为灭火策略建模潜在的火势蔓延区域和网络

《International Journal of Disaster Risk Reduction》：Modeling potential fire spread polygons and networks for suppression strategies

自动生成火灾可能多边形及空间网络的方法研究

　　在地中海地区，近年来火灾的发生频率和强度显著增加，特别是在气候变暖和人类活动加剧的背景下。这种变化使得传统的灭火策略面临前所未有的挑战。随着极端火灾事件的频发，灭火能力被推向极限，而这些火灾往往具有复杂的传播路径和更高的破坏潜力。因此，如何有效地进行火灾风险评估，并制定更具前瞻性的灭火策略，成为当前研究的重点。

本研究提出了一种自动化的火灾潜在区域划分方法，旨在支持火灾发生期间的决策制定。该方法借鉴了水文流域划分技术，将其应用于火灾传播模拟中，以生成能够反映火灾传播趋势和风险的潜在区域。通过将火灾发生后的时间作为输入，可以将整个地形划分为多个离散的空间单元，每个单元代表火灾的潜在传播区域。这些潜在区域随后被连接成一个空间网络，网络中的边则由“穿透率”这一新指标来描述，该指标基于不同潜在区域之间的火灾传播范围，以衡量火灾可能通过这些区域扩散的可能性。

在实际应用中，该方法被用于西班牙加泰罗尼亚地区2024年发生的两场重大火灾。第一场火灾是Ciutadilla火灾，其传播主要受到风力的影响。研究团队利用该方法识别出高风险区域和火灾传播路径，这些路径与实际灭火行动高度吻合。第二场火灾是Vilanova de Meià火灾，研究团队在模拟中采用了不同的场景，并对火灾潜在网络进行了建模。结果显示，主动战术和预演烧除（prescribed burn）能够显著延缓火灾的蔓延，而被动应对策略则效果有限。这种方法不仅提高了火灾潜在区域划分的效率，还减少了人为判断带来的偏差，为更精准的决策提供了支持。

在加泰罗尼亚地区的火灾管理实践中，现有的火灾潜在区域划分方法主要依赖于人工操作。这些方法通常基于GIS软件和可视化工具，由消防分析人员根据地形特征、植被类型、气象数据以及对火灾行为的理解，手动绘制火灾潜在区域。这种方法虽然在实践中被广泛应用，但存在诸多局限性。首先，手动绘制过程耗时且繁琐，特别是在火灾快速发展的背景下，消防人员需要在短时间内做出决策，而人工划分可能无法及时完成。其次，手动划分的区域边界往往依赖于个人经验，导致不同分析人员绘制的区域存在差异，缺乏一致性。此外，手动划分的区域通常不考虑空间拓扑结构，主要用于可视化目的，无法全面反映火灾传播的复杂性。

为了解决这些问题，本研究提出了一种自动化的方法，能够根据火灾发生后的时间数据，自动划分火灾潜在区域，并构建相应的空间网络。该方法的核心在于将水文流域划分的逻辑应用于火灾传播模拟中。在水文流域划分中，水流从上游的支流向共同的下游出口流动。而在火灾传播中，火势的扩散路径更为复杂和非连续。因此，本研究将“火灾发生后的时间”作为输入变量，而不是传统的地形高程。通过模拟火灾的传播方向、传播路径的累积以及火势的传播顺序，可以将整个地形划分为多个潜在区域，这些区域在结构上类似于水文流域，但在功能上反映了火灾传播的可能性。

该方法的优势在于其自动化特性，能够快速生成火灾潜在区域，并在火灾传播过程中动态更新。通过构建火灾潜在网络，用户可以更好地理解火灾的传播趋势，识别高风险区域和主要传播路径。这些信息对于制定有效的灭火策略至关重要。例如，在火灾发生初期，消防人员可以利用该网络快速识别可能成为火势扩散的关键区域，并采取相应的控制措施。此外，该网络还可以帮助评估不同灭火策略的效果，如主动战术和预演烧除，从而为决策者提供更科学的依据。

在实际应用中，该方法被用于Ciutadilla和Vilanova de Meià两场火灾的案例研究。在Ciutadilla火灾中，火势从农业用地迅速蔓延至森林区域，其传播路径受到风力的影响。研究团队通过该方法识别出高风险区域，并模拟了火灾的传播路径，结果显示这些路径与实际灭火行动高度一致。在Vilanova de Meià火灾中，研究团队采用了不同的灭火策略，并对火灾潜在网络进行了建模。通过比较自动化生成的区域与手动绘制的区域，研究团队发现自动化方法能够更准确地反映火灾的传播趋势，同时减少人为判断带来的偏差。此外，研究团队还提供了火灾发生期间拍摄的照片，以直观展示该方法的应用效果。

本研究的另一个重要贡献在于，它提供了一种新的火灾传播模拟方法，即基于单元自动化的模拟模型。该模型能够动态更新火灾传播状态，并结合随机的点火和气象条件，模拟火灾传播的不确定性。通过这种方式，用户可以更全面地理解火灾的传播过程，并评估不同灭火策略的效果。此外，该方法还能够支持更复杂的决策制定，如预演烧除和主动灭火战术的组合使用，从而提高灭火效率，减少火灾对环境和人类社会的破坏。

在研究过程中，研究团队还探讨了该方法在实际应用中的可行性和优势。首先，该方法能够显著提高火灾潜在区域划分的效率，减少人为判断带来的偏差。其次，该方法能够动态更新火灾传播状态，使决策者能够根据实时数据调整灭火策略。此外，该方法还能够支持更全面的风险评估，帮助识别高风险区域和主要传播路径，为灭火行动提供更科学的依据。最后，该方法还能够为不同类型的火灾提供适应性的解决方案，使其在实际应用中更具灵活性和实用性。

本研究的结果表明，该方法在火灾管理中具有重要的应用价值。通过自动化生成火灾潜在区域和构建相应的空间网络，用户可以更直观地理解火灾的传播趋势，并制定更有效的灭火策略。此外，该方法还能够支持更复杂的决策制定，如预演烧除和主动灭火战术的组合使用，从而提高灭火效率，减少火灾对环境和人类社会的破坏。在实际应用中，该方法已经被用于加泰罗尼亚地区的两场重大火灾，取得了良好的效果。

总的来说，本研究提出了一种创新的火灾潜在区域划分方法，为火灾管理提供了新的工具和思路。该方法不仅提高了火灾潜在区域划分的效率，还能够动态更新火灾传播状态，支持更科学的决策制定。通过构建火灾潜在网络，用户可以更好地理解火灾的传播趋势，并评估不同灭火策略的效果。此外，该方法还能够支持更复杂的决策制定，如预演烧除和主动灭火战术的组合使用，从而提高灭火效率，减少火灾对环境和人类社会的破坏。在实际应用中，该方法已经被用于加泰罗尼亚地区的两场重大火灾，取得了良好的效果。