Экспериментальная часть

По данным исследования канадской модели распространения пожара CFFBPS (Canadian Forest Fire Behavior Prediction System) форма распространения пожара напоминает окружность, эта окружность движется по направлению ветра и превращается в эллипс (Рис 2)

Рис 2 Общая схема распространения пожара

Уравнение окружности имеет вид:

(х – х₀)²+(у – у₀)²=R², где х₀,у₀ – координаты центра окружности или центра пожара, R – радиус окружности.

По данным ДЗЗ, полученным со спутника, мы имеем несколько входных данных, необходимых для моделирования динамики пожаров. В Казахстане имеется несколько спутников, данные которых мы и использовали для создания модели проектирования распространения пожара.

Используя спутник MODIS, определяем место положения источника пожара по координатам и наносим на нашу карту координаты центра нашей окружности, а также определяет распространение пожара, т.е. радиус окружности.

Рис 3 Зоны радиовидимости приемных станций

Необходимые для моделирования динамики пожаров данные о метеоусловиях в рамках данной работы мы получили от Казгидромета или Росгидромета.

Рис 4 Данные Казгидромета и Росгидромета

Эти данные включают основные характеристики, влияющие на пожар, такие как скорость и направление ветра, температура воздуха и точки росы, количество осадков.

Данные о горючих материалах можно получить на основе карты растительного покрова Казахстана. В качестве исходных спутниковых данных для проведения исследования можно использовать снимки спутников NOAA (англ. National Oceanic and Atmospheric Administration, Национальное управление океанических и атмосферных исследований) с пространственным разрешение 1 км.

Рис 5 Снимки со спутников NOAA

При моделировании, считаем, что клетка заполнена однородно заполненным типом земного покрова, а его характеристики не зависят от времени года и местоположения на территории Казахстана. Данные о рельефе получены по карте со спутника

Рассмотрим модель распространения пожара по данным ДЗЗ с помощью программной среды Excel, взяв за исходные данные точку возникновения пожара, радиус пожара и направление ветра. И вычислим, как будет распространяться пожар в зависимости от этих величин.

Для составления модели прогнозирования пожара мы выбрали программную среду Microsoft Office Excel 2003-2007. Мне понадобились знания, полученные из уроков географии, математики, физики, информатики. Это:

• Направление ветра;
• Формула для уравнения окружности;
• Перевод данных из одних единиц в другие;
• Функции Microsoft Office Excel 2003-2007 и т.д.

Из уравнения окружности (х – х₀)²+(у – у₀)²=R² вывел зависимость переменной х от R, х₀, у₀, у, получил х= и y=

Из параметрического представления уравнения окружности, которые больше подходит к построению окружностей в MS Excel, получил

x=х₀+R*cos φ

y=y₀+R*sin φ, где R – радиус пожара, φ – угол 0≤φ<2π, х₀, y₀ – координаты начальной точки пожара

Так скорость ветра со спутника получаем в метрах в секунду, переведем м/с в км/ч, т.е. 3600V/1000, чтобы определить перемещение пожара через час.

Далее находим приращение центра окружности в зависимости от направления ветра,

Рис 6 Направления ветра

Т.к. при направлении ветра на С-В, С-З, Ю-В и Ю-З, получили вектор

x,y

х₀, у₀

Следующими начальными точками будут точки x,y из предыдущего вычисления.

Далее составим таблицу зависимости изменения координат от направления ветра:

Условные обозначения: 0 – нет изменения координаты

- - вычитание приращения

+ - добавление приращения

Получили формулу изменения центра смещения пожара в зависимости от направления ветра:

x=х₀+V*координата по х в зависимости от направления+R*cos φ

y=y₀+ V*координата по у в зависимости от направления+ R*sin φ

Сделаем перевод градусов углов φ в радианы, т.к. программа Microsoft Office Excel использует при подсчете в формулах углы в радианах.

Рад=град* π/180

Перенесем эти данные в программную среду Microsoft Office Excel 2003-2007.

Для нанесения данных нам понадобилась карта поселка Бурабай сделанная со спутника.

Масштаб карты составляет 1:50000.

Нанесем на карту, согласно показаниям спутника точку пожара. Находим радиус пожара и обозначаем на карте. Затем по данным полученным со спутников Земли найдем приращение и нанесем его на карту, тем самым согласно нашим вычислениям, можем узнать территории распространения пожара через определенное число часов.

Результаты работы