基于GIS的森林火场模拟关键技术研究

【摘要】森林是人类宝贵的物质资源,在森林火灾发生时,为了尽快发现火情,及早扑灭火灾,做到“打早、打小、打了”,需要及时掌握火点周围基本情况,才能对火势发展进行准确预测和模拟。本文以伊春红星林业局二皮河林场为主要研究对象,针对目前GIS系统涉及的一些关键技术算法进行了深入的研究,提出了新的改进算法和实现途径,推动了森林火场GIS系统的深入发展。本文主要研究了以下4个方面内容：(1)基于多特征相融合和支持向量机的森林火场识别技术针对森林火场的快速识别采用了新的颜色特征提取方法,融合图像的颜色、纹理和形状特征作为图像的特征向量,并用支持向量机作为学习工具。利用已有森林火场的图像数据进行学习,提高森林火场自动识别的准确率。实验结果表明,基于HSV空间的18色非均匀量化算法,与传统166色和36色算法相比,特征维数和计算量都减少了,但检索效率却提升了0.6%,适用于森林火场的快速识别。设计编写了森林火点图像识别系统,此系统具备基本的特征提取、融合、标注、识别、SVM和数据维护等功能,在应用中取得了较好的实施效果。(2)森林火场三维地形简化算法深入研究了当前主流的三维地形简化算法,并对这些地形简化算法进行分析比较。对基于视点的混合结构四叉树地形简化算法进行了改进,构建了基于四叉树结构的多分辨率纹理模型和基于四叉树结构的空间索引,形成了一整套基于四叉树结构的森林火场三维地形数据建模和纹理映射的高效处理方案,使得森林火场的三维漫游速度提升了近2倍。(3)基于GPU技术的三维地形模拟结合前面的三维地形简化技术,使用ChunkedLOD算法,实现了基于GPU技术的森林火场三维地形模拟,允分发挥了GPU的并行运算能力,与传统采用CPU计算方式相比,减少了在计算方面的投入费用,提高了森林火场三维地形的绘制效率。(4)林火蔓延模型及其算法改进重点研究了可燃物、地形坡度和气象条件等影响因子对森林火场的影响,通过对比分析目前常用的几种林火蔓延模型特点和适用范围,提出了一种基于王正非林火蔓延模型的改进算法,并引入元胞自动机技术,实现了基于元胞自动机的林火蔓延模拟,且在实验中加以验证。本文以伊春红星林业局二皮河林场为主要研究对象,提出了一整套以火点定位、三维地形简化和林火蔓延为主线的解决方案,有力的推动了我国森林火场模拟系统的发展,具有一定的研究和应用价值。
【作者】胡全；
【导师】王霓虹；
【作者基本信息】东北林业大学，森林工程，2014，博士
【关键词】特征提取；支持向量机；地形简化；GPU；林火蔓延；

【参考文献】
[1]王森.无人机主推进高力能密度永磁电动机关键技术研究[D].沈阳工业大学,电机与电器,2014,博士.
[2]江珊.F酒店商业模式选择与风险问题研究[D].华南理工大学,高级管理人员工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[3]郎帅.中国海外利益维护与拓展模式研究[D].吉林大学,国际政治,2013,硕士.
[4]李政.建筑工程施工总承包模式的优化研究[D].浙江大学,结构工程,2004,硕士.
[5]朱燕春.电子交易下的煤炭物流模式比选方法与应用研究[D].西南交通大学,物流工程,2014,硕士.
[6]钱秋婧.吸尘器典型零件结构方案分析及注塑工艺研究[D].南京航空航天大学,机械设计及理论,2013,硕士.
[7]叶灯波.论我国监视居住制度的完善[D].湖南师范大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[8]叶建.我国小学公民教育的问题及对策研究[D].山东师范大学,教育学原理,2013,硕士.
[9]钟晨.货币政策对房地产价格影响的区域效应分析[D].云南财经大学,金融学,2014,硕士.
[10]白琳.戏曲电视剧研究[D].河北大学,戏剧与影视学,2014,硕士.
[11]阮玉斌,杨富文,王武.测量丢失概率不确定的网络化系统的鲁棒故障检测[J].控制与决策,2008,08:894-899+904.
[12]李海涛.中国证券投资基金监管研究[D].武汉理工大学,国际贸易学,2004,硕士.
[13]黄林东.金融生态环境的“资金洼地”效应及其对资本配置效率的影响[D].浙江工商大学,金融学,2012,硕士.
[14]陈贻健.我国风险投资退出的应然经济法环境探讨[D].中国政法大学,法律,2004,硕士.
[15]战扬.保障性住房建设中的政府行为研究[D].长春工业大学,社会学,2013,硕士.
[16]张青天.石墨烯中自旋相关量子输运的研究[D].中国科学技术大学,2013.
[17]陈常娟.入库规则与优先权规则比较[D].中国社会科学院研究生院,民事诉讼法（专业学位）,2014,硕士.
[18]和红波.数控机床超声自动检测系统产品平台研究开发[D].中北大学,机械制造及其自动化,2014,硕士.
[19]相广东.甲醛对室内环境品质的影响分析及其控制措施的研究[D].内蒙古农业大学,林业工程,2013,硕士.
[20]牛丹.TD-LTE终端射频一致性测试功控类测量项的设计与实现[D].北京邮电大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[21]黄金刚.二维聚焦极限波浪的模拟研究[D].大连理工大学,港口、海岸及近海工程,2004,硕士.
[22]谢晨.小学美术课程表现性评价创新取向研究[D].沈阳师范大学,美术,2014,硕士.
[23]宋华樱.视觉运动的皮层脑电响应及其在微创脑—机接口中的应用[D].清华大学,生物医学工程,2012,硕士.
[24]王娟.继承回复请求权及其行使问题研究[D].内蒙古大学,法律,2013,硕士.
[25]卫伟忠.GSM数字移动电话业务管理浅述[J].世界电信.1995(03)
[26]郑晓军.中国中铁物资成本管理系统的设计与实现[D].山东大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[27]朱莹莹.局部支持向量机的研究[D].北京交通大学,计算机科学与技术,2013,硕士.
[28]高炜斌.醋酸乙烯乳液聚合中保护胶体与单体接枝反应的研究[D].广西大学,应用化学,2004,硕士.
[29]高林,王成尧,汪定伟,殷秩松,王书宁.有模具约束的平行机台成组工作调度问题的启发式算法[J].控制与决策,1999,05:392-397.
[30]李成.纳米梁及纳米类梁结构的静力学和动力学的非局部理论、模型及求解[D].中国科学技术大学,2011.
[31]刘龙龙.FOXM1在初治急性髓系白血病中的表达特征及其在FLT3-ITD中的作用[D].华中科技大学,血液内科,2013,硕士.
[32]胡玲杰.基于用户潜在兴趣网络的社会化推荐方法及应用[D].上海大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[33]邢小胖.12-14世纪欧洲大学自治探源[D].华东师范大学,世界史,2013,硕士.
[34]胡凌学.二十世纪斯堪的纳维亚地区日用陶瓷设计研究[D].南京艺术学院,2004,硕士.
[35]陈晓若.我国证券投资基金和券商集合理财产品的持股偏好比较研究[D].南京大学,工业工程（专业学位）,2013,硕士.
[36]刘芳.从《大清通礼》看清代礼制[D].湖北大学,中国古典文献学,2011,硕士.
[37]彭越.我国女子三级跳远研究现状分析[D].华中师范大学,学科教学,2013,硕士.
[38]周向平.烟草黑胫病菌（Phytophthora parasitica var.nicotianae）的拮抗内生细菌筛选、鉴定与应用研究[D].湖南农业大学,植物病理学,2004,硕士.
[39]姬春慧.基于神经网络的船用锅炉控制算法研究[D].大连海事大学,轮机工程,2004,硕士.
[40]宋文婷.我国村民自治中的女性政治参与问题研究[D].山东师范大学,中外政治制度,2013,硕士.
[41]洪婷.电视相亲节目透视[D].华中师范大学,传播学,2012,硕士.
[42]陈静恒（ChanChingHang）.癥瘕历代文献及方药证治规律研究[D].广州中医药大学,中医妇科学,2014,博士.
[43]张星翔.铝箔轧机速度张力最优控制软件剖析[J].冶金自动化,1993,05:19-22+39-58.
[44]王俊年.微粒群算法及其在锌电解整流供电系统优化中的应用研究[D].中南大学,2006.
[45]周志瑾.马克思的世界历史理论及其当代价值[D].河南科技大学,马克思主义基本原理,2014,硕士.
[46]叶佩军,吕宜生,吉竟初.基于社会网络视角的交通仿真和计算实验研究文献分析[J].自动化学报,2013,09:1402-1412.
[47]童春容.山地旅游者交通行为研究[D].成都理工大学,旅游管理,2013,硕士.
[48]阿妮苏（JunusovaAltynay）.吉尔吉斯留学生在北京的跨文化适应调查报告[D].北京外国语大学,汉语国际教育,2014,硕士.
[49]李红志.电晕处理的微观机制及其放电极的改进[J].机电一体化.1997(04)
[50]刘彦宇.基于计划行为理论对超速行车意向的研究[D].浙江理工大学,应用心理学,2013,硕士.