基于群体智能的森林火灾蔓延仿真模型

针对传统森林火灾蔓延模型的计算复杂度高、仿真精度低等缺点,提出一种基于群体智能的森林火灾蔓延仿真模型。在模型中通过建立可燃物因素影响因子矩阵和地貌因素影响因子矩阵,并结合实时检测的气象信息,降低计算复杂度;将森林火灾的蔓延行为抽象为每一个模块火点的集群行为,考虑模块之间的关联性,提高森林火灾蔓延仿真模型精度。将模型与王正非模型和二维元胞自动机模型进行对比实验,结果表明模型具有较高精度,能够更加准确地仿真出森林火灾蔓延趋势。     

基于渗透理论的林火蔓延模型研究

森林是生态系统的重要组成部分,是人类生存和可持续发展的宝贵资源。一旦发生森林火灾,将给森林生态系统和人类生命财产带来重大损失。通过分析渗透理论的思想,提出了基于二维渗透网格的森林火灾蔓延模型和相应的仿真算法,用来模拟森林树木的分布情况以及林火蔓延过程。理论分析与仿真实验结果表明,当网格单元处于开状态的概率接近0.6时,存在最大渗透簇。提出的模型较好地反映了森林分布密度对于火灾蔓延的影响规律,能对森林防火演练、火灾扑救、灾后损失评估以及森林资源管理起到一定的指导作用。与以往同类算法相比,提出的仿真算法降低了时间复杂度,算法效率有较大提高。     

基于能量随机分布的特大森林火灾SOC模型

在分析森林火灾事件的特征、事件演变规律的基础上,提出了一种基于能量随机分布的特大森林火灾SOC(Self-Organized Criticality,简称SOC)模型,较好地模拟了特大森林火灾的演化过程,与实际的特大森林火灾爆发过程也比较吻合,并基于此构建了情景推演和小规模能量释放模型,最后运用多智能体仿真技术,以2009年澳大利亚森林火灾为原型进行模拟,结果很好地再现了特大森林火灾的演化过程,以及显示了灭火效率、小规模能量释放的方式对火灾的控制作用。     

森林火灾的模型及其扑灭问题

本文用扩散方程的数学模型来描述火势蔓延过程,给出了一种描述燃烧过程中源函数的表达形式。其中各参数物理意义明确,可通过实验或参数识别方法来实际确定,各种灭火措施的作用在模型中都能反映出来。这样,就可以应用计算机进行定量分析与仿真显示,为合理指挥灭火工作、尽可能减小火灾损失提供数量依据。     

基于元胞自动机的地下矿火灾蔓延仿真方法

提出了基于元胞自动机模型的地下矿火灾发生时火灾在巷道网络系统中蔓延的可视化仿真方法。在该方法中,用元胞自动机模型描述地下矿巷道网络系统,用元胞来描述火焰蔓延能量单元,该单元用火焰温度、蔓延速度、烟雾浓度和有毒气体浓度等状态参数来描述。在仿真过程中,可以获得大量关于火灾蔓延、灾害动态、灾害严重程度及其可行的调控方法。该方法将时间、空间和系统行为有机地结合起来,在形象、直观、真实的条件下完成火灾在巷道系统中蔓延的仿真。     

虚拟环境中面向灭火指挥的火场信息可视分析

针对森林火灾现场指挥的需求,综合分析地理环境、气象条件、森林资源和林火行为等灭火指挥所需信息,设计实现了在虚拟林火环境中的数据可视化可视分析方法。使用王正非-3D混合元胞自动机模型模拟林火蔓延过程;采取差时方法预测林火蔓延行为;实时捕捉不同兴趣域内环境数据的变化,结合多视图面板及图层叠加的方法,构建火场信息可视分析模块。通过调整虚拟林场的环境参数,对不同场景下的林火蔓延过程进行模拟仿真,并对火场信息进行可视化可视分析。实验结果表明：该方法能够在一定条件下较准确地预测林火蔓延行为,还可以较全面地描述火场信息。     

基于双层区域模型的舱室火灾模拟技术研究

为了研究舰船舱室内火灾蔓延特点,采用火灾双层区域模型实现舰船舱室火灾蔓延趋势的模拟.通过建立系统能量、质量守恒和气体状态方程、物体间的对流换热过程等,得出了更为贴近实际的单舱室和相r邻多舱室火灾烟气蔓延的数学物理模型.采用数值方法实现模型的求解,并编制了舱室环境下的火灾模拟仿真程序,实现了某舰船内两相邻舱室内烟气温度和烟气层高度随时间变化的仿真过程,其模拟结果同CFAST软件的模拟结果相吻合,验证了建立模型的有效性.     

基于OSG引擎的森林火势蔓延仿真系统关键技术研究

针对森林火势蔓延趋势的仿真推演需求,以及森林消防队伍的行动路线选择和实时路径生成的需要,提出了一种融合数字高程信息(digital elevation model,DEM)的扩展晶格模型,将地形的植被、受灾属性与地理高程信息进行结合,通过实时运算得到结果数据并转换为可渲染的资源形式,利用OSG三维渲染引擎将其呈现到最终用户层面。借助这一数据结构以及对应的关键算法技术的研究实现,完成了一套较为完整的森林火势蔓延趋势仿真和灭火演练系统。该系统具有灵活性高,仿真效率和效果较好,支持各种并行计算方法的特点,可以在相关行业和系统中广泛推广和使用。     

室内火灾过程的计算机模拟

针对典型的建筑单室结构及火灾荷载,通过对火灾过程多变量的分析,建立了可燃性固体水平表面火焰蔓延的三维动态数学模型。通过实验和计算数据的对比分析,对数学模型进行了验证。实现了对室内火灾发展过程的三维场模拟研究。     

双层地铁换乘站性能化火灾烟气虚拟仿真分析

地铁换乘车站建筑形式特殊,其火灾烟气特性与普通地下建筑有着较大差异.针对某地铁换乘站的防火问题,采用CFD大涡模拟场模型进行地铁换乘车站火灾烟气特性的模拟分析,对不同危险场景下换乘站内的烟气扩散和运动规律进行了分析研究,验证原有排烟设计的有效性.通过分析发现传统的分区排烟模式不能很好的控制烟气的蔓延,针对这种情况,应用性能化防火设计的原理对车站的防排烟系统进行了改造设计,提高了地铁车站防排烟系统的整体能力,达到了对火灾烟气进行控制和保证人员安全疏散目的,并采用先进的虚拟现实技术,结合CFD数值模型构建了集成的火灾数值虚拟仿真平台,进行该车站的防排烟系统改造设计进行了模拟与分析,获得了具有高度真实感的地铁换乘站火灾烟气蔓延过程.此外,通过研究发现,除传统排烟风速和排烟量等指标对烟气控制有较大影响外,不同排烟方案和整个排烟系统的运行模式对烟气扩散和人员安全疏散也有重要的影响.     

基于HLA的森林灭火仿真系统的研究

针对虚拟森林灭火仿真需要支持多种不同要素可同时参与灭火仿真的功能需求，提出了一种基于HLA的可扩展的分布式森林灭火仿真体系结构，基于这种结构，仿真用户可以通过目标系统重组的方式构建具体的联邦应用系统，并就系统设计、开发过程中的关奠技术，如FOM／SOM设计、联邦成员框架结构设计，仿真运行机制，时间策略设王等分别作了深入研究，在此基础上完成了森林灭火仿真原型系统的设计与开发。     

基于HLA的森林灭火仿真系统的关键技术研究

针对虚拟森林灭火仿真需要多种不同要素同时参与灭火仿真的功能需求,提出了一种基于HLA的可扩展的分布式森林灭火仿真体系结构。由于涉及大范围三维场景仿真,系统同时需要实时逼真的显示效果。从项目需求出发,就系统设计、开发过程中的关键技术,如FOM/SOM设计、联邦成员框架结构设计,联邦成员内部的多线程软件设计等分别作了深入研究,在此基础上实现了森林灭火仿真原型系统的设计与开发。     

基于Agent和元胞的火灾逃生仿真模型应用研究

在分析传统离散元胞模型和Agent-based仿真模型的基础上,针对其不足进行了改进,提出了一种新的仿真模型,并利用该模型对火灾现场的逃生人流进行了仿真,为车站、广场的设计提供决策依据.该模型是对离散元胞模型和Agent-based模型的综合,它在充分考虑逃生人员的个体差异外,给出了人员的移动方向和速度的连续性方程,该方程反映了个人判断能力、移动能力、从众心理、邻域内人员的行为、人员密度、周围的客观环境等因素对其行动的影响,较为真实地反映了火灾中人的逃生行为.论文最后介绍了该模型的实现算法和仿真结果.     

循环流化床燃烧系统动态模型仿真软件包

循环流化床燃烧过程是一个由多种因素构成,各种因素相互影响的复杂过程。为了给循环流化床锅炉的设计、运行和自动控制提供全面的理论依据,本文采用机理分析与经验模型相结合的方法首次完整地建立起循环流化床燃烧系统模块化动态模型仿真软件包。本文将简要介绍软件包的总体结构及功能,并结合软件包的实际应用给出部分仿真实验结果。通过模型仿真并与现场取得的动态实验数据进行比较表明:循环流化床燃烧系统动态模型仿真软件包能够较全面地对实际的循环流化床锅炉的各种动态过程进行仿真,从而具有一定的实用价值。     

森林灭火水源选址的建模与仿真

森林火灾发生时,有效的水源地对消防员灭火有着良好的辅助作用。以攸县黄丰桥国有林场为例,提出一种基于元胞自动机动态生成加权Voronoi图的重心模型和交替定位分配算法局部优化的森林灭火水源选址规划方案。为减小水源覆盖高火险区域比例不达标的影响,建立加权Voronoi图的重心模型。为保证各Voronoi区域有充足的可用水资源,确保选址密度的合理性,采用交替定位分配算法对上述模型进行局部优化。仿真结果表明,所提方法能显著提高森林灭火工作效率。     

基于HLA火灾联合救援行动视景仿真系统的设计与实现

依据HLA的基本概念、方法和原理,建立了一个火灾联合救援行动视景仿真系统,以解决城市中的突发性灾难事件,如火灾和交通事故等.在HLA的体系框架下,给出了联邦成员的分类及实现,FOM/SOM的设计和视景仿真系统的编程实现.该视景仿真系统能够向智能救援指挥中心(IRCC)提供对突发火灾事件的直接救援可选方案,并向每一个救援单位提供最好的救援计划.     

基于Steam VR的交互仿真水枪灭火训练系统设计

为节约消防训练资源,增加虚拟现实训练的沉浸感和体验感,设计了基于Steam VR的交互仿真水枪灭火训练系统。采用霍尔传感器、信号转换电路板等硬件采集传输仿真水枪的开关信号,利用Unity3D引擎结合VIVE头戴显示器搭建、呈现虚拟现实火灾场景,通过C#编程控制水枪与虚拟火灾场景进行交互,完成系统的设计。结果表明：仿真水枪替代VIVE手柄控制器进行交互训练,能极大地提高受训者的沉浸感和体验感,提升受训者使用消防多功能水枪进行灭火的能力。     

轻量级WebVR地铁站大规模火灾情景实时仿真研究

大规模火灾仿真需要庞大的计算量和卓越的渲染能力，对Web端实时在线火灾仿真系统的实现提出了挑战。提出了一套轻量级Web端地铁站火情实时仿真技术框架。基于火灾安全领域中的计算公式整理简化，分析地铁站防烟设施影响，提出了基于防烟分区的两阶段烟雾扩散模型，实现烟雾扩散趋势计算；提出了Web端的防烟分区级多粒度粒子发射器框架，完成火焰和烟雾形态的渲染，实现基于Web端实时计算和可视化过程。试验验证表明：本文方法与专业火灾模拟软件模拟结果在大体趋势上相近，并且打开网页即可实时在线对火灾进行模拟，在便捷性上拥有显著优势。     

高大空间建筑火灾数值仿真模型的应用研究

采用经验公式、区域模型和场模型这三种国际上最常用的数值仿真方法来分别研究大空间建筑火灾的特性.通过数值试验,了解不同仿真模型的模拟效果和异同,从而选择出适合大空间建筑火灾模拟分析的模型和方法以及适用条件.此外对FDS模拟大空间建筑火灾的相关参数进行了研究,分析了不同参数设置对模拟结果的影响,可为今后科学研究和工程实践提供参考.     

基于物理仿真的煤炭自然发火研究

煤炭自然发火是导致矿井火灾的主要原因之一，也是煤炭安全生产急待解决的问题。本文简述了煤炭自然发火研究的一般方法－物理仿真方法，指出将煤炭自然发火研究简单地归结为一个温度调节问题是错误的。在给出煤炭自然发火的基本数学模型的基础上，提出了这一问题的研究主要归结为非线性多变量控制问题的观点，根据这一观点，设计了一种实验研究装置并用于某矿井研究，该装置基于计算机系统，智能控制方法。