مدل سازي گسترش آتش سوزي جنگل با استفاده از اتوماسيون سلولي

Modelling of forest fire spread using Cellular Automata

این تحقیق به منظور مدل‌سازی گسترش آتش‌سوزی با استفاده از مدل Alexandridis و روش اتوماسیون سلولی در بخشی از جنگل‌های بخش سه نكا-ظالمرود انجام شد. پارامترهای تأثیرگذار بر گسترش آتش-سوزی با توجه به مدل مذكور شامل ارتفاع، شیب، سرعت و جهت باد، نوع و تراكم پوشش گیاهی بودند. به منظور مدل‌سازی گسترش آتش‌سوزی و ارزیابی صحت آن، اطلاعات مورد نیاز آتش‌سوزی واقعی از قبیل نقطه شروع آتش، وسعت حریق، سرعت و جهت باد در زمان آتش‌سوزی تهیه شدند. همچنین كلیه پارامترهای تأثیرگذار برای محدوده آتش‌سوزی واقعی، در محیط GIS آماده‌سازی و كدبندی شدند. در نهایت مدل گسترش آتش‌سوزی با استفاده از روش همسایگی هشت‌تایی Moore، برنامه‌نویسی مدل Alexandridis در محیط MATLAB و فراخوانی لایه‌های رقومی كلیه پارامترهای تأثیرگذار، برای محدوده آتش‌سوزی واقعی پیاده‌سازی شد. برای پیش‌بینی گسترش آتش‌سوزی جنگل بر اساس اتوماسیون سلولی، چندین حالت سلولی و قانون انتقال آتش‌سوزی در نظر گرفته شد. با انتخاب نقطه شروع آتش‌سوزی، نمایشی پویا از گسترش جبهه آتش‌سوزی ارائه و در پایان تعداد سلول‌های سوخته و سالم مشخص شد. به منظور ارزیابی كیفی صحت مدل مورداستفاده، نتایج خروجی جهت گسترش آتش و نحوه پیش‌روی جبهه گسترش با محدوده آتش‌سوزی واقعی مورد مقایسه قرار گرفت. به منظور ارزیابی كمی صحت مدل مورداستفاده از دقت كلی و شاخص كاپا استفاده گردید. دقت كلی و شاخص كاپای بدست آمده به ترتیب برابر 88/0 و 74/0 بوده كه بیان‌گر دقت پیش‌بینی مدل گسترش آتش‌سوزی و مطلوبیت روش اتوماسیون سلولی در مدل‌سازی گسترش آتش‌سوزی در تحقیق حاضر می‌باشد.

This research was done to model the fire spread using Alexandridis model and cellular automata method in part of District Three of Neka Zalemroud forests. The effective factors on fire spread were elevation, slope, wind velocity and direction, vegetation type and vegetation density, based on the mentioned model (Alexandridis model). To simulate of the fire spread and evaluate its accuracy, the required data of actual fire including the fire start point, fire area, wind velocity and direction in fire time was provided. All effective parameters for actual fire confine were provided and coded in GIS. Finally the fire spread model was implemented using programming of Alexandridis model in MATLAB, regarding to Moore neighborhood and loading of digital layers of all effective parameters for actual fire confine. Some cellular situations and fire transfer rules were considered to predict the fire spread based on cellular automata method. The dynamic exhibition of the fire spread was presented by selecting the fire start point and number of burned and unburned cells was determined. Results of the model output including fire spread direction and form was compared with the actual fire confine to evaluate the accuracy of the used model qualitatively. The total precision and Kappa index were used to evaluate the accuracy of the used model quantitatively. The total precision and Kappa index were 0.88 and 0.74 respectively that it can show the precision of prediction of the fire spread model and the cellular automata method in modeling of fire spread in current research.