灭火作战计算机辅助决策模型的建立

4.5.3　灭火作战计算机辅助决策模型的建立

对于一个正在发展蔓延的火场，林火种类、林火环境中风速、温度等气象因素以及可燃物类型的不同等因素，使林火的蔓延速度，火强度等火行为也不尽相同。因此，在实施扑火指挥时，首先应该清楚整个火场的情况，准确预测出火行为，结合火场周边环境，根据云南高山林区常采用的灭火方式，选择正确扑火方式。鉴于灭火作战的特点，在这里采用产生式规则模型表示灭火作战辅助决策规则。

(1)产生式规则描述

产生式系统首先是由波斯特(Post)提出，但产生式系统在人工智能领域内无论在理论上和应用上都经历了很大的发展。使用产生式规则建立决策规则。产生式规则常用于表示具有因果关系的知识，它的基本形式为

If　P　then　Q

其中，P代表一组前提或状态，Q代表若干结论和动作，其含义是如果前提P得以满足，即为“真”，则可得出结论Q和Q所规定的动作。

复杂的产生式规则可用以下通用公式表示:

其中m，n＞1，k=1，2，…，r

R_k表示第K条规则，C_k表示第K条规则的结论。

在产生式规则中，存在前提的复用和结论与前提关联的情况，即

E_ijk=E_1mn

其中:i≠1，当k=n时

或

E_ijk=C_m

其中:k≠m

(2)产生式规则的数据模型

若将产生式规则中的E_ij视为结点，考虑前提复用情况，则一条产生式规则的数据结构拓扑图如下图4.14:

图4.14　一条产生式规则的拓扑结构

图中:每个结点，表示E_IJK，每一行中结点之间为“AND”关系，表示，各行之间为“OR”关系，表示式中的结点C_k代表规则的结论，若考虑规则间前提复用和结论与前提关联情况，产式规则库中规则集的数据结构拓扑图如下图4.15:

图4.15　规则间的拓扑结构

注:表示前提表示结论表示既是前提又是结论

图中，r=i，j，k，表示规则r的前提部分，其拓扑结构如图4.15所示，C_r，r=i，j，k表示规则r的结论部分。

从规则的拓扑结构图可以看出，产生式规则的数据模型是一种不规范的图型结构，其不规范性表现在:其拓扑结构中，除各结点之间具有钩链关系外，其结点内部也存在钩链关系，结点之间的钩链关系表示规则与规则之间的相互关系，结点内部的钩链关系表示一条规则中前提与前提之间的相互关系。这两点关系层次不尽相同，前一种关系反映了规则成立的先后顺序，后一种关系反映了前提间的血缘关系，即哪些前提属于同一规则，具有同一个结点。因此产生式规则的数据结构是一种不规范性图型结构。

(3)灭火作战辅助决策模型

利用产生式规则数据模型建立火灾扑救辅助决策规则。决策条件表示决策前提或状态，决策方法表示决策结论。

①战略

依据火蔓延方向上是否有天然或人工屏障截断火的蔓延，确定是否对该方向火线采取措施。

(a)不采取措施

if火蔓延方向附近地物=公路then战略=不采取措施

if火蔓延方向附近地物=铁路then战略=不采取措施

if火蔓延方向附近地物=河流then战略=不采取措施

if火蔓延方向附近地物=农林交错地带then战略=不采取措施

(b)采取措施

if火蔓延方向附近地物=其他then战略=采取措施

②战术

在火场蔓延方向上，如果不采取措施，火势蔓延得不到控制时，必须根据该火线的火行为、地形、地貌判断，应该采取直接灭火方式还是控制火势的发展。控制火势蔓延的方法根据到达控制线的交通状况可分为人工开设隔离带和机械开设隔离带两种。

(a)扑打

if战略=采取措施and火焰高度＜3mand坡度＜35°and地形=非特殊地形then战术=直接灭火

if战略=采取措施and火蔓延速度＜10m/hand坡度＜35°and地形=非特殊地形then战术=直接灭火

(b)控制

if战略=采取措施and火焰高度＞3mand火蔓延速度＞10m/hthen战术=控制

if战略=采取措施and坡度＞35°then战术=控制

if战略=采取措施and地貌=特殊地貌then战术=控制

③控制方法

(a)机械开设隔离带

if战术=控制and到达控制线交通状况=方便then控制方法=机械开挖隔离带

(b)人工开设隔离带

if战术=控制and到达控制线交通状况=不方便then控制方法=人工开挖隔离带

④灭火工具的使用

在直接扑灭森林火灾中，根据火焰高度的不同，可采取不同的灭火机具的组合。

(a)灭火水泵

if战术=直接扑打and火场附近是否有水源=有and水源距离是否在水泵扬程范围内=是then采用工具=灭火水泵

(b)风力灭火机与水枪灭火组合

if战术=直接扑打and火焰高度＜1.5mand火焰高度＞0.5mthen采用工具=风力灭火机与水枪灭火组合

(c)灭火弹配合风力灭火机与水枪灭火

if战术=直接扑打and火焰高度＞1.5mand火焰高度＜3mthen采用工具=灭火弹配合风力灭火机与水枪灭火

⑤灭火力量计算

(a)直接灭火扑火力量计算

在扑救森林火灾中，上级指挥部门会要求扑火队伍，在某个时间内把一个火场或火线扑灭。问题为火线长度一定，已知火线蔓延的线速度和一个扑火单位在单位时间内的灭火的速率，求多少个扑火单位能够在一定的时间内，把这条火线扑灭。计算公式如下:

N=(C+3R₁T扑)/(T扑R₂)

式中:

T_扑——扑火所需要的时间(min)

C——已知火线长度(m)

R₁——火线在单位时间内向前推进的速度(m/min)

R₂——每个扑火力量在单位时间内扑灭火线的速度(m/min)

据经验每个扑火力量在单位时间内扑灭火线的速度为10m/min

(b)砍挖隔离带所需扑火力量计算

当火场某一方向上，火势较大，不能采取直接扑打时，应选择合适的地方砍挖隔离带。但如果砍挖速度慢，隔离带未开设完毕，林火就已翻越砍挖隔离带位置，从而造成人力、物力的浪费，甚至引起更大的损失。那么在选定开挖位置、开挖隔离带长度及开挖方式之后，由火行为模型计算出林火蔓延至控制线所需要的时间，然后确定开挖力量。公式如下:

N=L/(RT)

L——开挖隔离带长度(m)

R——每个开挖力量单位时间内的开挖长度(m)

T——火线蔓延至开挖地带所需时间(min)

据经验机械开挖隔离带速度为20m/h，人工开设隔离带速度为1m/h。