مدل‌سازي گسترش جبهه آتش‌سوزي جنگل با استفاده از اتوماتاي سلولي، سيستم اطلاعات مكاني و الگوريتم پرندگان

Modelling Forest Fire Spread using Cellular Automata, GIS and PSO

هر ساله میلیون‌ها هكتار از جنگل‌های سرتاسر دنیا طعمه حریق‌های طبیعی و انسانی می‌شوند. آتش‌سوزی‌های مهیب اتفاق افتاده در دنیا موید این قضیه می‌باشد كه این پدیده مخرب، تأثیرات بسیار ناسازگاری بر اكوسیستم منطقه، پوشش گیاهی و حیات وحش دارد. جنگل‌ها جزو سرمایه‌های هر كشور می‌باشند، بنابراین ارائه راهكارهائی مؤثر در راستای جلوگیری و مدیریت این پدیده پیچیده همواره ایده‌آل مدیران و برنامه‌ریزان محیط زیست بوده است. در این بین اتوماسیون سلولی از روش‌های بسیار ساده با كارائی بالا محسوب می‌شود كه قدرت و قابلیت بالائی در مدل‌سازی پدیده‌های پویا نظیر رشد و توسعه شهری، گسترش آتش‌سوزی جنگل و ... دارد. این روش‌ به كرات در انواع مدل‌های آتش‌سوزی جنگل‌ها مورد استفاده واقع شده و تقریباً جایگاه والائی در شبیه‌سازی این پدیده دارد. اما مسئله مهم در مورد اتوماسیون سلولی، بحث كالیبراسیون این مدل می‌باشد. در این تحقیق از الگوریتم پرندگان برای كالیبراسیون اتوماسیون سلولی در آتش‌سوزی جنگل استفاده شده است. نتایج شبیه‌سازی بر پایه اتوماسیون سلولی ، الگوریتم پرندگان و سیستم اطلاعات مكانی، قابلیت بالای این روش را نشان می‌دهد. مدل ارائه شده بر روی جنگل‌های جنوبی شهرستان مینودشت واقع در شرق استان گلستان اجرا شد. پس از اجرای مدل اولیه بر منطقه، ضریب كاپا 58% بدست آمد، سپس بعد از كالیبراسیون مدل بوسیله الگوریتم بهینه‌سازی پرندگان، این مقدار به 92% و شاخص دقت كلی به 95% ارتقا یافت. مدت زمان كل آتش‌سوزی واقعی در منطقه ارزیابی مدل تقریباً 23 ساعت بوده و كل مساحت سوخته در این مدت 5/807 هكتار می‌باشد و نتایج شبیه‌سازی مدت زمان 8/22 ساعت و مساحت سوخته 8/769 هكتار را پیش‌بینی نموده است. با توجه به مقدار كاپا و ارقام مذكور، می‌توان از این مدل برای پیش‌بینی در سایر مناطق و همچنین به عنوان یك سیستم حامی تصمیم‌گیری در آتش‌سوزی جنگل استفاده نمود.

Every year, millions hectares of forests are victims of fires that caused by natural and human. Happened wild fires through the world show that this damaging phenomenon, impact on the ecosystem of incompatibility regionʹs vegetation and wildlife. Forests are among the capitals of each country, thus providing effective solutions in order to prevent and manage the complex process environment is ideal for managers and planners. Cellular Automata is a simple method with high efficiency that can simulate dynamics phenomenon like urban expanding, forest fire and so on. This method used in forest fire simulation and has high grade in these studies. But the important thing about the cellular automaton is. In this study swarm intelligent are used for calibration of cellular automata in forest fire. Result of simulation based on cellular automata, swarm intelligent and Geographic Information System shows the ability of this method. Proposed model implemented in South East forest of Minoodasht city of Golestan province. After implementing primitive model in this region, kappa coefficient was 58%, after calibrating model by swarm intelligent, this coefficient raised to 92% and overall accuracy was promoted to 95%. Total time of real fire was 23 h and total burned area was 807.5 ha and simulation results showed 22.8 h and 760.8 ha. According to these figures and kappa coefficient, this model can used to simulate forest fires in other regions and would be used as a Support Decision System.