【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于灭火能力评估计算，具体而言，涉及一种草原火灾灭火弹覆盖能力评估方法、介质及系统。
技术介绍
1、草原火灾是常见的自然灾害之一,对生态环境和人类生命财产安全造成严重威胁。为有效开展草原火灾的灭火作业,需要准确评估灭火资源的覆盖能力,以便进行合理的灭火部署。目前,灭火弹覆盖能力的评估主要基于以下技术手段:
2、1.利用卫星遥感监测火场范围,人工粗略判读火场面积,估算所需的灭火弹量。这种方法依赖于对火场视觉识别,无法精确判定不同燃烧程度的区域,覆盖能力评估存在较大偏差；
3、2.采用无人机航测获取火场图像,计算火场面积,按照每平方米使用固定数量的灭火弹计算需要的弹药量。这种简单的计算方式没有考虑覆盖范围的形状、轨迹规划等因素,覆盖能力计算不够精确；
4、3.通过绘制灭火车辆的行进路线,估计路线覆盖的范围,计算灭火弹覆盖能力。这种方法依赖于人工经验绘制轨迹,无法进行优化搜索,结果难以达到最优；
5、4.采用数学模型模拟灭火覆盖,但是许多模型基于过于理想化的假设,没有考虑复杂场景中的各种约束条件,无法实现高精度的覆盖效果评估。
6、公开号为cn202011166545.1的中国专利技术专利公开了一种智能灭火弹消防系统具体通过采用处理器单元、移动终端、消防站服务器三者控制方式相结合的模式进行灭火弹灭火，该模式采用三种方式结合且相互关联，保证了灭火的高效准确性，同时，可分别对灭火弹进行调度以及灭火角度的调度实现了消防的智能化，从而保证了灭火效率。
7、上述专
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供一种草原火灾灭火弹覆盖能力评估方法、介质及系统，能够解决现有技术中存在的载弹量的覆盖范围往往通过简单的加和计算来得到，缺乏对载弹车的轨迹的考虑，得到的灭火弹覆盖能力精度差，不利于进行准确的草原灭火部署的技术问题。
2、本专利技术是这样实现的：
3、本专利技术的第一方面提供一种草原火灾灭火弹覆盖能力评估方法，其中，包括以下步骤：
4、s10、获取草原区域的图像，并将所述草原区域进行网格划分，得到草原网图；
5、s20、根据获取的草原区域的平面图像以及红外图像，计算所述草原网图中每个网格的燃烧向量，所述燃烧向量为网格内三种不同状态的面积，其中，每个网格的面积设定为100，燃烧向量=[正在燃烧的面积，尚未燃烧的面积，已燃烧尽的面积]；
6、s30、根据所述草原网图中每个网格的燃烧向量生成整个草原网图的燃烧矩阵；
7、s40、建立取弹车轨迹规划的优化模型，目标函数为所述草原网图的尚未燃烧的面积变化率最低；
8、s50、确定取弹车轨迹规划的约束条件，包括灭火弹数量限制、取弹车运输速度限制、取弹车运输路径约束、无人机载弹灭火距离限制；
9、s60、采用遗传算法，初始化取弹车轨迹群体，编码表示取弹车在时间序列上的网格位置；
10、s70、评估各个取弹车轨迹解的目标函数值，保留符合约束条件并目标函数值较优的解；
11、s80、迭代遗传算法，进行取弹车轨迹的交叉变异操作，产生新的轨迹解群体，重复s60-s70步骤，直到获得最优的取弹车动态轨迹结果，记为目标轨迹；
12、s90、根据所述燃烧矩阵计算所述目标轨迹对应的最优灭火面积，作为草原火灾灭火弹覆盖能力。
13、其中，获取草原区域图像并进行网格划分得到草原网图的步骤具体包括：获取目标草原区域的地理信息数据，该数据来源于光学卫星图像及雷达卫星图像；使用随机森林监督分类算法对获取的遥感影像进行分类，提取出表示草原分布的二值图像；设置分类阈值，判定概率大于0.8为草原区；最后，对提取出的草原区域图像进行栅格化处理，采用适当尺寸的网格对草原区域进行分割，得到表示目标草原区域的草原网图。
14、其中，根据图像计算草原网格燃烧向量的步骤具体包括：获取高分辨率的光学卫星图像及红外热成像，使用图像融合方法将两种影像进行整合；检测红外影像中的热点区域，设置温度阈值判断火场范围；计算光学图像火场区域与网格的交集面积即燃烧区，计算非火场区与网格的交集面积即未燃烧区；最终生成表示三种状态面积比例的网格燃烧向量。
15、其中，生成燃烧矩阵的步骤具体包括：首先，根据所有草原网格的燃烧向量构建网格数×3的矩阵；然后，考虑相邻网格的逻辑关系，计算相邻火场强度之和；最后，设置重点着火区判定阈值，即相邻火场强度和超过0.5为重点区，从而得到反映区域燃烧态势的燃烧矩阵。
16、在上述技术方案的基础上，本专利技术的一种草原火灾灭火弹覆盖能力评估方法还可以做如下改进:
17、其中，所述建立取弹车轨迹规划的优化模型的步骤，具体包括：
18、首先，统计各时刻网格的尚未燃烧面积的比例；
19、然后，建立取弹车的单位时间灭火覆盖函数，即取弹车轨迹与尚未燃烧面积的函数关系；
20、再次，建立以尚未燃烧面积变化率最小为目标的函数模型；
21、最后，设置遗传算法的求解时间间隔与约束条件，建立可求解的取弹车轨迹规划模型。
22、进一步的，所述取弹车轨迹规划的优化模型的目标函数是：
23、；
24、其中，为网格未燃烧面积，表示未燃烧面积变化，表示最小化未燃面积的变化率。
25、其中，所述采用遗传算法，初始化取弹车轨迹群体的步骤，具体是：
26、首先，根据草原网图中网格总数设定遗传编码长度，以及设置遗传算法的群体大小；
27、其次，随机生成表示取弹车网格位置的编码作为初始群体；
28、再次，计算编码对应的轨迹，构建初始解空间。
29、进一步的，所述评估各个取弹车轨迹解的目标函数值，保留符合约束条件并目标函数值较优的解的步骤，具体是：
30、第一步、将编码转换为连续轨迹曲线；
31、第二步、计算所述连续轨迹曲线覆盖网格数量；
32、第三步、根据所述目标函数评估未燃面积变化率；
33、第四步、检查所述连续轨迹曲线是否满足速度及路径约束；
34、第五步、保留所述目标函数值优异且可行的解作为当前迭代的优解。
35、进一步的，所述迭代遗传算法，进行取弹车轨迹的交叉变异操作，产生新的轨迹解群体，重复s60-s70步骤，直到获得最优的取弹车动态轨迹结果，记为目标轨迹的步骤，具体是：
36、步骤1、进行遗传编码的交叉和变异操作，生成新的解编码；
37、步骤2、重复选择、交叉、变异，进行评估迭代求解；
38、步骤3、设置算法的终止本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种草原火灾灭火弹覆盖能力评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种草原火灾灭火弹覆盖能力评估方法，其特征在于，所述建立取弹车轨迹规划的优化模型的步骤，具体包括：
3.根据权利要求2所述的一种草原火灾灭火弹覆盖能力评估方法，其特征在于，所述取弹车轨迹规划的优化模型的目标函数是：
4.根据权利要求1所述的一种草原火灾灭火弹覆盖能力评估方法，其特征在于，所述采用遗传算法，初始化取弹车轨迹群体的步骤，具体是：
5.根据权利要求4所述的一种草原火灾灭火弹覆盖能力评估方法，其特征在于，所述评估各个取弹车轨迹解的目标函数值，保留符合约束条件并目标函数值较优的解的步骤，具体是：
6.根据权利要求5所述的一种草原火灾灭火弹覆盖能力评估方法，其特征在于，所述迭代遗传算法，进行取弹车轨迹的交叉变异操作，产生新的轨迹解群体，重复S60-S70步骤，直到获得最优的取弹车动态轨迹结果，记为目标轨迹的步骤，具体是：
7.根据权利要求4所述的一种草原火灾灭火弹覆盖能力评估方法，其特征在于，所述及设置遗传算法的群
8.根据权利要求1所述的一种草原火灾灭火弹覆盖能力评估方法，其特征在于，所述根据所述燃烧矩阵计算所述目标轨迹对应的最优灭火面积的步骤，具体是：
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有程序指令，所述程序指令运行时，用于执行权利要求1-8任一项所述的一种草原火灾灭火弹覆盖能力评估方法。
10.一种草原火灾灭火弹覆盖能力评估系统，其特征在于，包含权利要求9所述的计算机可读存储介质。
...【技术特征摘要】
1.一种草原火灾灭火弹覆盖能力评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种草原火灾灭火弹覆盖能力评估方法，其特征在于，所述建立取弹车轨迹规划的优化模型的步骤，具体包括：
3.根据权利要求2所述的一种草原火灾灭火弹覆盖能力评估方法，其特征在于，所述取弹车轨迹规划的优化模型的目标函数是：
4.根据权利要求1所述的一种草原火灾灭火弹覆盖能力评估方法，其特征在于，所述采用遗传算法，初始化取弹车轨迹群体的步骤，具体是：
5.根据权利要求4所述的一种草原火灾灭火弹覆盖能力评估方法，其特征在于，所述评估各个取弹车轨迹解的目标函数值，保留符合约束条件并目标函数值较优的解的步骤，具体是：
6.根据权利要求5所述的一种草原火灾灭火弹覆盖能力评估方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：何银，廖信鹏，王开国，乔现中，崔建明，张德学，
申请(专利权)人：青岛山科智汇信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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