Real-time genetic spatial optimization to improve forest fire spread forecasting in high-performance computing environments

Abstract

Forest fires are a kind of natural hazard with a high number of occurrences in southern European countries. To avoid major damages and to improve forest fire management, one can use forest fire spread simulators to predict fire behavior. When providing forest fire predictions, there are two main considerations: accuracy and computation time. In the context of natural hazards simulation, it is well known that part of the final forecast error comes from uncertainty in the input data. These data typically consist of a set of GIS files, which should be appropriately conflated. For this reason, several input data calibration methods have been developed by the scientific community. In this work, the Two-Stage calibration methodology, which has been shown to provide good results, is used. This calibration strategy is computationally intensive and time-consuming because it uses a Genetic Algorithm as a solution. Taking into account the aspect of urgency in forest fire spread prediction, it is necessary to maintain a balance between accuracy and the time needed to calibrate the input parameters. In order to take advantage of this technique, one must deal with the problem that some of the obtained solutions are impractical, since they involve simulation times that are too long, preventing the prediction system from being deployed at an operational level. A new method which finds the minimum resolution reduction for such long simulations, keeping accuracy loss to a known interval, is proposed. The proposed improvement is based on a time-aware core allocation policy that enables real-time forest fire spread forecasting. The final prediction system is a cyberinfrastructure, which enables forest fire spread prediction at real time.     

重庆南川地区龙潭组页岩气地质特征与甜点优选

海陆过渡相富有机质含气页岩是页岩气勘探的重要领域。利用地震、钻井、测井、分析测试等资料，选择重庆南川地区为研究对象，对我国南方四川盆地东南缘地区二叠统龙潭组页岩气勘探潜力系统评价。从沉积环境、岩性组合、有机地化、储层物性、含气性、矿物组成等页岩气成藏地质条件等方面入手，探讨了页岩气富集主控因素，优选了甜点区和甜点段。研究结果表明：① 南川地区龙潭组处于潟湖相，富有机质黑色泥页岩发育，累厚50~65 m，单层厚度26~32 m，埋深主体在1000~4000 m之间。② 地球化学指标适中，TOC含量2. 0%~3. 0%，Ro为2. 0%~2. 2%，有机质类型为Ⅲ~Ⅱ2型。③ 含气性较好，气测全烃一般3%~25. 5%，含气量1. 5~3. 5 m3/t。④ 硅质、碳酸盐矿物等脆性矿物含量较高，具有较大页岩气勘探潜力。⑤ 龙潭组页岩气富集高产具有相带控烃、保存控富、可压控产“三控”规律，即潟湖相影响泥页岩厚度及地化指标，控制页岩气富集烃源基础；保存条件影响地层压力和滞留气含量，控制页岩气富集的程度；可压裂性影响改造体积和缝网复杂程度，控制页岩气井产量。⑥ 初步建立了南川地区龙潭组页岩气甜点区目标评价方法和标准，优选出具有一定构造稳定区面积、页岩气成藏指标较好、埋深适中的阳春沟背斜、东胜背斜为Ⅰ类区。⑦ 建立了以TOC、孔隙度、含气量、脆性矿物含量四项主要参数为指标的储层综合评价指数（RCEI），优选出潭三段为页岩气勘探甜点段，潭三段上部为水平井最优穿层靶窗。     

辽宁阜新地区太古宙变质岩变质作用及其演化规律

辽宁阜新地区的"太古宙变质岩"是华北板块北缘太古代的最下部的地体,它由连续性很差的表壳岩、TTG岩石及其他深成侵入岩构成。基本岩石类型包括：角闪石岩、辉石岩、斜长角闪岩、麻粒岩、紫苏花岗岩、片麻岩及少量的磁铁石英岩。主要特征变质矿物由石榴子石（Gr）、斜方辉石（Opx）、单斜辉石（Cpx）、角闪石（Hb）、斜长石（Pl）和石英（Q）。岩相学研究确定了指示变质作用不同阶段的3个变质反应的存在,并且它们与推测的矿物相的转化关系吻合。结合地质温压的限定,笔者得出了该区太古宙末期的强烈的变质热事件的IBC型的PTt演化轨迹,即具有近等压冷却过程。并推测出此变质热事件形成于大量岩浆的板低垫托,同时伴有深部的地壳拉张作用的大地构造环境。     

山区土地流转对缓解耕地撂荒的作用

耕地撂荒是目前山区发展较快的一种土地利用变化,耕地流转能否缓解这一过程,促进土地资源有效配置,以避免耕地资源浪费,是一个值得探讨的课题。借助前期研究成果,使用多视角两因素散点分析和单因素相关分析方法,旨在查明山区耕地流转对缓解耕地撂荒的作用,结果表明:1在村级尺度上,样区耕地流转与耕地撂荒间呈现显著负相关关系,流转率高的村庄,撂荒率低,尤其在优等耕作条件的耕地中表现更为突出,说明耕地流转可以减少优等耕作条件的耕地撂荒;2在地块尺度上,优等耕作条件的耕地撂荒率显著低于劣等耕作条件,样区耕地的撂荒主要由Ⅳ等耕作条件的耕地所贡献;3在村级尺度上,样区耕作条件对耕地撂荒率的作用较弱,村样本间耕作条件对撂荒率差异的解释能力不强,优等耕作条件的耕地撂荒仍然存在,说明以耕地流转率代表的土地租赁市场尚不发育;4但是,样区耕地流转率高的村庄,优等耕作条件的耕地撂荒率低,说明耕地撂荒仍然受到土地租赁市场的完善程度所左右,且土地租赁市场在优化耕地资源利用方面的作用已有一定程度的显现;5进一步完善土地租赁的市场化程度,有助于减少或降低耕地撂荒现象的发生,可以避免优等耕作条件的耕地浪费。     

古村落旅游地游线固化的路径依赖——世界遗产地西递、宏村实证分析

以西递、宏村为例,分析了古村落旅游地高度集中的旅游线路的形成和固化过程。依据新制度经济学理论,游线固化实质是一个路径依赖的结果,其中大众游客的市场结构、消费文化因素、权力因素、古建保护因素、制度因素和经济因素等形成的正反馈机制是不断加强游线固化效果、形成路径依赖的主要力量。在这些影响因素的共同作用下,目前的线路已经陷入锁定状态(Locked-in),短时间内改变则会由于巨大的机会成本而变得困难重重。黟县及西递、宏村村镇政府必须坚持加大对东部民居保护及旅游设施发展投资,设计多样化的专题旅游线路,多样化发展游客市场,并通过市场的力量促进遗产保护、旅游建设以及社区居民的全面、协调、可持续发展。     

Characterisation of Tensile Damage in Rock Samples Induced by Different Stress Paths

Cracks, induced by different stress states, are studied systematically on thin slices of crinoidal limestone samples. Samples damaged by tension are compared to samples in which first damage is induced by compressive stresses, followed by tensile stresses. To quantify the effect of the compressive stresses, samples only damaged by compression are also studied. The tensile stresses cause the occurrence of an intergranular crack. When the sample is first damaged by compressive stresses, former induced damage influences the growth of this crack. It results in an intergranular crack with a zigzag profile. The average orientation of the intergranular crack is, however, the same as in the samples damaged by tension only.     

变量查询代数及最短路径分析

本文简单分析了满足ＧＩＳ空间查询代数的一般要求,然后形式化地定义了一种适合于ＧＩＳ究竟查询的变量查询代数。在此代数中,将谓词划分为３类：原子谓词、特征谓高速和空间谓词,以适应目标的空间运算描述;为此代数定义了七类形式的运算,其中的投影运算π、聚集选择σ＾Σ、极限选择σ＾ｍ和分裂选择σ＾ｓ拓广了一般查询代数的查询空间,此查询代数的独特之处在于能完成的网络分析功能;最后给出最短路径查询的实验。     

滇西哀牢山深变质杂岩新生代多期变质、剪切变形及地质意义

造山带内大型走滑断层带的运动、变形及变质事件的精细厘定,对研究造山带演化具有重要意义。沿着红河-哀牢山走滑断裂带出露大量深变质杂岩体,这些深变质杂岩保存了极其丰富的变形-变质以及热-构造演化信息。本文重点以红河-哀牢山走滑断层带中的变基性岩和变泥质岩为研究对象,开展了详细的宏观和显微构造、岩相矿物组合、变形温压条件及年代学的综合分析。所有的结果表明哀牢山深变质杂岩经历了至少三个阶段的变质以及依次的变形,即早期进变质阶段（M1）、峰期麻粒岩相变质阶段（M2）（T=780~840℃,P=~0.95GPa）以及峰后近等温减压阶段（M3）,具有明显的顺时针P-T演化轨迹。获得片麻岩中的锆石边的变质或熔融年龄为35.2±0.9Ma~33.9±0.8Ma。同时结合EBSD变形矿物晶格优选定向分析,可以确定峰后近等温减压阶段（M3）与区域左行剪切变形阶段相一致。

     

工业测量三维基准转换参数的全局最优算法

从全局最优的角度分析了工业测量空间三维基准转换时经常出现解不稳定现象的原因,利用最优初值和局部最优算法,可以获得唯一确定的全局最优解。结合实际工业测量应用中的公共点移站测量,用此方法可以获得更加稳定的转换参数,对于其他低信噪比平差问题出现解不稳定的现象提供了解决方法。     

基于PSO-AHP的大坝致灾因子权重计算

提出了一种基于改进粒子群优化-层次分析法（SELPSO-AHP）的致灾因子权重计算模型,该模型依据大坝现场检测、原型监测和安全定期检查等成果,由层次分析法构建大坝风险分析的层次结构体系。为保证判断矩阵的一致性,引入改进粒子群算法和罚函数法用于层次分析法的权值计算,取得了比遗传算法更精确、更稳定的结果。将所建立的模型用于某混凝土重力坝的运行风险分析,得到了影响该坝运行风险的主要因素,为保障大坝安全提供了依据。