Διαχείριση δασικών πυρκαγιών με την πλατφόρμα προσομοίωσης i-protect

Abstract

The fire simulation applications use algorithms and functions, which calculate the intensity of the fire, the direction and rate of spread Rothermel's algorithm is the most widely used algorithm and is used in the vast majority of systems and in i-protect fire platform. Input data for the implementation of the algorithm can be divided into three categories, topographic, meteorological and vegetation data. The described platform collects this information and inserts them in the simulation algorithm mainly from the digital map. In the case of meteorological conditions, that are constantly changing, the collecting data must be very accurate and updated. The i-protect framework uses a GIS component which manages the simulation environment. The fire simulation component is an integral part of the platform and utilizes the GIS component capabilities to present simulation results. Fire Simulation techniques are distinguished into two major categories which based on the same principle the calculation of the intensity, the spread and speed of fire in very small area. The first which is called "technique of elliptical waveform" is based on the calculation of the deficiencies in as many places as possible at the line of fire, when this is accomplished it infers that the tops of these deficiencies identify the new fire line. The other one known as "cellular technique" is breaking the combustion region into small cells in which it calculates all the fire related data. These cells, as far we know in all the others fire simulators are of square shape but in i-Protect the grid can be formed by square or hexagonal cells, depending on the user's decision. This unique approach allows for better simulation results due to the ability to calculate dispersion of the fire in six directions, two more than the square approach which in turns enables more realistic estimation of the fire direction. The i-Protect platform has the capability of modelling of past, active and hypothetical fires, as an operational simulation functionality supporting the what-if-analysis of decision makers during an exercise or training, and the ability of real-time simulation, as planning simulation, in order to facilitate the units involved in extinguishing the fire, to create effective plans and to evaluate units and commanders. In planning simulation user can change parameters that affect the fire, such as deforested areas or areas with higher humidity etc. With these capabilities the agencies involved in extinguishing can practice units and their commanders, and evaluate their readiness and their decisions. The simulation algorithm does not create a static grid on the field, but dynamically generates cells in the direction of the fire. This technique reduces the data collection and the necessary calculations, because these actions are taking place only for the cells involved in the simulation at each step of the algorithm. In traditional techniques the grid cell collects the values from the field at the start of the simulation and it cannot continually update them because of the volume of data needed to simulate the whole grid. Update of those cells can be done only at a regular pre-defined intervals. Furthermore, our approach allows for the user of the platform to choose the shape of the grid cells between hexagonal and square. Using virtual hexagonal cells, due to finest shape and equal distance between adjacent cells, the propagation algorithm produces better results and facilitates planning simulation.

Στις μέρες μας η χρήση συστημάτων προσομοίωσης είναι πολύ διαδεδομένη σε κάθε δραστηριότητα. Τα αίτια για αυτήν την ανάπτυξη είναι κυρίως η χρησιμότητα στη λήψη απόφασης των εν λόγω συστημάτων, αλλά και η βελτίωση των επιδόσεων των συστημάτων, που επεξεργάζονται τους αλγόριθμους προσομοίωσης. Από αυτήν την γενική αρχή δεν θα μπορούσαν να εξαιρεθούν τα συστήματα προσομοίωσης πυρκαγιών. Αν και το πλείστον των συστημάτων προσομοίωσης στηρίζονται στο αλγόριθμο του Rothermel, ο οποίος προσδιορίζει τη συμπεριφορά μιας πυρκαγιάς αλλά και τον ρυθμό επέκτασής της, εντούτοις έχουν γίνει πολλές προσπάθειες για βελτίωση του και επέκταση του σε ειδικές περιπτώσεις. Τις τελευταίες δεκαετίες έχουν αναπτυχθεί λογισμικά προσομοίωσης πυρκαγιών, με σκοπό την πρόβλεψη, κατά κύριο λόγο, της συμπεριφοράς πυρκαγιών, και ειδικότερα την προσομοίωση παρελθοντικών, ενεργών και πιθανών πυρκαγιών. Τα περισσότερα συστήματα προσομοίωσης χρησιμοποιούν κυρίως ASCII δεδομένα για την εισαγωγή στοιχείων στο σύστημα, ώστε να εκτελέσουν τον εκάστοτε αλγόριθμο. Τα δεδομένα που πρέπει να εισαχθούν στο σύστημα προσομοίωσης χωρίζονται σε τρεις μεγάλες κατηγορίες, τοπογραφικά, καύσιμη ύλη και μετεωρολογικά δεδομένα, τα οποία διαφέρουν στον τρόπο εισαγωγής και στη δομή τους, από σύστημα σε σύστημα. Δυστυχώς, κάποια από αυτά τα δεδομένα (τα μετεωρολογικά δεδομένα και τα δεδομένα καύσιμης ύλης, δηλαδή βλάστησης) δεν έχουν καμιά αξία αν δεν επικαιροποιούνται κατάλληλα στη διάσταση του χρόνου. Ο σκοπός αυτής της εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός συστήματος προσομοίωσης, το οποίο θα έχει τη δυνατότητα προσομοίωσης παρελθοντικών, ενεργών και πιθανών πυρκαγιών (επιχειρησιακή προσομοίωση), αλλά και τη δυνατότητα προσομοίωσης πραγματικού χρόνου (προσομοίωση σχεδιασμού), ώστε να διευκολυνθούν οι εμπλεκόμενες υπηρεσίες στην κατάσβεση πυρκαγιάς και στην εκπαίδευσή τους. Ο αλγόριθμος προσομοίωσης δεν χωρίζει το πεδίο σε στατικά κελιά, αλλά δημιουργεί δυναμικά κελιά στην κατεύθυνση της πυρκαγιάς, πράγμα που δίνει την δυνατότητα για μείωση των απαραίτητων υπολογισμών, αλλά και για συνεχή ενημέρωση των δυναμικά μεταβαλλόμενων δεδομένων. Ο χρήστης της πλατφόρμας έχει τη δυνατότητα επιλογής του σχήματος των κελιών, μεταξύ των εξαγωνικών και των τετραγωνικών. Στο πλαίσιο του δυνατού, κυρίως λόγω τεχνικών περιορισμών, έγινε προσπάθεια για την άμεση συλλογή, όσο το δυνατόν περισσότερων αναγκαίων δεδομένων, από το πεδίο χωρίς την ενδιάμεση συνδρομή του χρήστη. Τα περισσότερα δεδομένα λαμβάνονται είτε από το πεδίο, ως δεδομένα πραγματικού χρόνου, π.χ. μετεωρολογικά δεδομένα, είτε από το Σύστημα Γεωγραφικών Πληροφοριών, π.χ. τοπογραφικά δεδομένα, διαφανώς προς τον χρήστη. Εξαίρεση αποτελούν τα δεδομένα καύσιμης ύλης (βλάστησης) της περιοχής ενδιαφέροντος, τα οποία συλλέγονται από αντίστοιχες ομάδες εργασίας και εισάγονται στο Σύστημα Γεωγραφικών Πληροφοριών (GIS) της εφαρμογής με την μορφή στατικών ή δυναμικών επιπέδων (διαφανών - Layers).