Моделирование лесных пожаров с помощью клеточных автоматов

Аннотация: В последнее время в восточной Сибири возросло количество лесных пожаров. Уничтожаются значительные лесные ресурсы. Для более эффективного проведения противопожарных мероприятий требуется использование методов математического моделирования. В работе рассматривается применение простейшей модели клеточных автоматов.

В последнее время в восточной Сибири возросло количество лесных пожаров. Моделирование даёт возможность изучать и прогнозировать возможные состояния действительности, рассматривать сценарии при управляющих воздействиях и т. д. Одним из наиболее простых и наглядных способов пространственного моделирования является применение клеточных автоматов.

Для моделирования фрагмента действительности на плоскости часто используют разбиение плоскости по двумерной регулярной сетке. Каждая клетка может находиться в одном из следующих состояний: лес, молодняк, огонь, гарь, вода. Вода не меняет состояние (обычно подразумевается различные водные объекты, такие как реки, озера и водоёмы). Молодняк со временем вырастает и становиться лесом. Огонь распространяется на лес и молодняк поблизости. Огонь горит определенное время и переходит в состояние гари. Гарь, соответственно, не горит, но со временем становиться молодняком.

Соседними клетками считается те клетки, у которых номер столбца или строки отличается не больше чем один. В каждой клетке хранится время пребывание в текущем состоянии. Состояние клетки может меняться с течением времени. Время меняется с определенным шагом (дискретно). Опишем возможные переходы состояний:

1) клетка в состоянии «молодняк» переходит в состояние «лес» при истечение определенного времени;
2) клетка в состоянии «молодняк» и «лес» переходят в состояние огонь, если соседняя клетка находится в состояние огонь;
3) клетка в состоянии «огонь» переходит в состояние «гарь» по истечению определенного времени;
4) клетка в состоянии «гарь» переходит в состояние «молодняк» по истечению определенного времени;
5) вода не изменяет состояния.

Для реализации модели разработан алгоритм смены состояния клеток, который представляет собой бесконечный цикл, где на каждом шаге изменяется состояние клеток в соответствии с заданной моделью. Пример моделирования представлен на рис. 1.

Рис. 1. Моделирование лесных пожаров

Заключение: Была создана модель лесных пожаров на основе клеточного автомата. С помощью это модели можно понять, как лучше проводить противопожарные мероприятия, например противопожарная опашка, оценить возможный ущерб и т. д.

Список литературы

1. Игра «Жизнь» [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Игра_«Жизнь».
2. Клеточный автомат [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://ru.vlab.wikia.com/wiki/Клеточный_автомат.

 

Материал поступил в редакцию 10.06.2018
© Фёдоров К. Р., Лавлинский М. В., 2018