© Юрищева Анна, группа э602, ЭФ МГУ
Изучение причин возникновения лесных пожаров и оценка эффективности мер по борьбе с ними требуют все больше внимания, особенно ввиду разрастания городов - это делает менее заметной границу между городскими инфраструктурами и лесом. Главная особенность, которая связана с лесными пожарами, это взаимодействие природной среды и города (WUI). Так называется область, где городские застройки «соприкасаются» или смешиваются с окружающим город ландшафтом.
Альпийские пожары имеют свои особенности, которые влияют на определение взаимодействия природной среды и городского ландшафта. Здесь лесные пожары, в основном, распространяются вдоль склонов. Поэтому, даже если возгорания происходят вблизи городских инфраструктур, в большинстве случаев дома и прочие сооружения не выгорают. Взаимодействие природной среды и города в области швейцарских Альп происходит между городской местностью и крутыми лесами, которые смешались с сельскохозяйственными угодьями и виноградниками. Эволюция этой области взаимодействия области главным образом обусловлена увеличением землепользования, ввиду роста городов, и расширением той части лесов, которая активно используется людьми.
Основной целью проведенного авторами исследования было создание имитационной модели, действующей на местном уровне для оценки лесных пожаров в динамике в южной части швейцарского Альпийского региона. Используя агент-ориентированный подход можно провести весьма подробный анализ, например, имитируя ежедневное движение каждого отдельного активного человека с целью изучения влияния мобильности людей на появление пожара; изучение эффективности различных стратегий по борьбе с пожарами, моделируя смещение очагов возгорания по территории. В качестве второй цели выступает проводение исследования в глобальном масштабе, более широкой области (например, весь кантон Тичино). У авторов появляется возможность понять эволюцию взаимодействия природной среды и города во времени. При этом проводится анализ влияющих на объект факторов, таких как рост численности населения, степень урбанизации, управление землепользованием. Кантон Тичино является одним из наиболее пожароопасных районов швейцарского Альпийского региона.
Используемая исследователями для реализации заданных целей многоагентная система (MAS) представляет собой компьютеризированную систему, образованную несколькими интеллектуальными агентами, взаимодействующими в конкретной среде. Агент определяется как вычислительный элемент со своими атрибутами, действиями и поведением, способный взаимодействовать с другими агентами. Предложенная модель является многоуровневой, так что, в связи с расширением исследуемой зоны, могут быть приняты во внимание различные аспекты лесных пожаров, происходящих на данной территории, и во время моделирования могут быть выполнены различные операции. Авторы использовали платформу GAMA. Она позволяет осуществлять многоуровневое моделирование, что означает, что различные анализы могут быть выполнены в той же среде, но с другим пространственно-временным разрешением. В этом случае конкретный тип агентов предварительно просматривается, чтобы определить тип связи между различными уровнями агентов, макро- и микро-виды и специфические метод. Примером может служить временное скопление микро-агентов, которые могут быть использованы для изучения коллективного поведения агентов в определенный период. Все эти особенности делают GAMA подходящей для реализации модели, представленной в данном исследовании.
Информация о лесных пожарах была взята из базы данных лесных пожаров Швейцарии, разработанной в рамках совместного проекта WSL (Швейцарский федеральный институт исследований леса, снега и ландшафта) и FOEN (Федеральное природоохранное ведомство). Информация о возможностях ландшафта (дорожной сети, железнодорожных, строительных и лесных) была получена из топографической модели ландшафта (TLM), разработанной Федеральным управлением по топографии. Данные переписи населения, размеров жилищного фонда и количества предприятий были предоставлены Федеральным статистическим управлением (ФСО). В исследовании использовались данные за период с 1990 по 2015 год (рисунок 1).
Рис. 1. Пример. Население (2000 год), лес, городская инфраструктура и лесные пожары (1990-2015) в пригороде Локарно.
Что касается результатов исследования, то первый - это реализация крупномасштабной имитационной модели, показанной на схеме ниже (рисунок 2).
Рис. 2. Схема крупномасштабной модели. Красным показаны входные данные, зеленым – выходные данные модели.
Проведенный анализ подразумевает двойную направленность: 1) показать визуальную корреляцию между случаями возгорания в лесу и присутствием человека; 2) исследовать эффективность вмешательства пожарной службы.
Начиная от входных данных, моделирование начинается с людей, движущихся по дорожной сети (например, от дома до работы, от дома до школы, от дома до места отдыха), где каждый сегмент дороги характеризуется различными ограничениями скорости на шоссе, дороге и пешеходной дорожке, и движение агента происходит по самому короткому возможному пути. Каждой частое посещение зоны захватывается путем указания времени, которое может изменяться в силу временного расширения моделирования. При возникновении пожара, заголовок текущей ситуации возникает автоматически, и шейп-файл агентов и огневой позиции дается на выходе. После того, как огонь зажигается, вмешательство пожарников имитируется. Выбирается техника противодействия (в силу методов, доступных в ближайшей пожарной станции), время вмешательства сохраняется в таблице.
Следующий этап данного исследования, который заключается в развитии модели глобального масштаба для оценки взаимодействия природной среды и городского ландшафта (WUI) на уровне кантона Тичино, все еще находится в стадии разработки. Данная модель направлена на понимание временной эволюции и факторов динамики WUI, и результаты этих анализов могут помочь оценить влияние урбанизации и увеличения числа населения на эволюцию WUI.
Источник: Annalisa Minelli and Marj Tonini «A multi-level agent-based model to assess the forest fire management in the southern swiss alpine region», publ: 22.09.2016.