Прогнозирование распространения лесного пожара на основе апостериорного моделирования его нестационарной динамики

• Автор: Файзрахманов, Галимула Павлович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 149 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ.

ГЛАВА 1. КРИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ

РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЛЕСНОГО ПОЖАРА.

1.1. Математическое моделирование распространения лесного пожара на основе априорной информации о газофазной среде

его распространения

1.2. Обсуждение апостериорной дифференциальной модели динамики локального лесного пожара. Постановка задачи структурной идентификации уравнений состояния фронта пожара
1.3. Ключевые подходы к параметрической идентификации динамических объектов с уравнениями состояний в классе линейных нестационарных дифференциальных систем.

1.4. Космические средства мониторинга лесных пожаров

Выводы и концептуальная схема задачи моделирования

ГЛАВА 2. ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ НЕСТАЦИОНАРНОЙ ДИНАМИКИ

ЛЕСНОГО ПОЖАРА НА ОСНОВЕ ОБРАБОТКИ АПОСТЕРИОРНОЙ ИНФОРМАЦИИ О ЕГО РАСПРОСТРАНЕНИИ
2.1. Постановка задачи моделирования динамики локального лесного пожара в классе линейных обыкновенных нестационарных дифференциальных уравнений.
2.2. Характеризация динамической модели распространения лесного пожара в классе линейных дифференциальных систем с заданной формой аналитического представления
2.3. Конструирование нестационарной модели динамики лесного пожара в классе линейных дифференциальных систем с неявной формой аналитического представления.
ГЛАВА 3. АЛГОРИТМЫ СТРУКТУРНОПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ УРАВНЕНИЙ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЛОКАЛЬНОГО ЛЕСНОГО ПОЖАРА
3.1. Алгоритм идентификации автономной дифференциальной модели динамики локального лесного пожара
3.2. Алгоритмическая реализация структурнопараметрической идентификации нестационарной дифференциальной модели динамики локального лесного пожара
3.3. Свойства решений дифференциальных уравнений динамики пожара при их численном моделировании в классе
линейных систем.
3.4. Результаты численного моделирования динамики локального лесного пожара в вычислительной среде
прикладных программ ФАКЕЛ.
3.5. Определение экономической эффективности программного комплекса ФАКЕЛ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


В качестве вектора состояния модели нестационарной динамики развития контура лесного пожара выступает вектор текущих геометрических характеристик ЛЛП, поддающихся апостериорным наблюдениям на интервале времени Т за процессом распространения линии фронта лесного пожара. Т удалений от заданной точки из зоны действия лесного пожара до кромки фронта ЛЛП в направлениях выделенных пожароопасных объектов. ЛЛП за определнный фиксированный период. В такой постановке задача построения структурной идентификации математической модели линеаризированной дифференциальной динамики распространения кромки фронта лесного пожара ставится следующим образом дать математическую характеризацию положения, когда для заданного динамического процесса, сформированного по текущим наблюдениям на интервале времени Т за векторами состояний и возмущений контура лесного пожара, существует и возможно единственная дифференциальная модель динамики лесного пожара в классе систем ЛОНДУ. В главе получено конструктивное алгоритмическое решение этой задачи для моделей ЛОНДУ как с заданной, гак и неявной формой структуры уравнений состояний нестационарной динамики фронта ЛЛП. В качестве апробации и иллюстрации данного математического результата в главе приведн ряд контрольных модельных примеров. В третьей главе сформулированы математические постановки и даны решения задач параметрической идентификации по текущим данным космомониторинга в районе действия лесного пожара, как для автономной, так и нестационарной дифференциальной модели динамики распространения фронта ЛЛП в классе систем ЛОНДУ. Получены необходимые и достаточные условия идентифицируемости подобных дифференциальных систем. Па модельных примерах в разработанной программноалгоритмической среде ФАКЕЛ проведены контрольные расчты прогноза развития нестационарного контура локального лесного пожара. На основе стохастической триангуляции геодезической карты пожарной опасности зоны действия лесного пожара и численного интегрирования дифференциальной модели динамики развития контура пожара предложена численная процедура имитационного моделирования и текущего краткосрочного прогнозирования процесса распространения фронта ЛЛП. В завершении главы приведены расчеты экономической эффективности от внедрения предлагаемого программного комплекса ФАКЕЛ. Экономический эффект достигается за счет более оперативной и эффективной разработки планов тушения ЛЛП, на основе оптимизации динамических параметров краткосрочной прогностической карты ЛЛП. В заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертационной работе. Приложение включает спутниковые картосхемы реальных лесных пожаров ВосточноСибирских регионов Российской Федерации Красноярский край, Иркутская область, а также акты об использовании результатов диссертационной работы в ВСИ МВД РФ, ИСЗФ СО РАН, ИДСТУ СО РАН. Внедрение. Институт солнечноземной физики СО РАН Российская федеральная целевая программа Интеграция проект 3. Институт динамики систем и теории управления СО РАН исследование динамических моделей прогноза развития лесных пожаров в рамках научноисследовательских грантконтрактов Российского фонда фундаментальных исследований, проект 8 Качественный анализ установившихся движений и структурная идентификация механических систем Российской федеральной целевой программы Интеграция, проект Б Развитие учебнонаучного центра математической кибернетики, системного анализа и исследования операций. Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих Международных и Всероссийских научноэкологических и природоохранных семинарах и конференциях Первый РоссийскоШвейцарский семинар Проблемы обнаружения, прогнозирования и борьбы с лесными пожарами Иркутск, г. Второй РоссийскоШвейцарский семинар Проблемы обнаружения, прогнозирования и борьбы с лесными пожарами Иркутск, г. Первый РоссийскоМонгольский семинар Проблемы пожарной профилактики и деятельности государственного пожарного надзора Иркутск, г. V Международная конференция Идентификация систем и задачи управления Москва, г. Всероссийская конференция Перспективы деятельности органов внутренних дел и государственной противопожарной службы Иркутск, г.