函数计算得到，其中，网格负载包括网格拓扑结构负载和通信负载。
一种可行的实施方式中，综合考虑包括但不限于网格数量、通信流量、可燃物等因素，提出负载描述函数，对初始状态的网格负载进行计算描述，负载描述函数中关于网格拓扑结构负载和通信负载计算公式如下式（5）、（6）所示：
网格拓扑结构负载：
Figure 499804DEST_PATH_IMAGE006
通信负载：
Figure 30142DEST_PATH_IMAGE007
其中，
Figure 861963DEST_PATH_IMAGE008
为子区域的边界长度；
Figure 133544DEST_PATH_IMAGE009
为网格精度；M为子区 域内的网格总数；T为子区域所有边界面上的网格总数，也是和邻近子区域通信负载的上 限，只有在所有边界面均为内边界时才取此值；f为映射函数，由选择的数值模拟求解器确 定；μ为常数，由选择的并行流场求解器决定。
可选地，工作负载为计算结构平衡、通信平衡参数的量化指标，其中，工作负载包括结构负载平衡因子、通信负载平衡因子、火源辐射影响因子和可燃物含量因子。
一种可行的实施方式中，调整网格边界将网格边界由网格负载大的区域向网格负载小的区域移动，该操作的本质是调整网格的疏密程度，使进行该操作后的在目标建筑群的范围内，工作负载在各个网格中达到均匀分布的状态。计算网格调整后的工作负载，通过调整网格边界使各子区域的工作负载达到近似相等。各子区域工作负载近似相等是指各子区域的工作负载误差不超过±1%。
工作负载中的结构负载平衡因子、通信负载平衡因子、火源辐射影响因子和可燃物含量因子的计算公式如下式（7）、（8）、（9）、（10）所示：
结构负载平衡因子：
Figure 630385DEST_PATH_IMAGE010
其中，
Figure 153245DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 811760DEST_PATH_IMAGE012
分别为各子区域网格数的最大值与平均值。
通信负载平衡因子：
Figure 305058DEST_PATH_IMAGE013
其中，
Figure 340010DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 985886DEST_PATH_IMAGE015
分别为各子区域通信表面边界网格数的最大值与平均值。
火源辐射影响因子：
Figure 143198DEST_PATH_IMAGE016
其中，
Figure 999159DEST_PATH_IMAGE017
和
Figure 713168DEST_PATH_IMAGE018
分别为各子区域中心到火源距离的最大值与平均值。
可燃物含量因子：
Figure 72605DEST_PATH_IMAGE019
其中，
Figure 463135DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 540813DEST_PATH_IMAGE021
分别为各子区域可燃物的数量与体积平均值。
工作负载计算公式如下式（11）所示：
工作负载：
Figure 58513DEST_PATH_IMAGE022
S54、开始模拟，设定时间步，读取各子区域的计算时间，若各子区域的计算时间分布不均衡，利用负载迭代函数动态调整各子区域的工作负载，直至模拟结束。
可选地，如图2利用负载迭代函数动态调整各子区域的工作负载，包括：
根据负载均衡指标中的累积不均衡负载，计算得到转移负载和网格移动方向；
根据转移负载和网格移动方向，通过贪婪算法进行负载迭代，调整各子区域的网格边界，直至各子区域的工作负载达到近似相等。
一种可行的实施方式中，根据上述步骤计算结果，转移负载、移动方向和负载迭代的计算公式如下式（12）、（13）、（14）所示：
转移负载：
Figure 538036DEST_PATH_IMAGE023
其中，
Figure 365046DEST_PATH_IMAGE024
为子区域的分区负载；
Figure 930020DEST_PATH_IMAGE025
为子区域的总负载。
移动方向：
Figure 994621DEST_PATH_IMAGE026
迭代函数：
Figure 328650DEST_PATH_IMAGE027
其中，
Figure 60983DEST_PATH_IMAGE028
为惩罚因子，防止过度迭代，取1.3；误差
Figure 113252DEST_PATH_IMAGE029
取0.01，当
Figure 707176DEST_PATH_IMAGE030
时，迭代 停止，如图3、图4所示。
本发明能够基于二维预估和可变多尺度网格，结合建筑群三维模型，能够在较短时间内完成建筑群精细化火灾模拟，可用于城市建筑群火灾蔓延过程的高效模拟，为城市火灾风险防控与消防规划提供准确高校的科学依据。
图5是根据一示例性实施例示出的一种基于二维预估和多尺度网格的火灾模拟装置框图，该系统应用于实现一种基于二维预估和多尺度网格的火灾模拟方法。参照图5，该装置包括：
二维模型构建模块510，用于导入建筑群数据，根据所述建筑群数据，获得建筑群二维模型；
三维模型构建模块520，用于根据所述建筑群二维模型进行三维建模，获得建筑群三维模型；
范围预估模块530，用于基于建筑群二维模型，根据火灾蔓延机制与历史火灾统计数据，预估二维火灾蔓延范围；
目标获取模块540，用于根据二维火灾蔓延范围，基于建筑群三维模型，获得目标建筑群三维模型；
火灾模拟模块550，用于基于目标建筑群三维模型，进行建筑群高效三维火灾模拟。
可选地，二维模型构建模块510，进一步用于：
将建筑群卫星影像与几何模型加载到地理信息系统平台中，依据建筑物编号，为各建筑物匹配几何模型，补充层高、层数、建筑面积和结构防火等级的模型参数，进而完成二维模型的建立。
可选地，范围预估模块530，进一步用于：
根据预设的建筑物间的火灾蔓延机制以及历史火灾统计数据，设置二维火灾模拟所需参数；其中，预设的火灾蔓延机制包括热辐射和热羽流，历史火灾统计数据包括起火点、起燃数量和气象条件；
根据预设的火灾蔓延经验公式、二维火灾模拟所需参数、以及建筑群二维模型，对建筑群的二维火灾蔓延范围进行预估。
可选地，火灾模拟模块550，进一步用于：
S41、根据目标建筑群三维模型建立相应的流体动力学模型；
S42、在流体动力学模型中，通过递归坐标二分法将二维火灾蔓延范围初步划分出各子区域；再根据火源位置的影响范围，在各子区域中划分不同精细度的网格；
S43、计算各子区域的负载均衡指标，根据各子区域的负载均衡指标、基于各子区域的网格负载调整网格边界，计算网格调整后的各子区域的工作负载，直到各子区域的工作负载近似相等；
S44、开始模拟，设定时间步，读取各子区域的计算时间，若各子区域的计算时间分布不均衡，利用负载迭代函数动态调整各子区域的工作负载，直至模拟结束。
可选地，火灾模拟模块550，进一步用于：
负载均衡指标为基于各个子区域的计算时间测量值提出的量化指标，其中，负载均衡指标包括全域平均计算时间、子区域计算效率和累积不均衡负载。
可选地，火灾模拟模块550，进一步用于：
网格负载为基于网格边界长度和网格数目通过负载描述函数计算得到，其中，网格负载包括网格拓扑结构负载和通信负载。
可选地，火灾模拟模块550，进一步用于：
工作负载为计算结构平衡、通信平衡参数的量化指标，其中，工作负载包括结构负载平衡因子、通信负载平衡因子、火源辐射影响因子和可燃物含量因子。
可选地，火灾模拟模块550，进一步用于：
利用负载迭代函数动态调整各子区域的工作负载，包括：
根据负载均衡指标中的累积不均衡负载，计算得到转移负载和网格移动方向；
根据转移负载和网格移动方向，通过贪婪算法进行负载迭代，调整各子区域的网格边界，直至各子区域的工作负载达到近似相等。
本发明能够基于二维预估和可变多尺度网格，结合建筑群三维模型，能够在较短时间内完成建筑群精细化火灾模拟，可用于城市建筑群火灾蔓延过程的高效模拟，为城市火灾风险防控与消防规划提供准确高校的科学依据。
图6是本发明实施例提供的一种电子设备600的结构示意图，该电子设备600可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器（centralprocessing units，CPU）601和一个或一个以上的存储器602，其中，所述存储器602中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器601加载并执行以实现上述一种基于二维预估和多尺度网格的火灾模拟方法的步骤。
在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器，上述指令可由终端中的处理器执行以完成上述一种基于二维预估和多尺度网格的火灾模拟方法。例如，所述计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器（RAM）、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (8)

1.一种基于二维预估和多尺度网格的火灾模拟方法，其特征在于，所述方法包括：
导入建筑群数据，根据所述建筑群数据，获得建筑群二维模型；
根据所述建筑群二维模型进行三维建模，获得建筑群三维模型；
基于所述建筑群二维模型，根据火灾蔓延机制与历史火灾统计数据，预估二维火灾蔓延范围；
根据所述二维火灾蔓延范围，基于所述建筑群三维模型，获得目标建筑群三维模型；
基于所述目标建筑群三维模型，进行建筑群高效三维火灾模拟；
其中，所述基于所述目标建筑群三维模型，进行建筑群高效三维火灾模拟，包括：
S41、根据目标建筑群三维模型建立相应的流体动力学模型；
S42、在流体动力学模型中，通过递归坐标二分法将二维火灾蔓延范围初步划分出各子区域；再根据火源位置的影响范围，在各子区域中划分不同精细度的网格；
S43、计算各子区域的负载均衡指标，根据各子区域的负载均衡指标、基于各子区域的网格负载调整网格边界，计算网格调整后的各子区域的工作负载，直到各子区域的工作负载近似相等；
S44、开始模拟，设定时间步，读取各子区域的计算时间，若各子区域的计算时间分布不均衡，利用负载迭代函数动态调整各子区域的工作负载，直至模拟结束。
2.根据权利要求1所述的一种基于二维预估和多尺度网格的火灾模拟方法，其特征在于，所述导入建筑群数据，根据所述建筑群数据，获得建筑群二维模型，包括：
将建筑群卫星影像与几何模型加载到地理信息系统平台中，依据建筑物编号，为各建筑物匹配几何模型，补充层高、层数、建筑面积和结构防火等级的模型参数，进而完成二维模型的建立。
3.根据权利要求1所述的一种基于二维预估和多尺度网格的火灾模拟方法，其特征在于，所述基于所述建筑群二维模型，根据火灾蔓延机制与历史火灾统计数据，预估二维火灾蔓延范围，包括：
根据预设的建筑物间的火灾蔓延机制以及历史火灾统计数据，设置二维火灾模拟所需参数；其中，所述预设的火灾蔓延机制包括热辐射和热羽流，所述历史火灾统计数据包括起火点、起燃数量和气象条件；
根据预设的火灾蔓延经验公式、所述二维火灾模拟所需参数、以及所述建筑群二维模型，对建筑群的二维火灾蔓延范围进行预估。
4.根据权利要求1所述的一种基于二维预估和多尺度网格的火灾模拟方法，其特征在于，所述负载均衡指标为基于各子区域的计算时间测量值提出的量化指标，其中，所述负载均衡指标包括全域平均计算时间、子区域计算效率和累积不均衡负载。
5.根据权利要求1所述的一种基于二维预估和多尺度网格的火灾模拟方法，其特征在于，所述网格负载为基于网格边界长度和网格数目通过负载描述函数计算得到，其中，所述网格负载包括网格拓扑结构负载和通信负载。
6.根据权利要求1所述的一种基于二维预估和多尺度网格的火灾模拟方法，其特征在于，所述工作负载为计算结构平衡、通信平衡参数的量化指标，其中，所述工作负载包括结构负载平衡因子、通信负载平衡因子、火源辐射影响因子和可燃物含量因子。
7.根据权利要求1所述的一种基于二维预估和多尺度网格的火灾模拟方法，其特征在于，所述利用负载迭代函数动态调整各子区域的工作负载，包括：
根据负载均衡指标中的累积不均衡负载，计算得到转移负载和网格移动方向；
根据所述转移负载和所述网格移动方向，通过贪婪算法进行负载迭代，调整各子区域的网格边界，直至各子区域的工作负载达到近似相等。
8.一种基于二维预估和多尺度网格的火灾模拟装置，其特征在于，所述装置包括：
二维模型构建模块，用于导入建筑群数据，根据所述建筑群数据，获得建筑群二维模型；
三维模型构建模块，用于根据所述建筑群二维模型进行三维建模，获得建筑群三维模型；
范围预估模块，用于基于所述建筑群二维模型，根据火灾蔓延机制与历史火灾统计数据，预估二维火灾蔓延范围；
目标获取模块，用于根据所述二维火灾蔓延范围，基于所述建筑群三维模型，获得目标建筑群三维模型；
火灾模拟模块，用于基于所述目标建筑群三维模型，进行建筑群高效三维火灾模拟；
其中，所述火灾模拟模块，进一步用于：
S41、根据目标建筑群三维模型建立相应的流体动力学模型；
S42、在流体动力学模型中，通过递归坐标二分法将二维火灾蔓延范围初步划分出各子区域；再根据火源位置的影响范围，在各子区域中划分不同精细度的网格；
S43、计算各子区域的负载均衡指标，根据各子区域的负载均衡指标、基于各子区域的网格负载调整网格边界，计算网格调整后的各子区域的工作负载，直到各子区域的工作负载近似相等；
S44、开始模拟，设定时间步，读取各子区域的计算时间，若各子区域的计算时间分布不均衡，利用负载迭代函数动态调整各子区域的工作负载，直至模拟结束。
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