title: Μοντελοποίηση και προσομοίωση της διάδοσης της φωτιάς
Creators: name: Κραββαρη Ανδρομαχη
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2020

description: Στην παρούσα εργασία, στο πρώτο κεφάλαιο, αναφερόμαστε στη συμπεριφορά των πυρκαγιών. Η δασική πυρκαγιά είναι ταυτόχρονα ένας φυσικός παράγοντας για την οικολογική αλλαγή και ένα δυνητικά καταστροφικό φυσικό φαινόμενο παρόμοιο με τους σεισμούς και τις πλημμύρες (Scott, 2012). Σε αυτή την ενότητα, η πυρκαγιά διακρίνεται από άλλες μορφές φωτιάς, ορίζουμε τη μορφολογία της πυρκαγιάς και τα τέσσερα πρωταρχικά ποσοτικά χαρακτηριστικά συμπεριφοράς της και εισάγουμε τις πέντε κύριες επιρροές στις προσομοιώσεις συμπεριφοράς πυρκαγιάς. Επίσης, αναφέρουμε το ρυθμό επέκτασης του μετώπου της φωτιάς (Rate of Spread – RoS), τη θερμότητα ανά μονάδα επιφάνειας (Heat per Unit Area – HPA) και το μέγεθος της φλόγας (Flame Size – FL) (Scott, 2012).
Το δεύτερο κεφάλαιο είναι μια επισκόπηση των μοντέλων συμπεριφοράς των καυσίμων της πυρκαγιάς, όπως χρησιμοποιείται στα συστήματα μοντελοποίησης συμπεριφοράς πυρκαγιάς, με περιγραφή των απαιτούμενων παραμέτρων μοντέλου καυσίμου. Στη συνέχεια περιγράφονται τα τυποποιημένα μοντέλα συμπεριφοράς που αναδείχθηκαν από προσπάθειες μοντελοποίησης της δασικής πυρκαγιάς και παρουσιάζουμε τα πέντε χαρακτηριστικά μιας δασικής περιοχής που επηρεάζουν τις προσομοιώσεις επιφάνειας της συμπεριφοράς μιας δασικής πυρκαγιάς. Τα μοντέλα BRT, GAM, GAM, χρησιμοποιήθηκαν για τη διάκριση μεταξύ παρουσίας και απουσίας δασικών πυρκαγιών και της χαρτογράφησής τους (Scott, 2012, Pourtaghi, Pourghasemi, Aretano & Semeraro, 2016).
Στο τρίτο μέρος, αναλύονται τα αυτόνομα μη επανδρωμένα αεροσκάφη (Unmanned Aircraft Vehicles – UAVs) και τα πιθανά προβλήματα που ανακύπτουν από τη δημιουργία ενός αποτελεσματικού μοντέλου κίνησης σμήνους και μιας τοπολογίας δικτύου μεταξύ ενός δικτύου UAV, τα οποία αναπτύσσονται ειδικά για το σενάριο της υψηλής ποιότητας της δασικής χαρτογράφησης (Brust & Strimbu, 2015).
Στη συνέχεια, παρουσιάζονται αποτελέσματα προσομοίωσης ενός μοντέλου κυψελοειδούς αυτοματοποίησης που περιγράφει τη δυναμική της δασικής πυρκαγιάς σε ένα ορεινό τοπίο λαμβάνοντας υπόψη παράγοντες όπως ο τύπος και η πυκνότητα της βλάστησης, η ταχύτητα και η κατεύθυνση του ανέμου και το φαινόμενο των κηλίδων. Τα πολλαπλών πιθανοτικών συστήματα κυτταρικών αυτομάτων αναπτύσσονται για τη μοντελοποίηση των δασικών πυρκαγιών. Προτείνεται ένα μοντέλο δυναμικής δασικής πυρκαγιάς λαμβάνοντας υπόψη τις εντάσεις των πυρκαγιών ως πολλαπλές καταστάσεις και έχοντας την πιθανότητα η εξάπλωση της φωτιάς να εξαρτάται από τις καταστάσεις των γειτονικών κυττάρων της επιφάνειας. Επιπλέον, εισάγεται η ιδέα του ορίου διάχυσης για να χαρακτηρίσει τη δύναμη της διάδοσης της φωτιάς (Alexandridis, Vakalis, Siettos & Bafas, 2008).
Χρησιμοποιείται μια προσέγγιση αριθμητικής βελτιστοποίησης για να βρεθούν οι βέλτιστες τιμές για τους διορθωτικούς συντελεστές. Τα αποτελέσματα συγκρίνονται με αυτά που παρέχουν δύο πολύ γνωστοί προσομοιωτές κυτταρικής αυτοματοποίησης. Η ποσοτική προσομοίωση της κατανομής των δασικών πυρκαγιών παίζει σημαντικό ρόλο στο σχεδιασμό της ταχείας διαχείρισης κινδύνων και στην εφαρμογή αποτελεσματικών πολιτικών αντιμετώπισης των πυρκαγιών. Ως προτιμώμενη προσέγγιση μοντελοποίησης, το κυψελοειδές αυτόματο (Cellular Automaton – CA) έχει χρησιμοποιηθεί για την προσομοίωση των σύνθετων μηχανισμών διάδοσης πυρκαγιάς. Ωστόσο, σε παραδοσιακά μοντέλα CA, απαιτούνται περιεκτικές μελέτες για τις φυσικές καταστάσεις των δασικών πυρκαγιών, προκειμένου να καθοριστούν οι τοπικοί κανόνες μετάβασης (Pak & Hayakawa, 2011, Ghisu, Arca, Pellizzaro & Duce, 2015).
Τελευταίο αλλά εξίσου σημαντικό, αναφέρονται τα γραφικά πλεονεκτήματα των GPU που μπορούν να αξιοποιηθούν μέσα από την αλληλεπικάλυψη της κατεύθυνσης του ανέμου, καθώς και με χάρτες βλάστησης, κλίσης και όψης, λαμβάνοντας υπόψη τα σχετικά χαρακτηριστικά του τοπίου για τη διάδοση της φωτιάς. Η στοχαστική διάδοση της φωτιάς πραγματοποιήθηκε με ένα μοντέλο πιθανότητας που εξαρτάται από την όψη, την κλίση, την κατεύθυνση του ανέμου και τη βλάστηση (Denham & Laneri, 2018).