【元胞自动机】基于元胞自动机模拟火势蔓延附Matlab代码

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🔥 内容介绍

元胞自动机（Cellular Automaton, CA）是一种离散时空动力学模型，通过 “局部元胞交互 + 全局规则迭代” 模拟复杂系统演化，其核心特性（离散性、并行性、局部性）与火势蔓延的 “局部燃烧扩散 + 全局动态演化” 规律高度契合。基于 CA 的火势蔓延模拟，可精准复现火势随燃料、地形、气象等因素的动态变化，为森林防火规划、应急演练提供科学支撑。以下从模型构建、核心规则、模拟流程展开详细说明：

一、核心基础：元胞自动机与火势蔓延的适配性

1. 元胞自动机核心要素

CA 模型由元胞、网格、状态、邻居、转换规则五大要素构成，适配火势蔓延的定义如下：

• 元胞（Cell）

  ：最小模拟单元，对应实际地形中的小区域（如 10m×10m、50m×50m，根据模拟精度调整）；

• 网格（Grid）

  ：元胞的空间排列，通常采用二维正方形网格（贴合平面地形），也可采用六边形网格（提升方向均匀性）；

• 元胞状态（State）

  ：描述元胞的燃烧状态与属性，是模拟的核心；

• 邻居（Neighborhood）

  ：定义元胞的交互范围，火势蔓延需考虑周围元胞的影响；

• 转换规则（Transition Rule）

  ：基于元胞自身状态、邻居状态及环境因素，决定下一时刻元胞状态，是模拟火势扩散的关键。

2. 火势蔓延的核心物理规律

火势蔓延是燃料、地形、气象等多因素共同作用的复杂过程，核心规律：

• 燃烧具有局部扩散性：仅相邻区域的燃料会被引燃；

• 蔓延具有方向性：受风速、坡度影响，火势向顺风、上坡方向扩散更快；

• 燃烧具有阶段性：燃料需经历 “未燃烧→燃烧中→已燃尽” 的状态转换；

• 环境具有抑制性：湿度、防火隔离带等会降低燃烧概率或阻断蔓延。

⛳️ 运行结果

📣 部分代码

animation_fps = 30; % frames displayed per second in visualization

stats_mode = false; % if true, no visualization -- easier for collecting stats

% Grid dimensions

row_count = 100; % width

col_count = 100; % length

%% Constants %%

% Cell values for the rain grid

DRY = 1; % dry cell value

RAIN = 2; % raining cell value

% Cell values for the forest grid

DIRT = 1; % Dirt cell that doesn't burn

GRASS = 2; % Grass cell that is not on fire

TREE = 3;  % Tree cell that is not on fire

FIRE = 4; % Cell that is on fire

WET_DIRT = 5; % Wet dirt cell value

WET_GRASS = 6; % Wet grass cell value

WET_TREE = 7; % Wet tree cell values

FIREFIGHTER = 8; % Fire fighter cell value

🔗 参考文献

[1]徐昔保.基于GIS与元胞自动机的城市土地利用动态演化模拟与优化研究[D].兰州大学,2007.DOI:CNKI:CDMD:1.2007.115553.

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2.7 ELMAN递归神经网络时序、回归\预测和分类

2.8 LSTM/BiLSTM/CNN-LSTM/CNN-BiLSTM/长短记忆神经网络系列时序、回归预测和分类

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2.12 RF随机森林时序、回归预测和分类

2.13 BLS宽度学习时序、回归预测和分类

2.14 PNN脉冲神经网络分类

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