本发明涉及虚拟现实技术与火灾防治领域，尤其是一种实时森林火灾蔓延仿真方法及系统。本发明的方法，包括如下步骤：确定目标森林；通过遥感卫星和地面通讯设备，获取所述目标森林的相关信息；利用相关信息获得整体火灾蔓延信息；同时设定预测时长；预测在所述预测时长内火灾气候信息的变化和火灾燃料信息的变化；并且根据该变化获得整体火灾蔓延情况，同时对火灾蔓延状况进行实时仿真。本发明的方法通过将森林火灾与火灾状况密切相关的气象因素，地形因素和燃料因素相结合映射，从而精准且快速地仿真的火灾的蔓延状况，不仅为消防部门扑灭森林火灾提供决策支持，同时在森林防灾减灾具有重大意义和作用。
1.一种实时森林火灾蔓延仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：确定目标森林；
通过遥感卫星和地面通讯设备，获取所述目标森林的实时火灾信息、火灾地理信息、火灾燃料信息和火灾气候信息；
利用所述实时火灾信息、所述火灾地理信息、所述火灾燃料信息和所述火灾气候信息，获得整体火灾蔓延信息；
根据所述预测时长，结合所述整体火灾蔓延信息、所述火灾燃料信息和所述火灾气候信息，推算在所述预测时长内火灾气候信息的变化和所述火灾燃料信息的变化；
根据所述整体火灾蔓延信息、所述火灾气候信息的变化和所述火灾燃料信息的变化，预测经过所述预测时长后的整体火灾蔓延信息的变化；
根据所述整体火灾蔓延信息和所述整体火灾蔓延信息的变化，仿真所述目标森林的火灾蔓延状况；
所述利用所述实时火灾信息、所述火灾地理信息、所述火灾燃料信息和所述火灾气候信息，获得整体火灾蔓延信息，包括如下步骤：利用所述火灾地理信息，构建所述目标森林的二维坐标界面；
根据所述实时火灾信息，在所述二维坐标界面内设定火点坐标和火灾边界坐标；
通过所述火灾燃料信息和所述火灾气候信息，在对应的火点坐标和火灾边界坐标赋值对应的燃烧参数；
通过设定所述火点坐标和所述火灾边界坐标并赋值的二维坐标界面，获得整体火灾蔓延信息；
依据所述遥感卫星的时间分辨率，设定所述预测时长，所述预测时长大于所述时间分辨率；
所述根据所述预测时长，结合所述整体火灾蔓延信息、所述火灾燃料信息和所述火灾气候信息，推算在所述预测时长内火灾气候信息的变化和所述火灾燃料信息的变化，包括如下步骤：依据所述火灾气候信息，预测在所述预测时长内火灾气候信息的变化；
利用所述整体火灾蔓延信息和所述火灾燃料信息，构建燃料损耗函数；
通过所述燃料损耗函数，结合所述火灾气候信息的变化，获得所述预测时长内所述火灾燃料信息的变化；
所述根据所述整体火灾蔓延信息、所述火灾气候信息的变化和所述火灾燃料信息的变化，预测经过所述预测时长后的整体火灾蔓延信息的变化，包括如下步骤：利用所述整体火灾蔓延信息，构建火点迁移速度函数；
结合对应的所述燃烧参数，通过所述火点坐标和所述火灾边界坐标，确定头部火点坐标、尾部火点坐标和侧边火点坐标；
根据火灾气候信息的变化和火灾燃料信息的变化，在所述火灾边界上选取多个坐标作为辅助侧边火点坐标，并将所述辅助侧边火点坐标赋值对应的燃烧参数；
以所述头部火点坐标、所述尾部火点坐标、所述侧边火点坐标和所述辅助侧边火点为多个起点，结合所述火点迁移速度函数与所述预测时长，获得经过所述预测时长后的火点坐标；
根据经过所述预测时长后的火点坐标，结合所述火灾气候信息的变化，重新划定火灾边界；
根据经过所述预测时长后的火点坐标和重新划定火灾边界，获得整体火灾蔓延信息的变化。
2.根据权利要求1所述的实时森林火灾蔓延仿真方法，其特征在于，所述通过遥感卫星和地面通讯设备，获取所述目标森林的实时火灾信息、火灾地理信息、火灾燃料信息和火灾气候信息，包括如下步骤：通过所述遥感卫星，获取所述目标森林的火点信息和火灾边界；
整理所述火点信息和所述火灾边界，获得所述实时火灾信息；
通过所述地面通讯设备，获取所述目标森林的坡度、坡向和DEM数据；
结合所述坡度、坡向和DEM数据，获得所述火灾地理信息；
利用所述地面通讯设备，获取所述目标森林内烘干可燃物载量、烘干颗粒密度、表面积与体积比、可燃物床深、可燃物低热含量、总矿质含量、有效矿质含量、可燃物含水率和可燃物熄灭含水量；
汇合所述烘干可燃物载量、所述烘干颗粒密度、所述表面积与体积比、所述可燃物床深、所述可燃物低热含量、所述总矿质含量、所述有效矿质含量、所述可燃物含水率和所述可燃物熄灭含水量，获得所述火灾燃料信息；
利用所述地面通讯设备，获取所述目标森林的风速、风向、干燥度和降水量；
通过所述风速、所述风向、所述干燥度和所述降水量，获得所述火灾气候信息。
3.根据权利要求1所述的实时森林火灾蔓延仿真方法，其特征在于，所述燃料损耗函数，满足如下公式：，
其中，表示时间长度， 表示二维坐标为 位置处的火点的燃料损耗函数，表示二维坐标为 位置处的可燃物初始总储量，表示燃料损耗系数， 表示二维坐标为 位置处的火点的火势方向， 表示二维坐标为 位置处的火点的燃料分布向量， 表示二维坐标为 位置处的燃料储存函数。
4.根据权利要求1所述的实时森林火灾蔓延仿真方法，其特征在于，所述火点迁移速度函数，满足如下公式：，
其中， 表示二维坐标为 位置处的火点迁移速度， ，表示二维坐标为(x,y)位置处的火点反应修正强度系数，其中，表示林火蔓延率， 表示风速修正系数， 表示坡度修正系数， 表示二维坐标为 位置处的燃料密度，表示点燃单位质量燃料需要的热量，表示热量有效热系数。
5.根据权利要求1所述的实时森林火灾蔓延仿真方法，其特征在于，所述根据所述整体火灾蔓延信息和所述整体火灾蔓延信息的变化，仿真所述目标森林的火灾蔓延状况，包括如下步骤：利用所述整体火灾蔓延信息，构建目标森林的初始火灾状况；
通过所述初始火灾状况，结合所述整体火灾蔓延信息的变化，仿真所述目标森林的火灾蔓延状况。
6.一种实时森林火灾蔓延仿真系统，所述实时森林火灾蔓延仿真系统适用于权利要求
1‑5任一所述的实时森林火灾蔓延仿真方法，其特征在于，包括：信息输入模块，所述信息输入模块用于确定目标森林；设定预测时长；
数据获取模块，所述数据获取模块用于通过遥感卫星和地面通讯设备，获取所述目标森林的实时火灾信息、火灾地理信息、火灾燃料信息和火灾气候信息；
初始火势模块，所述初始火势模块用于利用所述实时火灾信息、所述火灾地理信息、所述火灾燃料信息和所述火灾气候信息，获得整体火灾蔓延信息；
第一火势模拟模块，所述第一火势模拟模块用于根据所述预测时长，结合所述整体火灾蔓延信息、所述火灾燃料信息和所述火灾气候信息，推算在所述预测时长内火灾气候信息的变化和所述火灾燃料信息的变化；
第二火势模拟模块，所述第二火势模拟模块用于根据所述整体火灾蔓延信息、所述火灾气候信息的变化和所述火灾燃料信息的变化，预测经过所述预测时长后的整体火灾蔓延信息的变化；
火势仿真模块，所述火势仿真模块根据所述整体火灾蔓延信息和所述整体火灾蔓延信息的变化，仿真所述目标森林的火灾蔓延状况。
一种实时森林火灾蔓延仿真方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及虚拟现实技术与火灾防治领域，尤其是一种实时森林火灾蔓延仿真方法及系统。
背景技术
[0002] 森林是陆地上最大的生态系统主体，是地球生命的支撑，是国家资源和国民财富的重要组成部分，常被形象的比喻为地球之肺，对维护和改善全球生态环境起着决定性作用。由于全球气候变暖，森林内的可燃物存量持续增加，森林火灾风险加剧，森林火灾不仅破坏森林生态系统，造成林木资源损失，还会威胁到人民的生命财产安全。其中，森林火灾蔓延的研究对扑灭森林火灾有极其重要的意义，但是，现有技术中针对与森林火灾蔓延还未出现对当下发生的森林火灾，结合气象因素、地形因素和燃料因素进行实时仿真模拟的技术，因此，亟需一种可实现实时森林火灾蔓延仿真方法及系统。
发明内容
[0003] 针对现有技术中的不足，第一方面，本发明提供了一种实时森林火灾蔓延仿真方法，包括如下步骤：确定目标森林；通过遥感卫星和地面通讯设备，获取所述目标森林的实时火灾信息、火灾地理信息、火灾燃料信息和火灾气候信息；利用所述实时火灾信息、所述火灾地理信息、所述火灾燃料信息和所述火灾气候信息，获得整体火灾蔓延信息；设定预测时长；根据所述预测时长，结合所述整体火灾蔓延信息、所述火灾燃料信息和所述火灾气候信息，推算在所述预测时长内火灾气候信息的变化和所述火灾燃料信息的变化；根据所述整体火灾蔓延信息、所述火灾气候信息的变化和所述火灾燃料信息的变化，预测经过所述预测时长后的整体火灾蔓延信息的变化；根据所述整体火灾蔓延信息和所述整体火灾蔓延信息的变化，仿真所述目标森林的火灾蔓延状况。本发明的方法通过结合实时火灾信息、火灾地理信息、火灾燃料信息和火灾气候信息来预测森林火灾的蔓延，即将森林火灾与火灾状况密切相关的气象因素，地形因素和燃料因素相结合映射，从而精准且快速地仿真的火灾的蔓延状况，提高了森林火灾蔓延模拟仿真实时高效的要求，不仅为消防部门扑灭森林火灾提供决策支持，同时在森林防灾减灾具有重大意义和作用。
[0004] 可选地，所述通过遥感卫星和地面通讯设备，获取所述目标森林的实时火灾信息、火灾地理信息、火灾燃料信息和火灾气候信息，包括如下步骤：通过所述遥感卫星，获取所述目标森林的火点信息和火灾边界；整理所述火点信息和所述火灾边界，获得所述实时火灾信息；通过所述地面通讯设备，获取所述目标森林的坡度、坡向和DEM数据；结合所述坡度、坡向和DEM数据，获得所述火灾地理信息；利用所述地面通讯设备，获取所述目标森林内烘干可燃物载量、烘干颗粒密度、表面积与体积比、可燃物床深、可燃物低热含量、总矿质含量、有效矿质含量、可燃物含水率和可燃物熄灭含水量；汇合所述烘干可燃物载量、所述烘干颗粒密度、所述表面积与体积比、所述可燃物床深、所述可燃物低热含量、所述总矿质含量、所述有效矿质含量、所述可燃物含水率和所述可燃物熄灭含水量，获得所述火灾燃料信息；利用所述地面通讯设备，获取所述目标森林的风速、风向、干燥度和降水量；通过所述风速、所述风向、所述干燥度和所述降水量，获得所述火灾气候信息。
[0005] 可选地，所述利用所述实时火灾信息、所述火灾地理信息、所述火灾燃料信息和所述火灾气候信息，获得整体火灾蔓延信息，包括如下步骤：利用所述火灾地理信息，构建所述目标森林的二维坐标界面；根据所述实时火灾信息，在所述二维坐标界面内设定火点坐标和火灾边界坐标；通过所述火灾燃料信息和所述火灾气候信息，在对应的火点坐标和火灾边界坐标赋值对应的燃烧参数；通过设定所述火点坐标和所述火灾边界坐标并赋值的二维坐标界面，获得整体火灾蔓延信息。
[0006] 可选地，所述设定预测时长，包括如下步骤：依据所述遥感卫星的时间分辨率，设定所述预测时长，所述预测时长大于所述时间分辨率。
[0007] 可选地，所述根据所述预测时长，结合所述整体火灾蔓延信息、所述火灾燃料信息和所述火灾气候信息，推算在所述预测时长内火灾气候信息的变化和所述火灾燃料信息的变化，包括如下步骤：依据所述火灾气候信息，预测在所述预测时长内火灾气候信息的变化；利用所述整体火灾蔓延信息和所述火灾燃料信息，构建燃料损耗函数；通过所述燃料损耗函数，结合所述火灾气候信息的变化，获得所述预测时长内所述火灾燃料信息的变化。
[0008] 进一步可选地，所述燃料损耗函数，满足如下公式：
[0009] ，
[0010] 其中，表示时间长度， 表示二维坐标为 位置处的火点的燃料损耗函数， 表示二维坐标为 位置处的可燃物初始总储量，表示燃料损耗系数， 表示二维坐标为 位置处的火点的火势方向， 表示二维坐标为 位置处的火点的燃料分布向量， 表示二维坐标为 位置处的燃料储存函数。
[0011] 可选地，所述根据所述整体火灾蔓延信息、所述火灾气候信息的变化和所述火灾燃料信息的变化，预测经过所述预测时长后的整体火灾蔓延信息的变化，包括如下步骤：利用所述整体火灾蔓延信息，构建火点迁移速度函数；结合对应的所述燃烧参数，通过所述火点坐标和所述火灾边界坐标，确定头部火点坐标、尾部火点坐标和侧边火点坐标；在所述火灾边界上选取多个坐标作为辅助侧边火点坐标，并将所述辅助侧边火点坐标赋值对应的燃烧参数；以所述头部火点坐标、所述尾部火点坐标、所述侧边火点坐标和所述辅助侧边火点为多个起点，结合所述火点迁移速度函数与所述预测时长，获得经过所述预测时长后的火点坐标；根据经过所述预测时长后的火点坐标，结合所述火灾气候信息的变化，重新划定火灾边界；根据经过所述预测时长后的火点坐标和重新划定火灾边界，获得整体火灾蔓延信息的变化。
[0012] 进一步可选地，所述火点迁移速度函数，满足如下公式：
[0013] ，
[0014] 其中， 表示二维坐标为 位置处的火点迁移速度， ，表示二维坐标为(x,y)位置处的火点反应修正强度系数，其中，表示林火蔓延率， 表示风速修正系数， 表示坡度修正系数， 表示二维坐标为 位置处的燃料密度，表示点燃单位质量燃料需要的热量，表示热量有效热系数。
[0015] 可选地，所述根据所述整体火灾蔓延信息和所述整体火灾蔓延信息的变化，仿真所述目标森林的火灾蔓延状况，包括如下步骤：利用所述整体火灾蔓延信息，构建目标森林的初始火灾状况；通过所述初始火灾状况，结合所述整体火灾蔓延信息的变化，仿真所述目标森林的火灾蔓延状况。
[0016] 第二方面，本发明还提供了一种实时森林火灾蔓延仿真系统，所述实时森林火灾蔓延仿真系统适用于第一方面所述的实时森林火灾蔓延仿真方法，包括：信息输入模块，所述信息输入模块用于确定目标森林；设定预测时长；数据获取模块，所述数据获取模块用于通过遥感卫星和地面通讯设备，获取所述目标森林的实时火灾信息、火灾地理信息、火灾燃料信息和火灾气候信息；初始火势模块，所述初始火势模块用于利用所述实时火灾信息、所述火灾地理信息、所述火灾燃料信息和所述火灾气候信息，获得整体火灾蔓延信息；第一火势模拟模块，所述第一火势模拟模块用于根据所述预测时长，结合所述整体火灾蔓延信息、所述火灾燃料信息和所述火灾气候信息，推算在所述预测时长内火灾气候信息的变化和所述火灾燃料信息的变化；第二火势模拟模块，所述第二火势模拟模块用于根据所述整体火灾蔓延信息、所述火灾气候信息的变化和所述火灾燃料信息的变化，预测经过所述预测时长后的整体火灾蔓延信息的变化；火势仿真模块，所述火势仿真模块根据所述整体火灾蔓延信息和所述整体火灾蔓延信息的变化，仿真所述目标森林的火灾蔓延状况。本发明提供的实时森林火灾蔓延仿真系统，结构紧凑，运行结果精准且效率高，使得本发明更具实际应用价值和商业价值。
附图说明
[0017] 图1为本发明的一种实时森林火灾蔓延仿真方法流程图；
[0018] 图2为本发明的初始火灾状况仿真示意图；
[0019] 图3为本发明的火灾蔓延后侧边火点坐标插值示意图；
[0020] 图4为本发明的初始火灾状况仿真与火灾蔓延状况后的对比示意图；
[0021] 图5为本发明的一种实时森林火灾蔓延仿真系统结构示意图。
具体实施方式
[0022] 下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路，软件或方法。
[0023] 在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。
[0024] 在一个可选地实施例中，请参见图1，本发明提供了一种实时森林火灾蔓延仿真方法，包括如下步骤：
[0025] S1、确定目标森林。
[0026] 在一个可选地实施例中，确认目标森林，包括如下步骤，确定发生火灾并需要实施扑灭火灾的森林，并将其设定为目标森林，同时获取该森林的，区域大小、经纬度等地理信息。
[0027] S2、通过遥感卫星和地面通讯设备，获取所述目标森林的实时火灾信息、火灾地理信息、火灾燃料信息和火灾气候信息。
[0028] 具体地，在本实施例中，所述通过遥感卫星和地面通讯设备，获取所述目标森林的实时火灾信息、火灾地理信息、火灾燃料信息和火灾气候信息，包括如下步骤：通过所述遥感卫星，获取所述目标森林的火点信息和火灾边界；整理所述火点信息和所述火灾边界，获得所述实时火灾信息；通过所述地面通讯设备，获取所述目标森林的坡度、坡向和DEM数据（Digital Elevation Model，数字高程模型，是通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数字化模拟，即地形表面形态的数字化表达）；结合所述坡度、坡向和DEM数据，获得所述火灾地理信息；利用所述地面通讯设备，获取所述目标森林内烘干可燃物载量、烘干颗粒密度、表面积与体积比、可燃物床深、可燃物低热含量、总矿质含量、有效矿质含量、可燃物含水率和可燃物熄灭含水量；汇合所述烘干可燃物载量、所述烘干颗粒密度、所述表面积与体积比、所述可燃物床深、所述可燃物低热含量、所述总矿质含量、所述有效矿质含量、所述可燃物含水率和所述可燃物熄灭含水量，获得所述火灾燃料信息；利用所述地面通讯设备，获取所述目标森林的风速、风向、干燥度和降水量；通过所述风速、所述风向、所述干燥度和所述降水量，获得所述火灾气候信息。
[0029] 在一个可选地实施例中，通过目标森林已知的经纬度信息，使用遥感卫星获得高分辨率的实时火灾图像，遥感卫星选择极轨卫星，极轨卫星包括Himawari‑8、Terra/Aqua、NPP、NOAA、Landsat‑8和Sentinel2等卫星。极轨卫星能够快读精准地识别森林火灾中的火点信息。具体地，选择Himawari‑8卫星的数据作为遥感卫星数据源，Himawari‑8卫星具有10分钟每次的时间分辨率，同时还具有500米的空间分辨率。通过Himawari‑8卫星收集数据预处理后进行亮温转换获得地表亮温数据，再结合可见光‑红外波段的反射率数据，利用绝对火点识别算法、上下文算法、类方差、固定阈值和自适应阈值等方法，生成综合的异常热源提取结果，从而获得实时火灾信息，即实时火灾信息，包括火点信息、火灾边界等参数。
[0030] 在又一个可选地实施例中，地面通讯设备可以选择无人机搭载红外监控摄像机、摄像机、实时通讯设备等设备组装完成，通过地面通讯设备通过目标森林已知的经纬度信息，对目标森林的实际气候、地理环境、植被状况、燃烧物状况进行实时侦测并获取火灾地理信息、火灾燃料信息和火灾气候信息。火灾地理信息包括目标森林的坡度、坡向和DEM数据。火灾燃料信息包括目标森林内烘干可燃物载量、烘干颗粒密度、表面积与体积比、可燃物床深、可燃物低热含量、总矿质含量、有效矿质含量、可燃物含水率和可燃物熄灭含水量；汇合所述烘干可燃物载量、所述烘干颗粒密度、所述表面积与体积比、所述可燃物床深、所述可燃物低热含量、所述总矿质含量、所述有效矿质含量、所述可燃物含水率和所述可燃物熄灭含水量；具体地，烘干可燃物载量表示目标森林内干燥的可燃烧物的存量，单位为千克每平方米，取值范围为0到10000；烘干颗粒密度量表示目标森林内干燥的可燃烧颗粒物的存量，单位为千克每平方米，取值范围为0到10000；表面积与体积比表示目标森林内总的可燃烧物和可燃烧颗粒的表面积与体积比，单位为平方米每立方米，取值范围为0到10000；可燃物床深表示目标森林内可燃物存于地面以下的深度，单位为米，取值范围为0到5；可燃物低热含量表示目标森林内可燃物的热量含量，单位为千焦每千克，取值范围为0到10000；总矿质含量表示所述目标森林内的总矿物质含量占比，取值范围为0到100；有效矿质含量表示所述目标森林内的总矿物质含量中可燃烧的有效矿物质占比，取值范围为0到100；可燃物含水率表示所述目标森林内可燃物的水量占比，取值范围为0到100；可燃物熄灭含水量表示所述目标森林内细小可燃物的水量占比，取值范围为0到100，当可燃物熄灭含水量大于8%时，不能引起火灾，当可燃物熄灭含水量小于4%时，极易点火。同时通过遥感卫星，具体选择通过气象卫星获得该目标森林的气象状况，从而获取并完善目标森林的火灾气候信息。所述火灾气候信息包括目标森林的风速、风向、干燥度和降水量。
[0031] S3、利用所述实时火灾信息、所述火灾地理信息、所述火灾燃料信息和所述火灾气候信息，获得整体火灾蔓延信息。
[0032] 具体地，在本实施例中，所述利用所述实时火灾信息、所述火灾地理信息、所述火灾燃料信息和所述火灾气候信息，获得整体火灾蔓延信息，包括如下步骤：利用所述火灾地理信息，构建所述目标森林的二维坐标界面；根据所述实时火灾信息，在所述二维坐标界面内设定火点坐标和火灾边界坐标；通过所述火灾燃料信息和所述火灾气候信息，在对应的火点坐标和火灾边界坐标赋值对应的燃烧参数；通过设定所述火点坐标和所述火灾边界坐标并赋值的二维坐标界面，获得整体火灾蔓延信息。
[0033] 在一个可选地实施例中，火灾地理位置信息还包括火灾位置的经纬度，通过目标森林的区域大小以及对应的具体经纬度信息，可将目标森林所占的区域二维化，即构建二维坐标平面，其中，具体的每个坐标都映射一个实际的目标森林位点；再将火灾的火点位置和火灾边界在所述二维坐标平面内进行坐标转化，使得火点位置生成具体的火点坐标，火灾边界形成边界曲线或折线，便于后续的模拟仿真计算，同时也方便将坐标装换回经纬度得实际位点信息，从而便于消防员等火灾救援人员进行实际火灾扑救。
[0034] 在一个可选地实施例中，该燃烧参数包括对应坐标位置处的风速、风向、干燥度、降水量、烘干可燃物载量、烘干颗粒密度、表面积与体积比、可燃物床深、可燃物低热含量、总矿质含量、有效矿质含量、可燃物含水率、可燃物熄灭含水量等参数，相当于构建一个针对于一个坐标点小型数据库，用于提供后续对火灾蔓延的演算所需的数据，也便于工作人员对于实地的实际情况的了解，有助于为工作人员实施火灾扑救方法提供新思路。
[0035] S4、设定预测时长。
[0036] 具体地，在本实施例中，所述设定预测时长，包括如下步骤：依据所述遥感卫星的时间分辨率，设定所述预测时长，所述预测时长大于所述时间分辨率。
[0037] 在一个可选地实施例中，选取了Himawari‑8卫星的数据作为遥感卫星数据源，从而将预测时长设定为10分钟，该预设时长表示预设结果为10分钟后的实际火灾蔓延结果，并非为预测所需的运行时间长度。Himawari‑8卫星10分钟后刷新遥感卫星数据，用刷新后的遥感卫星数据验证预测结果，并对预测结果进行修正，从而进行下一轮火灾蔓延仿真。
[0038] S5、根据所述预测时长，结合所述整体火灾蔓延信息、所述火灾燃料信息和所述火灾气候信息，推算在所述预测时长内火灾气候信息的变化和所述火灾燃料信息的变化。
[0039] 具体地，在本实施例中，所述根据所述预测时长，结合所述整体火灾蔓延信息、所述火灾燃料信息和所述火灾气候信息，推算在所述预测时长内火灾气候信息的变化和所述火灾燃料信息的变化，包括如下步骤：依据所述火灾气候信息，预测在所述预测时长内火灾气候信息的变化；利用所述整体火灾蔓延信息和所述火灾燃料信息，构建燃料损耗函数；通过所述燃料损耗函数，结合所述火灾气候信息的变化，获得所述预测时长内所述火灾燃料信息的变化。通过实时更新火灾燃料信息和所述火灾气候信息，提高火灾蔓延的模拟仿真精准度。
[0040] 在一个可选地实施例中，所述燃料损耗函数，满足如下公式：
[0041] ，
[0042] 其中，表示时间长度， 表示二维坐标为 位置处的火点的燃料损耗函数， 表示二维坐标为 位置处的可燃物初始总储量， 与二维坐标为(x,y)位置处的烘干可燃物载量、烘干颗粒密度、表面积与体积比、可燃物床深等参数、总矿质含量、有效矿质含量等参数有关，表示燃料损耗系数，与目标森林内的可燃物含水率、可燃物熄灭含水量等参数有关， 表示二维坐标为 位置处的火点的火势方向， 表示二维坐标为 位置处的火点的燃料分布向量， 表示二维坐标为 位置处的燃料
储存函数。
[0043] S6、根据所述整体火灾蔓延信息、所述火灾气候信息的变化和所述火灾燃料信息的变化，预测经过所述预测时长后的整体火灾蔓延信息的变化。
[0044] 具体地，在本实施例中，所述根据所述整体火灾蔓延信息、所述火灾气候信息的变化和所述火灾燃料信息的变化，预测经过所述预测时长后的整体火灾蔓延信息的变化，包括如下步骤：利用所述整体火灾蔓延信息，构建火点迁移速度函数；结合对应的所述燃烧参数，通过所述火点坐标和所述火灾边界坐标，确定头部火点坐标、尾部火点坐标和侧边火点坐标；在所述火灾边界上选取多个坐标作为辅助侧边火点坐标，并将所述辅助侧边火点坐标赋值对应的燃烧参数；以所述头部火点坐标、所述尾部火点坐标、所述侧边火点坐标和所述辅助侧边火点为多个起点，结合所述火点迁移速度函数与所述预测时长，获得经过所述预测时长后的火点坐标；根据经过所述预测时长后的火点坐标，结合所述火灾气候信息的变化，重新划定火灾边界；根据经过所述预测时长后的火点坐标和重新划定火灾边界，获得整体火灾蔓延信息的变化。
[0045] 在一个可选地实施例中，所述在所述火灾边界上选取多个坐标作为辅助侧边火点坐标，可以根据火灾气候信息的变化和火灾燃料信息的变化来进行辅助侧边火点坐标的选取，即顺风方向、可燃物存量等参数与辅助侧边火点坐标插入数量成正相关。
[0046] 在一个可选地实施例中，所述火点迁移速度函数，满足如下公式：
[0047] ，
[0048] 其中， 表示二维坐标为 位置处的火点迁移速度， ，表示二维坐标为(x,y)位置处的火点反应修正强度系数，其中，表示林火蔓延率， 表示风速修正系数， 表示坡度修正系数， 表示二维坐标为 位置处的燃料密度，表示点燃单位质量燃料需要的热量，表示热量有效热系数。
[0049] 在一个可选地实施例中，所述结合所述火点迁移速度函数与所述预测时长，获得经过所述预测时长后的火点坐标，包括如下步骤：利用所述火点迁移速度函数 与所述预测时长 相乘获得火灾蔓延步长S， ；利用所述火灾蔓延步长S，结合风向角度，获得所述预测时长后的火点坐标 ，其中， ， ，其中，表示风向角度，即风向与二维坐标系的x轴正方向的夹角。
[0050] S7、根据所述整体火灾蔓延信息和所述整体火灾蔓延信息的变化，仿真所述目标森林的火灾蔓延状况。
[0051] 具体地，在本实施例中，所述根据所述整体火灾蔓延信息和所述整体火灾蔓延信息的变化，仿真所述目标森林的火灾蔓延状况，包括如下步骤：利用所述整体火灾蔓延信息，构建目标森林的初始火灾状况；通过所述初始火灾状况，结合所述整体火灾蔓延信息的变化，仿真所述目标森林的火灾蔓延状况。
[0052] 在一个可选地实施例中，将所述仿真进行可视化操作，使得火灾情况更加直观。请参见图2、图3和图4，图2为初始火灾状况仿真示意图，图3为火灾蔓延后侧边火点坐标插值示意图，图4为初始火灾状况仿真与火灾蔓延状况后的对比示意图，具体地，在图1中，圆点a1表示头部火点坐标，圆点a2表示尾部火点坐标，正方形表示所述侧边火点坐标，曲线为火灾边界；在图2中，圆点b1表示头部火点坐标，圆点b2表示尾部火点坐标，正方形表示所述侧边火点坐标，三角形表示所述辅助侧边火点；在图3中，圆点a1表示初始头部火点坐标，圆点a2表示初始尾部火点坐标，圆点b1表示仿真头部火点坐标，圆点b2表示仿真尾部火点坐标，正方形表示所述侧边火点坐标曲线为火灾边界圆点表示头部火点坐标和所述尾部火点坐标、正方形表示所述侧边火点坐标、三角形表示所述辅助侧边火点，曲线a为初值火灾边界，曲线b为仿真火灾边界。
[0053] 本发明的方法通过结合实时火灾信息、火灾地理信息、火灾燃料信息和火灾气候信息来预测森林火灾的蔓延，即将森林火灾与火灾状况密切相关的气象因素，地形因素和燃料因素相结合映射，从而精准且快速地仿真的火灾的蔓延状况，提高了森林火灾蔓延模拟仿真实时高效的要求，不仅为消防部门扑灭森林火灾提供决策支持，同时在森林防灾减灾具有重大意义和作用。
[0054] 第二方面，本发明还提供了一种实时森林火灾蔓延仿真系统，所述实时森林火灾蔓延仿真系统适用于本发明所述的实时森林火灾蔓延仿真方法，包括：信息输入模块，所述信息输入模块用于确定目标森林；设定预测时长；数据获取模块，所述数据获取模块用于通过遥感卫星和地面通讯设备，获取所述目标森林的实时火灾信息、火灾地理信息、火灾燃料信息和火灾气候信息；初始火势模块，所述初始火势模块用于利用所述实时火灾信息、所述火灾地理信息、所述火灾燃料信息和所述火灾气候信息，获得整体火灾蔓延信息；第一火势模拟模块，所述第一火势模拟模块用于根据所述预测时长，结合所述整体火灾蔓延信息、所述火灾燃料信息和所述火灾气候信息，推算在所述预测时长内火灾气候信息的变化和所述火灾燃料信息的变化；第二火势模拟模块，所述第二火势模拟模块用于根据所述整体火灾蔓延信息、所述火灾气候信息的变化和所述火灾燃料信息的变化，预测经过所述预测时长后的整体火灾蔓延信息的变化；火势仿真模块，所述火势仿真模块根据所述整体火灾蔓延信息和所述整体火灾蔓延信息的变化，仿真所述目标森林的火灾蔓延状况。具体地，请参见图5，在图5中展示了实时森林火灾蔓延仿真系统中各个功能模块的连接关系，此种连接关系使得本发明提供的实时森林火灾蔓延仿真系统，结构紧凑，运行结果精准且效率高，使得本发明更具实际应用价值和商业价值。
[0055] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
