林火扑救优效组合技术研究

论文摘要

森林火灾是对森林资源和人类生存环境危害极大的自然灾害,完全杜绝森林火灾是不可能的,但可以采取有效手段积极消灭。结合当前中国国情,广泛采用国内外先进技术,研究探讨高效实用的森林消防技术具有重大现实意义。本文围绕林火扑救技术为主题,结合北京地区森林消防实际状况,以房山区作为重点试验区,运用精准林业理论,以计算机信息管理技术以及3S应用技术等为平台,重点开展了以下研究工作;为使林火扑救系统运转更加有效,对林火监测系统进行适当改建,增添林火数据采集项目并进行相关分析,研建林火模型,对林火扑救装备配置量进行优化评价,深入研究林火扑救装备配置组合,以及林火扑救装备管理系统,实现以GPS为关键技术的林火扑救快速定位导航系统,结合上述研究进行实地校验,获得研究结果。本研究的主要成果包括;(1)结合国内外森林防火装备发展状况,主要研究分析了北京地区森林消防状况及水源分布、地形地势及森林分布、林火发生分布状况等,北京林地主要分布在远郊区,其中以房山区最有代表性,林地面积广,森林资源80%分布在山区和丘陵地区,定为重点森林防火区。应用3S技术,在房山区改进林火监测系统,进行实地勘测、校验、寻访,获得较高精度的林火数据。通过矢量化方法制作房山区森林消防专用数字地图。运用获得的林火数据进行林火蔓延相关分析,在王正非林火蔓延模型基础上,进行调整和修正。应用数学建模理论建立了适合本地区的林火扑救模型。上述研究为林火扑救提供理论依据。(2)本文对林火扑救技术与装备进行深入研究,确定以水灭火技术为主的最优灭火组合方案,即使用便携式长距离山地供水系统为主,同时与森林消防车、手动器具等配套使用,进而与航空灭火结合。论文根据林火管理特点,应用计算机数据库管理,改进房山区林火管理系统。研建林火扑救装备管理系统,该系统可实现森林消防设备信息查询,日常管理,并针对林火模型反映的不同地形条件、林火类型等因素快速确定林火扑救装备组合方案。(3)在上述研究成果基础上,以GPS为关键技术,通过地理坐标转换,林火扑救专用电子地图制作等,实现房山区林火扑救定位导航,采集扑火航迹路线,进而决策林火发生时最佳的扑救路径,引导扑火力量到达火场,安全实施灭火。本研究在实地校验了GPS定位导航结合高效水灭火方案在林火发生时的灭火效果。结果表明在林火发生时,GPS定位导航可快速实现引导灭火力量准确到达火场,应用自主设计的便携式长距离山地供水系统,每套系统可从水源连续提供喷头射程大于20m和流量不小于2.51/s的灭火用水。上述研究最终实现了快速高效扑灭森林火灾的目标。本研究在以下几个方面具有一定创新;(1)通过大量林火相关数据分析整理,研建林火扑救模型,为林火扑救装备配置有效实施林火扑救奠定理论基础,模型具有开放性,随着计算机数据采集的延续,可进一步得到修正;(2)以水灭火技术为主,研建便携式山地供水灭火系统,形成高效组合灭火装备组合方案;(3)从森林消防目的出发,建立综合性较强森林消防装备管理系统;(4)以GPS为关键技术,制作林火扑救专用数字地图,并与GPS进行匹配,通过软件编程得出林火扑救最佳路径计算选择,运用航迹管理功能,实现林火扑救路线引导。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 森林防火装备技术发展现状
• 1.2.1 国外森林防火研究现状
• 1.2.2 国内森林防火研究现状
• 1.2.3 国外林火扑救装备现状
• 1.2.4 国内林火扑救装备现状
• 1.3 试验区状况调查及林火相关评价
• 1.3.1 北京森林防火现状调查分析
• 1.3.2 北京市房山区森林防火状况调查
• 1.4 研究方案
• 1.4.1 研究目标
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 研究方法及技术路线
• 1.5 小结
• 2 林火扑救的理论基础研究
• 2.1 林火监测体系的改建
• 2.1.1 林火监测概述
• 2.1.2 现代林火监测关键技术分析
• 2.1.3 林火监测体系建立
• 2.2 林火蔓延模型分析与修正
• 2.2.1 对常用林火蔓延模型分析
• 2.2.2 林火蔓延数据获得与相关分析
• 2.2.3 林火蔓延模型的修正
• 2.3 构建林火扑救模型
• 2.3.1 构建扑救模型
• 2.3.2 林火扑救模型的拓展分析
• 2.4 小结
• 3 林火扑救装备组合配置
• 3.1 林火扑救技术与装备应用研究
• 3.1.1 林火扑救原理、原则与方法分析
• 3.1.2 林火扑救主要影响因素分析
• 3.2 扑救装备配置评价分析
• 3.3 扑火时间和扑火力量测算
• 3.4 林火扑救技术与装备配置组合研究
• 3.4.1 常规林火扑救装备配置
• 3.4.2 风力灭火机为主的扑救装备配置
• 3.4.3 空中灭火装备配置
• 3.4.4 水灭火装备及配套设施研究
• 3.4.5 水灭火装备系统优化配置（主要根据火场条件）
• 3.4.6 便携式长距离山地供水灭火系统配置
• 3.5 小结
• 4 林火扑救装备管理系统
• 4.1 改建林火数据库
• 4.1.1 数据库设计
• 4.1.2 火场林业因子空间属性数据的提取
• 4.2 林火扑救装备管理系统研建概述
• 4.3 建立系统模块结构
• 4.4 设备管理系统表结构设计
• 4.5 创建森林消防设备信息管理系统项目
• 4.6 建立设备管理系统自由表
• 4.7 林火扑救装备系统表单设计
• 4.7.1 创建[大型森林消防设备]表单
• 4.7.2 运行[大型森林消防设备]表单
• 4.8 创建林火强度计算模块
• 4.8.1 林火强度数据处理
• 4.8.2 创建[反应强度]表单
• 4.9 创建登录界面
• 4.10 创建系统主界面
• 4.11 快速实现林火扑救装备优化配置组合
• 4.12 小结
• 5 林火扑救中GPS关键技术实现
• 5.1 GPS在森林火灾扑救中的应用
• 5.2 GPS原理及技术实现
• 5.2.1 GPS技术实现原理
• 5.2.2 伪距法定位
• 5.2.3 载波相位测量
• 5.3 房山区林火定位技术实现
• 5.3.1 地球坐标系建立
• 5.3.2 确定国家坐标系
• 5.3.3 转换坐标系
• 5.4 房山区林火扑救专用电子地图制作
• 5.4.1 电子地图的技术特点
• 5.4.2 电子地图的制作
• 5.5 GPS与电子地图匹配
• 5.5.1 确定地图匹配依据
• 5.5.2 地图匹配算法实现
• 5.6 GPS在林火扑救装备导航功能实现
• 5.6.1 GPS导航技术措施
• 5.6.2 扑救车辆自律导航问题解决
• 5.6.3 最佳路径计算
• 5.6.4 实现林火扑救航迹管理
• 5.7 GPS快速导航试验
• 5.8 小结
• 6 总结与展望
• 参考文献
• 附录Ⅰ
• 附录Ⅱ
• 导师简介
• 导师简介
• 个人简介
• 在读期间主要成果
• 致谢