摘 要

近年来，各地森林火灾频发，尤其是四川凉山等地接连发生多起森林火灾，造成了严重后果。模拟林火蔓延行为、研究林火蔓延规律对森林火灾的防控指挥工作具有重要意义。

本文选取四川省木里县作为研究区域，以惠更斯原理和王正非林火蔓延模型为基础，分析了研究区域的气候条件、地形状况、植被覆盖情况等影响因素。重点研究风作用调整系数、坡度作用调整系数，对模型参数进行调整，设计出一套符合研究区域的模型。最后，在ArcEngine平台上，以C#作为开发语言，进行林火蔓延模拟系统的设计和二次开发。实现林火蔓延行为模拟，并对模拟结果进行分析，得出林火蔓延的主要规律。

关键词：林火蔓延模型；惠更斯原理；ArcEngine

Abstract

In recent years, forest fires have been frequent all over the country, and many forest fires have occurred in Liangshan in Sichuan Provinc, causing serious casualties and economic losses. It is of great significance to study the law of the spread of forest fire and simulate it.

This paper selects Muli County in Sichuan Province as the research area, based on the Huygens principle and Wang Zhengfei model of forest fire, and comprehensively considers the climate conditions, topography, and vegetation cover factors in the study area. Focusing on the influence of wind effect adjusting coefficient and slope adjusting coefficient in the spread model of forest fire, adjust the model parameters, and design a model that conforms to the study area to improve the accuracy of the model. Finally, with C# as the development language, on the ArcEngine platform, the design and secondary development of forest fire spread simulation system is carried out. The simulation system of forest fire spread is realized, and the results of it are analyzed to obtain the main law of forest fire spread.

Key Words：spread model of forest fire；Huygens；ArcEngine

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 研究目的 2

1.4 研究内容与技术路线 2

1.4.1 研究内容 2

1.4.2 技术路线 3

第2章 林火蔓延模型及可视化模拟 5

2.1 森林火灾的蔓延机理与影响因素 5

2.1.1 森林火灾的蔓延机理 5

2.1.2 林火蔓延影响因素 5

2.2 林火蔓延模型研究现状 6

2.2.1 林火蔓延模型类型 6

2.2.2 常用林火蔓延模型 7

2.3 林火蔓延的模拟方式 7

2.3.1栅格模型 8

2.3.2矢量模型 8

第3章 研究区域概况与研究数据 9

3.1 研究区域概况 9

3.2 研究数据 9

3.2.1 地形数据 9

3.2.2 可燃物数据 11

3.2.3 气象数据以及其他数据 11

第4章 林火蔓延模型的建立 13

4.1 林火蔓延模拟模型构建 13

4.1.1 林火蔓延模型选择 13

4.1.2 模型的改进 14

4.1.3 林火蔓延可视化方法及参数计算 15

4.2 系统分析 17

4.3 系统设计 17

4.3.1 系统开发工具 17

4.3.2 界面设计 17

4.3.3 基础功能模块 18

4.4 系统模拟 19

第5章 结果与展望 20

5.1 模拟结果与分析 20

5.2 结论与展望 21

5.2.1 结论 21

5.2.2不足与展望 21

参考文献 22

致 谢 24

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

森林是维持人类生存的重要物质资源，它通过光合作用为人类固定太阳能并提供氧气，维持全球气候与生态平衡。森林火灾不仅捣毁了森林中各种生物的栖息地，造成动植物资源的破坏，而且会造成严重的环境污染，如大气烟尘，从而直接威胁到人类的生存条件。森林资源的毁灭性破坏，摧毁了森林系统的调节功能，对居民的生命财产安全和日常生活造成了严重的影响。森林火灾具有爆发性强、破坏性大的特点，它会在短时间内造成巨大的破坏，使森林资源和居民生命财产造成极大损失。在森林火灾发生后，针对火灾蔓延趋势进行扑救，能将火灾可能造成的损失降到最小。森林火灾的扑救是否及时、决策是否得当，主要在于对林火行为的分析是否合理和准确^[1]。森林火灾蔓延扩散的影响因素非常复杂，基于现实原因难以进行现实的火灾实验，因此，对林火蔓延行为的模拟、研究与分析就显得尤为重要。

从理论模型到模拟分析，人们对森林火灾的研究日益深入，在此过程中，地理信息技术与计算机技术的不断提高为人们对林火的研究提供了强有力的支撑。在森林火灾发生后，通过遥感技术能够准确快速地获取着火点的地理位置和火灾区域的植被覆盖情况；地理信息技术处理地理信息获得地形、林相数据等参数；最后，在计算机上结合现有的火灾蔓延模型和模拟模型实现对林火蔓延行为的模拟和预测。目前，用来模拟森林火灾蔓延过程的林火蔓延模型大多数都是数学模型。早在1946年W.R.Fons便提出了世界上第一个关于森林火灾的数学模型，目前林火蔓延模型主要有Rothermel模型、McArthur模型、加拿大国家林火蔓延模型和王正非林火蔓延模型。此外，也出现了其他林火蔓延模型，大多数是在上述主流模型上的改进模型。由于对森林资源与生态环境安全的日益重视，国家对森林火灾预防和扑救工作要求逐步提高，此外，森林火灾蔓延的影响因素众多，数学模型的参数类型复杂且获取困难，模型的建立和运算难度非常大。因此，结合地理信息技术，利用计算机软硬件来模拟实现森林火灾蔓延行为的方式，将成为研究森林火灾的必然趋势。

本文以森林火灾为研究对象，充分考虑影响森林火灾蔓延的因子，以时间为驱动研究整个火灾蔓延过程，利用ArcEngine开发平台在计算机上对林火蔓延进行模拟，得到以时间为轴的火场范围数据，并在地图上显示出来，使研究人员能够在宏观上掌握林火的蔓延趋势，从而科学地辅助防灾、救灾工作。