Java实现林火蔓延路径算法

盹猫

发布于 2025-07-22 18:16:16

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一、写作目的

记录正在进行的森林防火项目中林火蔓延功能,本篇文章可以较好的实现森林防火蔓延,但还存在很多不足,如:很多参数只能使用默认值,所以蔓延范围仅供参考。(如果底层设备获取的数据充足,那当我没说)。

二、参数说明

参数名	解释
x1	经度
x2	纬度
sj	风向偏移量(代码中这个要>n才会调用蔓延算法)
n	n = 0：表示风向角度范围在 225 度左右。 n = 1：表示风向角度范围在 270 度左右。 n = 2：表示风向角度范围在 315 度左右。 n = 3：表示风向角度范围在 0 度左右。 n = 4：表示风向角度范围在 45 度左右。 n = 5：表示风向角度范围在 90 度左右。 n = 6：表示风向角度范围在 135 度左右。 n = 7：表示风向角度范围在 180 度左右
Winddir	风向
Time	时间
s	矿质阻尼系数(不太懂,默认设为0)
v	理想反应速度:快速燃烧(50) 中等燃烧(10) 缓慢燃烧(1)
speed	风速
Wn	静可燃物载量(就是有多少东西可供燃烧),估值或直接用下面的值小型树木或灌木(500千克) 中型树木(5000千克) 大型树木(50万千克)
h	可燃物烩值 (木材:17)
q	修正系数 (默认1)
density	密度修正系数 (默认1)
a	修正系数 (默认1)
Qi	密度(默认1)
p	修正参数 (默认1)
slope	坡度

三、代码方法

1.计算风速修正系数

private double CalWindCorr(double speed, double p) {
    // 计算⻛速修正系数
    double Qw; //⻛速修正系数
    double B;
    double C;
    double E;
    double b; //燃料最佳紧密度
    double c; //最有可能的压缩⽐

    c = 1.2;
    E = 0.715 * (Math.pow(Math.E, (-0.01094 * p)));
    C = 7.47 * (Math.pow(Math.E, (-0.8711 * Math.pow(p, 0.55))));
    B = 0.15988 * Math.pow(p, 0.54);
    b = 0.20395 * Math.pow(p, -0.8189);

    Qw = C * Math.pow(3.284 * speed, B) * Math.pow(c / b, -E);

    return Qw;
}

2.计算坡度修正系数

public double CalSlopeCorr(double slope, double p) {
    // 计算坡度修正系数 p
    double Qs;
    Qs = 5.275 * Math.pow(p, -0.3) * (Math.tan(slope * Math.PI / 180)) * (Math.tan(slope * Math.PI / 180));
    return Qs;
}

3.计算火焰强度

private double CalIr(double v, double Wn, double h, double m, double s) {
    // 计算⽕焰强度
    // 理想反应速度 v
    // 可燃物烩值 h
    // 净可燃物载量 Wn
    // 湿度阻尼系数 m
    // 矿质阻尼系数 s
    double Ir;
    Ir = v * Wn * h * m * s;
    return Ir;
}

4.计算坐标

    public XY GetNextFeature(double x, double y, double s, int n,int sj,double fengxiang) {
        double s1;
        int m;
        XY c1 = new XY();
        int number = 80;
        switch (n) {
            case 0: { s1 = s * Math.sin((Math.PI) / 4); m = (int)(s1 / 80); if (fengxiang > 0 && fengxiang < 90) { c1.setX((x - m * 80 - 0.1 - number * sj)); c1.setY((y + m * 80 + 0.1 + number * sj)); }else if (fengxiang > 90 && fengxiang < 180) { c1.setX((x - m * 80 - 0.1 - number * sj-80*2));
                    c1.setY(y + m * 80 + 0.1 + number * sj+80*2); }else if (fengxiang > 180 && fengxiang < 270) { c1.setX(x - m * 80 - 0.1 - number * sj - 80 * 3); c1.setY(y + m * 80 + 0.1 + number * sj + 80 * 3); }else if (fengxiang > 270 && fengxiang < 360) { c1.setX(x - m * 80 - 0.1 - number * sj-80*1); c1.setY(y + m * 80 + 0.1 + number * sj+80*1); }else if (fengxiang == 0|| fengxiang == 360) { c1.setX(x - m * 80 - 0.1 - number * sj); c1.setY(y + m * 80 + 0.1 + number * sj); }else if (fengxiang == 90) { c1.setX(x - m * 80 - 0.1 - number * sj); c1.setY(y + m * 80 + 0.1 + number * sj); }else if (fengxiang == 180) { c1.setX(x - m * 80 - 0.1 - number * sj-80*1); c1.setY(y + m * 80 + 0.1 + number * sj+80*1); }else if (fengxiang == 270) { c1.setX(x - m * 80 - 0.1 - number * sj - 80*2); c1.setY(y + m * 80 + 0.1 + number * sj + 80*2); }break; }
            case 1: { s1 = s; m = (int)(s1 / 80); if (fengxiang > 0 && fengxiang < 90) { c1.setX(x - 0.1-80); c1.setY(y + m * 80 + number * sj + 0.1); }else if (fengxiang > 90 && fengxiang < 180) { c1.setX(x - 0.1 - 80); c1.setY(y + m * 80 + number * sj + 0.1+80*1); }else if (fengxiang > 180 && fengxiang < 270) { c1.setX(x - 0.1 - 80); c1.setY(y + m * 80 + number * sj + 0.1+ 80 * 2); }else if (fengxiang > 270 && fengxiang < 360) { c1.setX(x - 0.1 - 80); c1.setY(y + m * 80 + number * sj + 0.1 +80 * 2); }
                     else if (fengxiang == 0 || fengxiang == 360) { c1.setX(x - 0.1 - 80); c1.setY(y + m * 80 + number * sj + 0.1+80); }else if (fengxiang == 90) { c1.setX(x - 0.1 - 80); c1.setY(y + m * 80 + number * sj + 0.1); }else if (fengxiang == 180) { c1.setX(x - 0.1 - 80); c1.setY(y + m * 80 + number * sj + 0.1); }else if (fengxiang == 270) { c1.setX(x - 0.1 - 80); c1.setY(y + m * 80 + number * sj + 0.1+80*3); }break; }
            case 2: { s1 = s * Math.sin((Math.PI) / 4); m = (int)(s1 / 80); // c1.X = (x + m * 80 + number * sj + 0.1); // c1.Y = (y + m * 80 + number * sj + 0.1);
                    if (fengxiang > 0 && fengxiang < 90) { c1.setX((x + m * 80 + number * sj + 0.1)); c1.setY(y + m * 80 + number * sj + 0.1); }else if (fengxiang > 90 && fengxiang < 180) { c1.setX(x + m * 80 + number * sj + 0.1-80*2); c1.setY(y + m * 80 + number * sj + 0.1-80*2); }else if (fengxiang > 180 && fengxiang < 270) { c1.setX(x + m * 80 + number * sj + 0.1 - 80 * 1); c1.setY(y + m * 80 + number * sj + 0.1 - 80 * 1); }else if (fengxiang > 270 && fengxiang < 360) { c1.setX(x + m * 80 + number * sj + 0.1+80*5); c1.setY(y + m * 80 + number * sj + 0.1+80*5); }else if (fengxiang == 0 || fengxiang == 360) { c1.setX(x + m * 80 + number * sj + 0.1 + 80*3); c1.setY(y + m * 80 + number * sj + 0.1 + 80*3); }else if (fengxiang == 90) { c1.setX(x + m * 80 + number * sj + 0.1 + 80); c1.setY(y + m * 80 + number * sj + 0.1 + 80); }
                    else if (fengxiang == 180) { c1.setX(x + m * 80 + number * sj + 0.1); c1.setY(y + m * 80 + number * sj + 0.1); }else if (fengxiang == 270) { c1.setX(x + m * 80 + number * sj + 0.1 + 80*2); c1.setY(y + m * 80 + number * sj + 0.1 + 80*2); }break; }
            case 3: { s1 = s; m = (int)(s1 / 80); if (fengxiang > 0 && fengxiang < 90) { c1.setX(x + m * 80 + 0.1 + number * sj + 80 * 2); c1.setY(y + 0.1 +80); }else if (fengxiang > 90 && fengxiang < 180) { c1.setX(x + m * 80 + 0.1 + number * sj); c1.setY(y + 0.1 + 80); }else if (fengxiang > 180 && fengxiang < 270) { c1.setX(x + m * 80 + 0.1 + number * sj); c1.setY(y + 0.1 + 80); }else if (fengxiang > 270 && fengxiang < 360) { c1.setX(x + m * 80 + 0.1 + number * sj+80 * 2); c1.setY(y + 0.1 + 80); }else if (fengxiang == 0 || fengxiang == 360) { c1.setX(x + m * 80 + 0.1 + number * sj + 80 * 3); c1.setY(y + 0.1 + 80); }else if (fengxiang == 90) { c1.setX(x + m * 80 + 0.1 + number * sj + 80 * 1); c1.setY(y + 0.1 + 80); }else if (fengxiang == 180) { c1.setX(x + m * 80 + 0.1 + number * sj); c1.setY(y + 0.1 + 80); }else if (fengxiang == 270) { c1.setX(x + m * 80 + 0.1 + number * sj + 80 *1); c1.setY(y + 0.1 + 80); }break; }
            case 4: { s1 = s * Math.sin((Math.PI) / 4); m = (int)((s1 / 80)); if (fengxiang > 0 && fengxiang < 90) { c1.setX(x + m * 80 + number * sj + 80 * 3); c1.setY(y - m * 80 - number * sj - 80 * 3); }else if (fengxiang > 90 && fengxiang < 180) { c1.setX(x + m * 80 + number * sj + 0.1); c1.setY(y - m * 80 - number * sj - 0.1); }else if (fengxiang > 180 && fengxiang < 270) { c1.setX(x + m * 80 + number * sj + 0.1); c1.setY(y - m * 80 - number * sj - 0.1); }else if (fengxiang > 270 && fengxiang < 360) { c1.setX(x + m * 80 + number * sj + 0.1); c1.setY(y - m * 80 - number * sj - 0.1); }else if (fengxiang == 0 || fengxiang == 360) { c1.setX(x + m * 80 + number * sj + 80 * 2); c1.setY(y - m * 80 - number * sj - 80 * 2); }else if (fengxiang == 90) { c1.setX(x + m * 80 + number * sj + 80 * 2); c1.setY(y - m * 80 - number * sj - 80 * 2); }else if (fengxiang == 180) { c1.setX(x + m * 80 + number * sj + 0.1); c1.setY(y - m * 80 - number * sj - 0.1); }else if (fengxiang == 270) { c1.setX(x + m * 80 + number * sj + 0.1); c1.setY(y - m * 80 - number * sj - 0.1); }break; }
            case 5: { s1 = s; m = (int)(s1 / 80); if (fengxiang > 0 && fengxiang < 90) { c1.setX(x + 0.1 + 80); c1.setY(y - m * 80 - number * sj - 0.1- 80 * 2); }else if (fengxiang > 90 && fengxiang < 180) { c1.setX(x + 0.1 + 80);
                      c1.setY(y - m * 80 - number * sj - 0.1 - 80 * 1); }else if (fengxiang > 180 && fengxiang < 270) { c1.setX(x + 0.1 + 80); c1.setY(y - m * 80 - number * sj - 0.1); ; }else if (fengxiang > 270 && fengxiang < 360) { c1.setX(x + 0.1 + 80); c1.setY(y - m * 80 - number * sj - 0.1); }else if (fengxiang == 0 || fengxiang == 360) { c1.setX(x + 0.1 + 80); c1.setY(y - m * 80 - number * sj - 0.1 - 80 * 1); }else if (fengxiang == 90) { c1.setX(x + 0.1 + 80); c1.setY(y - m * 80 - number * sj - 0.1 - 80 * 3); }else if (fengxiang == 180) { c1.setX(x + 0.1 + 80); c1.setY(y - m * 80 - number * sj - 0.1 - 80 * 1); }else if (fengxiang == 270) { c1.setX(x + 0.1 + 80); c1.setY(y - m * 80 - number * sj - 0.1); }break; }
            case 6: { s1 = s * Math.sin((Math.PI) / 4); m = (int)((s1 / 80)); // c1.X = (x - m * 80 - 0.1 - number * sj); //c1.Y = (y - m * 80 - 0.1 - number * sj);
                      if (fengxiang > 0 && fengxiang < 90) { c1.setX(x - m * 80 - 0.1 - number * sj); c1.setY(y - m * 80 - 0.1 - number * sj); }else if (fengxiang > 90 && fengxiang < 180) { c1.setX(x - m * 80 - 0.1 - number * sj - 80 * 3); c1.setY(y - m * 80 - 0.1 - number * sj - 80 * 3); }else if (fengxiang > 180 && fengxiang < 270) { c1.setX(x - m * 80 - 0.1 - number * sj- 80 * 1); c1.setY(y - m * 80 - 0.1 - number * sj-80 * 1); }else if (fengxiang > 270 && fengxiang < 360) { c1.setX(x - m * 80 - 0.1 - number * sj);
                          c1.setY(y - m * 80 - 0.1 - number * sj); }else if (fengxiang == 0 || fengxiang == 360) { c1.setX(x - m * 80 - 0.1 - number * sj); c1.setY(y - m * 80 - 0.1 - number * sj); }else if (fengxiang == 90) { c1.setX(x - m * 80 - 0.1 - number * sj - 80 * 2); c1.setY(y - m * 80 - 0.1 - number * sj - 80 * 2); }else if (fengxiang == 180) { c1.setX(x - m * 80 - 0.1 - number * sj - 80 * 1); c1.setY(y - m * 80 - 0.1 - number * sj - 80 * 1); }else if (fengxiang == 270) { c1.setX(x - m * 80 - 0.1 - number * sj); c1.setY(y - m * 80 - 0.1 - number * sj); }break; }
            case 7: { s1 = s; m = (int)(s1 / 80);
                     if (fengxiang > 0 && fengxiang < 90) { c1.setX(x - m * 80 - number * sj); c1.setY(y - 0.1-80); }
                     else if (fengxiang > 90 && fengxiang < 180) { c1.setX(x - m * 80 - number * sj- 80 * 3);c1.setY(y - 0.1 - 80); }
                     else if (fengxiang > 180 && fengxiang < 270) { c1.setX(x - m * 80 - number * sj - 80 * 2); c1.setY(y - 0.1 - 80); }
                     else if (fengxiang > 270 && fengxiang < 360) { c1.setX(x - m * 80 - number * sj); c1.setY(y - 0.1 - 80); }
                     else if (fengxiang == 0 || fengxiang == 360) { c1.setX(x - m * 80 - number * sj); c1.setY(y - 0.1 - 80); }
                     else if (fengxiang == 90) { c1.setX(x - m * 80 - number * sj - 80 * 1); c1.setY(y - 0.1 - 80);}
                     else if (fengxiang == 180) { c1.setX(x - m * 80 - number * sj - 80 * 3); c1.setY(y - 0.1 - 80); }
                     else if (fengxiang == 270) { c1.setX(x - m * 80 - number * sj- 80 * 1); c1.setY(y - 0.1 - 80); }
                     break;
            }
        }
        return c1;
    }

5.计算蔓延速度

    public double SpreadSpeed(double n, double Winddir,double v,double Wn,double h,double m,double q,double density,double a,double Qi,double p,double slope,double speed ,double s) {
            double angle = 0;
            double Ir;
            double R;
            double K=1;
            if (n == 0) {
            angle = Math.abs(Winddir - 225);
            return K * (16 + 16 * (Math.cos(angle * Math.PI / 180))); }
        if (n == 1) { angle = Math.abs(Winddir - 270);
            return K * (15 + 15 * (Math.cos(angle * Math.PI / 180))); }
        if (n == 2) { angle = Math.abs(Winddir - 315) + 180; }if (n == 3) { angle = Math.abs(Winddir); }
        if (n == 4) { angle = Math.abs(Winddir - 45); }
        if (n == 5) { angle = Math.abs(Winddir - 90); }
        if (n == 6) { angle = Math.abs(Winddir - 135); return K * (12 + 12 * (Math.abs(angle * Math.PI / 180))); }
        if (n == 7) { angle = Math.abs(Winddir - 180); return K * (13 + 13 * (Math.cos(angle * Math.PI / 180))); }
        double speed_dy = CalWindCorr(speed,p);
        //⻛速修正系数
        double slop_dy = CalSlopeCorr(slope,p);
        Ir=CalIr(v,Wn,h,m,s);
        R = (Ir * q * (1 + speed_dy + slop_dy)) / (density * a * Qi);
        return K * (R + R * Math.cos(angle * Math.PI / 180));
    }

6.经纬度转换

    public XY lonLat2Mercator(double lon,double lat) { XY c1 = new XY(); c1.setX(lon * 20037508.34 / 180); double Y2 = Math.log(Math.tan((90 + lat) * Math.PI / 360)) / (Math.PI / 180); c1.setY(Y2 * 20037508.34 / 180); return c1; }
    public XY Mercator2lonLat(double x, double y) { XY c1 = new XY(); c1.setX(x / 20037508.34 * 180); double Y2 = y / 20037508.34 * 180; c1.setY(180 / Math.PI * (2 * Math.atan(Math.exp(Y2 * Math.PI / 180)) - Math.PI / 2)); return c1; }

7.主方法调用

    public XY HuygenSpread(double x1, double y1, int sj, int n, double Winddir, double Time, double s, double v, double speed, double Wn, double h, double q, double density, double a, double Qi, double p, double slope) {
        if (n< sj) {
            double huoyanspeed = SpreadSpeed(n,Winddir,v,Wn,h,n,q,density,a,Qi,p,slope,speed,s);
            System.err.println("huoyanspeed:"+huoyanspeed);
            double vtime = huoyanspeed * Time;
            System.err.println("vtime:"+vtime);
            XY c2 ; c2 = lonLat2Mercator(x1, y1);
            XY c1 = GetNextFeature(c2.getX(), c2.getY(), 1.4 * vtime, n,sj,Winddir);
            c1 = Mercator2lonLat(c1.getX(), c1.getY());
            return c1; }
                 else { XY c3 = new XY(); c3.setX(x1); c3.setY(y1);
            return c3; }
    }

注:因林火蔓延涉及因素太多,如静可燃物载量、矿质阻尼系数等存在估值,所以得出的结果仅供参考。

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原始发表：2025-07-12，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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