Алгоритм действий при пожаре – МО Коломна

Отдел надзорной деятельности и профилактической работы Адмиралтейского района напоминает,

как действовать в случае возникновения пожара:

Если начался пожар необходимо сделать все возможное, что бы избежать жертв  и свести до минимума ущерб от пожара. Исход любого пожара зависит от того, насколько своевременно была вызвана служба спасения.

— Человек, заметивший пожар или малейшие признаки возгорания (дыма, запаха гари), в первую очередь должен немедленно вызвать пожарных по телефону – 01, с мобильного –112. Сделать это необходимо независимо от размеров и места пожара. Первоочередность этого действия не вызывает сомнения, так как чем быстрее прибудет помощь, тем легче и успешнее будет ликвидирован пожар, быстрее будут спасены люди, находящимся в опасности.

— Затем, необходимо принять меры к эвакуации людей из горящего здания, оповестить об этом всех находящихся в здании.

— При обнаружении небольшого возгорания, после того, как вы вызвали пожарных, следует попытаться потушить пожар имеющимися в наличии средствами пожаротушения – огнетушителями, водой, можно накрыть место возгорания плотной тканью или сбить пламя подручными средствами. Но случается и так: пожар в начальной стадии возникновения обнаружен, но пожарную помощь не вызывали, решив справиться с ним своими силами. Это удается не всегда, и пожар принимает большие размеры. Нередко пожарную охрану вызывают со значительным опозданием, затрачивая бесценное время на выяснение причин задымления и поиски места возникновения пожара, на неумелые действия по устранению пожара.

-При передаче сообщения о пожаре по телефону необходимо соблюдать следующие правила. Услышав ответ дежурного диспетчера, следует сказать, что передается сообщение о пожаре, назвать адрес — наименование улицы, номер дома. Укажите (по возможности) место пожара, внешние признаки, наличие угрозы людям, удобный проезд, где и как лучше проехать, сообщить свою фамилию и, если есть, номер телефона.

Такое правильное и полное сообщение о пожаре позволит пожарной охране предвидеть возможную обстановку и принять необходимые предварительные решения, дающие возможность в кратчайший срок сосредоточить у места пожара необходимые силы и средства для его ликвидации.

— Вызвать пожарную охрану необходимо даже в том случае, если пожар уже потушен своими силами. Огонь может остаться незамеченным в скрытых местах (в пустотах деревянных перегородок, под полом, в других местах) и через некоторое время разгореться вновь еще сильнее. Поэтому место пожара должно быть обязательно осмотрено специалистами пожарной охраны. Только они могут подтвердить полную ликвидацию пожара.

— После вызова пожарной охраны необходимо обеспечить встречу пожарного подразделения. Встречающий должен проинформировать пожарных о сложившейся обстановке, сообщить, все ли люди эвакуированы из горящего дома, рассказать о степени угрозы людям, сколько их осталось, где они находятся и на каком этаже, в каких помещениях, как в эти помещения быстрее проникнуть. Кроме того, следует сказать, какие помещения охвачены огнем и куда он распространяется.

— Соблюдение такой последовательности действий при возникновении пожара, поможет вам сохранить жизнь и здоровье людей, оказавшихся в горящем здании, минимизировать ущерб имуществу и самому зданию.

Граждане!

Будьте осторожны в обращении с огнем!!!

Это гарантия Вашей безопасности, безопасности Ваших родных и близких!

Соблюдайте правила пожарной безопасности!

Телефон вызова пожарной охраны 01,

а с мобильного для всех операторов 112.

Информацию предоставил: Инспектор отдела надзорной деятельности и профилактической работы Адмиралтейского района

старший лейтенант внутренней службы Талеронок Т.В.

Действия при пожаре, в школе!

ДЕЙСТВИЯ ПРИ ПОЖАРЕ, В ШКОЛЕ

ПОЖАР – неконтролируемое горение, наносящее материальный ущерб, вред здоровью и жизни граждан, интересам общества и государства.

ВСЕМ НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ!!!

ПРИ ВОЗНИКНОВЕНИИ ПОЖАРА В ЗДАНИИ НЕОБХОДИМО ВЫПОЛНИТЬ СЛЕДУЮЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ:

•Не паниковать!

•Определить место возгорания.

•Отключить электрические и газовые приборы.

•Вызвать пожарных и спасателей по телефону «01» или «101»

•Проверить помещения и вывести всех.

•Попытаться погасить огонь самостоятельно на начальной стадии горения.

•Закрыть все двери и окна, не открывать их.

•Эвакуация должна осуществляться быстро, организованно, без давки покинуть опасную зону пожара по кратчайшему и заранее изученному безопасному маршруту, используя запасные выходы, пожарные лестницы.

•Постоянно подавать звуковые сигналы.

•При выходе из задымленного помещения дышать рекомендуется через мокрую ткань, всеми силами защищаться от дыма, двигаться лучше ползком или пригнувшись к выходу.

•Не закрывать двери на ключ.

•Нельзя прыгать на землю со второго и выше расположенных этажей, это всегда опасно.

•Не входить в зону задымления при низкой видимости.

•Массовую эвакуацию из зоны пожара проводят пожарные совместно со спасателями. Их указания должны выполняться неукоснительно.

•Оказавшись в безопасной зоне проверить весь списочный состав учреждения.

Помни!!!

Ты не должен паниковать, прятаться, прыгать из окна, в одиночку бороться с огнем!!!!

Тел. пожарной охраны – 01 или 101

Единый телефон доверия

Главного управления МЧС России по г. Москве: +7(495) 637-22-22
mchs.qov.ru – официальный интернет сайт МЧС России

Отдел надзорной деятельности Управления по Новомосковскому и Троицкому АО ГУ МЧС по г. Москве ([email protected])

ПРАВИЛА ВАШЕГО ПОВЕДЕНИЯ ПРИ ПОЖАРЕ

Первый раз, встретившись с пламенной стихией, бывает сложно сразу оценить уровень угрозы. Чтобы четко понимать, как вести себя при пожаре, нужно знать признаки его возникновения.

ПРИЗНАКИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ

Характерный запах резины, густой дым и перебои с электричеством обычно являются признаком начинающегося возгорания из-за перегрузки электропроводки. Затем изоляция воспламеняется или тлеет вместе с расположенными рядом вещами. Наиболее опасно возникновение пожара в результате взрыва газа или воспламенения горючих жидкостей, так как он быстро охватывает большую площадь. Открытые окна, двери, работающая вентиляция также способствуют распространению пламени. Так называемый тихий пожар из-за непотушенной сигареты в постели или тлеющего окурка в пластиковом мусорном ведре в ночное время, или несоблюдение другихможет унести много жизней.

В большинстве случаев возникновение пожара начинается с нагревания, тления и появления незначительного пламени. В такой ситуации правила поведения при пожаре помогут справиться с возгоранием самостоятельно с помощью подручных средств пожаротушения.

ПЕРВЫЕ ШАГИ, Действия при пожаре во многом зависят от места, где обнаружено возгорание (квартира, склад, гараж) и факторов, влияющих на распространение огня.

В любом случае, чтобы не растеряться в критической ситуации, нужно четко представлять себе алгоритм действий при пожаре.

Казалось бы, всем известно, что нужно делать при пожаре — вызывать пожарную службу по телефону «101» (или по единому номеру «112»). Это действие очевидно, но в реальности люди часто игнорируют этот первый пункт плана безопасного поведения при пожаре. Конечно, если площадь, охваченная огнем, очень мала, иможно потушить буквально стаканом воды, можно не прибегать к помощи пожарных. Но если пламя завладело обширной территорией, правила безопасного поведения обязывают при пожаре довериться профессионалам.

Оценив степень опасности для себя и соседей, после звонка спасателям необходимо быстро покинуть помещение и предупредить других о происшествии.

Важно не только соблюдать правила безопасного поведения, но и иметь верную психологическую установку. Выдержка поможет объективно оценить ситуацию и действовать адекватно условиям, успокаивая также людей, находящихся рядом.

Спокойствие сохранять гораздо легче, когда четко знаешь, как действовать при пожаре.

ОБЩИЙ ПЛАН ДЕЙСТВИЙ

Общие правила поведения при пожаре прописаны в инструкциях по пожарной безопасности и плане эвакуации. Они применимы при возникновении чрезвычайной ситуации, как в личной квартире, так и в производственном помещении.

· Вызов пожарныхпо телефону «01», «101» или «112». Информация об адресе, характеристике места пожара, горящем объекте (предмете), другая уточняющая информация, а также фамилия и имя звонящего, номер телефона.

· При небольшом возгораниипопытаться потушитьпожар водой, песком, плотной тканью или специальными средствами пожаротушения. Запрещается тушить водой электроприборы.

· Предупредить о пожареостальных людей, не допуская паники.

· При значительном распространении пламени немедленнопокинуть помещение. Пользоваться лифтами запрещается.

· При задымлении путей эвакуациидышать через влажную ткань, передвигаться, пригибаясь к полу.

Помнить, что дым очень токсичен!

· При невозможности покинуть помещение — оставаться в комнате, закрыв окна и двери,привлекать внимание очевидцевчерез стекло.

· Встретить пожарных, показать машине удобный путь к очагу возгорания.

Продумывая, как действовать при пожаре в случае его самостоятельного тушения, не стоит приуменьшать угрозу даже незначительного возгорания. При подходящих условиях огонь может распространиться очень быстро, а густой дым может проникнуть и через мокрую ткань, лишив сознания за несколько вдохов.

Учитывая эти факторы, нужно предусмотреть в плане тушения свободный от огня и дыма путь к выходу. Точное выполнение этого плана позволит не допускать ошибок, которые могут привести к трагическим последствиям.

ПОМОЩЬ ПОЖАРНЫМ В ЭВАКУАЦИИ ЛЮДЕЙ

Эвакуация обычно начинается еще до того, как к месту происшествия прибывает пожарная служба. За соблюдение инструкции о том, что делать в случае пожара в производственном здании, отвечает руководитель предприятия и сотрудники охраны.

Согласно порядку, руководящее должностное лицо отчитывается перед прибывшими пожарными о проведенных мероприятиях и количестве выведенных из здания людей. Пост охраны открывает двери запасных выходов и направляет к ним людей. Сотрудники также могут содействовать пожарным, сохраняя спокойствие, подчиняясь инструкциям руководства и следуя плану эвакуации.Если пожар произошел в квартире, необходимо оповестить соседей о произошедшем, помочь покинуть помещение детям, пожилым людям, инвалидам. В критической ситуации люди подвержены внушению, поэтому, объясняя, что делать при пожаре, необходимо сопровождать свои действия спокойным, уверенным голосом.

В одном из российских городов водитель такси, услышав крики о помощи из горящего частного дома, помог выбраться женщине и её ребенку. Хотя войти через дверь не позволил огонь, он не растерялся и с помощью приставной лестницы проник на второй этаж, где находились пострадавшие.

ОКАЗАНИЕ ПЕРВОЙ ПОМОЩИ

Скорее всегопострадавшим придётся оказывать случайным людям. Если в их числе окажутся неравнодушные к происходящему и знающие элементарные основы медицины, то последующее восстановление у пострадавших будет проходить быстрее. Поражающие факторы пожара обычно вызывают отравление токсичным дымом, ожоги, а также вывихи и переломы в случае обрушения строений. Поэтому следует запомнить некоторые полезные действия.

По инструкции, в случае поражения токсичными газами и дымом пострадавшего выносят на чистый воздух, укладывают с приподнятыми ногами, освобождают от одежды, убеждаются в проходимости дыхательных путей. При рвоте необходимо повернуть голову набок, чтобы не дать задохнуться. Если самостоятельное дыхание отсутствует, выполняют искусственную вентиляцию легких.

При ожогах необходимо освободить пораженную часть тела от одежды, исключая сам ожог. Потом прикрывают его стерильной повязкой, продезинфицировав прилегающие ткани, и обкладывают пакетами либо бутылками со льдом или холодной водой. При вывихе или переломе важно ограничить подвижность конечности. Кровотечение можно остановить с помощью жгута, обработав рану спиртом и наложив стерильную повязку.

Действия при пожаре или возгорании

Реклама в разделе

Основными причинами гибели людей на пожарах являются нарушения правил пожарной безопасности (ПБ):

• Неосторожность при обращении с источниками открытого пламени. Это как необдуманные действия по разведению костров в лесу, в степи, на земельных участках жилых домов, дач, организации пожогов сухой травы, так и нарушения правил ПБ при огневых работах – разогреве двигателей автотехники, мерзлого грунта, битумных мастик; газорезке металлических конструкций.
• Курение вне отведенных мест, в том числе в домашней обстановке. Совмещенное с распитием алкоголя, оно нередко приводит к гибели.
• Нарушение правил монтажа электропроводки, установочной электроарматуры, элементарных мер предосторожности при использовании электронагревательных приборов.
• Неисправность, нарушение требований безопасности при эксплуатации отопительных агрегатов, печей, в которых в качестве топлива применяют дрова, уголь, горючие жидкости или бытовой газ.

Бывают и другие причины, в том числе связанные с крупными производственными авариями, взрывами, последствиями которых стали пожары и катастрофы.

Казалось бы, простой вопрос многим людям: «Какие Ваши действия при пожаре (возгорании)?» – зачастую ставит их в неловкую ситуацию, потому что они обычно совершенно не задумываются об этом в повседневной жизни.

Довольно часто люди просто не знают, каковы их первые действия при пожаре (возгорании), они как правило, не обдуманы и импульсивны, а так же основаны на различных мотивах:

• Попытки собрать и вынести из помещения, в котором возник очаг возгорания, заполняющегося ядовитым дымом, ценные вещи, документы и, другое имущество.
• Спрятаться от неожиданно возникшей угрозы – распространяющегося пожара, в еще незадымленных помещениях; под кроватями, в шкафах, что часто присуще детям.
• Переоценив свои силы, не имея под рукой подручных, первичных средств тушения пожаров, пытаться бороться с огнем.

Все эти необдуманные действия чреваты тяжелыми последствиями – фатальным опозданием выхода из здания на свежий воздух, используя эвакуационные пути и выходы, пока существовала такая возможность; риском получить травмы, отравление токсичными продуктами процесса горения, ожоги, в том числе несовместимые с жизнью.

Общий алгоритм действий в случае пожара (возгорания) для всех слоев населения, любых ситуаций давно известен. Он означает следующий правильный порядок действий при обнаружении очага возгорания в помещениях, зданиях, визуально по языкам открытого пламени, или по характерным признакам – сильному запаху гари, появлению дыма, резкому повышению температуры воздуха:

• Вызов пожарной охраны. Этот момент очень важен для дальнейшего развития событий, поэтому сообщение диспетчеру подразделения пожарной охраны, охраняющего населенный пункт, или радиотелефонисту ведомственной, корпоративной пожарной части по защите объекта должно быть максимально информативно. В то же время кратко – это точный адрес здания, сооружения, территории, где произошло ЧП; локализация места возникновения – название здания, помещения, номер этажа, квартиры; так же необходимо указать свою фамилию, имя и отчество.
• Эвакуация людей как самостоятельно, что не составляет особого труда для владельцев квартир жилых домов, персонала предприятий и организаций, покидающих свои рабочие места, так и со сторонней помощью, ориентируясь на звуковые сигналы, световые табло, речевые сообщения СОУЭ в общественных и административных зданиях – для их посетителей.

Очередность эвакуации и вызова подразделений пожарной охраны зависит от ситуации, места нахождения человека, первым обнаружившего очаг возгорания. Причем в приоритете, конечно, должно быть обеспечение его безопасности, а затем информирование пожарной охраны о случившемся.

По возможности тушение первоначального очага возгорания, сдерживание распространения пожара по помещениям, этажам здания или отметкам производственного сооружения. Для этого следует отключить электроснабжение, закрывать все проемы, в том числе используя не закрывшиеся по различным причинам противопожарные двери, шторы, ворота; применять имеющиеся углекислотные, водные или воздушно-пенные огнетушители; привести в действие дистанционно или вручную установки пожаротушения, системы противодымной защиты, не запустившиеся в автоматическом режиме.

Обязанности и действия персонала (работников) промышленных предприятий, общественных объектов, сотрудников административных учреждений четко прописаны в их должностных обязанностях; закреплены практическими тренировками по проведению эвакуации из зданий, использованию пожарного инвентаря, ручного инструмента в ходе инструктажей по пожарной безопасности.

Важно также знать о том, что как нельзя поступать при возникновении пожара (возгорания) ни в коем случае:

• впадать в панику;
• переоценивать свои силы, возможности, потому что пожар – это всегда серьезно и очень опасно;
• тушить водой любое оборудование, технику, аппаратуру, не отключив их от сети электропитания;
• пользоваться лифтами в зданиях, где произошел пожар, даже если они находятся в работоспособном состоянии, потому что отключиться они могут в любой момент.

Каждый должен знать, что делать и как вести себя в ситуациях возникновения и развития различных видов пожаров (возгораний):

• Загорание в жилом доме (квартире). Действия при обнаружении пожара в жилье – попытаться потушить пожар подручными средствами, а если это невозможно из-за угрозы жизни или не получилось с первых попыток, а очаг пожара продолжает развиваться; то покинуть здание, сообщить о происшествии в пожарную охрану.
• Лесной (природный) пожар, приближающийся к месту отдыха, рыбалки, охоты. Сообщить о происшедшем в пожарную охрану; на транспортных средствах или пешком максимально быстро удаляться от приближающего фронта огня.
• План действий при пожаре на производственном объекте, в здании организации, учреждения работниками сотрудниками этих объектов изучается в ходе всех видов инструктажей по ПБ, а ведущие специалисты инженерных служб, руководители старшего и среднего звена управления; ответственные за пожарную безопасность филиалов, зданий, помещений также получают необходимые знания по программам обучения ПТМ.

Во всех случаях действия людей при возникновении пожара, в первую очередь, должны быть направлены на быструю эвакуацию из помещений, зданий, где произошел пожар; сопровождающуюся помощью близким, соседям; а также людям, оказавшимся в такой же ситуации в зданиях торговых центров, спортивных сооружений, музеев или выставочных комплексов, но растерявшихся в данной ситуации. Это самый действенный способ спасти жизнь себе, окружающим, одно из правил пожарной безопасности в общественных местах, в жилье или на производстве.

Правила поведения при пожаре в общественном месте. Алгоритм действий при пожаре в общественном месте

О том, что неконтролируемое горение – от пожогов сухой травы, оставленного не потушенным костра в лесу, курения вне отведенных для этого мест, ошибок газоэлектросварщиков, электриков, работников других специальностей ведет к печальным последствиям знают все. Кто-то, лишь смотря сюжеты по телевизору, кто-то, обладая собственным печальным опытом в виде сгоревшей бани, дачного дома, выгоревшего гаражного бокса или квартиры.

Хотя всех жителей страны в детском возрасте, во время учебы в средних, высших учебных заведениях обучали элементарным мерам пожарной безопасности; но, как показывает статистика, многие не восприняли это серьезно, как нарушая эти правила, становясь виновниками возникновения очагов огня; так, не обладая простыми навыками, поддавшись панике, не сумели воспользоваться доступными эвакуационными путями, выходами из общественных зданий, получили ожоги, травмы или погибли.

Учитывая, как много людей за последние годы погибло во время пожаров в общественных зданиях, в т.ч. развлекательных учреждениях, необходимо очередной раз вспомнить о правилах пожарной безопасности при нахождении в них.

Действия при пожаре в здании

В здании

При пожаре в школе, банке, поликлинике или ином общественном месте первым делом нужно сделать следующее:

1. Определитесь, стоит ли вам выбираться наружу. Для этого прижмитесь рукой к двери или железной ручке. Если они горячи, то недалеко от вас бушует пламя, и выход заблокирован. Дверь в такой ситуации не следует открывать!
2. Если за дверью большая концентрация дыма — вы не видите далее, чем на 10 м, то выход наружу тоже опасен.

Варианты дальнейшего спасения

В зависимости от того, возможно вам выйти или нет, действия при возникновении пожара отличаются. Но, в любом случае, вам, при наличии такой возможности, нужно как можно быстрее сообщить о случившемся в противопожарную службу по номеру 01, 112.

Возможно выйти из помещения

Невозможно выйти из помещения

Уходите от очага возгорания, ориентируясь на план эвакуации — как основными, так и запасными путями. При возможности отключите электроэнергию на своем пути. Лучше всего спасаться, шагая не в полный рост, а следуя на четвереньках. Опасные для нашего организма продукты горения начинают скапливаться в воздухе на высоте человеческого роста. Прикрывайте рот и нос платком, салфеткой, предметом одежды или иным подручным средством. Не забывайте плотно закрывать за собой двери — это удержит распространение огня. Выбравшись из здания, не рискуйте вернуться обратно, чтобы помочь оставшимся в нем — разумнее как можно быстрее сообщить в противопожарную службу о случившемся. Если спасательные работы на объекте уже ведутся, не забудьте сообщить должностным лицам, что вы смогли выбраться самостоятельно, чтобы сузить радиус поисков пострадавших.

Если пожар в школе или ином помещении застал вас в закрытом кабинете, откуда нет возможности выйти, то первым делом постарайтесь не поддаваться панике, какими бы не бесполезными казались в вашей ситуации эти слова. Накройтесь большим полотнищем плотной ткани. Отлично, если у вас есть возможность полностью его намочить. Исследуйте помещение на наличие выхода на крышу либо пожарную лестницу. Если никаких путей нет, то постарайтесь как можно надежнее защитить свое убежище. Для этого плотно затворите двери, а щели между ними и косяком загерметизируйте любой тканью. Закройте все окна, вентиляционные решетки, форточки. Приток воздуха неминуемо будет привлекать на себя пламя. Если в помещении есть доступ к воде, то не забывайте держать пол, двери все время мокрыми. В случае, когда помещение начинает заполняться дымом, важно передвигаться только на четвереньках, закрыв нос и рот тканью (желательно ее также смочить). Находитесь возле окна, всеми силами привлекайте к себе внимание спасателей и прохожих.

Ни в коем случае не разбивайте окна! Нарушение герметичности вызовет только увеличение силы пламени и очага возгорания.

Паника – плохой попутчик

Испуг при возникновении пожара посещает каждого первого, и это доказанный факт. Каким бы ни был подготовленным человек, а едкий дым или пламя, вырывающееся из помещения, делают свое дело. Однако дальнейшие сценарии разнятся:

• Человек, впавший в паническое состояние, перестает думать. Его эмоции пересиливают здравый смыл, мешают правильно действовать даже тогда, когда рядом находится кто-то, способный руководить спасением.
• Человек, сумевший овладеть собой, будет полезен как в качестве руководителя операции, так и в качестве одного из членов команды.

Для возникновения паники достаточно одного человека, а вот погасить вспышку сродни пожаротушению – здесь нужно действовать быстро, точно, попадая в цель.

Борьба с паникой

Все правила поведения при пожаре в общественном месте учат нас: не поддавайтесь панике! Так называют безотчетный страх, состояние психики, которое вызывают экстремальные внешние условия. Выражается все это в виде неконтролируемого острого приступа ужаса, который может охватить как одного человека, так и группу людей, инстинктивно пытающихся покинуть пугающую их ситуацию, избежать ее.

Паника — явление, подобное массовому психозу. Она может появиться там, где трезво размышляющий человек не увидит реальной угрозы. У поддавшихся ей притупляется сознание, теряется способность адекватно оценивать обстановку. Наиболее остро паника проявляется у детей, подростков, пожилых людей: наблюдается вялость, заторможенность, вплоть до полной обездвиженности. Другие же индивиды наоборот начинают быстро, хаотично двигаться.

Еще одна опасность паники, о которой важно упомянуть в памятке о пожаре в общественном месте — это ее вирусность. Стоит одному человеку ринуться с места, и все остальные побегут следом, что чревато давкой, закупориванием пожарных выходов. В такой ситуации главное, чтобы нашелся трезво мыслящий лидер, который бы смог организовать коллектив, вызвать у него доверие.

Чтобы не попасть в беду…

Правила поведения при пожаре в общественном месте предупреждают о том, что, входя в помещение нужно, как это ни странно, представлять, что может случиться возгорание. Поэтому:

• Входя в незнакомое здание, старайтесь держать в голове дорогу к выходу.
• Обращайте внимание на расположение табличек с планами эвакуации.
• Запоминайте, где находятся основные и запасные пожарные выходы.
• Если вы с маленьким ребенком, держите его за руку.

Основные действия при пожаре в общественном месте

Знакомить с инструкцией по поведению при пожаре начинают еще в детском саду и школе, и совершенно не зря. На самом деле никто не ожидает, что поход в кино или за покупками закончится пожаром, поэтому люди чаще всего не знают или забывают, как правильно вести себя в подобной ситуации (рисунок 1).

Нужно всегда помнить, что паника – первый враг спасения. Нужно сделать все возможное, чтобы не поддаться страху и выработать правильный алгоритм действий.

Если вы увидели сам источник возгорания или почувствовали запах дыма, нужно сделать следующее:

1. Быстро осмотреться вокруг: возможно, рядом есть тревожная кнопка, которая подаст сигнал бедствия.
2. Вызвать пожарную службу по мобильному телефону. Звонки в подобные экстренные службы всегда бесплатные.
3. Если очаг возгорания небольшой, а рядом есть огнетушитель, можно попробовать загасить огонь самостоятельно. Это правило не действует, если пожар начался на производстве. В данном случае нужно просто эвакуироваться, так как неправильное тушение может привести только к большему распространению огня.
4. Постараться найти кратчайший путь к выходу. Чтобы сделать это, желательно знать особенности здания, но, если вы находитесь в незнакомом месте, найти выход поможет план эвакуации.
5. Двигаться нужно быстро и собрано, попутно призывая других людей делать то же самое. Сильно спешить и тем более быстро бежать нельзя. В этом случае высок риск случайно споткнуться и получить дополнительные травмы.

Если помещение быстро наполняется дымом, эвакуацию следует провести незамедлительно. Чтобы не получить отравление, дыхательные пути обязательно закрывают рукой, носовым платком или рукавом.

Рисунок 1. Неправильное поведение может стоить вам жизни

Особенно внимательно нужно следить за детьми. Необходимо не просто прикрыть ребенку нос тканью, но и постоянно придерживать его за плечи в процессе эвакуации, чтобы малыш не потерялся в наполненном дымом помещении.

Если случился пожар

Правила поведения при пожаре в общественном месте выливаются в несколько жизненно важных советов:

• Если вы услышали крики «Пожар!», не поддавайтесь панике, к чему принуждайте и находящихся вокруг вас, особенно детей, пожилых людей, женщин.
• Как можно быстрее позвоните в противопожарную службу сами или попросите телефон у окружающих. Возможно, рядом с вами будет кнопка пожарной сигнализации.
• Оцените масштабы возгорания. Если вы можете устранить его самостоятельно, то нужно организовать на поиски огнетушителя и борьбу с пламенем окружающих.
• Если пожар обширен, а помещение заполняется дымом, самое важное — всем, сохраняя спокойствие, двигаться к пожарному выходу. Пропустите вперед детей, женщин и стариков. Приведите в чувство поддавшихся панике — кто-то придет в себя и от пощечины. Других нужно вести к выходу или же сдерживать от хаотичных передвижений.

• Если все же случилась давка, то согните руки в локтях и прижмите их к ребрам. Резко наклоните корпус назад, сдерживая спиной давление на вас толпы. Попытайтесь в таком положении продвигаться вперед.
• Если вас сбили с ног, встаньте на колени, опираясь руками об пол. Резко оттолкнувшись ногой от пола, рывком выпрямите корпус.
• В давке лучше посадить ребенка на плечи или вести его перед собой.
• Ни в коем случае не пользуйтесь лифтами! Спускайтесь только по лестнице. Не поддавайтесь безумному желанию спастись, прыгнув с большой высоты из окна.
• Если нет возможности спастись самостоятельно, забаррикадируйтесь в незанятом огнем помещении и ожидайте помощи.

Правила поведения

Паника и стресс во время пожара – самая распространенная ошибка домочадцев, влекущая за собой гибель. Действия должны быть организованы правильно, чтобы была возможность спастись. При возникновении пожара требуется сделать следующее:

• Позвонить в пожарную службу, сообщив о возгорании.
• Оказать помощь по выходу из помещения детям и пожилым людям. При распространении сильного едкого запаха защитить органы дыхания мокрой материей. По возможности захватить с собой документы.
• Не стоит открывать окна. При выходе из двери перемещаться максимально быстро. Проникновение воздуха в помещение способствует усилению распространения огненного пламени.
• Спускаться вниз по лестнице. Не рекомендуется пользоваться лифтом, так как в случае возгорания может произойти сбой в работе электросети.
• Отойти на отдаленное расстояние от дома.

Если пламя небольшое, то можно попытаться предпринять попытки по его тушению до приезда пожарной службы. Для этого следует накрыть пламя плотной мокрой материей, например, одеялом или воспользоваться огнетушителем. Категорически запрещено пытаться тушить проводку или электрические приборы водой. Для этой цели существуют специальные порошковые огнетушители.

Пожар в транспорте

Если пожар застал вас в трамвае, троллейбусе, автобусе и т.д., то важно следующее:

• Как можно скорее оповестите о случившемся водителя и других пассажиров.
• Используйте огнетушители и подручные средства для борьбы с огнем.
• Будьте осторожны — металлические конструкции могут быть под напряжением!
• Эвакуация в случае, если двери блокированы, ведется через аварийные люки и окна. По их открытию представлена наглядная инструкция.
• Можно выбить окно двумя ногами, повиснув на руках на поручне.
• Салон следует покидать как можно быстрее, так как из-за замыкания проводов или нагревания бака с горючим возможен взрыв. Защищайте дыхательные пути куском ткани.

Профилактика возникновения пожара

Любую беду проще предотвратить, нежели устранить. Профилактика пожаров в общественных местах выглядит следующим образом:

• Помещение обязательно должно быть оснащено нужным количеством огнетушителей.
• Запрещается хранить в общественном месте легковоспламеняющиеся жидкости.
• Любой электроприбор должен обязательно эксплуатироваться под присмотром.
• Должна происходить систематическая проверка электропроводки, розеток.
• Не пользуйтесь удлинителями, разветвителями. Простое правило: одна розетка = один электроприбор.
• Запрещено разводить в закрытом помещении открытый огонь.

Правила поведения при пожаре в общественном месте — по сути, инструкция того, как не поддаваться панике. Также важно помнить о следующем: пожар не случится там, где готовы к его появлению.

Меры профилактики пожаров на предприятии

Чтобы подготовить человека к работе на предприятии, где есть разного рода оборудование и взрывчатые вещества, нужно рассказать ему обо всех мерах профилактики пожаров. Ему также должны быть известны основные причины возникновения пожаров на производстве и их профилактика, после чего он допускается к работе. Все это еще и фиксируется в специальном журнале. Без такой подписи его нельзя допускать к работе с электрическим и другими видами оборудования.

Кроме того, что каждый работник обязан знать о профилактике пожара, предприятие должно быть оснащено огнетушителями и другими видами пожарного инвентаря. Возгорание удается чаще всего потушить благодаря быстрому реагированию персонала и наличию огнетушителей. А что делать при эндогенных пожарах?

Конспекты по профессионально-должностнай подготовке

42857143; color: #333; font-weight: bold; font-family: Times New Roman;”>1. Алгоритм действия личного состава при возникновении пожара в зданиях и сооружениях различных уровней пожарной опасности.
2. Порядок вызова пожарной команды.

1. Алгоритм действия личного состава при возникновении пожара в зданиях и сооружениях различных уровней пожарной опасности.

Все военнослужащие обязаны знать и соблюдать требования пожарной безопасности на объектах части (подразделения) и уметь обращаться со средствами пожаротушения.

Военнослужащий при обнаружении пожара или признаков горения (задымление, запах гари, повышение температуры и т.п.) обязан незамедлительно принять меры по вызову пожарной команды и тушению пожара всеми имеющимися средствами, а также по спасению людей, сохранению вооружения, военной техники и другого военного имущества.

Дежурный по роте вызывает пожарную команду при возникновении пожара, принимает меры по его тушению и немедленно докладывает дежурному по полку и командиру роты, а также принимает меры по выводу людей и выносу оружия и имущества из помещений, которым угрожает опасность.

Дневальный по роте будит личный состав ночью в случае пожара.

Дежурный по штабу полка в случае возникновения пожара вызывает пожарную команду, принимает меры к его тушению, спасению документов и имущества штаба, немедленно докладывает об этом дежурному по полку и начальнику штаба полка.

Дежурный по парку при возникновении (угрозе возникновения) в парке пожара немедленно вызывает пожарную команду, принимает меры к тушению пожара, эвакуации и спасению вооружения, военной техники и другого военного имущества и докладывает о случившемся дежурному по полку, командиру полка и его заместителю по вооружению.

Дневальный по парку при возникновении пожара принимает меры к его тушению.

Механик-водитель (водитель) дежурного тягача       немедленно приводит тягач в рабочее состояние при возникновении (угрозе возникновения) пожара в парке; по приказанию дежурного по парку приступить к эвакуации вооружения, военной техники и другого военного имущества.

Алгоритм действий при пожаре

1.Необходимо немедленно вызвать пожарную охрану по телефону “01”, сообщив свой точный адрес, объект пожара и встретить пожарную охрану;

2.Если горение только началось, следует попробовать затушить его водой, накрыть толстым одеялом, покрывалом, забросать песком, землей;

3. Ни в коем случае нельзя тушить водой горящие электропроводку и электроприборы, находящиеся под напряжением – это опасно для жизни;

4. Если вы видите, что не сможете справиться с огнем, и пожар принимает угрожающие размеры, срочно покиньте помещение;

5. Никогда не прячьтесь в задымленном помещении в укромные места.

Существует правило: вызывающий пожарных должен организовать их встречу и указать кратчайший путь следования на пожар.

Если пожар возник в помещении, возможно эвакуироваться придется в темноте и столкнуться с другими трудностями. Выбираться из горящего помещения будет гораздо проще, если заранее спланировать и продумать свой путь эвакуации: убедитесь, что спланированный вами путь эвакуации не имеет препятствий, покрытие пола не имеет дефектов, о которые можно споткнуться.

2.Порядок вызова пожарной команды.

Телефон пожарной охраны _____ (со стационарного телефона), _____ (с мобильного).

Телефон единой дежурной диспетчерской службы – «112».

Необходимо помнить, что правильное и полное сообщение о пожаре позволит пожарной охране предвидеть возможную обстановку и принять необходимые решения, дающие возможность в кратчайший срок сосредоточить у места пожара соответствующие силы и средства по его ликвидации. В дополнение к сведениям об объекте пожара и его адресе необходимо указать место возникновения, внешние признаки пожара, наличие угрозы людям, удобный проезд, а также сообщить свою должность фамилию.

Пошаговая инструкция при возникновении пожара.

Центр “Альянс”

Адекватные и своевременные действия во время пожара помогут уменьшить убытки от возгорания, спасти жизни и имущество людей. Возникновения возгорания зачастую угрожает жизни и здоровью людей. Поэтому в случае происшествия необходимо действовать спокойно и разумно.

О возгорании нужно в первую очередь звонить по телефону «01» в пожарную охрану. Не считайте, что кто уже это сделал, независимо от места замеченного вами происшествия сообщите о возгорании.

Не переоценивайте свои силы, а сообщайте о возгорании  сразу же! Ведь за время пока вы будете пытаться погасить огонь самостоятельно, команда спасателей уже успеет выехать.

Если огонь уже распространился, то покиньте помещение и ждите приезда помощи.

Диспетчеру необходимо сообщить четкий адрес горящего объекта, что именно горит (квартира, дом, подвал, чердак, склад), кто звонит и назвать свой номер телефона.

Если диспетчер уточняет у вас информацию, постарайтесь дать подробные объяснения, которые помогут эффективной работе пожарных. Встретьте реабилитацию и проведите к месту возгорания.

Если есть пострадавшие в результате возгорания – вызовите скорую помощь «03».

В помещении необходимо по мере возможности отключить электричество и газ.

Если загорелись электроприборы, их необходимо отключить от сети и только после этого тушить водой.

В случае если возгорание увеличивается, и вы не справляетесь с огнем, немедленно покидайте помещение и выводите из него всех людей. В холодное время обязательно захватите с собой теплые вещи и одеяла, по возможности – документы.

Не пользуйтесь для эвакуации во время пожара лифтом, так как все лифты отключаются автоматически от присутствия дыма в шахтах. До приезда помощи помогайте в эвакуации и спасении людей и мероприятиям по тушению возгорания.

Очень важно определить причины возникновения. Когда все потушенно, то прежде чем готовится к капитальному ремонту помещения, проведите независимую экспертизу и оценку ущерба.

Независимая экспертная оценка ущерба после пожара понадобится для страховой компании или в суде при рассмотрении иска о возмещении убытка.

Для предъявления претензий виновнику о возмещении ущерба после пожара вам необходимо:

• получить заключение противопожарной службы о месте, времени и причинах возникновения возгорания;
• вызвать представителей жилищно-эксплуатационной организации для обследования и составления акта, с подробным описанием повреждений;
• позаботиться о присутствии виновника или уполномоченного им представителя при осмотре пострадавшего имущества и составлении акта обследования после происшествия;
• сделать копии документов о праве владения недвижимостью, пострадавшей при происшествии;
• пригласить независимую экспертную организацию для проведения оценки ущерба имущества;
• как минимум за три дня до проведения данной процедуры направьте телеграмму виновникам о проведении осмотра пострадавшей недвижимости и имущества.

Инструкции и порядок действия после пожара:

Акт обследования после пожара подписывается всеми присутствующими при осмотре лицами, в том числе представителями жилищно-эксплуатационной организации. Отказ одной из сторон от подписания обязательно фиксируется в акте.

В акте детально описывается нанесенный ущерб, указываются перечень повреждений имущества и недвижимости, обстоятельства и причины возгорания, а также место и время составления акта и присутствующие при этом лица.

При составлении акта важно присутствие представителей эксплуатационной компании и владельцев жилья. Один экземпляр этого документа, заверенный подписями и печатью жилищно-эксплуатационной организации, обязательно сохраните у себя.

Для получения консультации Вы можете связаться с менеджерами “Центра Экспертизы и Оценки” удобным для Вас способом, по телефонам или задав вопрос по электронной почте.

Точный алгоритм распространения огня в модели исследования и прогнозирования погоды с использованием метода установки уровня – Муньос-Эспарса – 2018 – Журнал достижений в моделировании земных систем

1 Введение

Крупные лесные пожары могут иметь значительные прямые и косвенные последствия для системы Земли. Прямые эффекты включают изменение земного покрова, экосистемы и гидрологии. Пожары на природных территориях косвенно влияют на видимость, качество воздуха, альбедо поверхности, а также на солнечное излучение и микрофизику облаков.Поэтому для точной оценки воздействия лесных пожаров на систему Земли важно точно смоделировать распространение лесных пожаров. Однако моделирование лесных пожаров остается сложной проблемой моделирования земных систем из-за сложных взаимодействий между огнем и атмосферой, несопоставимых масштабов между погодой и процессами горения, сложностью характеристик и распределения топлива, топографии и пространственно-временной изменчивости атмосферных условий. Возникающим подходом к представлению некоторых из этих соответствующих процессов и взаимодействий является использование объединенных числовых прогнозов погоды (ЧПП) и моделей поведения при пожарах (например,г., Clark et al., 2004; Коэн и др., 2013; Филиппи и др., 2009; Mandel et al., 2011). Хотя физически обоснованные модели (например, Linn & Cunningham, 2005; Mell et al. , 2007) явно учитывают большинство процессов горения, они требуют размеров ячейки сетки в метр или меньше и, следовательно, в настоящее время не могут использоваться в реальных условиях. -временное предсказание лесных пожаров. Ограничения размера сетки можно ослабить, параметризовав эффекты горения, а именно постфронтальное тепловыделение, которое возвращается в качестве принуждения к атмосферной модели ЧПП (Clark et al., 2004). В дополнение к этому, скорость распространения пожара должна быть параметризована, как правило, на основе полуэмпирических формулировок, которые связывают скорость распространения с объемными величинами, такими как скорость ветра, влажность и уклон местности (Sullivan, 2009). Последним компонентом модели поведения при пожаре является математический метод, используемый для отслеживания и распространения периметра пожара, который использует параметризацию скорости распространения в качестве управляющего параметра. Отслеживание и распространение фронта огня обычно выполняется с использованием метода установки уровня (Osher & Sethian, 1988), хотя другие методы, такие как лагранжевые трассирующие частицы (Clark et al. , 2004) или метод маркеров (Filippi et al., 2009) используются в связанных моделях атмосферы / лесных пожаров. Хотя между методами установки уровней и маркеров были обнаружены незначительные различия (Bova et al., 2016), метод установки уровней имеет более фундаментальную математическую основу и широко используется для ряда приложений, как видно из ссылок, представленных в рукописи. и подлежит постоянному совершенствованию и развитию.

Связанные системы моделирования атмосферы лесных пожаров имеют несколько источников ошибок и неопределенностей.Ошибки и неопределенности в прогнозируемом состоянии атмосферы, возникающие из-за неточностей и неопределенностей в начальных и граничных условиях, которые сочетаются с ошибками в дискретизации основных уравнений и ошибками / неопределенностями в параметризации физических процессов. Неопределенности в моделировании распространения пожара связаны с типом и распределением топлива, а также с параметризацией подсеточной физики пожара. Выявление вкладов ошибок от каждого из конкретных компонентов системы моделирования – сложная задача, учитывая взаимосвязанный характер модели, неопределенности во входных данных, таких как топливо, и ограниченные полевые данные, доступные для проверки.Точное представление скорости распространения пожаров важно не только для приложений прогнозирования лесных пожаров, но также связано со скоростью горения, и поэтому очень важно правильно представлять выбросы и аэрозоли от сжигания биомассы для прогнозов химического состава атмосферы и качества воздуха в пределах региона и климата. модели (Grandey et al., 2016; Paton-Walsh et al., 2012; Wiedinmyer et al., 2011). Способ реализации алгоритма интерфейса – еще один потенциальный источник ошибок, который имеет значение для интерпретации поведения при пожаре, но в значительной степени не определен количественно.Здесь будет показано, что неадекватные реализации набора уровней приводят к ошибкам, сравнимым с ошибками от параметризации скорости распространения, поэтому подчеркивается важность численной реализации алгоритма отслеживания для повышения общей точности связанных моделей атмосферы лесных пожаров.

Полуэмпирические модели скорости распространения неизбежно вносят ошибки в прогнозирование лесных пожаров. Чтобы определить и количественно оценить источники ошибок модели, чтобы можно было улучшить соответствующие компоненты модели и уменьшить ошибки, важно сначала уменьшить ошибки, связанные с их численной реализацией.Для распространения фронта огня со скоростью, определяемой параметризацией скорости распространения, требуется точная реализация метода установки уровня. Несмотря на широкое применение метода установки уровня к моделям лесных пожаров (Coen et al., 2013; Lautenberger, 2013; Mallet et al., 2009; Mandel et al., 2011; Rehm & McDermott, 2009; Rochoux et al., 2014), все эти численные реализации для приложений моделирования распространения пожара основаны на дискретизации низкого порядка, которая имеет точность не более второго порядка, но, как правило, только первого порядка.Напротив, подавляющее большинство исследовательской литературы по методам установки уровней в приложениях, отличных от лесных пожаров, дискретизирует уравнение в частных производных с установленными уровнями (PDE), используя какую-то комбинацию взвешенных по существу не колеблющихся третьего или пятого порядка ( WENO) (Jiang & Shu, 1996) для адвективного члена и дискретизации Рунге-Кутты второго или третьего порядка для производной по времени (например, Calderer et al. , 2014; Luo et al., 2016; Xu et al. ., 2012; Yang & Stern, 2009).Кроме того, хорошо известно, что функция установки уровня сжимается / расширяется в определенных областях из-за пространственно-временной изменчивости адвектирующего поля скорости, что, в свою очередь, приводит к численным ошибкам, поскольку уравнение установки уровня развивается вперед во времени (например, Chopp , 1993; Sussman et al., 1994). Чтобы обойти эту проблему, функцию установки уровня необходимо периодически перенастраивать, чтобы она оставалась функцией расстояния со знаком. Этот эффект обычно достигается за счет использования методов повторной инициализации, которые будут обсуждаться позже в рукописи.Тем не менее, практически все современные коды моделирования распространения лесных пожаров, которые используют метод установки уровня, не включают никаких методов повторной инициализации, за исключением Mallet et al. (2009).

В настоящей работе мы реализуем алгоритм установки уровня высокой точности для отслеживания и распространения фронта пожара с использованием схем WENO третьего и пятого порядков для дискретизации пространственных производных и явного временного интегрирования Рунге-Кутты третьего порядка. в пакете физики природных пожаров (WRF-Fire) в модели исследования и прогнозирования погоды (WRF), включая решение дополнительного PDE для повторной инициализации набора уровней.Затем исследуется влияние численной реализации метода установки уровня в контексте моделирования лесных пожаров. Кроме того, предлагается подход гибридного порядка, который так же точен, как и реализации высокого порядка вблизи фронта пожара, но значительно снижает вычислительные затраты. Точность смоделированной формы фронта пожара и скорость распространения систематически анализируются с использованием случаев возрастающей сложности, демонстрируя преимущества дискретизации более высокого порядка в сочетании с техникой повторной инициализации в моделях лесных пожаров.Остальная часть статьи организована следующим образом. В разделе 2 представлены детали реализации и числовые схемы, используемые алгоритмом установки уровней, и кратко описывается модель скорости распространения пожаров. В разделах 3–5 анализируются три набора тестовых случаев с возрастающей степенью сложности для количественной оценки улучшений, полученных с помощью предложенной здесь методологии установки уровней. Это, а именно, однородное поле скоростей, два идеализированных конвективных пограничных слоя и реальный лесной пожар (последний шанс, произошедший в Колорадо в 2012 году).Наконец, в разделе 6 обобщаются основные выводы и обсуждаются текущие исследования.

2 Новый алгоритм установки уровня огня WRF

2.1 Уравнения для установки уровня

Метод установки уровня, разработанный Ошером и Сетхианом (1988), является одним из наиболее часто используемых численных методов для отслеживания интерфейсов в задачах вычислительной физики. Метод установки уровня был недавно применен для отслеживания и распространения фронта пожара в моделях лесных пожаров (Coen et al., 2013; Лаутенбергер, 2013; Маллет и др., 2009; Mandel et al., 2011; Рем и Макдермотт, 2009 г .; Rochoux et al., 2014), где функция установки уровня, , используется для отделения несгоревших участков ( ) из обожженных и горящих регионов ( ), с участием обозначающий фронт пожара (то есть границу раздела между зоной пожара и несгоревшим топливом). В предположении, что огонь распространяется в нормальном направлении к границе раздела, и учитывая, что считается, что топливо присутствует только на поверхности земли, мы используем двухмерную формулировку с заданным уровнем движения в нормальном направлении.Фронт огня захватывается нулевым уровнем поля заданного уровня, , которая изначально задана как функция расстояния со знаком. Интерфейс предоставлен , с участием если и если для любого . Поле заданного уровня переносится скоростью распространения (уравнение 10) и удовлетворяет следующему уравнению Гамильтона-Якоби: (1) (2) где – нормальный вектор, представляет собой искусственный стабилизатор вязкости, сформулированный в терминах оператора Лапласа, умноженного на размер сетки, , с независимым от сетки коэффициентом ɛ (Mandel et al.(2011) рекомендует ϵ = 0,4, чтобы избежать численной нестабильности). Обратите внимание, что все пространственные операторы двумерны и соответствуют горизонтальной плоскости на поверхности. В уравнении 1 R _f представляет скорость распространения огня, которая в конкретном случае является функцией скорости среднего пламени и градиента местности в нормальном направлении, и соответственно (см. подробную информацию о параметризации скорости распространения в разделе 2.3). По мере развития интерфейса обычно будет отклоняться от своего начального значения и больше не будет функцией расстояния со знаком.Чтобы обойти эту проблему, Чопп (1993) ввел концепцию повторной инициализации , чтобы уменьшить числовые ошибки, вызванные эффектами увеличения крутизны и выравнивания. Хотя повторная инициализация поля установки уровня может быть выполнена путем явного вычисления расстояний от = 0 периодически в ходе моделирования, этот подход слишком затратен в вычислительном отношении. Вместо этого обычной практикой является решение уравнения повторной инициализации, которое можно повторять до тех пор, пока оно не достигнет решения в стационарном состоянии (Sussman et al. , 1994), что соответствует функции расстояния со знаком (подробнее см. В разделе 2). Чтобы поддерживать желаемый характер расстояния со знаком для поля установки уровня, мы регулярно решаем уравнение повторной инициализации, предложенное Sussman et al. (1994), (3) где – функция установки уровня после интегрирования уравнения 1, а τ – псевдовремя.

2.2 Дискретность УЧП с набором уровней

Уравнения, управляющие пространственно-временной эволюцией функции установки уровня, должны быть дискретизированы для численного решения.Для ясности изложения мы рассматриваем одномерные производные вместо двумерных пространственных производных, используемых в алгоритме, однако расширение до двух или трех измерений не вызывает затруднений. Для пространственной дискретизации производные в центре ячейки, и , аппроксимируются с использованием разности двух соседних номиналов, и следующим образом: (4) В зависимости от количества точек, использованных для реконструкции на гранях получаются разные порядки точности дискретизированных производных. Чтобы избежать шума масштаба сетки около резких градиентов с установленным уровнем, для дискретизации адвективного члена в уравнении с набором уровня требуются схемы нечетного порядка с восходящей намоткой. Реализация набора уровней в связанных моделях на основе WRF, представленная Mandel et al. (2011), применяет принципиально неколебательную схему первого порядка (ENO) (Osher & Fedkiw, 2006) для дискретизации адвективного члена. Для положительной скорости адвекции схема ENO первого порядка (ENO1) восстанавливает номинал следующим образом: (5)

В случае сходящихся скоростей противоположного знака на и лица (локальный максимум), односторонняя разность со знаком с наибольшим абсолютным значением двух граней.Для расходящихся противоположных знаков скоростей на и грани (локальный минимум), установлен на 0 (Mandel et al., 2011).

Дополнительно реализованы схемы WENO как третьего, так и пятого порядка (WENO3, WENO5). Схемы WENO имеют преимущество перед схемами ENO в том, что они используют взвешенную комбинацию нескольких реконструкций вместо уникальной, что повышает точность (Jiang & Shu, 1996). Численная реконструкция на грани рассчитывается как (6) Нелинейные веса задаются формулами (7) В уравнении 7 γ _l – это линейный вес, β _l – показатель гладкости, а λ – параметр, позволяющий избежать обнуления знаменателя (= 10 ⁻⁶ в наших расчетах).Для достижения третьего порядка точности две реконструкции второго порядка: и используются ( n = 2), тогда как схема WENO пятого порядка использует три реконструкции третьего порядка точности: , и ( n = 3). Читатель отсылается к Jiang and Shu (1996) за описанием конкретных трафаретов, используемых при реализации схем WENO, вместе с их соответствующими линейными весами и показателями гладкости. Чтобы определить направление движения вверх для схем WENO, уравнения 1 и 3 необходимо преобразовать в их эквивалентную векторную форму.После некоторых манипуляций и пренебрежения и R _f , которые положительны по определению, легко доказать, что и являются членами, которые должны быть оценены, чтобы определить направление движения вверх для дискретизации адвективных членов в уравнениях набора уровня и повторной инициализации, соответственно. Поскольку они имеют круговую зависимость через требование вычисления пространственных градиентов , мы используем центрированные разности четвертого порядка для определения направления трафарета вверх: (8) Мы реализовали схему ERK третьего порядка для временной интеграции (в релизных версиях WRF-Fire и WRF-SFIRE используется ERK второго порядка).ERK третьего порядка необходим при использовании пространственной дискретизации WENO пятого порядка, чтобы не быть нестабильным или ограниченным нереализуемым малым временным шагом для поддержания числовой стабильности (Motamed et al. , 2011; Wang & Spiteri, 2007). Однако ERK третьего порядка имеет свойство быть стабильным для больших по сравнению с ЭРК второго порядка. Это желательная функция в нашем коде, где сетка с установленным уровнем может быть уточнена из сетки модели атмосферы, тем самым ограничивая наибольшую что можно использовать.Реализованная трехступенчатая схема ERK третьего порядка для временной интеграции имеет вид (9) где это правосторонний вынуждающий член. Более того, мы реализовали набор уровней для полного распараллеливания для повышения эффективности и гибкости, в отличие от более ранних работ WRF-Fire и WRF-SFIRE, которые оба выполняют избыточные вычисления вне параллельного раздела для каждого процессора и из-за этого не выполняются. допускают любую другую комбинацию числовых схем, кроме первого порядка точности по пространству и второго порядка по времени.

2.3 Воспламенение элемента, выгорание топлива и скорость распространения

Временная эволюция набора уровней используется для определения момента воспламенения ячейки, соответствующего времени, в которое становится отрицательным впервые. Поскольку такой переход от положительного к отрицательному часто происходит между временными шагами, время зажигания, t _i , линейно аппроксимируется с использованием скорости изменения уровня, установленного между когда ячейка не зажигается и когда клетка уже горит.Затем время воспламенения используется для определения двумерного поля фракции топлива, F , которое изначально установлено на 1 для невозгораемого топлива. На основании лабораторных экспериментов (Albini & Reinhardt, 1995) предполагается, что F экспоненциально уменьшается во времени от зажигания, , где t _f – время горения, или секунды для каждого конкретного топлива, которое должно сгореть до ≈0,3789 ( ). После обновления доли топлива уменьшение F между двумя последовательными временными шагами, используется для расчета потоков явного и скрытого тепла, генерируемых лесным пожаром, и обратной связи с атмосферной моделью (Clark et al., 2004). Чтобы иметь более точное представление о доле топлива и более прогрессивное выделение тепловых потоков, и t _i интерполируются до четырех подъячеек в сетке пожара (два подразделения в каждом направлении) и используются для интегрирования фракции топлива, как описано в Mandel et al. (2011) (не путать с доработкой сетки огня для набора уровней).

Скорость распространения огня, R _f , параметризуется в соответствии с полуэмпирической формулировкой Ротермеля (1972): (10)

В уравнении 10 R ₀ – это скорость распространения при отсутствии ветра и уклона местности, поправка на ветер, поправка на уклон местности, – горизонтальный вектор ветра высоты среднего пламени, а z _T – высота местности.Остальные коэффициенты модели R ₀ , α ₁ , α ₂ , α ₃ , зависят от характеристик топлива и их конкретных значений для 13 категорий топлива от Андерсона (1982). ) можно найти у Ротермеля (1972).

3 Распространение огня под однородным полем скорости

В этом и следующих разделах влияние алгоритма установки уровня на характеристики распространения пожара подробно анализируется с использованием случаев возрастающей сложности. Чтобы изолировать эффекты, вызванные алгоритмом установки уровня, и не включать вариации из-за обратной связи огня в атмосферу, тепловые потоки, возникающие от горящего топлива, где предписано равными нулю для всех представленных здесь симуляций и анализа. Следовательно, поле вынуждающей скорости остается неизменным из-за наличия огня, но движет его распространением.

Сначала остановимся на простейшем возможном случае, когда атмосферный поток характеризуется пространственно однородным полем скорости ( u , v , w ) = (5.0, 0, 0) м с ^-1 , выровненных в направлении x , которое не меняется со временем. Такое однородное поле скорости достигается путем наложения граничного условия свободного скольжения на поверхности, что предотвращает развитие сдвига вблизи поверхности, как это могло бы произойти при наличии сопротивления поверхности (см. Раздел 4). Боковые граничные условия являются периодическими, а в верхней части модели накладывается условие нулевого градиента Неймана. Домен 5,0 × 5,0 × 2,0 км ³ , а разрешение для атмосферной сетки составляет = 20 м в вертикальном направлении.Были протестированы несколько разрешений горизонтальной сетки, 12,5, 25, 50 и 100 м. В этом частном случае, когда поток однороден и нет обратной связи от пожара к модели атмосферы, поле скорости вынуждающего воздействия остается одномерным, как указано изначально. Рассматривается схема возгорания линии возгорания с размерами (1.0 1,0 + Δ, 2,0 3.0) км, который загорается через 10 с после начала моделирования. Схема ERK третьего порядка использовалась для временной интеграции во всех случаях, поскольку тесты, сравнивающие схемы временного марша второго и третьего порядка, выявили незначительные различия для проанализированных случаев (не показаны).

На рисунке 1 показано изменение площади пожара или горизонтально интегрированной доли сгоревшего топлива во времени. , где . Для трех схем адвекции (ENO1, WENO3 и WENO5) решение сходится при уменьшении размера сетки, причем различия между размерами сетки уменьшаются с увеличением разрешения, как и ожидалось. Сравнение схем ENO1 и WENO5 (рисунок 1a) показывает, что более диссипативная схема первого порядка систематически приводит к меньшей площади возгорания на протяжении всего моделирования.Например, WENO5 с Δ = 25 м дает динамику площади пожара во времени, которая почти полностью совпадает с полученной с ENO1 при Δ = 12,5 м, что требует в 4 раза меньше точек сетки. Напротив, схемы WENO третьего и пятого порядков производят почти идентичную временную эволюцию области пожара (рис. 1b) с небольшими недооценками на 0,1% по WENO3 на ранних стадиях перехода от начальной линии пожара, которые полностью исчезают в время и с увеличенным разрешением сетки. Хотя можно утверждать, что ENO1 с ERK2, используемые более ранними версиями WRF-Fire, а также WRF-SFIRE, менее затратны в вычислительном отношении, мы обнаружили, что наша реализация набора уровней с WENO5 и ERK3 увеличивает стоимость только на 15%, что намного меньше, чем затраты на увеличение разрешения по горизонтали в 2 раза.

Изменение площади пожара или горизонтально интегрированной доли сгоревшего топлива во времени, , для разного разрешения сетки Δ = 12,5, 25, 50 и 100 м. Чувствительность метода установки уровня к схеме адвекции. Сравнение схем ENO1-WENO5 (а) и WENO3-WENO5 (б). Без повторной инициализации с ϵ = 0,4. Случай с равномерной скоростью.

Как упоминалось в разделе 1, большинство кодов лесных пожаров с установленным уровнем не включают в себя какой-либо метод повторной инициализации (например,г., Coen et al., 2013; Лаутенбергер, 2013; Mandel et al., 2011; Рем и Макдермотт, 2009 г .; Rochoux et al., 2014), поэтому стоит изучить последствия такого упущения. На рис. 2а показаны различия в площади возгорания с WENO5 с повторной инициализацией и без нее. Для случаев, использующих повторную инициализацию, уравнение 3 решается для 1 итерации после перехода на 1 временной шаг адвекции с заданным уровнем (не после каждого этапа схемы Рунге-Кутты). Для случаев с повторной инициализацией с заданным уровнем (сплошные линии) площадь возгорания больше из-за уменьшения численных ошибок, а скорость сходимости по Δ увеличивается. Улучшение, полученное от использования повторной инициализации, приводит к решению с Δ = 50 м, превосходящему решение, полученное с Δ = 12,5 м, и без повторной инициализации. Дальнейшее улучшение может быть достигнуто за счет снижения коэффициента искусственной вязкости, как показано на рисунке 2b. Там мы выполнили моделирование с использованием WENO5 и повторной инициализации, но с уменьшением ϵ . Мы обнаружили, что ϵ = 0,1 достаточно для того, чтобы наша реализация набора уровней высокого порядка с повторной инициализацией была численно стабильной по сравнению со значением 0.4, рекомендованный Mandel et al. (2011). С уменьшенным коэффициентом искусственной вязкости площадь пожара для размеров сетки Δ = 12,5, 25 и 50 м почти неразличима, что свидетельствует о том, что сходимость сетки была достигнута для Δ = 50 м. Интересно, что это существенное снижение искусственной вязкости, похоже, не имеет такого сильного влияния по сравнению с использованием дискретизации высокого порядка и повторной инициализации набора уровней. Это связано с тем, что член искусственной вязкости в уравнении переноса набора уровней формулируется как оператор Лапласа, включающий в себя вторую производную поля набора уровней.После повторной инициализации 1.0, что устраняет большую часть эффекта от члена искусственной вязкости и действует только при наличии числовых нестабильностей. Дополнительные тесты, проведенные без повторной инициализации, показали влияние искусственной вязкости, подобное тому, которое наблюдалось при повторной инициализации на рисунке 2a.

Изменение площади пожара или горизонтально интегрированной доли сгоревшего топлива во времени, , для разного разрешения сетки Δ = 12.5, 25, 50 и 100 м. Чувствительность установки уровня с использованием схемы WENO5 к (а) повторной инициализации и (б) искусственной вязкости (применена повторная инициализация).

Чтобы лучше понять влияние числовой дискретизации, повторной инициализации и искусственной вязкости на решение с установленным уровнем, периметры пожара ( = 0) через 35 мин от зажигания представлены на рисунке 3а для некоторых численных экспериментов с Δ = 25 м. Как и ожидалось, огонь распространяется в направлении x , в результате чего периметр огня является симметричным относительно оси y из-за наложенной равномерной продольной скорости.В то время как основное распространение огня происходит в положительном направлении x , огонь испытывает некоторое обратное распространение или обратное распространение от первоначального места возгорания. = 1,0 км. Это связано с моделью распространения огня, которая даже при , сохраняет фоновый член, который представляет распространение пожара в безветренных условиях или при пожаре (т. е. ветер дует в противоположном направлении), R ₀ в уравнении 10. Для этого конкретного случая, когда мы использовали топливо типа 1 Андерсона. (короткая трава), значение R ₀ = 0.Было получено 018 м с ⁻¹ , а прямая скорость распространения составила R _f = 1,701 м с ⁻¹ . Эти периметры показывают, что есть две стороны числовой ошибки, которые способствуют недооценке площади пожара и ее временного роста. Один связан со скоростью распространения фронта огня, а другой – со способностью сохранять острые края. Увеличение порядка числовой схемы от ENO1 до WENO5 приводит к значительному улучшению скорости распространения из-за изначально более низких диссипативных ошибок последнего, что, в свою очередь, приводит к увеличению площади возгорания.Либо включение повторной инициализации набора уровня, либо уменьшение искусственной вязкости в 4 раза оказывает аналогичное влияние на раствор. Оба аспекта положительно способствуют увеличению площади и увеличению кривизны фронта огня по краям, при этом повторная инициализация вносит немного больший вклад в первое, чем во второе, по сравнению с уменьшением искусственной вязкости. Благодаря сочетанию повторной инициализации и пониженной искусственной вязкости со схемой WENO пятого порядка, фронт огня продвигается примерно на 500 м дальше по потоку, чем при исходной схеме WRF-Fire (и WRF-SFIRE), через 35 минут после возгорания.В частности, это сравнение показывает, что дискретизация высокого порядка с низкой искусственной вязкостью вместе с полем набора уровней расстояния со знаком (достигается путем повторной инициализации), реализованная в новом алгоритме набора уровней WFR-Fire, важны для обеспечения правильной скорости распространение и правильное разрешение резких градиентов на фронте пожара.

(а) Изоконтуры периметра пожара, = 0, используя различные реализации алгоритма установки уровня.(б) Изоконтуры от нового оригинального WRF-Fire. Результаты действительны при т, = 35 мин от воспламенения и соответствуют Δ = 25 м. Пунктирными линиями обозначено расположение по периметру пожара, = 0.

Для оценки качества поля заданного уровня изоконтуры, соответствующие показаны на рисунке 3b для нового и исходного алгоритмов установки уровня в WRF-Fire. В случае нового WRF-Fire изоконтуры по истечении 35 минут от зажигания отобразить диаграмму расстояния со знаком.Напротив, исходная реализация создает пространственные градиенты намного меньше, чем 1.0, как видно из большого расстояния между изоконтурами, которые должны быть разделены двумя точками сетки. Интересно, что это недооценка результаты по периметру огня дугообразной формы. Подобный тип топологии пожара был обнаружен в предыдущих полевых кампаниях и усилиях по численному моделированию (например, Canfield et al. , 2014; Cheney et al., 1993; Clark et al., 1996a, 1996b; Linn & Cunningham, 2005). Хотя в природе это физически правдоподобная форма пожара, в данном конкретном случае она вызвана исключительно численными ошибками, поскольку обратная связь между огнем и атмосферой, отвечающая за этот процесс, не включена в наши несвязанные модели, чтобы иметь возможность изолировать возникающие ошибки. из алгоритма установки уровня.Следовательно, ожидается, что в предшествующих совместных моделированиях с использованием исходной версии WRF-Fire это искривление фронта пожара могло быть переоценено из-за ложного вклада численных ошибок в алгоритме установки уровня. Текущие усилия направлены на анализ влияния этих ошибок, вызванных реализацией набора уровней, в совместном моделировании, включая крупные лесные пожары. В отличие от исходной версии WRF-Fire, в новом алгоритме WRF-Fire очень сильно уменьшено сглаживание краев фронта пожара, связанное с конечным порядком нашей числовой схемы, которое, как ожидается, не будет существенно мешать возникновению пожаров. атмосферные механизмы, ответственные за поперечное распространение и искривление при лесном пожаре.

Этот простой случай был выбран частично из-за его однородности в распространении фронта пожара. В этом конкретном сценарии при однородных и устойчивых условиях нагнетания и однородном распределении топлива входная скорость распространения на уровне, установленном параметризацией Ротермеля, R _f , может использоваться для расчета ошибки скорости распространения из алгоритм установки уровня. Результирующая скорость распространения из модели Ротермеля, R _f , использовалась для расчета ошибки скорости распространения следующим образом: , где R _LS – скорость распространения, полученная в результате моделирования, рассчитанная с использованием расстояния, пройденного = 0 изоконтур в центре фронта пожара ( y = 2.5 км) с интервалом в 2 мин и усреднением за 30 мин. Ошибки ROS для всех различных реализаций наборов уровней и разрешений сетки представлены на рисунке 4. Реализация набора уровней, используемая исходным алгоритмом WRF-Fire (и WRF-SFIRE), дает ошибки в 35% для Δ = 100 м, которые уменьшаются до 10,22% для Δ = 12,5 м примерно по линейному тренду. При использовании схемы WENO5 и повторной инициализации ошибка при Δ = 100 м почти равна ошибке дискретизации WRF-Fire с использованием разрешения сетки в 8 раз меньшего по всем направлениям.Более того, когда дискретизация высокого порядка, повторная инициализация и уменьшенная искусственная вязкость комбинируются в новом алгоритме WRF-Fire, ошибки меньше 1% и становятся практически независимыми от разрешения сетки в рассматриваемом диапазоне (Δ = 12,5–100 м). . Увеличение вычислительных затрат, связанных с использованием WENO5 и дополнительным решением уравнения повторной инициализации, составляет около 30%. Однако при низком уровне дискретизации без решения уравнения повторной инициализации для достижения той же точности потребуется в 16 раз больше узлов сетки, что увеличит вычислительные затраты на 1600%. Кроме того, дополнительные затраты возникают из-за необходимости уменьшить шаг по времени, чтобы решение было численно стабильным на более мелкой сетке.

Скорость распространения ошибок (ROS) как функция размера сетки Δ для (a) различных реализаций алгоритма установки уровня и (b) влияния количества итераций для уравнения повторной инициализации.

Во всех представленных до сих пор результатах уравнение повторной инициализации решалось только для 1 итерации на каждом временном шаге.На рисунке 4b показан эффект от выполнения нескольких итераций для уравнения повторной инициализации. Ошибка скорости распространения постепенно уменьшается при выполнении 5 и 10 итераций. В частности, ошибки становятся <0,1% для Δ = 12,5 м (даже при искусственном коэффициенте вязкости ϵ = 0,4). Хотя выполнение одной итерации на каждом временном шаге приводит к ошибкам скорости распространения ниже 1%, и такой точности может быть достаточно для приложений прогнозирования, где важна скорость вычислений, с новым WRF можно получить более точные результаты для других приложений, похожих на исследования. -Fire алгоритм за счет увеличения количества итераций повторной инициализации.Однако стоит отметить, что повторная инициализация должна сопровождаться уменьшением указанного коэффициента искусственной вязкости, чтобы иметь правильное представление о сильных градиентах, поскольку искусственная вязкость имеет тенденцию размывать пространственные вариации .

Как уже упоминалось, существует два источника ошибок в распространении фронта пожара. Предыдущий анализ ошибок был сосредоточен на скорости распространения ошибки, рассчитанной в центре фронта пожара. Этот выбор был сделан, поскольку он по существу эквивалентен проблеме одномерного распространения пожара (без эффектов по размаху) и может быть напрямую сравнен с прогнозируемым распространением по соотношению Ротермеля.Напротив, наша модель пожара имеет компонент защиты от огня, который делает проблему распространения огня на линии возгорания в отсутствие обратной связи с атмосферой двумерной, и для которой нет аналитического решения для сравнения. Тем не менее, важно количественно оценить ошибки в сохранении острых краев, которые могут возникнуть по бокам от линейных пожаров. В качестве прокси для точного решения можно экстраполировать от задней части флангов, x 1.0–2.5 км, где периметр пожара линейный. Это обеспечивает точную ссылку, учитывая, что нормальный компонент скорости распространения на флангах снижен, в основном преобладает компонент огня задним ходом, R ₀ . В передней части периметра, где набор уровней строго распространяется в продольном направлении, может использоваться однородная линия для местоположений по размаху (центральная область), охватываемых пересечениями с решением для боковых сторон. Таким образом можно рассчитать локальную погрешность в зоне пожара вдоль фронта пожара, аналогично скорости распространения ошибки.

Погрешности зоны пожара при t = 35 мин показаны на рисунке 5 для различных реализаций установки уровня с шагом сетки Δ = 25 м. В центре фронта огня ошибки в зоне возгорания такие же, как . Тем не мение, растет с удалением от центра фронта огня, причем наибольшие ошибки возникают при выходе из линейных флангов. Эта зависимость является результатом сглаживания резкого перехода (≈90 °) между огневой головкой и боковыми сторонами.Несмотря на то, что при резких переходах наблюдается недооценка большей площади возгорания, есть значительное улучшение, когда используются реализации набора уровней высокого порядка, которые решают уравнение повторной инициализации. В частности, WENO пятого порядка с повторной инициализацией и уменьшенной искусственной вязкостью имеет максимальную ошибку 4,2%, которая уменьшена в ≈7 раз по сравнению с исходной реализацией WRF-Fire. Кроме того, наш улучшенный алгоритм установки уровня имеет более ограниченный диапазон вокруг острого края, где ошибка имеет тенденцию расти.Аналогичные результаты получены для других значений шага сетки, которые не показаны. Стоит отметить, что, в отличие от ошибки скорости распространения на средней линии пожара, ошибка в зоне возгорания зависит от конкретного случая (т. Е. От времени и начальной длины линии возгорания). Однако представленные здесь результаты дают представление об улучшении за счет более точных реализаций с установленным уровнем.

Зависимость погрешностей зоны пожара от переднего расположения для различных реализаций алгоритма установки уровня.Результаты действительны при т, = 35 мин от воспламенения и соответствуют Δ = 25 м (соответствует рисунку 3а).

4 Эффективный гибридный метод установки уровня с локально сниженной искусственной вязкостью

Недостатком метода установки уровня является то, что, несмотря на то, что единственная область интереса , уравнения системы уровня обычно решаются во всей области. Из методов, предложенных для уменьшения этой вычислительной нагрузки, метод, предложенный Peng et al.(1999) имеет несколько преимуществ по сравнению с другими методами установки локального уровня (Adalsteinsson & Sethian, 1995; Sethian, 1996), в частности, интуитивно понятное использование функции установки уровня для определения локальной части области, где уровень решаются поставленные уравнения. Однако по-прежнему необходимо расширить полосу, в которой решаются уравнения системы уровня, до точек сетки, которые ранее не были частью полосы по мере продвижения фронта, и, следовательно, требует непрерывного восстановления поля установки уровня на границах группа.Хотя это прямо не упомянуто в их статье, Peng et al. (1999) частично обошли эту проблему, решив повторную инициализацию PDE по всей вычислительной области, и только перенос набора уровней выполняется локально (повторная инициализация выполняется глобально). Кроме того, смещение к нулю члена адвекции внутри локальной полосы может замедлить распространение фронта в случаях, когда набор уровня отклоняется от функции расстояния со знаком или повторная инициализация выполняется недостаточно часто.

Здесь мы предлагаем метод установки уровня гибридного порядка как для уравнений переноса, так и для уравнений повторной инициализации, который имеет высокий порядок точности для = 0 и относительно прост в реализации. Идея состоит в том, чтобы локализовать дорогостоящую дискретизацию высокого порядка уравнений системы уровней на полосе , где γ – количество точек сетки вдали от границы раздела, которые соответствуют полосе. За , уравнения системы уровня все еще решаются, но адвективные члены дискретизируются с использованием более эффективной в вычислительном отношении схемы ENO первого порядка.Такой подход устраняет проблему расширения зоны или задания граничных условий вблизи = 0, что может привести к неточности решения по заданному уровню. Таким образом, более дорогая дискретизация высокого порядка используется только в непосредственной близости от интерфейса, существенно снижая вычислительные затраты, необходимые для интегрирования уравнений системы уровня с дискретизацией высокого порядка по всей области. Кроме того, свойство знакового расстояния набора уровней дополнительно используется путем комбинирования решения гибридного порядка с локальным снижением искусственной вязкости до ϵ = 0. 1 для , что приводит к повышению точности формы фронта и распространения, как показано в разделе 3. После экспериментов с параметром, контролирующим ширину полосы, γ , было обнаружено, что количество узлов сетки, в которых требуется схема высокого порядка , который будет применяться для получения точности высокого порядка, относится к точкам сетки числового шаблона. Следовательно, γ = 3, 4 используется для схем третьего и пятого порядка соответственно. Такой выбор гарантирует, что дискретизация будет высокого порядка на границе раздела с порядком, постепенно переходящим в более низкий порядок, восстановленный при ( γ + 1) из интерфейса.

Чтобы протестировать предложенный метод установки уровней гибридного порядка и понять влияние подхода численной реализации в более сложном сценарии, чем однородное поле скорости воздействия, представленное в предыдущем разделе, распространение огня в двух конвективных пограничных слоях атмосферы (ABLs ), которые включают явно разрешенную турбулентность. Для создания полностью развитого турбулентного ABL была использована возможность одностороннего вложения модели WRF.Родительский домен был установлен с 100 м, 20 м, и 15,0 × 15,0 × 2,0 км ³ . Вложенный домен с увеличенным горизонтальным разрешением был вложен внутри родительского домена, получая от него граничные условия Дирихле. Вклады подсеточного масштаба (SGS) были параметризованы после Lilly (1966, 1967), что требует интегрирования дополнительного уравнения переноса для турбулентной кинетической энергии SGS. Родительский домен с наложенными боковыми периодическими граничными условиями работал в течение 3 часов перед инициализацией вложенного домена, в котором локализован пожар.Это было сделано для того, чтобы создаваемая сдвигом и термически индуцированная турбулентность увеличивалась и уравновешивалась внутри ABL. Для получения более подробной информации о настройке вложенного турбулентного ABL читатель может обратиться к Muñoz-Esparza et al. (2014). Все численные эксперименты в этом случае проводились с одинаковым разрешением сетки Δ = 12,5 м. Этот выбор мотивирован тем фактом, что разрешение сетки вложенной области будет определять диапазон разрешенных масштабов, и поэтому решения будут отличаться при изменении Δ, что исключает возможность проведения какого-либо надежного сравнения между отдельными численными реализациями.

В обеих схемах длина шероховатости была задана равной z ₀ = 0,1 м, а сопротивление поверхности было наложено с использованием параметризации на основе теории подобия Монина-Обухова (Монин и Обухов, 1954) для представления неразрешенных эффектов шероховатости поверхности. Оба домена были инициализированы с однородным вертикальным профилем потенциальной температуры, θ = 300 K для м, увенчанный двухслойной инверсией: = 0,08 км ⁻¹ от 1000 до 1150 м и = 0.003 тыс. М ⁻¹ для 1150 м, чтобы ограничить глубину пограничного слоя z _i ≈ 1000 м и избежать попадания турбулентных вихрей на вершину домена. Два различных типа конвективных АПС были созданы путем изменения наложенного геострофического ветра (крупномасштабного градиента давления) и поверхностного явного теплового потока. В первом сценарии CBL1, геострофический ветер был установлен равным U _g = 15 м с ⁻¹ , а поверхностный тепловой поток равнялся = 0.015 тыс. М с ⁻¹ . Для второго случая, CBL2, геострофический ветер был установлен равным U _g = 5 м с ⁻¹ , а поверхностный тепловой поток равнялся = 0,050 К м с ⁻¹ . На рисунке 6 показаны распределения вероятностей колебаний скорости приземного ветра для двух случаев, соответствующие первой точке сетки z ₁ ≈ 6,5 м, используемой для распространения огня. Помимо более низкой средней скорости ветра, указанной в легенде, CBL1 показывает более широкое распределение колебаний скорости приземного ветра, в то время как CBL2 характеризуется более слабыми средними ветрами и колебаниями, имеющими более узкое распределение.Эти различия позволяют тестировать модель распространения пожара с заданным уровнем в различных условиях. Кроме того, спроектированные установки были выбраны таким образом, чтобы размер и схема организации структур турбулентности были другими, как это будет показано позже.

Функции распределения вероятностей колебаний скорости приземного ветра, , для двух турбулентных конвективных ЛПС со средней скоростью ветра у поверхности U _f = 6.2 и 2,4 мс ⁻¹ , соответствующие случаям CBL1 и CBL2 соответственно.

Временная эволюция области возгорания для случая CBL1, показанного на рисунке 7a, демонстрирует более медленную скорость роста для исходного WRF-Fire, при этом различия по сравнению с новым алгоритмом линейно увеличиваются со временем от возгорания. Напротив, различные конфигурации нового WRF-Fire, все включая повторную инициализацию, дискретизацию высокого порядка и пониженную искусственную вязкость, сходятся к почти идентичным результатам, а моделирование с использованием WENO3 в качестве схемы адвекции приводит к немного меньшей площади возгорания.Чтобы ближе познакомиться с различиями в развитии пожара из-за реализации заданного уровня, мгновенно сожженное топливо, , представлен на рисунке 7b. Реализации набора уровней гибридного порядка с использованием WENO3 и WENO5 в качестве схемы высокого порядка приводят к мгновенному сжиганию топлива, очень похожему на эталонный случай с использованием WENO5 во всей области. В частности, средняя разница для реализации WENO5 гибридного порядка составляет -0,3652% со стандартным отклонением 0,8372% (по сравнению с новым WRF-Fire с глобальным WENO5).Аналогичные результаты получены для случая CBL2, представленного на рисунке 8. В этом случае средняя разница для реализации WENO5 гибридного порядка составляет -0,0343% со стандартным отклонением 1,5780%. В обоих случаях исходный WRF-Fire последовательно занижает зону возгорания по сравнению с новой реализацией WRF-Fire. Пример этого эффекта представлен на рисунках 9a и 10a, где = 0 изоконтуры для случаев CBL1 и CBL2 действительны при t = 20 и 55 мин после зажигания показаны соответственно.Такое занижение в значительной степени связано с отсутствием повторной инициализации, что приводит к сильному отклонению поля набора уровня от функции расстояния со знаком, как это показано на изоконтурах набора уровней, соответствующих знак равно : : ] из рисунков 9b и 10b. Сравнение периметров пожара из нового WRF-Fire с использованием дискретизации высокого порядка по всей области и дискретизации гибридного порядка дополнительно демонстрирует точность предлагаемого нами метода гибридного порядка, но значительно снижает вычислительные затраты на алгоритм установки уровня. .

Изменение во времени горизонтально интегрированной (а) доли сгоревшего топлива, , и (б) мгновенное сжигание топлива, . Сравнение исходного WRF-Fire (ENO1, без повторной инициализации, ϵ = 0,4) и нового WRF-Fire с использованием дискретизации высокого порядка во всей области (глобальный) и метода гибридного порядка (локальный), решение повторной инициализации уравнение и с ϵ = 0,1. Турбулентный случай CBL1 с U _g = 15 м с ⁻¹ и = 0.015 тыс. М с ⁻¹ .

Изменение во времени горизонтально интегрированной (а) доли сгоревшего топлива, , и (б) мгновенное сжигание топлива, . Сравнение исходного WRF-Fire (ENO1, без повторной инициализации, ϵ = 0,4) и нового WRF-Fire с использованием дискретизации высокого порядка во всей области (глобальный) и метода гибридного порядка (локальный), решение повторной инициализации уравнение и с ϵ = 0,1. Турбулентный случай CBL2 с U _g = 5 м с ⁻¹ и = 0.050 К м с ⁻¹ .

(a) Пожарный периметр, = 0, для исходного WRF-Fire (ENO1, без повторной инициализации, ϵ = 0,4) и нового WRF-Fire с использованием глобальной дискретизации высокого порядка и метода гибридного порядка (помеченного как локальный) по закрашенным контурам U _ф . (б) Изоконтуры для исходного WRF-Fire и нового алгоритма WRF-Fire с дискретизацией гибридного порядка (повторная инициализация, ϵ = 0.1) по закрашенным контурам вертикальной скорости на z = 100 м. Турбулентный случай CBL1 с U _g = 15 м с ⁻¹ и = 0,015 К м · с ⁻¹ , при т = 20 мин от воспламенения.

(a) Пожарный периметр, = 0, для исходного WRF-Fire (ENO1, без повторной инициализации, ϵ = 0,4) и нового WRF-Fire с использованием глобальной дискретизации высокого порядка и метода гибридного порядка (помеченного как локальный) по закрашенным контурам U _ф .(б) Изоконтуры для исходного WRF-Fire и нового алгоритма WRF-Fire с дискретизацией гибридного порядка (повторная инициализация, ϵ = 0,1) по закрашенным контурам вертикальной скорости на z = 100 м. Турбулентный случай CBL2 с U _g = 5 м с ⁻¹ и = 0,050 К м · с ⁻¹ , при т = 55 мин от воспламенения.

Заметные различия в характеристиках фронта пожара наблюдаются между двумя конвективными пограничными слоями.В случае CBL1 периметр пожара имеет двухлепестковую структуру в результате чередования областей с низкой и высокой горизонтальной скоростью ветра в направлении размаха (рис. 9а). Такая картина потока связана с наличием конвективных валков, возникающих в областях схождения с низкой горизонтальной скоростью ветра и положительной вертикальной скоростью (см. Контуры на Рисунке 9b). Напротив, случай CBL2 представляет собой более однородную форму фронта пожара с изменчивостью, возникающей из-за явного разрешения турбулентных структур, управляющих распространением фронта пожара.В этом случае поле скорости приземного ветра представляет собой чередующиеся в продольном направлении участки с высокой и низкой скоростью, возникающие в результате наличия ячеистой конвекции (см. Рисунок 10). Этот тип конвективных структур вызывает пульсацию мгновенного сжигания топлива с течением времени по сравнению с более устойчивым распределением в случае конвективных валков (сравните рисунки 7b и 8b). Несмотря на непредсказуемость скорости распространения огня и, как следствие, площади возгорания, результаты исходной WRF-Fire качественно напоминают результаты, полученные с новой реализацией WRF-Fire. Мы связываем это с тем, что рассматриваем случаи, когда условия воздействия стационарны и, следовательно, турбулентность однородна, и, что более важно, нет обратной связи от огня в атмосферу. Даже в этих благоприятных условиях трехмерный турбулентный перенос и рассеивание дыма, моделируемый как пассивный индикатор с источником, соответствующим 2% сожженного топлива, демонстрирует большие различия в пространственном распределении, как видно из примера, показанного на рисунке 11, которые имеют тот же порядок величины, что и фактическая концентрация дыма.

(a) Объемная визуализация концентрации дыма (г /кг ) от источника, настроенного на 2% топлива, сожженного с новым WRF-Fire, корпус CBL1 при т = 20 мин после воспламенения. (b) Абсолютная разница в концентрации дыма между оригинальным и новым WRF-Fire. (c, d) То же, что на рисунках 11a и 11b, но для случая CBL2 при t = 55 мин после зажигания.

Помимо проблемы недооценки площади пожара в исходной модели WRF-Fire, периметр пожара демонстрирует меньшую пространственную изменчивость по сравнению с результатами, полученными с использованием нового алгоритма. Чтобы количественно оценить амплитуду пространственных градиентов на фронте пожара, спектры пространственной изменчивости фронта пожара (восточная часть периметра пожара) были рассчитаны в продольном направлении и сравнивались между исходным и новым WRF-Fire для два турбулентных CBL на рисунке 12. Для случая CBL1 обе модели дают аналогичные результаты для волновых чисел, связанных с общей шириной пожара, k <10 ⁻³ м ⁻¹ . Однако для больших k (меньшие пространственные масштабы) оригинальный WRF-Fire систематически занижает энергосодержание из-за эффектов сглаживания, возникающих из-за дискретизации низкого порядка, отсутствия повторной инициализации и большей искусственной вязкости, что по своей сути делает его более диссипативным.В частности, стоит отметить, что новый алгоритм установки уровней, реализованный в WRF-Fire, способен разрешать резкие мелкомасштабные градиенты, возникающие на границе между структурой валков, протекающей через середину фронта огня, в отличие от к тем, которые значительно испорчены оригинальным WRF-Fire (см. рис. 9a). Для случая CBL2 наблюдается почти постоянный сдвиг в ≈4–6 раз больше энергии для всех волновых чисел, при этом исходный WRF-Fire недооценивает амплитуду пространственной изменчивости фронта пожара (см. Рисунок 10a).Обратите внимание на то, что, поскольку мы выполнили несвязанное моделирование, когда линия огня не влияет на поток, и, следовательно, движущиеся турбулентные ветры несут спектрального распределения, характерного для полностью развитой турбулентности в инерционном диапазоне атмосферного пограничного слоя, можно ожидать некоторого наследования таких свойств. В целом спектральные распределения круче, чем у Колмогорова. наклон, который несет нагнетающий турбулентный поток, примерно до распределение. Такое отклонение ожидается из-за разброса в нормальном направлении потока и нелинейной скорости распространения от показателя степени α ₂ в уравнении 10.Также интересно отметить, что может наблюдаться некоторое выравнивание распределения при высоких волновых числах из-за постоянного воздействия большого сдвига между областями высокой и низкой горизонтальной скорости ветра. Эта ситуация вызывает большие градиенты на фронте пожара, как это имеет место для CBL1 с наличием конвективных валков, которые снова ослабляются при моделировании WRF-Fire.

Спектры пространственной изменчивости фронта пожара от нового WRF-Fire с дискретизацией гибридного порядка (сплошные линии) и исходного WRF-Fire (пунктирные линии) для турбулентных случаев CBL1 и CBL2.

Лесной пожар 5 Последний шанс

В этом разделе проводится дальнейшее тестирование и оценка нового алгоритма WRF-Fire для реального лесного пожара. Для этой цели мы выбрали Пожар последнего шанса, который произошел в Колорадо в июне 2012 года, сгорел несколько строений в городе Последнего шанса (к востоку от Денвера), и в результате возникла большая сожженная территория площадью около 45000 акров (≈182 км ^{). 2} ) по мере распространения лесного пожара в сторону Вудро. Возгорание «Последнего шанса» возникло из-за искр, возникших от спущенной шины на проезжающем автомобиле возле государственной автомагистрали 71, примерно в 5 км к югу от «Последнего шанса». Атмосферные условия состояли из высоких температур и низкой влажности, которые способствовали частичному высыханию топлива, вместе с сильными синоптическими ветрами, что в совокупности привело к быстрому распространению огня за относительно короткий период времени. В этих условиях можно предположить, что лесной пожар «Последний шанс» был вызван погодными условиями, и поэтому несвязанное моделирование распространения огня, вероятно, даст разумные результаты.

Для моделирования пожара «Последний шанс» WRF был настроен с использованием трех вложенных областей с горизонтальным разрешением 9, 1 и 111 м (коэффициент вложенности 9), причем самая внутренняя область содержит пожар и покрывает площадь 26 × 26 км. ² .Чтобы извлечь выгоду из 30-метровых категорий топлива с высоким разрешением из базы данных LANDFIRE без существенного увеличения вычислительных затрат на моделирование, сетка пожаротушения, в которой решается набор уровней, была дополнительно уточнена из разрешения атмосферной сетки с коэффициентом 4 в обоих горизонтальных направлениях ( Δ _пожар ≈ 28 м). Была выполнена билинейная интерполяция полей атмосферного ветра, чтобы обеспечить требуемую скорость ветра на средней высоте пламени с более высоким разрешением на сетке пожара. В вертикальной координате было установлено 45 уровней, охватывающих от поверхности до высоты, соответствующей 200 гПа (≈12 км), с вертикальным размером сетки, постепенно увеличивающимся с высотой, чтобы обеспечить лучшее представление структур ABL.При моделировании использовались следующие физические параметризации: схема WRF Single-Moment с шестью классами для микрофизики (Hong & Lim, 2006), схема RRTMG для длинноволнового излучения (Iacono et al., 2008), схема Dudhia для коротковолнового излучения (Dudhia, 1989). ), Модель земной поверхности Ноа (Chen & Dudhia, 2001), схема планетарного пограничного слоя MYNN (Nakanishi & Niino, 2006) (только в областях 9 и 1 км) и схема поверхностного слоя, основанная на теории подобия Монина-Обухова. (Хименес и др., 2012). В области разрешения 111 м была применена формула трехмерного смешения LES, как и в разделе 4. Продукт реанализа ERA-40 (Uppala et al., 2005) использовался для получения крупномасштабных начальных и граничных условий каждые 6 часов в течение моделируемого периода (с 25 июня 18:00 UTC до 26 июня 09:00 UTC).

Пожар «Последний шанс» загорелся 25 июня, примерно в 19:30 по всемирному координированному времени (13:30 по местному времени). На рисунке 13 показаны периметры пожара из оригинального и нового WRF-Fire, действительные при т. = 3 часа после возгорания (25 июня 22:30 LT), вместе с окончательной зоной возгорания, полученной в результате проекта мониторинга тенденций в степени тяжести ожогов (MTBS) (совместная инициатива из Геологической службы США и Лесной службы США, http: // mtbs.gov /). Выгоревшая область, полученная в результате моделирования с использованием нового WRF-Fire, демонстрирует четыре отдельных участка с тремя ответвлениями, выходящими за пределы дороги, которая ограничивает самую большую из четырех областей. Такое поведение происходит из-за наличия дороги, которая рассматривается моделью скорости распространения как категория без топлива с соответствующей нулевой скоростью распространения. Однако на этой дороге есть три пробела, через которые может проходить заданный уровень, в результате категорического присвоения классов топлива каждой ячейке и размера противопожарной сети (сопоставимой с реальной дорогой).Напротив, моделирование с использованием исходного алгоритма набора уровней WRF-Fire не могло распространяться через разрывы в двух-трех точках сетки без топлива, нереально оставаясь ограниченными дорогой. Этот эффект вызван большими ошибками в решении уравнения набора уровней, что приводит к чрезмерно диссипативному решению, которое подавляет требуемые мелкомасштабные градиенты для распространения уровня, установленного через промежутки между дорогами. В более позднее время зона возгорания из новой симуляции WRF-Fire перестает расти после достижения пересечения между US Highway 36 (запад-восток) и State Highway 71 (юг-север) в Last Chance.В этом случае обе дороги образуют непрерывную линию без точек заправки (пожарный разрыв), и поэтому наша модель не может перепрыгнуть через них. В действительности, обнаружение искр и / или углей, переносимых сильным ветром, возникшим во время пожара «Последний шанс», привело к возникновению новых возгораний, которые прошли по дорогам, что позволило огню продолжить распространение, как это видно из последней выгоревшей области, показанной на Рисунке 13.

периметра пожара от нового и оригинального WRF-Fire через 3 часа после возгорания (25 июня 22:30 LT) вместе с последним участком пожара от лесного пожара «Последний шанс».Периметры пожара нанесены на залитые контуры, изображающие распределение типов топлива, используемых для моделирования (включая дороги).

Для реалистичного перехода через топливные паузы для лесного пожара «Последний шанс» потребуется точное представление обнаружения, которое не было реализовано. Поэтому, зная, что обнаружение головешков привело к распространению огня по дорогам, моделирование было повторено с распределением топлива, при котором дороги были отфильтрованы (см. Рисунок 14).Кроме того, использовалась более реалистичная точка воспламенения, полученная на основе спутниковых данных комплекса видимых инфракрасных изображений (VIIRS) на ранних стадиях пожара. В результатах на Рисунке 13 использовалась точка возгорания, соответствующая южной точке наблюдаемого периметра от MTBS, что, несмотря на то, что основное направление распространения огня было северным, способствовало завышению площади пожара в юго-западной части периметра из-за распространения в обратном направлении. в направлении ветра, известном как обратный огонь.Периметры пожара при т. = 11 ч 30 мин после возгорания (26 июня 07:00 LT) демонстрируют реалистичную форму по сравнению с площадью пожара по данным наблюдений MTBS, при этом исходный WRF-Fire недооценивает распространение огня в северо-восточном направлении. Кроме того, улучшенный алгоритм установки уровня, реализованный в WRF-Fire, более эффективен при боковом распространении в регионах за отсутствием топливных кластеров, где исходный WRF-Fire имеет тенденцию испытывать трудности с распространением.

периметра пожара от нового и оригинального WRF-Fire через 11 часов 30 минут после возгорания (26 июня 07:00 LT), вместе с последним участком пожара от лесного пожара «Последний шанс».Периметры пожара нанесены на залитые контуры, изображающие распределение типов топлива, использованных для моделирования (за исключением дорог).

Хотя общие результаты пожара «Последний шанс» можно рассматривать как удовлетворительно точные, при сравнении с наблюдаемым периметром пожара в деталях присутствуют некоторые расхождения. В частности, есть области, ограничивающие наблюдаемую зону пожара, которые характеризуются прямыми линиями, которых нет в нашем моделировании. Некоторые из них соответствуют дорогам, которые мы удалили, но некоторые другие являются характеристиками топлива, не отраженными в нашей базе данных.Кроме того, модель не учитывает какие-либо противопожарные мероприятия и противопожарные перемычки на месте, которые могли повлиять на эволюцию периметра. Эти результаты демонстрируют необходимость в точных топливных картах, которые потенциально могут быть динамически изменены на лету при выполнении оперативного прогнозирования лесных пожаров, чтобы учесть действия по тушению пожаров, такие как разрывы топлива и ограниченное распространение определенных частей периметра пожара. Кроме того, хотя текущая формула скорости распространения огня учитывает обнаружение на малых расстояниях, модель обнаружения на больших расстояниях является желательной функцией для улучшения характеристик модели.Тем не менее, этот реальный случай демонстрирует потенциал операционных моделей лесных пожаров, основанных на возможностях численного прогнозирования погоды с высоким разрешением для поддержки мероприятий по тушению пожаров.

6 Заключение и обсуждение

Подробно исследованы численные аспекты метода установки уровней для приложений моделирования лесных пожаров. Для этой цели мы реализовали дискретизацию набора уровней высокого порядка, включая уравнение повторной инициализации в пакете физики лесных пожаров WRF-Fire в модели исследования и прогнозирования погоды, и систематически проанализировали важность реализации набора уровней. Было рассмотрено несколько случаев возрастающей сложности: однородное поле скоростей, два идеализированных конвективных пограничных слоя и лесной пожар «Последний шанс». Показано, что обычная реализация, используемая моделями лесных пожаров с заданным уровнем (т. Е. Дискретизация первого порядка без решения уравнения повторной инициализации), приводит к ошибкам скорости распространения в диапазоне 10–35% для типичных размеров сетки (Δ = 12,5 –100 м) и, как следствие, значительное занижение площади возгорания. Помимо недооценки площади пожара, эти реализации с установкой уровня низкого порядка приводят к искривленным очертаниям пожара в отсутствие обратной связи с атмосферой из-за недооценки градиентов установленного уровня, что ложно способствует дальнейшему увеличению естественного сужения площади пожара, ожидаемого при лесном пожаре. -атмосферное моделирование травяных пожаров.За счет включения схем WENO третьего или пятого порядка и решения PDE повторной инициализации новый алгоритм WRF-Fire приводит к существенному уменьшению ошибки скорости распространения, и для которого сетка в 8 раз грубее, чем исходная WRF- Для достижения аналогичных результатов необходима реализация уровня Fire или WRF-SFIRE. Более того, мы показываем, что уменьшенный коэффициент искусственной вязкости ϵ = 0,1 позволяет ошибкам нового алгоритма набора уровней WRF-Fire стать почти независимыми от сетки и ниже 1%, и при этом обеспечить численную стабильность решений с набором уровней.Также обнаружено, что недооценка площади огня на резком переходе между фронтом огня и боковыми флангами снижается в несколько раз. 7 по сравнению с исходной реализацией набора уровней WRF-Fire или WRF-SFIRE.

Метод установки уровня гибридного порядка с локально уменьшенной искусственной вязкостью был предложен для существенного снижения затрат, связанных с дискретизацией высокого порядка. При таком подходе в полосе, окружающей границу, используется только дискретизация высокого порядка, что в сочетании с более низкой искусственной вязкостью для дальнейшего повышения точности.Как правило, не более 20–30% области будет частью диапазона высокого порядка (в зависимости от случая), поэтому увеличение вычислительных затрат составляет примерно менее 10% в случае реализации двумерного набора уровней в пределах трехмерный атмосферный решатель, как в моделях лесных пожаров. Этот предложенный подход был протестирован на двух конвективных ABL с явным разрешением турбулентности в режиме LES (Δ = 12,5 м), с ошибками в мгновенном сжигании топлива по сравнению с глобальными реализациями набора уровней высокого порядка ≈1% и незначительными различиями в возгорании. площадь (≈0.01%, на два порядка меньше). Напротив, оригинальный WRF-Fire систематически недооценивает площадь пожара, а также размывает градиенты на фронте пожара, что проявляется в понижении уровней энергии в 4–6 раз в энергетических спектрах. Кроме того, оригинальный WRF-Fire не может правильно захватывать резкие градиенты, возникающие при переходе от низкоскоростной к высокоскоростной области. Более того, турбулентный перенос и рассеивание пассивного индикатора дыма, выделяемого по мере распространения фронта пожара, выявляет пространственные различия в концентрации дыма того же порядка, что и концентрация дыма с новым алгоритмом WRF-Fire.Мы предполагаем, что эти различия, вероятно, будут еще больше усиливаться при выполнении совместного моделирования, поскольку обратная связь от огня к атмосфере будет изменять местные вынуждающие ветры, а нелинейности в реакции турбулентного потока ABL постоянно вносят вклад в различия в решениях. Кроме того, моделирование реальных лесных пожаров события «Последний шанс» продемонстрировало дополнительные преимущества высокоточных алгоритмов установки уровня при распространении через узкие зазоры в топливе и расширении через заднюю часть кластеров без топлива.

Здесь мы сосредоточились на оценке влияния алгоритма установки уровня в несвязанном моделировании, чтобы изолировать эффект численной реализации. Для установки уровня или любого другого метода отслеживания и распространения фронта пожара (например, трассирующих частиц, маркеров) требуется, чтобы в каждой точке, соответствующей фронту пожара, была указана локальная скорость распространения. Для скорости распространения мы использовали полуэмпирическую модель Ротермеля, которая является стандартом для параметризованной скорости распространения в связанных моделях лесных пожаров и атмосферы (например,г., Clark et al., 2004; Коэн и др., 2013; Филиппи и др., 2009; Mandel et al., 2011). Однако такая параметризация была разработана как массовое распространение пожара на основе невозмущенного ветра перед очагом пожара на заданной высоте. В отсутствие атмосферных обратных связей использование модели Ротермеля может по-прежнему давать разумные результаты с той разницей, что она была разработана как объемное приближение для всего фронта пожара, а не для каждой точки периметра независимо. Хотя точность разработанного здесь алгоритма установки уровня не зависит от конкретной используемой формулировки скорости распространения, производительность модели при совместном моделировании лесных пожаров может быть улучшена за счет использования локальной параметризации скорости распространения, которая учитывает специфическая модификация атмосферного потока на фронте пожара из-за обратной связи с лесными пожарами.

Наконец, еще один аспект, требующий дальнейшего изучения, – это взаимодействие между турбулентностью на воздушной подушке и лесными пожарами. Недавнее численное моделирование Canfield et al. (2014) предполагают, что серия продольных пар вихрей, возникших в результате пожара, создает регулярный чередующийся рисунок зон восходящей и нисходящей промывки, что является доминирующим процессом в динамике и распространении пожара. Их результаты были получены в отсутствие разрешенной турбулентности притока, когда пожар был вызван средним профилем вертикального сдвига ветра.Однако наша турбулентная разрешающая, но несвязанная концентрация дыма из моделирования конвективного ABL, показанного на рисунке 11a, демонстрирует, что подобные типы структур, такие как конвективные валки, уже присутствуют в приповерхностной области атмосферы. Мы ожидаем, что разработка точной связанной модели лесных пожаров-атмосфера внесет существенный вклад в понимание таких сложных взаимодействий, в частности, при наличии различных погодных условий и других неоднородностей, таких как рельеф местности и распределение топлива, с использованием недавних усилий по многомасштабному моделированию (Muñoz- Esparza et al., 2017).

Благодарности

Все симуляции были выполнены на суперкомпьютере Йеллоустоун в Национальном центре атмосферных исследований (NCAR). Трехмерные визуализации были созданы с помощью VAPOR (Clyne et al. , 2007), разработанного как приложение с открытым исходным кодом Национальным центром атмосферных исследований и при спонсорской поддержке Национального научного фонда. Описанный здесь алгоритм установки уровня общедоступен в WRF версии 4.0, доступный по адресу http://www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/download/get_source.html.

Список литературы

• Адальштейнссон, Д., & Сетиан, Дж. (1995). Метод быстрой установки уровня для распространения интерфейсов. Журнал вычислительной физики , 118 (2), 269–277.
• Альбини, Ф.А., & Рейнхардт, Э. Д. (1995). Моделирование воспламенения и скорости горения крупных древесных природных топлив. Международный журнал лесных пожаров , 5 (2), 81–91.
• Андерсон, Х. Э. (1982). Помощь в определении топливных моделей для оценки поведения при пожаре (Gen. Tech. Rep. INT-122).
• Бова, А.С., Мелл, У. Э., & Хоффман, К. М. (2016). Сравнение методов набора уровней и маркеров для моделирования распространения фронта лесных пожаров. Международный журнал лесных пожаров , 25 (2), 229–241.
• Кальдерер, А., Канг, С., & Сотиропулос, Ф. (2014). Метод погруженных границ с установкой уровня для совместного моделирования взаимодействия воздуха и воды со сложными плавучими конструкциями. Журнал вычислительной физики , 277, 201–227.
• Кэнфилд, Дж., Линн Р., Зауэр, Дж., Финни, М., & Фортофер, Дж. (2014). Численное исследование взаимосвязи между длиной линии огня, геометрией и скоростью распространения. Сельскохозяйственная и лесная метеорология , 189, 48–59.
• Чен, Ф., & Дудхия, Дж. (2001). Соединение усовершенствованной модели поверхности суши и гидрологии с системой моделирования Penn State – NCAR MM5. Часть I: Реализация модели и чувствительность. Ежемесячный обзор погоды , 129 (4), 569–585.
• Чейни, Н., Гулд, Дж., & Catchpole, W. (1993). Влияние топлива, погоды и формы пожара на распространение пожара на пастбищах. Международный журнал лесных пожаров , 3 (1), 31–44.
• Чопп, Д. Л. (1993). Вычисление минимальных поверхностей с помощью потока кривизны заданного уровня. Журнал вычислительной физики , 106 (1), 77–91.
• Кларк, Т. Л., Коэн, Дж., & Латам, Д. (2004). Описание связанной модели атмосфера – огонь. Международный журнал лесных пожаров , 13 (1), 49–63.
• Кларк, Т. Л., Дженкинс, М.А., Коэн, Дж., & Пакхэм, Д. (1996a). Совместная модель атмосферы и огня: конвективная обратная связь по динамике линии огня. Журнал прикладной метеорологии , 35 (6), 875–901.
• Кларк, Т. Л., Дженкинс, М.А., Коэн, Дж., & Пакхэм, Д.Р. (1996b). Совместная модель атмосферы и огня: роль конвективного числа фронта и динамической аппликатуры на линии огня. Международный журнал лесных пожаров , 6 (4), 177–190.
• Клайн, Дж., Минини, П., Нортон, А., & Раст, М. (2007). Интерактивный настольный анализ моделирования с высоким разрешением: приложение к динамике турбулентного шлейфа и формированию токового слоя. Новый журнал физики , 9 (8), 301.
• Коэн, Дж. Л., Кэмерон, М., Михалакес, Дж., Паттон, Э. Г., Ригган, П. Дж., И Единак, К. М. (2013). WRF-Fire: совместное моделирование погодных условий и лесных пожаров с моделью исследования и прогнозирования погоды. Журнал прикладной метеорологии и климатологии , 52 (1), 16–38.
• Дудхия, Дж. (1989). Численное исследование конвекции, наблюдаемой во время зимнего муссонного эксперимента, с использованием мезомасштабной двумерной модели. Журнал атмосферных наук , 46 (20), 3077– 3107.
• Филиппи, Дж. Б., Боссер, Ф., Мари, К., Лак, К., Ле Муань, П., Cuenot, B., et al. (2009). Совместное моделирование пожаров атмосферы и диких земель. Журнал достижений в моделировании земных систем , 1, 11.https://doi.org/10.3894/JAMES.2009.1.11
• Гранди, Б. С., Ли, Х.-Х. и Ван, К. (2016). Радиационные эффекты межгодовых выбросов аэрозолей от пожаров, изменяющихся в сравнении с межгодовыми неизменными. Химия и физика атмосферы , 16 (22), 14495–14513.
• Хонг, С. -Y., & Лим, Ж.-О. Дж. (2006). Схема одномоментной 6-классной микрофизики WRF (WSM6). Журнал Корейского метеорологического общества , 42 (2), 129–151.
• Яконо, М. Дж., Деламер, Дж. С., Млавер, Э. Дж., Шепард, М. В., Клаф, С.А., & Коллинз, В. Д. (2008). Радиационное воздействие долгоживущих парниковых газов: расчеты с использованием моделей переноса излучения по воздуху. Журнал геофизических исследований , 113, D13103. https://doi.org/10.1029/2008JD009944
• Цзян, Г.-С., & Шу, Ч.-В. (1996). Эффективная реализация взвешенных схем ENO. Журнал вычислительной физики , 126, 202–228.
• Хименес, П. А., Дудия, Дж., Гонсалес-Руко, Х. Ф., Наварро, Дж., Монтавес, Дж. П., & Гарсия-Бустаманте, Э. (2012). Пересмотренная схема рецептуры поверхностного слоя WRF. Ежемесячный обзор погоды , 140 (3), 898–918.
• Лаутенбергер, К. (2013). Моделирование лесных пожаров с помощью метода заданных уровней Эйлера и автоматической калибровки. Журнал пожарной безопасности , 62, 289–298.
• Лилли, Д.К. (1966). О применении концепции вихревой вязкости в инерционном поддиапазоне турбулентности (NCAR Tech. Rep. 123).
• Лилли, Д. К. (1967). Представление мелкомасштабной турбулентности в экспериментах по численному моделированию . Документ, представленный на симпозиуме IBM по научным вычислениям по наукам об окружающей среде (стр. 195– 210).
• Линн, Р.Р., & Каннингем, П. (2005). Численное моделирование травяных пожаров с использованием связанной модели атмосферы и пожара: основные характеристики пожара и зависимость от скорости ветра. Журнал геофизических исследований , 110, D13107. https://doi.org/10.1029/2004JD005597
• Луо, Дж., Ху, X., & Адамс, Н. (2016). Эффективная формулировка разделения масштабов для многомасштабного моделирования межфазных потоков. Журнал вычислительной физики , 308, 411–420.
• Маллет, В. , Киз, Д., & Фенделл, Ф. (2009). Моделирование распространения лесных пожаров с помощью методов установки уровня. Компьютеры и математика с приложениями , 57 (7), 1089–1101.
• Мандель, Дж., Бизли, Дж., & Кочанский, А. (2011). Совместное моделирование пожаров в атмосфере и диких землях с помощью WRF 3.3 и SFIRE 2011. Разработка геологических моделей , 4, 591–610.
• Мелл, В., Дженкинс, М.А., Гулд, Дж., & Чейни, П. (2007). Основанный на физике подход к моделированию пожаров на пастбищах. Международный журнал лесных пожаров , 16 (1), 1–22.
• Монин, А. , & Обухов, А. (1954). Основные законы турбулентного перемешивания в приземном слое атмосферы. Материалы Геофизического института Словацкой академии наук СССР , 151, 163– 187.
• Мотамед, М., Макдональд, К. Б., & Руут, С. Дж. (2011). О линейной устойчивости дискретизации WENO пятого порядка. Журнал научных вычислений , 47 (2), 127–149.
• Муньос-Эспарса, Д., Косович, Б., Гарсиа-Санчес, К., & ван Бек, Дж. (2014). Вложенная турбулентность в морском конвективном пограничном слое с использованием моделирования крупных вихрей. Метеорология пограничного слоя , 151 (3), 453–478.
• Муньос-Эспарса, Д. , Лундквист, Дж. К., Зауэр, Дж. А., Косович, Б., & Линн, Р. Р. (2017). Комбинированное мезомасштабное моделирование дневного цикла с помощью LES во время полевой кампании CWEX-13: от погоды до вихрей в пограничном слое. Журнал достижений в моделировании земных систем , 9, 1572–1594. Https://doi.org/10.1002/2017MS000960
• Наканиши М., & Ниино, Х. (2006). Усовершенствованная модель Меллора – Ямады уровня 3: ее численная стабильность и применение для регионального предсказания адвективного тумана. Метеорология пограничного слоя , 119 (2), 397–407.
• Ошер, С., & Fedkiw, R. (2006). Методы набора уровней и динамические неявные поверхности (Том 153). Берлин, Германия: Springer Science & Business Media.
• Ошер, С., & Сетиан, Дж. А. (1988). Фронты распространяются со скоростью, зависящей от кривизны: алгоритмы, основанные на формулировках Гамильтона – Якоби. Журнал вычислительной физики , 79 (1), 12–49.
• Патон-Уолш, К., Эммонс, Л. К., & Видинмайер, К. (2012). Черные субботние пожары в Австралии – Сравнение методов оценки выбросов от пожаров растительности. Атмосферная среда , 60, 262–270.
• Пэн, Д., Мерриман, Б., Ошер, С., Чжао, Х., & Канг М. (1999). Метод быстрой установки локального уровня на основе PDE. Журнал вычислительной физики , 155 (2), 410–438.
• Рем, Р. Г., & Макдермотт, Р. Дж. (2009). Распространение фронта пожара с использованием метода установки уровня (технический отчет NIST 1611). Вашингтон, округ Колумбия: Министерство торговли США, Национальный институт стандартов и технологий.
• Рошу, М. К., Риччи, С., Люкор, Д., Куэно, Б., & Труве, А. (2014). На пути к прогнозируемому моделированию распространения лесных пожаров на основе данных – Часть I: Ансамблевый фильтр Калмана с уменьшенной стоимостью, основанный на суррогатной модели Полиномиального Хаоса для оценки параметров. Опасные природные явления и науки о Земле , 14 (11), 2951–2973.
• Ротермель, Р. С. (1972). Математическая модель для прогнозирования распространения пожара в виде топлива из диких земель (Исследовательский документ INT-115 лесной службы Министерства сельского хозяйства США).
• Сетиан, Дж. А. (1996). Метод быстрого маршевого набора уровней для монотонно продвигающихся фронтов. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки , 93 (4), 1591–1595.
• Салливан, А.Л. (2009). Моделирование распространения пожаров на поверхности природных территорий, 1990–2007 гг. 2: Эмпирические и квазиэмпирические модели. Международный журнал лесных пожаров , 18 (4), 369–386.
• Сассман, М. , Смерека, П., & Ошер, С. (1994). Подход с набором уровней для расчета решений для несжимаемого двухфазного потока. Журнал вычислительной физики , 114 (1), 146–159.
• Уппала, С.М., П., Коллберг, А., Симмонс, У., Андрэ, В. Д., Бехтольд, М., Fiorino, J., et al. (2005). Повторный анализ ERA-40. Ежеквартальный журнал Королевского метеорологического общества , 131 (612), 2961–3012.
• Ван, Р., & Спитери, Р. Дж. (2007). Линейная неустойчивость метода WENO пятого порядка. Журнал СИАМ по численному анализу , 45 (5), 1871–1901.
• Видинмайер, К., Акаги, С. , Йокельсон, Р. Дж., Эммонс, Л., Ас-Саади, Дж., Орландо, Дж. И др. (2011). Инвентаризация пожаров от NCAR (FINN): глобальная модель высокого разрешения для оценки выбросов от открытого сжигания. Разработка геонаучных моделей , 4 (3), 625–641.
• Сюй, Ж.-Дж., Ян, Ю., & Ловенгруб, Дж. (2012). Метод континуума с заданным уровнем для двухфазных потоков с нерастворимым поверхностно-активным веществом. Журнал вычислительной физики , 231 (17), 5897–5909.
• Ян, Дж., & Стерн, Ф. (2009). Четкая граница раздела погруженных границ / метод установки уровня для взаимодействий волны с телом. Журнал вычислительной физики , 228 (17), 6590–6616.

Оценка и оптимизация механизма быстрой инерционной релаксации (пожара) для минимизации энергии при атомистическом моделировании и его реализация в лампах

% PDF-1. 4 % 1 0 объект > эндобдж 10 0 объект /Заголовок /Предмет / Автор /Режиссер / CreationDate (D: 20211213201317-00’00 ‘) / CrossMarkDomains # 5B1 # 5D (elsevier.com) / CrossMarkDomains # 5B2 # 5D (sciencedirect.com) / CrossmarkDomainExclusive (истина) / CrossmarkMajorVersionDate (23 апреля 2010 г.) / ElsevierWebPDFS Технические характеристики (6.5) / Ключевые слова (атомистическое моделирование; релаксация; псевдодинамика; лампы; огонь; imd;) / ModDate (D: 20200229223846Z) / doi (10.1016 / j.commatsci.2020.109584) / роботы (noindex) >> эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > эндобдж 4 0 объект > эндобдж 5 0 объект > эндобдж 6 0 объект > эндобдж 7 0 объект > эндобдж 8 0 объект > ручей приложение / pdfdoi: 10.1016 / j.commatsci.2020.109584

1. Оценка и оптимизация механизма быстрой инерционной релаксации (fire) для минимизации энергии при атомистическом моделировании и его реализация в лампах
2. Жюльен Геноле
3. Вольфрам Г. Нёринг
4. Aviral Vaid
5. Фредерик Улле
6. Чжуочэн Се
7. Аруна Пракаш
8. Эрик Битцек
9. Атомистическое моделирование
10. Релаксация
11. Псевдодинамика
12. лампы
13. пожар
14. imd
15. Elsevier
16. Вычислительное материаловедение, 175 (2020) 109584. DOI: 10.1016 / j.commatsci.2020.109584
journalВычислительное материаловедение © 2020 Авторы. Опубликовано Elsevier B.V.0927-025617510958410958410.1016 / j.commatsci.2020.109584 https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2020.1095842010-04-23true10.1016/j.commatsci.2020.109584
17. elsevier.com
18. sciencedirect.com
10.1016 / j.commatsci.2020.1095842010-04-23truenoindex
19. elsevier.com
20. sciencedirect.com
VoRElsevier2020-02-29T22: 38: 46Z2020-02-29T22: 38: 46Z2020-02-29T22: 38: 46ZTrueAtomistic моделирование; Расслабление; Псевдодинамика; лампы; Пожар; imd; uuid: d4d80304-0e24-481f-999a-88b6c75uuid: a8e6f75c-79c5-4c32-a419-c16d4b22e6f4
21. http: // creativecommons.org / licenses / BY / 4.0 /
конечный поток эндобдж 9 0 объект > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > эндобдж 14 0 объект > эндобдж 15 0 объект > эндобдж 16 0 объект > эндобдж 17 0 объект > эндобдж 18 0 объект > эндобдж 19 0 объект > эндобдж 20 0 объект > эндобдж 21 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC / ImageB / ImageI] >> эндобдж 22 0 объект > ручей x ڝ YK # ﯨ? ZzAH ߂ = tǹd)? | 30 \ RIIy_ ,% + N , 3, / | km $ T΅ / ͹XnPD \ ie ל 2 uM. (‘xJnIxL |, 3N;] точка (QD w! Q \ $ BZ anmy ~ Nw; oMP% t) F | + nvZZ # 8H [Fz ۥ 4: ߿ SnP “! i N’ & g2; k ܧ K & oWTRZb” # S% ” & UP> (P | `’r4C] C” CNP2un.vA כ Q (: zD% T5 $ `i: PU # VGu + 们 tx ~

8DQmg̒ ݡ 9 c, R0Dh˫͡uZTFj! K + SN; ˺ {8 & Т.е. {nw ׉ CT * ROX + _X% L? QȷWn3QY05 # B﵇p0 c @ uF 0 F3Fs) b] 3% = R # 1BɻWXUYЎ0U.

Алгоритм, помогающий проектировать моделирование пожара и другие работы с базами данных

Алгоритм, помогающий проектировать моделирование пожара и другие работы с базами данных | Treesearch Перейти к основному содержанию

.gov означает, что это официально.
Веб-сайты федерального правительства часто заканчиваются на .gov или .mil. Прежде чем делиться конфиденциальной информацией, убедитесь, что вы находитесь на сайте федерального правительства.

Сайт безопасен.
https: // гарантирует, что вы подключаетесь к официальному веб-сайту и что любая предоставляемая вами информация шифруется и безопасно передается.

Тип публикации:

Общий технический отчет (GTR)

Первичная станция (и):

Тихоокеанская юго-западная исследовательская станция

Источник:

Gen.Tech. Представитель PSW-9. Беркли, Калифорния: Министерство сельского хозяйства, лесной службы США, Pacific Southwest Forest and Range Exp. Стн. 4 п.

Описание

Данные, необходимые для моделирования пожара, могут быть доступны с помощью алгоритма, основанного на отслеживании границ, состоящих из отрезков прямых линий. Полезные предположения состоят в том, что если замкнутая граница не содержит заданной точки, то любая другая замкнутая граница, содержащаяся в первой, не содержит местоположения; и что данное местоположение будет содержаться в замкнутой границе, если количество пересечений конечного линейного сегмента, проведенного из местоположения в известную точку внутри замкнутой границы, является четным.Описанный метод аналогичен по точности существующим альтернативным методам и может иметь преимущества. Это также может быть полезно в других типах работы с базами данных.

Цитата

Мис, Ромен. 1974. Алгоритм, помогающий спроектировать моделирование пожара и другие работы с базами данных. Gen. Tech. Представитель PSW-9. Беркли, Калифорния: Министерство сельского хозяйства, лесной службы США, Pacific Southwest Forest and Range Exp.Стн. 4 п.

Примечания к публикации

• Мы рекомендуем вам также распечатать эту страницу и прикрепить ее к распечатке статьи, чтобы сохранить полную информацию о цитировании.
• Эта статья была написана и подготовлена ​​служащими правительства США в официальное время и поэтому находится в открытом доступе.

https: // www.fs.usda.gov/treesearch/pubs/26933

Алгоритм раннего обнаружения возгорания с использованием IP-камер

DOI: 10,3390 / s120505670. Epub 2012 3 мая.

Принадлежности Расширять

Принадлежность

• ¹ Высшая школа, ESIME-Culhuacan, Национальный политехнический институт, Av.Санта-Ана, нет. 1000, полковник Сан-Франциско Кульуакан, Мексика, округ Колумбия, 04430, Мексика. [email protected]
Бесплатная статья PMC

Элемент в буфере обмена

Леонардо Миллан-Гарсия и др. Датчики (Базель). 2012 г.

Бесплатная статья PMC Показать детали Показать варианты

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

DOI: 10.3390 / с120505670. Epub 2012 3 мая.

Принадлежность

• ¹ Высшая школа, ESIME-Culhuacan, Национальный политехнический институт, Av. Санта-Ана, нет. 1000, полковник Сан-Франциско Кульуакан, Мексика, округ Колумбия, 04430, Мексика. Миллан[email protected]

Элемент в буфере обмена

Полнотекстовые ссылки Опции CiteDisplay

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

Абстрактный

Присутствие дыма – первый признак пожара; поэтому для раннего обнаружения пожара очень важна точная и быстрая оценка наличия дыма.В этой статье мы предлагаем алгоритм для обнаружения дыма с использованием видеопоследовательностей, снятых камерами по Интернет-протоколу (IP), в котором используются важные характеристики дыма, такие как цвет, движение и свойства роста. Для эффективного обнаружения дыма на платформе IP-камеры алгоритм обнаружения должен работать непосредственно в области дискретного косинусного преобразования (DCT), чтобы снизить вычислительные затраты, избегая полного процесса декодирования, необходимого для алгоритмов, работающих в пространственной области. В предложенном алгоритме используется метод взаимного преобразования DCT для повышения точности обнаружения без операции обратного DCT. В предложенной схеме сначала оцениваются возможные области дыма с использованием свойств движения и цветного дыма; Далее с помощью морфологических операций шум снижается. Наконец, свойства роста потенциальных областей дыма анализируются с течением времени с использованием техники маркировки связанных компонентов. Результаты оценки показывают, что достижимый метод обнаружения дыма с вероятностью ложноотрицательных и ложноположительных ошибок, приблизительно равных 4% и 2%, соответственно.

Ключевые слова: DCT; Взаимное преобразование DCT; Айпи камера; раннее обнаружение пожара; обнаружение дыма; видеонаблюдение.

Цифры

Рисунок 1.

Блок-схема предлагаемого…

Рисунок 1.

Блок-схема предлагаемой схемы обнаружения дыма.

Рисунок 1.

Блок-схема предлагаемой схемы обнаружения дыма.

Рисунок 2.

Обнаружение потенциальных дымовых блоков;…

Рисунок 2.

Обнаружение потенциальных дымовых блоков; ( a ) и ( b ) подряд…

Фигура 2.

Обнаружение потенциальных дымовых блоков; ( a ) и ( b ) последовательные кадры и ( c ) двоичное изображение B _t .

Рисунок 3.

Снижение шума за счет морфологического отверстия…

Рисунок 3.

Снижение шума за счет морфологического открытия. ( a ) двоичное изображение, полученное…

Рисунок 3.

Снижение шума за счет морфологического открытия. ( a ) двоичное изображение, полученное уравнением (17) и ( b ) двоичное изображение после морфологического открытия.

Рисунок 4.

Двоичные изображения M̂ _{t −1…}

Рисунок 4.

Двоичные изображения M̂ _{t −1} и M̂ _t , полученные с применением уравнения (19) к…

Рисунок 4.

Двоичные изображения M̂ _{t -1} и M̂ _t , полученные с применением уравнения (19) к каждой области-кандидату.

Рисунок 5.

Обнаружение области дымовых кандидатов. (…

Рисунок 5.

Обнаружение области дымовых кандидатов. ( a ) с использованием морфологической операции ( b )…

Рисунок 5.

Обнаружение области дымовых кандидатов.( a ) с использованием морфологической операции ( b ) без морфологической операции.

Рисунок 6.

Направление распространения дымовых областей.

Рисунок 6.

Направление распространения дымовых областей.

Рисунок 6.

Направление распространения дымовых областей.

Рисунок 7.

( a ) Описание условия, задаваемого уравнениями (22) и (…

Рисунок 7.

( a ) Описание условия, заданного уравнениями (22) и ( b ) Пример расширения трех возможных областей дыма A ¹ , A ² и A ³ .

Рисунок 8.

Некоторые из использованных видеопоследовательностей…

Рисунок 8.

Некоторые видеопоследовательности, использованные при оценке предложенного алгоритма.

Рисунок 8.

Некоторые видеопоследовательности, использованные при оценке предложенного алгоритма.

Рисунок 8.

Некоторые из использованных видеопоследовательностей…

Рисунок 8.

Некоторые видеопоследовательности, использованные при оценке предложенного алгоритма.

Рисунок 8.

Некоторые видеопоследовательности, использованные при оценке предложенного алгоритма.

Рисунок 9.

Поведение R ^k ( t ), k = 1… K a…

Рисунок 9.

Поведение R ^k ( t ), k = 1… K видеопоследовательности с дымом.

Рисунок 9.

Поведение R ^k ( t ), k = 1… K a…

Рисунок 9.

Поведение R ^k ( t ), k = 1… K видеопоследовательности с дымом.

Рисунок 10.

Поведение k = 1… K видеопоследовательности без дыма.

Рисунок 10.

Поведение k = 1… K видеопоследовательности без дыма.

Рисунок 11.

Видеопоследовательности, в которых…

Рисунок 11.

Видеопоследовательности, в которых предложенная схема работает некорректно.

Рисунок 11.

Видеопоследовательности, в которых предложенная схема работает некорректно.

Рисунок 12.

Видеопоследовательности, используемые для получения…

Рисунок 12.

Видеопоследовательности, использованные для получения результатов оценки, показанных в таблице 2. (…

Рисунок 12.

Видеопоследовательности, использованные для получения результатов оценки, показанных в таблице 2. ( a ) Movie 1, ( b ) Movie 2 и ( c ) Movie 3.

Все фигурки (14)

Похожие статьи

• Обнаружение дыма при пожаре на основе видео с помощью надежного AdaBoost.

  Ву Х, Лу Х, Люн Х. Wu X и ​​др. Датчики (Базель). 2018 5 ноября; 18 (11): 3780. DOI: 10,3390 / s18113780. Датчики (Базель). 2018. PMID: 30400645 Бесплатная статья PMC.

• Транскодер с понижением разрешения видео на основе DCT с использованием техники разделения и слияния.

  Фунг К.Т., Сиу В.С.. Fung KT, et al. IEEE Trans Image Process. 2006 Февраль; 15 (2): 394-403.DOI: 10.1109 / tip.2005.863118. IEEE Trans Image Process. 2006 г. PMID: 16479809

• Оценка движения на основе DCT.

  Коц УФ, Лю КР. Koc UV, et al. IEEE Trans Image Process. 1998; 7 (7): 948-65. DOI: 10.1109 / 83.701146. IEEE Trans Image Process. 1998 г. PMID: 18276312

• Надежный алгоритм обнаружения подделки копий-ходов в цифровых изображениях.

  Цао И, Гао Т, Фань Л., Ян К. Cao Y и др. Forensic Sci Int. 2012 10 января; 214 (1-3): 33-43. DOI: 10.1016 / j.forsciint.2011.07.015. Epub 2011 2 августа. Forensic Sci Int. 2012 г. PMID: 21813252

• Быстрая фильтрация домена DCT с использованием DCT и DST.

  Креш Р., Мерхав Н. Kresch R, et al. IEEE Trans Image Process. 1999; 8 (6): 821-33.DOI: 10,1109 / 83,766859. IEEE Trans Image Process. 1999 г. PMID: 18267495

Процитировано

3 статей
• Обнаружение дыма при пожаре на основе видео с помощью надежного AdaBoost.

  Ву Х, Лу Х, Люн Х. Wu X и ​​др. Датчики (Базель). 2018 5 ноября; 18 (11): 3780.DOI: 10,3390 / s18113780. Датчики (Базель). 2018. PMID: 30400645 Бесплатная статья PMC.

• Индекс эффективного обнаружения лесных пожаров для применения в беспилотных авиационных системах (БПЛА).

  Крус Х., Экерт М., Менесес Дж., Мартинес Дж. Ф. Cruz H, et al. Датчики (Базель). 2016 16 июня; 16 (6): 893. DOI: 10,3390 / s16060893. Датчики (Базель). 2016 г. PMID: 27322264 Бесплатная статья PMC.

• На пути к целостной структуре оценки планов действий в чрезвычайных ситуациях в помещениях.

  Серрано Э., Поведа Г, Гарихо М. Серрано Э. и др. Датчики (Базель). 2014 6 марта; 14 (3): 4513-35. DOI: 10,3390 / s140304513. Датчики (Базель). 2014 г. PMID: 24662453 Бесплатная статья PMC.

использованная литература

1. 1. Чен Т. , Инь С., Хуан Ю., Йе Й. Обнаружение дыма для системы раннего пожарного оповещения на основе обработки видео. Труды Международной конференции по интеллектуальному сокрытию информации и обработке мультимедийных сигналов; Пасадена, Калифорния, США. 18–20 декабря 2006 г.
2. 1. Хорнг В., Пэн Дж. Обнаружение пожара на основе изображений с использованием нейронных сетей. Труды Объединенной конференции по информационным наукам; Гаосин, Тайвань.8–11 октября 2006 г.
3. 1. Угур-Терейин Б., Дедеоглу Ю., Энис-Четин А. Обнаружение пламени в видео с использованием скрытых марковских моделей. Труды Международной конференции IEEE по обработке изображений; Генуя, Италия. 11–14 сентября 2005 г.
4. 1. Дедеоглу Ю. , Угур-Терейин Б., Угур-Гюдюкбай А., Энис-Четин А. Обнаружение пожара и пламени в режиме реального времени на видео. Труды Международной конференции IEEE по акустике, речи и обработке сигналов; Филадельфия, Пенсильвания, США. 18–23 марта 2005 г.
5. 1. Угур-Терейин Б., Энис-Четин А. Обнаружение дыма в режиме реального времени на основе вейвлетов на видео. Труды Европейской конференции по обработке сигналов; Анталия, турция. 4–8 сентября 2005 г.

Показать все 18 ссылок

LinkOut – дополнительные ресурсы

• Источники полных текстов

• Другие источники литературы

Новый алгоритм поиска лесных пожаров в облачную погоду

Определение того, где и когда могут возникнуть лесные пожары, может помочь спасти жизни и уберечь драгоценные лесные массивы от выгорания. Спутники могут помочь отслеживать лесные пожары и их развитие, но они не всегда могут помочь определить, где и как быстро они распространятся.

Новая технология, называемая алгоритмом обнаружения огня или FILDA, может помочь обнаруживать лесные пожары в ночное время, даже когда небо облачно. FILDA может обнаруживать лесные пожары, даже если они очень маленькие, что может помочь пожарным лучше координировать свои действия.

В традиционных методах обнаружения пожара используется набор видимых инфракрасных радиометров или VIIRS, который измеряет тепло, выделяемое при пожаре, и выделяемое инфракрасное излучение.Однако эти измерения часто могут быть ошибочными из-за излучения, испускаемого поверхностью Земли, и атмосферных помех. Это означает, что пожары должны быть достаточно большими, чтобы радиацию можно было отнести к лесным пожарам.

FILDA использует видимый свет огня, обнаруживая изображения пожаров с высоким разрешением. Используя технологию VIIRS, изображения пожаров в ночное время могут быть получены с использованием информации в инфракрасном и видимом свете. FILDA также может обнаруживать на 90% больше пикселей, чем предыдущие методы, и может обнаруживать тлеющие и пылающие огни.Это позволяет исследователям видеть, когда возникают пожары, когда они могут быть неактивными или какие погодные явления способствуют распространению огня.

FILDA смогла обнаружить пожар через 11 часов после его возгорания, то есть на день раньше, чем традиционные методы обычно способны обнаруживать пожары. Это дает пожарным командам возможность мобилизовать свои силы быстрее, чем когда-либо, в дополнение к размещению их в нужных местах для более эффективного тушения пожара.

Новый алгоритм обнаружения пожара (FILDA) обнаруживает начало пожара на 11 часов раньше, чем стандартный алгоритм Active Fire Application Related Product (AFARP).Карты: Джошуа Стивенс с использованием данных Polivka, T. N., et al. (2016).

Технология, лежащая в основе FILDA, может использоваться для множества других приложений. Использование видимого света для обнаружения изменений на поверхности Земли может помочь обнаружить лесные пожары до того, как они выйдут из-под контроля, но его также можно использовать задним числом для изучения того, как распространялись лесные пожары в прошлом.

Подробнее:

В поисках пожаров, пока они не разгорелись. (2017, 7 апреля). Наблюдение Земли, НАСА.

Связанные

Поделиться статьей

Оптимизация структуры – документация ASE

Алгоритмы оптимизации можно условно разделить на локальные алгоритмы оптимизации, которые находят ближайший локальный минимум и алгоритмы глобальной оптимизации, которые пытаются найти глобальные минимум (задача гораздо сложнее).

Локальная оптимизация

В ASE доступны следующие алгоритмы локальной оптимизации: BFGS , BFGSLineSearch , LBFGS , LBFGSLineSearch , GPMin , MDMin и FIRE .

MDMin и FIRE оба используют ньютоновскую динамику с добавлением трение, чтобы сходиться к минимуму энергии, тогда как другие имеют квазиньютоновского типа, где используются силы последовательных шагов для динамического обновления гессиана, описывающего кривизну ландшафт потенциальной энергии. Вы можете использовать синоним QuasiNewton для BFGSLineSearch , потому что этот алгоритм во многих случаях является оптимальным квазиньютоновских алгоритмов.

Все классы локального оптимизатора имеют следующую структуру:

Оптимизатор класса

:
    def __init __ (self, atom, restart = None, logfile = None):
    def run (self, fmax = 0,05, шаги = 100000000):
    def get_number_of_steps ():
 

Критерий сходимости состоит в том, что сила, действующая на все отдельные атомы должно быть меньше fmax :

\ [\ max_a | \ vec {F_a} |

BFGS

класс ase.optimize.BFGS [источник]

Объект BFGS является одним из минимизаторов в пакете ASE. Нижеприведенное скрипт использует BFGS для оптимизации структуры молекулы воды, начиная с геометрией эксперимента:

 от ASE import Atoms
из ase.optimize import BFGS
из ase.calculators. emt import EMT
импортировать numpy как np
d = 0,9575
t = np.pi / 180 * 104,51
вода = Атомы ('h3O',
              позиции = [(d, 0, 0),
                         (д * нп.cos (t), d * np.sin (t), 0),
                         (0, 0, 0)],
              калькулятор = ЕМТ ())
dyn = BFGS (вода)
dyn.run (fmax = 0,05)
 

, который дает следующий результат. В столбцах указано имя решателя, шаг число, время на часах, потенциальная энергия (эВ) и максимальная сила .:

 BFGS: 0 19:45:25 2.769633 8.6091
BFGS: 1 19:45:25 2,154560 4,4644
BFGS: 2 19:45:25 1.
2 1.3097
BFGS: 3 19:45:25 1.880255 0.2056
BFGS: 4 19:45:25 1.879488 0,0205
 

При оптимизации структуры полезно написать траектории к файлу, так что ход оптимизации может отслеживаться во время или после пробега:

 дин = BFGS (вода, траектория = 'h3O.traj')
dyn.run (fmax = 0,05)
 

Используйте команду ase gui h3O.traj , чтобы увидеть, что происходит (подробнее здесь: ase.gui ). К файлу траектории также можно получить доступ, используя модуль ase.io.trajectory .

Метод attach принимает необязательный аргумент interval = n , который может использоваться, чтобы указать объекту оптимизатора структуры написать конфигурацию в файл траектории только каждые n шага.2 E} {\ partial x_i \ partial x_j} \) полная энергия относительно ядерных координат.

Если атомы близки к минимуму, так что потенциальная энергия поверхность локально квадратична, гессен и силы точно определить необходимый шаг для достижения оптимальной конструкции. В Гессен очень дорого для вычисления априори , поэтому вместо алгоритм оценивает это с помощью первоначального предположения, которое корректируется попутно в зависимости от информации, полученной на каждом шаге оптимизация структуры.

Часто бывает целесообразно перезапустить или продолжить строительство оптимизация с геометрией, полученной в результате предыдущей релаксации. Помимо геометрии, гессиан из предыдущего прогона может и следует сохранить для второго прогона. Используйте ключевое слово restart , чтобы укажите файл для сохранения Hessian:

 дин = BFGS (атомы = система, траектория = 'qn.traj', restart = 'qn.pckl')
 

Это создаст оптимизатор, который сохранит гессен в qn.pckl (с использованием модуля Python pickle ) на каждом шаг.Если файл уже существует, Гессен также будет инициализировал из этого файла.

Файл траектории также можно использовать для перезапуска конструкции. оптимизация, так как в ней заложена история всех сил и позиции, и, следовательно, какая бы информация о гессене собрано на данный момент:

 дин = BFGS (атомы = система, траектория = 'qn.traj')
dyn.replay_trajectory ('history.traj')
 

Это будет считывать каждую итерацию, хранящуюся в history.traj , внесение необходимых корректировок в гессен.Обратите внимание, что эти шаги не будут записаны в qn. traj . Если перезапускается с более чем один предыдущий файл траектории, используйте графический интерфейс ASE для их объединения сначала в единый файл траектории:

 $ ase gui part1.traj part2.traj -o history.traj
 

Файл history.traj будет содержать все необходимые Информация.

При переключении между оптимизаторами разных типов, например между BFGS и LBFGS , файлы pickle, указанные в перезапуск Ключевое слово несовместимо, но гессен может быть сохраняется путем воспроизведения траектории, как указано выше.

LBFGS

класс ase.optimize.LBFGS [источник]

класс ase.optimize.LBFGSLineSearch [источник]

LBFGS – версия алгоритма BFGS с ограниченным объемом памяти, где вместо матрицы Гессе обновляется обратная матрица Гессе. сам. Существуют два способа определения атомной step: Стандартные LBFGS и LBFGSLineSearch . Для первый, как направления, так и длина атомных ступеней определяются приближенной матрицей Гессе.В то время как для в последнем приближенная матрица Гессе используется только для нахождения вне направления поисков строк и атомарных шагов, длина шага определяется силами.

Для начала оптимизации конструкции с помощью LBFGS алгоритм аналогичен BFGS. Типичная оптимизация должна выглядеть так:

 дин = LBFGS (атомы = система, траектория = 'lbfgs.traj', restart = 'lbfgs.pckl')
 

, где траектория и перезапуск сохраняют траекторию движения оптимизация и векторы, необходимые для создания матрицы Гессе.

галлонов в минуту

класс ase.optimize.GPMin [источник]

GPMin (минимизатор гауссовского процесса) создает модель для потенциального Energy Surface с использованием информации о потенциальных энергиях и силы конфигураций, которые он уже посетил, и использует его для ускорения локальной минимизации BFGS.

Подробнее об этом алгоритме здесь:

Эстефания Гарихо дель Рио, Йенс Йорген Мортенсен, Карстен В. Якобсен

Physical Review B, Vol. 100 , 104103 (2019)

Предупреждение

Память оптимизатора масштабируется как O (n²N²), где N – количество атомов, n – количество шагов. Если количество атомов достаточно велико, это может вызвать проблемы с памятью. Этот класс выводит предупреждение, если пользователь пытается запустите GPMin с более чем 100 атомами в элементарной ячейке.

ОГОНЬ

класс ase.optimize.FIRE [источник]

Об этом алгоритме читайте здесь:

Эрик Битцек, Пекка Коскинен, Франц Гелер, Майкл Мозелер и Петер Гумбш

Physical Review Letters, Vol. 97 , 170201 (2006)

MDMin

класс ase.optimize.MDMin [источник]

Алгоритм MDmin является модификацией обычного Velocity-Verlet. алгоритм молекулярной динамики. Второй закон Ньютона решен численно, но после каждого временного шага скалярное произведение между силы и импульсы проверены. Если он равен нулю, система только что пройдя через (локальный) минимум потенциальной энергии, кинетическая энергия велика и вот-вот снова уменьшится.На данный момент импульс установлен на ноль. В отличие от «настоящей» молекулярной динамики, массы атомов не используются, вместо этого все массы равны единице.

Алгоритм MDmin существует в двух вариантах, в одном из которых каждый атом проверены и остановлены индивидуально, и в том, где все координаты рассматривается как один длинный вектор, и все импульсы устанавливаются равными нулю, если скалярное произведение между вектором импульса и вектором силы (оба из длина 3N) равна нулю. Этот модуль реализует последнюю версию.

Хотя алгоритм примитивен, он работает очень хорошо, потому что использует физику проблемы.Как только система станет такой вблизи минимума, что поверхность потенциальной энергии приблизительно равна квадратичный становится выгоднее перейти на метод минимизации с квадратичной сходимостью, например Conjugate Gradient или Quasi Ньютон .

Оптимизаторы SciPy

SciPy предоставляет ряд оптимизаторов. Интерфейсный модуль на пару они были написаны для ASE. Наиболее заметны оптимизаторы SciPyFminBFGS. и SciPyFminCG. Они вызываются с обычным синтаксисом и могут быть импортированы. как:

 от ASE.optimize.sciopt импорт SciPyFminBFGS, SciPyFminCG
 

класс ase.optimize.sciopt.SciPyFminBFGS ( атомов , logfile = ‘-‘ , траектория = Нет , callback_always = False , alpha = 70.0 , 9110_ master = master = master = master = master = Нет ) [источник]

Квазиньютоновский метод (Бройдон-Флетчер-Гольдфарб-Шанно)

Инициализировать объект

Параметры:

атом: объект “Атом”

Объект “Атом” для релаксации.

траектория: строка

Файл рассола, используемый для хранения траектории движения атомов.

файл журнала: объект файла или строка

Если файл журнала является строкой, будет открыт файл с таким именем. Используйте «-» для стандартного вывода.

callback_always: book

Должен ли обратный вызов запускаться после каждого принудительного вызова (также в linesearch)

alpha: float

Первоначальное предположение для гессиана (кривизна энергетической поверхности).А консервативное значение 70,0 по умолчанию, но необходимое количество шаги для схождения могут быть меньше, если используется более низкое значение. Тем не мение, меньшее значение также означает риск нестабильности.

master: boolean

По умолчанию None, что приводит к сохранению файлов только с рангом 0. Если установлено значение true, этот рейтинг будет сохранять файлы.

force_consistent: boolean или None

Использовать согласованные по силе вызовы энергии (в отличие от энергии экстраполировано до 0 К). По умолчанию (force_consistent = None) использует согласованные по силе энергии, если они доступны в калькуляторе, но возвращается к force_consistent = False, если нет.

класс ase.optimize.sciopt.SciPyFminCG ( атомов , logfile = ‘-‘ , trajectory = None , callback_always = False , alpha = 70.0 , master = None master = None Нет ) [источник]

Нелинейный алгоритм сопряженного градиента (Поляка-Рибиера)

Инициализировать объект

Параметры:

атом: объект “Атом”

Объект “Атом” для релаксации.

траектория: строка

Файл рассола, используемый для хранения траектории движения атомов.

файл журнала: объект файла или строка

Если файл журнала является строкой, будет открыт файл с таким именем. Используйте «-» для стандартного вывода.

callback_always: book

Должен ли обратный вызов запускаться после каждого принудительного вызова (также в linesearch)

alpha: float

Первоначальное предположение для гессиана (кривизна энергетической поверхности). А консервативное значение 70,0 по умолчанию, но необходимое количество шаги для схождения могут быть меньше, если используется более низкое значение. Тем не мение, меньшее значение также означает риск нестабильности.

master: boolean

По умолчанию None, что приводит к сохранению файлов только с рангом 0. Если установлено значение true, этот рейтинг будет сохранять файлы.

force_consistent: boolean или None

Использовать согласованные по силе вызовы энергии (в отличие от энергии экстраполировано до 0 К). По умолчанию (force_consistent = None) использует согласованные по силе энергии, если они доступны в калькуляторе, но возвращается к force_consistent = False, если нет.

BFGSLineSearch

класс ase.optimize.BFGSLineSearch [источник]

класс ase.optimize.QuasiNewton

BFGSLineSearch – это алгоритм BFGS с механизмом поиска по строкам. который обеспечивает выполнение предпринятого шага, удовлетворяет условиям Вульфа, так что энергия и модуль силы монотонно убывают. Нравится алгоритм LBFGS, обратный матрице Гессе, обновлен.

Использование алгоритма BFGSLineSearch аналогично другим типам BFGS. алгоритмы. Типичная оптимизация должна выглядеть так:

 из ase.optimize.bfgslinesearch import BFGSLineSearch

dyn = BFGSLineSearch (atom = system, trajectory = 'bfgs_ls.traj', restart = 'bfgs_ls.pckl')
 

, где траектория и перезапуск сохраняют траекторию движения оптимизация и информация, необходимая для создания матрицы Гессе.

Примечание

Во многих примерах, тестах, упражнениях и учебных пособиях Используется QuasiNewton – это синоним BFGSLineSearch .

Алгоритм BFGSLineSearch несовместим с подталкиваемой резинкой. расчеты.

Пиберный

ASE включает оболочку для оптимизатора Pyberny. Для этого требуется установка Пиберный:

class ase. optimize.Berny ( атомов , restart = None , logfile = ‘-‘ , trajectory = None , master = None , dihed = True ) [источник]

Оптимизатор Берни.

Это легкая оболочка ASE для оптимизатора Berny от Пиберный.Он основан на избыточном наборе внутренних координат и, как такой лучше всего подходит для оптимизации ковалентно связанных молекул. Оно делает не поддерживают периодические граничные условия. Вы можете найти дополнительную информацию на сайте Пыберного.

Этот оптимизатор является экспериментальным, и хотя он может быть достаточно эффективным, когда он работает, иногда он может полностью выйти из строя. Эти проблемы наиболее вероятны связаны с почти линейными углами склеивания. Для контекста см. обсуждения здесь и здесь.

Параметры:

атом: объект “Атом”

Объект “Атом” для релаксации.

перезапуск: строка

Файл рассола, используемый для хранения внутреннего состояния. Если установлено, файл с по такому имени будет произведен поиск, и будет сохранено внутреннее состояние. использоваться, если файл существует.

траектория: строка

Файл рассола, используемый для хранения траектории движения атомов.

файл журнала: объект файла или строка

Если файл журнала является строкой, будет открыт файл с таким именем. Используйте «-» для стандартного вывода.

master: boolean

По умолчанию None, что приводит к сохранению файлов только с рангом 0.Если установлено значение true, этот рейтинг будет сохранять файлы.

двугранный: логический

По умолчанию True, что означает, что будут использоваться двугранные углы.

Оптимизаторы с предварительной подготовкой

Предварительные кондиционеры могут ускорить подходы к оптимизации за счет включения информация о локальной топологии связывания в переопределенную метрику через преобразование координат. Прекондиционеры – проблема зависимый, но реализация общего назначения в ASE обеспечивает основу, которая может быть адаптирована для достижения оптимальной производительности для конкретные приложения.

Хотя это общий подход, реализация специфична для данный оптимизатор: в настоящее время LBFGS и FIRE могут быть предварительно обработаны с помощью ase.optimize.precon.lbfgs.PreconLBFGS и ase.optimize.precon.fire.PreconFIRE классов соответственно.

Подробнее о теории и реализации читайте здесь:

Д. Паквуд, Дж. Р. Кермод; Л. Монс, Н. Бернштейн, Дж. Вулли, Н. Гулд, К. Ортнер и Г. Чаньи

J. Chem.Phys. 144 , 164109 (2016).

Испытания с различными твердотельными системами с использованием как DFT, так и классических межатомные потенциалы, рассчитанные с помощью калькуляторов ASE, показывают коэффициенты ускорения на порядок для предварительно кондиционированного L-BFGS по сравнению со стандартным L-BFGS, а прирост растет с размером системы. Предварительные вычисления выполняются автоматически оценить все необходимые параметры. Линейный поиск, основанный на применении только первого Также предусмотрено условие Вольфа (т.е. условие достаточного спуска Армиджо). в ас.utils.linesearcharmijo ; это обычно приводит к дальнейшему ускорению при использовании вместе с прекондиционером.

Для небольших систем, если они не находятся в очень плохом состоянии из-за большого вариации в жесткости соединения, маловероятно, что предварительное кондиционирование обеспечит прирост производительности, и следует отдавать предпочтение стандартным BFGS и LBFGS. Следовательно, для систем, содержащих менее 100 атомов, \ (PreconLBFGS \) возвращается к стандартному LBFGS. Предварительное кондиционирование может быть принудительно выполнено с помощью ключевого слова аргумент \ (precon \).

Предварительно подготовленный метод L-BFGS, реализованный в ASE, не требует внешнего зависимости, но модуль scipy.sparse можно использовать для эффективного разреженной линейной алгебры, а пакет matscipy используется для быстрого вычисление списков соседей, если доступно. Пакет PyAMG можно использовать для эффективно инвертировать предварительный кондиционер с помощью адаптивного многосеточного метода.

Использование очень похоже на стандартные оптимизаторы. В приведенном ниже примере сравнивается без предварительной обработки LBGFS с предобуславливателем по умолчанию \ (Exp \) для массива 3x3x3 куб меди, содержащий вакансию:

 импортировать numpy как np
от ас.создать массовый импорт
из ase.calculators.emt import EMT
из ase.optimize.precon import Exp, PreconLBFGS

из ase.calculators.loggingcalc import LoggingCalculator
импортировать matplotlib как mpl
mpl.use ('Agg')
импортировать matplotlib.pyplot как plt

a0 = объемный ('Cu', кубический = True)
a0 * = [3, 3, 3]
дель а0 [0]
a0. хрип (0.1)

nsteps = []
энергии = []
log_calc = LoggingCalculator (EMT ())

для precon, этикетка в zip ([None, Exp (A = 3)],
                         ['None', 'Exp (A = 3)']):
   log_calc.label = метка
   атомы = a0.copy ()
   атомы.calc = log_calc
   opt = PreconLBFGS (atom, precon = precon, use_armijo = True)
   opt. run (fmax = 1e-3)

log_calc.plot (markers = ['r-', 'b-'], energy = False, lw = 2)
plt.savefig ("precon_exp.png")
 

Для молекулярных систем в газовой фазе предварительное кондиционирование на основе силового поля \ (FF \). может быть применено. В приведенном ниже примере сравнивается эффект предварительного кондиционирования FF и без предварительной обработки LBFGS для бакминстерфуллерена. Параметры взяты из З. Беркай и др. Энергетические процедуры, 74, 2015, 59-64. и лежащий в основе потенциал вычисляется с помощью автономного калькулятора силового поля:

 импортировать numpy как np
от ас.построить молекулу импорта
from ase.utils.ff импорт Морзе, Угол, Двугранный, VdW
из ase.calculators.ff импорт ForceField
из ase.optimize.precon import get_neighbours, FF, PreconLBFGS

из ase.calculators.loggingcalc import LoggingCalculator
импортировать matplotlib как mpl
mpl.use ('Agg')
импортировать matplotlib.pyplot как plt

a0 = молекула ('C60')
a0.set_cell (50.0 * np.identity (3))
Neighbor_list = [[] для _ в диапазоне (len (a0))]
vdw_list = np. ones ((len (a0), len (a0)), dtype = bool)
морсы = []; angles = []; двугранные = []; vdws = []

i_list, j_list, d_list, fixed_atoms = get_neighbours (atom = a0, r_cut = 1.5)
для i, j в zip (i_list, j_list):
    Neighbor_list [i] .append (j)
для i в диапазоне (len (neighbour_list)):
    Neighbor_list [i] .sort ()

для i в диапазоне (len (a0)):
    для jj в диапазоне (len (Neighbor_list [i])):
        j = список_оседей [i] [jj]
        если j> i:
            morses.append (Морс (atomi = i, atomj = j, D = 6,1322, альфа = 1,8502, r0 = 1,4322))
        vdw_list [i, j] = vdw_list [j, i] = Ложь
        для kk в диапазоне (jj + 1, len (neighbour_list [i])):
            k = список_оседей [i] [kk]
            angles.append (Угол (atomi = j, atomj = i, atomk = k, k = 10.0, a0 = np.deg2rad (120.0), cos = True))
            vdw_list [j, k] = vdw_list [k, j] = Ложь
            для всех в диапазоне (kk + 1, len (neighbour_list [i])):
                l = список_оседей [i] [ll]
                диэдральные.  приложение (Диэдральное (atomi = j, atomj = i, atomk = k, atoml = l, k = 0,346))
для i в диапазоне (len (a0)):
    для j в диапазоне (i + 1, len (a0)):
        если vdw_list [i, j]:
            vdws.append (VdW (atomi = i, atomj = j, epsilonij = 0,0115, rminij = 3,4681))

log_calc = LoggingCalculator (ForceField (морсы = морсы, углы = углы, двугранные = двугранные, vdws = vdws))

для precon, подпись в zip ([Нет, FF (морсы = морсы, углы = углы, двугранные = двугранные)],
                         ['Нет', 'FF']):
    log_calc.label = label
    атомы = a0.copy ()
    atom.calc = log_calc
    opt = PreconLBFGS (atom, precon = precon, use_armijo = True)
    opt.run (fmax = 1e-4)

log_calc.plot (markers = ['r-', 'b-'], energy = False, lw = 2)
plt.savefig ("precon_ff.png")
 

Для молекулярных кристаллов рекомендуется предварительный кондиционер \ (Exp_FF \), который является синтез предобуславливателей \ (Exp \) и \ (FF \).

ase.calculators.loggingcalc.LoggingCalculator обеспечивает удобный инструмент для построения графиков сходимости и времени стены.

Глобальная оптимизация

В настоящее время доступны два алгоритма глобальной оптимизации.

Бассейн прыгающий

Алгоритм глобальной оптимизации может использоваться совершенно аналогично как алгоритм локальной оптимизации:

 из ase import *
from ase.optimize.basin импорт BasinHopping

bh = BasinHopping (atom = system, # система для оптимизации
                  temperature = 100 * kB, # 'температура' для преодоления препятствий
                  др = 0.5, # максимальная ширина шага
                  optimizer = LBFGS, # оптимизатор для поиска локальных минимумов
                  fmax = 0.1, # максимальная сила для оптимизатора
                  )
 

Подробнее об этом алгоритме здесь:

Дэвид Дж. Уэльс и Джонатан П. К. Дой

J. Phys. Chem. А, т. 101 , 5111-5116 (1997)

а здесь:

Дэвид Дж. Уэльс и Гарольд А. Шерага

Наука, Том. 285 , 1368 (1999)

Минимальный прыжок

Алгоритм скачкообразной перестройки минимума был разработан и описан Goedecker:

Стефан Гёдекер

J. Chem. Phys., Vol. 120 , 9911 (2004)

Этот алгоритм использует серию чередующихся шагов молекулярной динамики NVE и локальной оптимизации и имеет два параметра, которые код динамически корректирует в зависимости от хода поиска. Первый параметр – это начальная температура моделирования NVE.Когда ступенька достигает нового минимума, эта температура понижается; если шаг находит ранее найденный минимум, температура повышается. Второй динамически регулируемый параметр – это \ (E_ \ mathrm {diff} \), который представляет собой энергетический порог для принятия вновь найденного минимума. Если новый минимум не более чем на \ (E_ \ mathrm {diff} \) эВ выше предыдущего минимума, он принимается и \ (E_ \ mathrm {diff} \) уменьшается; если оно больше, чем на \ (E_ \ mathrm {diff} \) эВ, оно отклоняется, а значение \ (E_ \ mathrm {diff} \) увеличивается. Метод используется как:

 из ase.optimize.minimahopping import MinimaHopping
opt = MinimaHopping (атомы = система)
opt (totalsteps = 10)
 

Алгоритм будет выполняться до тех пор, пока не будет выполнено 10 шагов; в качестве альтернативы, если общие шаги не указаны, алгоритм будет работать бесконечно (или до тех пор, пока не будет остановлен пакетной системой). При инициализации алгоритма в виде пар ключевых слов можно указать ряд необязательных аргументов. Ключевые слова и значения по умолчанию:

Т0 : 1000., # К, начальная МД «температура»

beta1 : 1.1, # параметр регулировки температуры

beta2 : 1.1, # параметр регулировки температуры

beta3 : 1. / 1.1, # параметр регулировки температуры

Ediff0 : 0,5, # эВ, начальный порог принятия энергии

alpha1 : 0,98, # параметр регулировки порога энергии

alpha2 : 1. / 0,98, # параметр регулировки порога энергии

mdmin : 2, # критерий остановки МД моделирования (№минимумов)

файл журнала : ‘hop.log’, # текстовый журнал

minima_threshold : 0.5, # A, порог для одинаковых конфигов

временной шаг : 1.0, # fs, временной шаг для моделирования MD

optimizer : QuasiNewton, # локальный оптимизатор для использования

minima_traj : ‘minima.traj’, # файл для хранения минимального списка

fmax : 0,05, # эВ / А, максимальное усилие для оптимизации

Конкретные определения параметров alpha , beta и mdmin можно найти в публикации Goedecker. minima_threshold используется для определения идентичности двух атомных конфигураций; если какой-либо атом переместился более чем на эту величину, это считается новой конфигурацией. Обратите внимание, что код пытается сделать это разумным образом: атомы считаются неразличимыми, и переводы разрешены в направлениях периодических граничных условий. Следовательно, если CO адсорбируется на верхнем участке на поверхности (211), он будет считаться идентичным независимо от того, какой участок наверху он занимает.

Файл траектории minima_traj будет заполнен принятыми минимумами по мере их нахождения. Журнал прогресса хранится в файле журнала .

Код написан таким образом, что остановленное моделирование (например, остановленное системой дозирования при превышении максимального времени стены) обычно может быть перезапущено пользователем без особых усилий. В большинстве случаев сценарий можно повторно отправить без каких-либо изменений – если найдены файлы журнала и minima_traj , сценарий попытается использовать их для возобновления.(Обратите внимание, что вам может потребоваться очистить файлы, оставленные в каталоге калькулятором.)

Обратите внимание, что эти поиски могут быть довольно медленными, поэтому одновременное выполнение нескольких поисков может оказаться платным. Несколько поисковых запросов могут выполняться параллельно и иметь один список минимумов. (Запустите каждый сценарий из отдельного каталога, но укажите то же абсолютное расположение для minima_traj ). Каждый поиск будет использовать глобальную информацию из списка минимумов, но сохранит свою собственную локальную информацию о начальной температуре и \ (E_ \ mathrm {diff} \).

Пример использования см. В учебном пособии «Перескок с ограниченным минимумом (глобальная оптимизация)».

MODIS Активный пожар и продукты сгоревшей зоны

Пожар – это сложный биофизический процесс с множеством прямых и косвенных воздействие на атмосферу, биосферу и гидросферу. Более того, это в настоящее время широко признано, что в некоторых средах, подверженных пожарам, возгорание необходим для поддержания экосистемы в состоянии равновесия.

Продукты MODIS для активного пожара и зоны возгорания содержат уникальную информацию. к пониманию времени и пространственного распределения пожаров и их характеристики.

Продукты MODIS Standard Fire вносят важный вклад в НАСА Земля Программа использования и земельного покрова и международный Проект глобального наблюдения за лесным покровом (GOFC).

Продукты активного огня MODIS

Активный огневой продукт MODIS обнаруживает пожары в горящих пикселях размером 1 км. во время перехода в относительно безоблачных условиях с использованием контекстный алгоритм. Узнать больше …

MODIS Продукты для ожогов

Обожженные участки характеризуются отложениями древесного угля и золы, удаление растительность и изменение структуры растительности (Pereira et al., 1997, Рой и др., 1999). Алгоритм картирования выгоревшей области MODIS использует в своих интересах эти спектральные, временные и структурные изменения. Он определяет приблизительную дату горения на 500 м по определение места возникновения быстрых изменений суточного времени отражения от поверхности данные серии. Алгоритм отображает пространственную протяженность недавних пожаров, а не пожаров, произошедших в предыдущие сезоны или годы. Узнать больше …

Обоснование

Спутники

играют важную роль в обнаружении, мониторинге и определении характеристик пожары.В настоящее время на орбите есть спутниковые системы, которые предоставляют информацию по разным характеристикам пожара: местонахождение и сроки активных возгораний, загорелых территории, засушливые районы, подверженные вспышкам лесных пожаров, а также пирогенные следовые выбросы газов и аэрозолей. Эти спутниковые системы имеют разные возможности с точки зрения пространственного разрешения, чувствительности, спектральных диапазонов, время и частота переходов, но ни одна из систем измерения до к MODIS НАСА включил мониторинг пожара в их конструкцию.

Новости

• 15 декабря 2020 г .: Наши долгосрочные FTP-серверы fuoco и ba1 будут объединены в единый сервер позже на этой неделе. В новый сервер сохранит имя хоста fuoco , но будет использовать более безопасный Протокол передачи файлов SSH (SFTP). См. Обновленную коллекцию 6 Руководства пользователя для подробностей.