РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ МЕТОДАМИ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА

ВВЕДЕНИЕ 3
Глава 1. Современное состояние области исследования 7
1.1 Типы и характеристика лесных пожаров 7
1.4 Пиролиз древесины и лесных горючих материалов 7
1.5 Зажигание лесных горючих материалов 18
1.6 Характеристика территорий WUI 21
1.7 Воздействие лесных пожаров на населенные пункты и промышленные объекты 22
1.8 Технологии ГИС в прогнозе лесных пожаров и их последствий 25
1.9 Выводы по результатам аналитического обзора литературы 28
Глава 2. Методы исследования 29
2.1 Объект исследования 29
2.2 Алгоритм решения задач теплопроводности 30
Глава 3. Свёрточная нейронная сеть как перспективный инструмент оперативного прогнозирования динамики распространения лесных пожаров. 36
2.1. Нейронные сети на Python 37
2.2 Многослойный персептрон 37
2.3 Что происходит в одном нейроне 37
2.4 Вычисления в многослойном персептроне 39
2.3. Как обучить нейронную сеть 39
2.5. Как решать задачу оптимизации 40
2.6. Поэтапное прогнозирование динамики лесного пожара 40
2.7. Математическое моделирование возникновения природных пожаров 43
2.6. Реализация нейросетевой модели пожара. 45
2.8. Алгоритм работы нейросетевой модели пожара 45
Заключение 46
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 48

Весь текст будет доступен после покупки

Актуальность темы. Территория земель лесного фонда Якутии занимает 254,7 млн. га, существенный негативный эффект от лесных пожаров для Республики Саха (Якутия) наглядно подтверждает статистика «Федерального агентства лесных пожаров» За последние 10 лет на территории республики зарегистрировано около 8,5 тыс. пожаров, на корню сгорело почти 40 млн. м3 древесины. В среднем ежегодно регистрируется до 800–1000 лесных пожаров. Хотя статистические данные значительно варьируются от года к году (что наглядно показывает, насколько лесные пожары зависят от сезонных метеорологических условий), глобальная статистика лесных пожаров демонстрирует аналогичную динамику: уменьшение количества лесных пожаров, увеличение количества районов, пострадавших от лесных пожаров, и увеличение материальных затрат, связанных с лесными пожарами. Таким образом, задача предупреждения, локализации и ликвидации лесных пожаров как для Республики Саха (Якутия), так и для Российской федерации является крайне важной. Одним из важнейших элементов решения данной задачи является оперативное прогнозирование распространения лесного пожара. В настоящее время использование существующих моделей прогнозирования динамики лесных пожаров в сложных условиях реального пожара затруднено в связи с ограниченной функциональностью моделей при не стационарности и неопределенности.

Весь текст будет доступен после покупки

Глава 1. Современное состояние области исследования
1.1 Типы и характеристика лесных пожаров

Леса являются природным возобновляемым ресурсом и могут удовлетворять потребности общества при условии их многократного, рационального, непрерывного и устойчивого использования. Лесные пожары являются естественным компонентом лесных экосистем и не могут быть полностью ликвидированы. Однако в последние десятилетия наметилась тенденция превращения лесных пожаров из природного регулирующего фактора в катастрофическое явление, наносящее значительный экономический, экологический и социальный ущерб. Крайне важно понять взаимосвязь между основными экологическими факторами и пространственным поведением лесного пожара, чтобы разработать эффективные планы борьбы с лесными пожарами [2].

Весь текст будет доступен после покупки

1. Портал о лесозаготовке и деревообработке [Электронный ресурс]. 2020. URL: https://forestcomplex.ru/rf-protection/lesnye-pozhary-2020-v-rossii-i- mire/ (дата обращения 12.05.2021).
2. Кузнецов В. И., Козлов Н. И., Хомяков П. М. Математическое моделирование эволюции леса для целей управления лесным хозяйством. М.: ЛЕНАНД, 2005. 232 с.
3. Scott, J. H., and Reinhardt, E. D., Assessing Crown Fire Potential by Linking Models of Surface and Crown Fire Behavior (Research Paper RMRS-RP- 29), Rocky Mountain Research Station, US Forest Service, Fort Collins CO (2001).
4. Черных В. Л., Сысуев В. В. Информационные технологии в лесном хозяйстве: учебное пособие / Мин. образования РФ; Марийский гос. тех. университет. Йошкар-Ола, 2000. 377 с.
5. Аварийная спасательная служба №1 в Москве и Московской области. URL: [Электронный ресурс] https://xrl.ru/ (дата обращения 18.05.2021).
6. Шешуков М.А. Пирогенез – важнейший фактор формирования лесов
// Горение и пожары в лесу. Красноярск, 1984. 99–100 c.
7. Софронов М.А. Лесные пожары в горах южной Сибири. М.: Наука, 1967. 148 с.
8. Morandini F., Santoni P.A., Balbi J.H. The contribution of radiant heat transfer to laboratory-scale fire spread under the influences of wind and slope // Fire Safety Journal. 2001. Vol. 36. P. 519-543.
9. Scott S., Chris Lautenberger C., Fernandez-Pello C. Ignition of Combustible Fuel Beds by Hot Particles: An Experimental and Theoretical Study // Fire Technology. 2010. Vol. 47. Р. 341-355.
10. Мелехов И.С. Природа леса и лесные пожары. Архангельск, 1947.
60с.

11. Государственная противопожарная служба республики Марий Эл. URL: [Электронный ресурс] http://ugps12.ru/?p=5364 (дата обращения 18.05.2021).
12. Арманд Д.Л. Наука о ландшафтах. М: Мысль, 1975. 141 с.
134. Ю.А. Андреев, А.Ю. Андреев, П.В. Михайлов, В.Г. Паутяк, В.С. Коморовский. Оценка запаса лесных горючих материалов при государственной инвентаризации леса // Труды Санкт-Петербургского научно-исследовательского института лесного хозяйства. 2015. 39-46 с.
14. Огненный смерч. URL: [Электронный ресурс] https://ru.wikipedia.org/wiki/Огненный_смерч (дата обращения 18.05.2021).
15. Авдеева А.А. Великий Московский пожар 1812 г. – Исторический пример огненного шторма // Успехи современной науки и образования. 2017. С. 52-56.
16. 2003 Canberra bushfires URL: [Электронный ресурс] https://en.wikipedia.org/wiki/2003_Canberra_bushfires (дата обращения 18.05.2021).
17. Гришин А.М., Рейно В.В. Экспериментальные исследования огненных смерчей // Оптика атмосферы и океана. Томск.2007. С. 158-163.
18. Тушение лесных пожаров: учебно-методическое пособие. ГБУ Архангельской области «Служба спасения». 2013. 106 с.
19. Курбатский Н. П., Костырина Т. В. Национальная система расчета пожарной опасности США // Обнаружение и анализ лесных пожаров / ИЛиД СО АН СССР. Красноярск, 1977. С. 38—90.
20. Курбатский Н. П. Терминология лесной пирологии // Вопросы лесной пирологии / ИЛиД СО АН СССР. Красноярск, 1972. С. 171—231.
21. Валендик Э.Н., Кисиляхов Е.К., Верховец С.В. Пожарная опасность на вырубках в темнохвойных лесах Красноярского края // Лесное хозяйство. 2003. № 3. С. 36—38.

Весь текст будет доступен после покупки