Hasenie poziaru na australskej pevnine

Táto stránka bola vypracovaná za účelom popisu simulácie hasenia požiarov na austrálskej pevnine

Názov simulácie: Hasenie požiarov na austrálskej pevnine

Predmet: 4IT495 Simulace systémů

Semester: LS 2023/2024

Autor: Matúš Ravas, ravm01

Modelovací nástroj: NetLogo

Stav projektu: Na projekte sa pracuje, stránke nie je dokončená..

Definícia problému

Lesné požiare predstavujú významnú environmentálnu, ekonomickú a sociálnu hrozbu na celom svete. V posledných rokoch sme svedkami narastajúceho počtu a intenzity lesných požiarov, čo vedie k rozsiahlym škodám na prírode, majetku a životoch ľudí. V Austrálii, kde je táto simulácia situovaná, sú lesné požiare obzvlášť časté a devastujúce. Táto simulácia je vytvorená na tzv. grassfire požiaroch.

Napríklad počas rokov 2019-2020 bolo zaznamenaných viac než 11 264 grassfire požiarov, pri ktorých zhorelo viac ako 5,4 milióna hektárov pôdy, zničilo 2 439 domov a použilo viac ako 24 miliónov litrov fire retardantu.

Cieľ

Hlavným cieľom simulácie hasenia požiarov je optimalizovať stratégie a zdroje používané na boj proti požiarom. Konkrétne sa zameriava na:

• Analýzu účinnosti rôznych hasiacich techník a materiálov (voda vs. retardéry).

• Zistenie, ktorá kombinácia techník a stratégií je najefektívnejšia pri obmedzovaní šírenia požiaru.

• Identifikáciu kritických faktorov, ktoré ovplyvňujú šírenie požiaru a účinnosť hasenia - t.j. hlavne počasie - rýchlosť vetra a relatívna vlhkosť vzduchu.

Metóda

Simulácia využíva agentný model v prostredí NetLogo, ktorý je vhodný na modelovanie situácií, kde sú jednotlivé entity (agenti) schopné interagovať medzi sebou a s prostredím.

V tomto modeli sú agenty reprezentované:

• Patches (časti povrchu), ktoré môžu byť v stave "horí" alebo "nehorí".

• Turtles (lietadlá), ktoré môžu byť typu "water" (vodné) alebo "retardant" (s retardérom).

Kľúčové faktory zahrnuté v simulácii:

• Rýchlosť šírenia požiaru je ovplyvnená relatívnou vlhkosťou a rýchlosťou vetra.

• Intenzita dažďa (light vs. heavy) ovplyvňuje pravdepodobnosť uhasiť alebo rozšíriť oheň.

• Reakčný čas hasičov určuje, kedy začnú lietadlá zasahovať.

Obmedzenia simulácie

Aj keď táto simulácia poskytuje zaujímavé informácie a umožňuje analyzovať rôzne scenáre hasenia požiarov, má niekoľko obmedzení:

• Zjednodušenie reálneho sveta: Simulácia nemôže úplne reprezentovať komplexnosť a dynamiku skutočných grassfire požiarov. Mnohé ďalšie faktory, ako sú topografia, typ vegetácie, vlhkosť pôdy a ďalšie meteorologické podmienky, nie sú zahrnuté.

• Obmedzené interakcie: Interakcie medzi agentmi (lietadlami) a prostredím sú zjednodušené. Skutočné hasenie požiarov zahŕňa koordináciu viacerých tímov a zdrojov, čo je v simulácii ťažké modelovať.

• Náhodné prvky: Simulácia obsahuje náhodné prvky (napr. pravdepodobnosť uhasiť oheň dažďom), čo môže viesť k variabilným výsledkom. Aj keď to umožňuje simulovať rôzne scenáre, nemusí vždy presne reflektovať reálnu situáciu.

• Časová škála: Simulácia modeluje udalosti v priebehu 7 týdňa(168 hodín), čo nemusí byť dostatočné na zachytenie dlhodobých efektov a zmien, ktoré môžu nastať počas týždňov alebo mesiacov.

Model

Simulácia hasenia požiarov v NetLogo je agentný model, ktorý simuluje dynamiku šírenia lesného požiaru a účinnosť rôznych hasiacich stratégií. Model zahŕňa interakcie medzi agentmi (lietadlami), patchami (plochami) a environmentálnymi faktormi, ako sú vlhkosť, rýchlosť vetra a intenzita dažďa. Simulácia je vytvorená na obdobie 168 hodín (7 dní) - každý tick v simulácii reprezentuje jednu hodinu. Obrázok 1 - používateľské prostredie simulácie

Hlavné globálne premenné:

• total-water-supply: Celková zásoba vody dostupná pre hasenie. (v litroch)

• total-retardant-supply: Celková zásoba retardérov dostupná pre hasenie. (v litroch)

• fire-spread-rate: Rýchlosť šírenia požiaru. (manuálna hodnota, ktorú je možné nastaviť)

• fire-intensity: Intenzita požiaru.

• response-time: Doba reakcie hasičov, po ktorej začnú lietadlá zasahovať.

• current-humidity: Aktuálna vlhkosť vzduchu.

• current-rainfall: Aktuálna intenzita dažďa. Môže nadobúdať hodnoty none, light a heavy.

• wind-speed: Rýchlosť vetra.

• hours-passed: Počet uplynulých hodín od začiatku simulácie.

• fire-coverage: Percento oblasti pokrytej ohňom.

V samotnom používateľskom prostredí sa nachádza plocha, ktorá reprezentuje samotnú oblasť, na ktorej sa nachádza požiar. Môže nadobudnúť tieto stavy (farby):

• zelená: predstavuje trávu, ktorá nie je postihnutá požiarom

• červená: aktívny alebo už prebehnutý požiar

Každý tick predstavuje jednu hodinu v samotnej simulácii. Celkovo je v simulácii maximálne 168 tickov, t.j. 168 hodín, čo predstavuje 1 týždeň. Kliknutie na tlačidlo "go" predstavuje posunutie sa o jednu hodinu v celej simulácii, pričom tlačidlo "Start simulation" predstavuje celých 168 hodín simulácie. Lietadlá sa na simulácii objavia až po uplynutí reakčného času, rovnako zmiznú aj vtedy, keď vyčerpajú zásoby hasiacej kvapaliny.

Dáta - premenné a ich vlastnosti

1. Rýchlosť šírenia požiaru (fire-spread-rate)

Relatívna vlhkosť (current-humidity): Nižšia vlhkosť zvyšuje rýchlosť šírenia požiaru. Napríklad pri 10% relatívnej vlhkosti je rýchlosť šírenia približne 1.266 m/s, zatiaľ čo pri 100 % vlhkosti je to približne 1.0173 m/s.

Rýchlosť vetra (wind-speed): Vyššia rýchlosť vetra zvyšuje rýchlosť šírenia požiaru. Všeobecne platí, že za každých 10 km/h pridaných v rýchlosti vetra sa zrýchli šírenie požiaru o 10 %. Pri rýchlosti vetra nad 40 km/h a vlhkosti pod 20% môže požiar narásť na viac ako 100 km² za deň.

Intenzita požiaru (fire-intensity): Vyššia intenzita požiaru vedie k rýchlejšiemu šíreniu ohňa.

2. Aplikácia vody a retardérov

Voda (apply-water): Lietadlá s vodou aplikujú vodu na horúce patchy. Každé lietadlo má kapacitu 45 000 litrov a môže pokryť oblasť približne 1600*90 m² (približne 3 patchy). Efektívnosť hasenia vodou sa pohybuje medzi 50% až 60%.

Retardéry (apply-retardant): Lietadlá s retardérmi aplikujú retardéry na horúce patchy. Každé lietadlo má kapacitu 72 000 litrov a môže pokryť oblasť približne 2200*120 m² (približne 4 patchy). Efektívnosť retardérov je približne 63.3%.

Kód modelu

File:Haseni.nlogo