Simulace.info - User contributions [en]

LS 2022/2023

2023-06-21T10:14:49Z

AdamKlima:

{{DISPLAYTITLE:LS 2022/2023}}

Semestrální práce (simulace) z letního semestru 2022/2023. Sem přidejte odkaz na stránku s Vaší prací až bude hotová.
Nejprve je třeba nechat schválit '''[[Assignment SS 2022/2023/cs|zadání práce]]'''.

[https://www.simulace.info/index.php?title=User:Kouj09/Simulace Veřejné toalety] - [[User:Kouj09|Kouj09]] ([[User talk:Kouj09|talk]]) 14:48, 12 June 2023 (CET)

[https://www.simulace.info/index.php/Život_dítěte Život dítěte (Vensim)] - Tatiana Čižmáriková

[https://www.simulace.info/index.php/User:Trat13 Simulace odsouzených osob v ČR (Vensim)] - Thu Thuy Tranová

[https://www.simulace.info/index.php/Simulace_zálohovacího_systému] - Miloslav Vach

[https://www.simulace.info/index.php/Stádo_pakoňů Stádo pakoňů (NetLogo)] - Petr Müller

[https://www.simulace.info/index.php/Predpove%C4%8F_priebehu_pand%C3%A9mie Predpoveď priebehu pandémie(Vensim)] - Adam Daniš

[https://www.simulace.info/index.php/%C5%A0%C3%ADrenie_lesn%C3%A9ho_po%C5%BEiaru Šírenie lesného požiaru (NetLogo)] - Adam Klima

[https://www.simulace.info/index.php/Doprava_na_semaforové_křižovatce_a_kruhové_křižovatce Doprava na semaforové křižovatce a kruhové křižovatce] -Jan Lampa

[https://www.simulace.info/index.php/Evakuacia_lietadla_v_pripade_nehody Evakuácia lietadla v prípade nehody (NetLogo) ] - Tomáš Blahut

[https://www.simulace.info/index.php/Prubeh_maratonu Průběh maratonu (NetLogo) ] - holj13

[https://www.simulace.info/index.php/NBA_Monte_Carlo_Simulation NBA Monte Carlo Simulation] - prin03

Šírenie lesného požiaru

2023-06-12T17:54:50Z

AdamKlima: /* Listnatý les */

''Táto stránka bola vypracovaná za účelom popisu simulácie šírenia lesného požiaru.''

'''Názov simulácie: ''' Šírenie lesného požiaru

'''Predmet:''' 4IT495 Simulace systémů

'''Semester:''' LS 2022/2023

'''Autor:''' Adam Klima, klia11 (vše username), AdamKlima (simulace.info username)

'''Modelovací nástroj:''' NetLogo

=Definícia problému=
Lesné požiare sú závažným problémom v mnohých regiónoch po celom svete, spôsobujú ničenie biotopov, stratu biodiverzity a ohrozujú ľudské životy a majetok. V roku 2022 bolo zaznamenaných 68 988 lesných požiarov, ktoré dohromady poškodili plochu o veľkosti 7.6 miliónov akrov<ref name="Wildfire Statistics">Wildfire Statistics https://sgp.fas.org/crs/misc/IF10244.pdf</ref>. Takmer 85% lesných požiarov je spôsobených ľudským zavinením<ref name="Humans and Wildfire">Wildfire Causes and Evaluations https://www.nps.gov/articles/wildfire-causes-and-evaluation.htm</ref>. Zvyšok predstavujú prírodné príčiny ako napríklad blesky alebo vulkanická aktivita. Po vzniku takéhoto nekontrolovaného požiaru je šírenie ovplyvňované faktormi ako sú: vietor, vlhkosť vzduchu, podiel živej a mŕtvej (vyschnutej) vegetácie, sklon terénu a hustota zalesnenia.

=Cieľ=
Simulácia má za cieľ priblížiť/predpovedať risk vzniku veľkoplošného požiaru a následne určiť rýchlosť šírenia, ktorému by takýto lesný požiar odpovedal na základe faktorov spomínaných v predchádzajúcom odstavci.

=Metóda=
Simulácia je implementovaná ako agentná simulácia. Stromy (vegetácia) predstavujú agentov, na ktoré vplývajú faktory ovplyvňujúce pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru.

=Model=
Simulácia sa odohráva na ploche o rozmeroch 50x50 patchov. Je uzavretá po stranách a simuluje šírenie požiaru smerom z ľavej strany doprava.

[[File:Obrazek1xyp.png]]
''Obrázok 1 – pohľad na celé používateľské rozhranie''

Obrázok 1 predstavuje zalesnenú oblasť. Stromy (agenti) môžu nadobudnúť nasledovné farby, ktoré znamenajú iný stav a správanie:
* Zelená: predstavuje živé stromy (dlhší čas horenia)
* Šedá: predstavuje mŕtve/vyschnuté stromy (kratší čas horenia)
* Tmavo červená: stromy zasiahnuté požiarom (bez potenciálu ďalšieho šírenia)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia) - zobrazené na obrázku číslo 2

[[File:Obrazek2xyp.png]]

''Obrázok 2 – znázornenie rieky a všetkých farebných stavov stromov''

Obrázok 2 predstavuje variantu simulácie s riekou, ktorá slúži ako prekážka pre šírenie požiaru. Rieka v závislosti na jej šírke a na intenzite/rýchlosti šírenia požiaru má možnosť zastaviť/nezastaviť šírenie požiaru. Nové prvky oproti obrázku 1 znázorňujú:
* Modrá: znázorňuje rieku (ak sa používateľ rozhodne zahrnúť rieku, tak je vždy umiestnená do stredu plochy a je možné upravovať jej šírku)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia)

===Agenti===
Simulácia zahŕňa jeden druh agentov – stromy/vegetácia. Títo agenti môžu mať stav: živý, mŕtvy (suchý strom), zasiahnutý ohňom s potenciálom šírenia a zasiahnutý ohňom bez potenciálu šírenia. Podiel živých a mŕtvych stromov, ich hustota a rieka (áno/nie + šírka) sa určuje na začiatku simulácie. Zvyšné faktory nie sú vizuálne znázornené na ploche, no ovplyvňujú pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Požiar začína po celej vertikálnej dĺžke z ľavej strany plochy a na základe pôsobenia faktorov postupuje/nepostupuje smerom doprava (požiar sa môže šíriť všetkými smermi, no primárne z ľava doprava).

===Faktory/parametre===
Nasledujúce nastaviteľné parametre vplývajú na pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru:
* Density: hustota zalesnenia plochy ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím hustejšia populácia stromov, tým vyššia pravdepodobnosť šírenia a rýchlosti požiaru<ref name="Tree Density">How Tree Density and Wildfire Impact Ecosystems on the Forest-Tundra Edge https://www.nps.gov/articles/000/densityplusfire.htm</ref>.
* percent-live: Percentuálny podiel živej vegetácie, ktorý sa odvádza od faktoru Density. Živé stromy horia pomalšie ako mŕtve stromy<ref name="DEAD TREE REMOVAL">DEAD TREE REMOVAL https://www.readyforwildfire.org/prevent-wildfire/dead-tree-removal/</ref>.
* time-burn-live: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý živý strom svetlo červený (čiže má potenciál šíriť oheň na iné stromy), po uplynutí tohto času sa mení na tmavo červený a nešíri oheň ďalej.
* time-burn-dead: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý mŕtvy strom svetlo červený (nastavená hodnota by mala byť nižšia ako na slidery time-burn-live).
* probability-spread-live: pravdepodobnosť šírenia požiaru živých stromov
* probability-spread-dead: pravdepodobnosť šírenia požiaru mŕtvych stromov (hodnota by mala byť väčšia ako živé stromy)
* radius-of-fire-spread: Rádius, ktorý predstavuje dosah ohňa. V prípade súhry faktorov sa rádius zvyšuje, čo znamená väčšiu pravdepodobnosť šírenia a vyššiu rýchlosť požiaru
* wind-speed: rýchlosť vetra (v km/h). Čím silnejší vietor, tým väčšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Na každých pridaných 10 km/h k rýchlosti vetra, približne 10% zvýšenie rýchlosti šírenia požiaru<ref name="Wind speed">The 10% wind speed rule of thumb for estimating a wildfire’s forward rate of spread in forests and shrublands https://annforsci.biomedcentral.com/articles/10.1007/s13595-019-0829-8</ref>.
* humidity: relatívna vlhkosť vzduchu, ktorá ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím vyššia vlhkosť, tým menšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia<ref name="Humidity">How Does Humidity Affect a Fire? https://wfca.com/articles/how-does-humidity-affect-wildfire/</ref>.
* terrain-slope: uhol, ktorý reprezentuje uhol sklonu terénu (na celej ploche). Oheň sa šíri rýchlejšie smerom do kopca (až 2x zvýšenie rýchlosti a pravdepodobnosti šírenia pri každých + 10°). Smerom dole z kopca je šírenie naopak spomalené<ref name="Terrain slope">The science behind fire behaviour https://www.environment.sa.gov.au/topics/fire-management/fire-science-and-planning/fire-behaviour</ref>.
* river?: switch, ktorý určuje prítomnosť rieky (áno/nie).
* river-width: určuje šírku rieky. Ohľadne chovania rieky nebolo nájdené dostatočné množstvo dôveryhodných informácií, keďže je to dosť premenlivý faktor, ktorý je ťažko predpovedať. Každopádne v tejto simulácií pokiaľ je šírenie požiaru intenzívne, môže požiar prekonať aj stredne veľkú rieku a pokračovať v šírení na druhom brehu.

===Výstupné metriky===
Výstupné metriky sú zobrazené na obrázku 1 na pravej strane:
* Graf Percent burned: vertikálna osa určuje percento poškodenej/zasiahnutej plochy požiarom a horizontálna osa znázorňuje čas (v tikoch) počas ktorého sa požiar šíril na simulovanej ploche.
* Fire-speed: v prípade že sa oheň dostane z ľavej strany až na druhú stranu, tak fire-speed vypíše tik v ktorom k tomu došlo. (0 – oheň nedošiel na druhú stranu, ak je číslo väčšie ako nula tak čím nižšie číslo, tým vyššia rýchlosť šírenia požiaru).
* Percent burned: pomer stromov zasiahnutých požiarom k pôvodným stromom pred začiatkom požiaru (v percentách).
* probability-to-side: V prípade stlačenia tlačidla “simulate“ sa simuluje šírenie požiaru (toľko krát koľko je vybratých na slidery num-simulate) a výsledná hodnota v rozmedzí 0 – 1 predstavuje pravdepodobnosť zasiahnutia pravej strany požiarom.

=Výsledky=
Simulácie popísané v tejto časti budú rozdelené podľa zaradenia do lesného biomu. Druhy, ktoré boli simulované sú tropický les (tropické podnebie), severný les (subpolárne podnebie), listnatý les (mierne podnebie) a krovinatý les (subtropické podnebie). Určené hodnoty faktorov pri každej simulácií majú odrážať typický stav daného biomu.

Poznámka: pri každej simulácií bola použitá rovnaká hodnota pre nasledujúce parametre: probability-spread-live (14%), probability-spread-dead (33%), radius-of-fire-spread (1.00), time-burn-live (10), time-burn-dead (4), percent-live (70%) Tieto hodnoty po odskúšaní prinášali najkonzistnejšie výsledky.

Výsledky nasledujúcich prípadov predstavujú priemernú hodnotu dosiahnutú po prevedení simulácie 20x.

===Tropický les===
Príkladom pre hodnoty parametrov bol Amazonský tropický les.

Podstatným faktorom v prípade tropického lesa je relatívna vlhkosť ovzdušia, tá bola pri simulácií nastavená na 88%, keďže to je bežná hodnota počas monzúnového obdobia<ref name="Tropical rainforest biomes">Tropical rainforest biomes https://www.khanacademy.org/science/biology/ecology/biogeography/a/tropical-rainforest-biomes</ref>. Čo sa týka rýchlosti vetra, tak tá bola nastavená na 5 km/h, keďže tropické lesy väčšinou nemajú silný vietor<ref name="What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest">What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest? https://sciencing.com/wind-speeds-tropical-rainforest-23367.html</ref>. Uhol sklonu terénu bol nastavený na 0° – rovina. Hustota zalesnenia bola 75% -vysoká hustota zalesnenia.

[[File:Obrazek3xyp.png]]

''Obrázok 3 – tropický les''

Obrázok 3 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade tropického lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 9%. Napriek veľkej hustote stromov, ktorá by zvyšovala riziko šírenia ohňa, je to silno limitované vysokou relatívnou vlhkosťou vzduchu. Pravdepodobnosť že požiar prejde z ľavej strany plochy až na pravú bola 0%. Rýchlosť šírenia bola pomalá. (keďže výsledná rýchlosť sa počíta ako prvý “dotyk“ požiaru pravej strany tak nie je možné definovať priemernú rýchlosť v tikoch, ale len na základe pozorovania priebehu simulácie)

Výsledný verdikt za daných podmienok je malé riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka vysokej vlhkosti. Najväčší vplyv na veľkoplošné šírenie požiaru v tropickom lese by predstavoval stúpajúci terén. Silnejší vietor by vplýval na šírenie a rýchlosť v menšej miere ako stúpajúci terén.

===Severný les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli Kanadské lesy severozápadného teritória.

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 61%<ref name="Climate in Northwest Territories Canada">Climate in Northwest Territories Canada https://www.worlddata.info/america/canada/climate-northwest-territories.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 12 km/h. Sklon v tomto prípade hrá podstatnú úlohu, keďže tieto oblasti sú často hornaté. Simulácia pracovala so sklonom 10°. Tieto lesy sú podobne ako tropické lesy husto zarastené stromami (70%). Do simulácie bola zahrnutá aj malá rieka (9).

[[File:Obrazek4xyp.png]]

''Obrázok 4 – severný les''

Obrázok 4 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade severného lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 98.2%. Veľká hustota stromov spolu so stúpajúcim svahom a vetrom o sile 12 km/h prispela k veľmi závažnému šíreniu požiaru, ako aj vysokej dosiahnutej rýchlosti (v priemere 130 tikov pre dosiahnutie pravej strany). Relatívne malá rieka (9) nepredstavovala významnú prekážku pre požiar a bola prekonaná pri každom spustení simulácie – pravdepodobnosť dosiahnutia pravej strany bola 100% pri daných faktoroch.

Výsledný verdikt za daných podmienok je veľmi vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka kombinácií hustota/sklon svahu/vietor. Šírenie by bolo spomalené v prípade klesajúceho svahu, no intenzita požiaru by už bola pravdepodobne privysoká na jeho úplne zastavenie. Vlhkosť v tomto prípade nebola dostatočne vysoká pre spomalenie/zastavenie požiaru.

===Listnatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli listnaté lesy v Pennsylvánii (USA).

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 71%<ref name="Climate in Pennsylvania(United States)">Climate in Pennsylvania
(United States) https://www.worlddata.info/america/usa/climate-pennsylvania.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 10 km/h. Sklon pre simuláciu bol určený na hodnotu 0°. Hustota zalesnenia bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek5xyp.png]]

''Obrázok 5 – listnatý les''

Obrázok 5 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade listnatého lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 52.81%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 430 tikov, čo je podstatne pomalšie ako v prípade severného lesu. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 57.1%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je stredné riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Ako v predošlom prípade, kombinácia hustota/sklon svahu/vietor má veľký vplyv na šírenie a rýchlosť požiaru, no oproti severnému lesu je riziko menšie.

===Krovinatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli krovinaté lesy vo vnútrozemí Západnej Austrálie.

V období sucha je priemerná relatívna vlhkosť vzduchu približne 20%<ref name="Acacia shrublands">NVIS Fact sheet
MVG 16 – Acacia shrublands https://www.agriculture.gov.au/sites/default/files/documents/mvg16-nvis-acacia-shrublands.pdf</ref>. V dôsledku rovinatého terénu je toto prostredie náchylné na silnejší vietor, ktorý bol pre účely simulácie nastavený na 20 km/h. Sklon terénu bol určený na 0°. Hustota zalesnenia bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek6xyp.png]]

''Obrázok 6 – krovinový les''

Obrázok 6 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade krovinového lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 85.51%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 210 tikov, čo je pomerne rýchle šírenie vzhľadom na menšiu hustotu zalesnenia. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 93.3%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Veľmi nízka vlhkosť v kombinácií s mierne silným/silným vetrom má veľký vplyv na riziko šírenia a rýchlosť požiaru. Veľké riziko nezmenšuje výrazným spôsobom ani prítomnosť rovinatého terénu s menšou hustotou zalesnenia.

=Záver=
Lesný biom s najnižšou pravdepodobnosťou vzniku a šírenia veľkoplošného lesného požiaru bol tropický les. Naopak najväčšie riziko platilo pre prípad severného lesu. Treba poznamenať že veľmi vysoké riziko a rýchlosť šírenia požiaru pre severný les nastalo aj z dôvodu určeného stúpania terénu 10°.

Z pozorovania výsledkov simulácií je možné určiť že najviac ohrozujúce faktory boli kombinácia vysokej hustoty zalesnenia spolu so stúpajúcim terénom a nízkou/stredne vysokou vlhkosťou ovzdušia. Vietor vplýval vo väčšej miere na výslednú rýchlosť požiaru než na riziko veľkoplošného šírenia. V prípade zahrnutia rieky do simulácie, nemôže byť výsledok braný ako presná reprezentácia reality, keďže nie je podložený reálnymi zdrojmi. Pri zmenšenom podiely živých stromov v simulácií nedochádzalo k výraznej zmene výsledku oproti prípadom s nastaveným 70% živým podielom stromov.

Faktor, ktorý je možné ovplyvniť ľudskou činnosťou v rámci prevencie je hustota zalesnenia. V rizikových oblastiach by mohlo dôjsť k odstráneniu mŕtvych stromov, čím by sa zmenšila hustota stromov a riziko vzniku šírenia veľkoplošného lesného požiaru. No vzhľadom na rozsiahle plochy a všeobecne zlú dostupnosť lesov je to náročné na účinné prevedenie. Z toho dôvodu je veľmi pravdepodobné že lesné požiare budú aj naďalej predstavovať veľké riziko v náchylných oblastiach po celom svete.

=Kód modelu=
[[Media:Klia11_sirenie_lesneho_poziaru.nlogo]]

=Zdroje=
<references/>

Šírenie lesného požiaru

2023-06-12T17:52:54Z

AdamKlima: /* Tropický les */

''Táto stránka bola vypracovaná za účelom popisu simulácie šírenia lesného požiaru.''

'''Názov simulácie: ''' Šírenie lesného požiaru

'''Predmet:''' 4IT495 Simulace systémů

'''Semester:''' LS 2022/2023

'''Autor:''' Adam Klima, klia11 (vše username), AdamKlima (simulace.info username)

'''Modelovací nástroj:''' NetLogo

=Definícia problému=
Lesné požiare sú závažným problémom v mnohých regiónoch po celom svete, spôsobujú ničenie biotopov, stratu biodiverzity a ohrozujú ľudské životy a majetok. V roku 2022 bolo zaznamenaných 68 988 lesných požiarov, ktoré dohromady poškodili plochu o veľkosti 7.6 miliónov akrov<ref name="Wildfire Statistics">Wildfire Statistics https://sgp.fas.org/crs/misc/IF10244.pdf</ref>. Takmer 85% lesných požiarov je spôsobených ľudským zavinením<ref name="Humans and Wildfire">Wildfire Causes and Evaluations https://www.nps.gov/articles/wildfire-causes-and-evaluation.htm</ref>. Zvyšok predstavujú prírodné príčiny ako napríklad blesky alebo vulkanická aktivita. Po vzniku takéhoto nekontrolovaného požiaru je šírenie ovplyvňované faktormi ako sú: vietor, vlhkosť vzduchu, podiel živej a mŕtvej (vyschnutej) vegetácie, sklon terénu a hustota zalesnenia.

=Cieľ=
Simulácia má za cieľ priblížiť/predpovedať risk vzniku veľkoplošného požiaru a následne určiť rýchlosť šírenia, ktorému by takýto lesný požiar odpovedal na základe faktorov spomínaných v predchádzajúcom odstavci.

=Metóda=
Simulácia je implementovaná ako agentná simulácia. Stromy (vegetácia) predstavujú agentov, na ktoré vplývajú faktory ovplyvňujúce pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru.

=Model=
Simulácia sa odohráva na ploche o rozmeroch 50x50 patchov. Je uzavretá po stranách a simuluje šírenie požiaru smerom z ľavej strany doprava.

[[File:Obrazek1xyp.png]]
''Obrázok 1 – pohľad na celé používateľské rozhranie''

Obrázok 1 predstavuje zalesnenú oblasť. Stromy (agenti) môžu nadobudnúť nasledovné farby, ktoré znamenajú iný stav a správanie:
* Zelená: predstavuje živé stromy (dlhší čas horenia)
* Šedá: predstavuje mŕtve/vyschnuté stromy (kratší čas horenia)
* Tmavo červená: stromy zasiahnuté požiarom (bez potenciálu ďalšieho šírenia)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia) - zobrazené na obrázku číslo 2

[[File:Obrazek2xyp.png]]

''Obrázok 2 – znázornenie rieky a všetkých farebných stavov stromov''

Obrázok 2 predstavuje variantu simulácie s riekou, ktorá slúži ako prekážka pre šírenie požiaru. Rieka v závislosti na jej šírke a na intenzite/rýchlosti šírenia požiaru má možnosť zastaviť/nezastaviť šírenie požiaru. Nové prvky oproti obrázku 1 znázorňujú:
* Modrá: znázorňuje rieku (ak sa používateľ rozhodne zahrnúť rieku, tak je vždy umiestnená do stredu plochy a je možné upravovať jej šírku)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia)

===Agenti===
Simulácia zahŕňa jeden druh agentov – stromy/vegetácia. Títo agenti môžu mať stav: živý, mŕtvy (suchý strom), zasiahnutý ohňom s potenciálom šírenia a zasiahnutý ohňom bez potenciálu šírenia. Podiel živých a mŕtvych stromov, ich hustota a rieka (áno/nie + šírka) sa určuje na začiatku simulácie. Zvyšné faktory nie sú vizuálne znázornené na ploche, no ovplyvňujú pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Požiar začína po celej vertikálnej dĺžke z ľavej strany plochy a na základe pôsobenia faktorov postupuje/nepostupuje smerom doprava (požiar sa môže šíriť všetkými smermi, no primárne z ľava doprava).

===Faktory/parametre===
Nasledujúce nastaviteľné parametre vplývajú na pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru:
* Density: hustota zalesnenia plochy ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím hustejšia populácia stromov, tým vyššia pravdepodobnosť šírenia a rýchlosti požiaru<ref name="Tree Density">How Tree Density and Wildfire Impact Ecosystems on the Forest-Tundra Edge https://www.nps.gov/articles/000/densityplusfire.htm</ref>.
* percent-live: Percentuálny podiel živej vegetácie, ktorý sa odvádza od faktoru Density. Živé stromy horia pomalšie ako mŕtve stromy<ref name="DEAD TREE REMOVAL">DEAD TREE REMOVAL https://www.readyforwildfire.org/prevent-wildfire/dead-tree-removal/</ref>.
* time-burn-live: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý živý strom svetlo červený (čiže má potenciál šíriť oheň na iné stromy), po uplynutí tohto času sa mení na tmavo červený a nešíri oheň ďalej.
* time-burn-dead: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý mŕtvy strom svetlo červený (nastavená hodnota by mala byť nižšia ako na slidery time-burn-live).
* probability-spread-live: pravdepodobnosť šírenia požiaru živých stromov
* probability-spread-dead: pravdepodobnosť šírenia požiaru mŕtvych stromov (hodnota by mala byť väčšia ako živé stromy)
* radius-of-fire-spread: Rádius, ktorý predstavuje dosah ohňa. V prípade súhry faktorov sa rádius zvyšuje, čo znamená väčšiu pravdepodobnosť šírenia a vyššiu rýchlosť požiaru
* wind-speed: rýchlosť vetra (v km/h). Čím silnejší vietor, tým väčšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Na každých pridaných 10 km/h k rýchlosti vetra, približne 10% zvýšenie rýchlosti šírenia požiaru<ref name="Wind speed">The 10% wind speed rule of thumb for estimating a wildfire’s forward rate of spread in forests and shrublands https://annforsci.biomedcentral.com/articles/10.1007/s13595-019-0829-8</ref>.
* humidity: relatívna vlhkosť vzduchu, ktorá ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím vyššia vlhkosť, tým menšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia<ref name="Humidity">How Does Humidity Affect a Fire? https://wfca.com/articles/how-does-humidity-affect-wildfire/</ref>.
* terrain-slope: uhol, ktorý reprezentuje uhol sklonu terénu (na celej ploche). Oheň sa šíri rýchlejšie smerom do kopca (až 2x zvýšenie rýchlosti a pravdepodobnosti šírenia pri každých + 10°). Smerom dole z kopca je šírenie naopak spomalené<ref name="Terrain slope">The science behind fire behaviour https://www.environment.sa.gov.au/topics/fire-management/fire-science-and-planning/fire-behaviour</ref>.
* river?: switch, ktorý určuje prítomnosť rieky (áno/nie).
* river-width: určuje šírku rieky. Ohľadne chovania rieky nebolo nájdené dostatočné množstvo dôveryhodných informácií, keďže je to dosť premenlivý faktor, ktorý je ťažko predpovedať. Každopádne v tejto simulácií pokiaľ je šírenie požiaru intenzívne, môže požiar prekonať aj stredne veľkú rieku a pokračovať v šírení na druhom brehu.

===Výstupné metriky===
Výstupné metriky sú zobrazené na obrázku 1 na pravej strane:
* Graf Percent burned: vertikálna osa určuje percento poškodenej/zasiahnutej plochy požiarom a horizontálna osa znázorňuje čas (v tikoch) počas ktorého sa požiar šíril na simulovanej ploche.
* Fire-speed: v prípade že sa oheň dostane z ľavej strany až na druhú stranu, tak fire-speed vypíše tik v ktorom k tomu došlo. (0 – oheň nedošiel na druhú stranu, ak je číslo väčšie ako nula tak čím nižšie číslo, tým vyššia rýchlosť šírenia požiaru).
* Percent burned: pomer stromov zasiahnutých požiarom k pôvodným stromom pred začiatkom požiaru (v percentách).
* probability-to-side: V prípade stlačenia tlačidla “simulate“ sa simuluje šírenie požiaru (toľko krát koľko je vybratých na slidery num-simulate) a výsledná hodnota v rozmedzí 0 – 1 predstavuje pravdepodobnosť zasiahnutia pravej strany požiarom.

=Výsledky=
Simulácie popísané v tejto časti budú rozdelené podľa zaradenia do lesného biomu. Druhy, ktoré boli simulované sú tropický les (tropické podnebie), severný les (subpolárne podnebie), listnatý les (mierne podnebie) a krovinatý les (subtropické podnebie). Určené hodnoty faktorov pri každej simulácií majú odrážať typický stav daného biomu.

Poznámka: pri každej simulácií bola použitá rovnaká hodnota pre nasledujúce parametre: probability-spread-live (14%), probability-spread-dead (33%), radius-of-fire-spread (1.00), time-burn-live (10), time-burn-dead (4), percent-live (70%) Tieto hodnoty po odskúšaní prinášali najkonzistnejšie výsledky.

Výsledky nasledujúcich prípadov predstavujú priemernú hodnotu dosiahnutú po prevedení simulácie 20x.

===Tropický les===
Príkladom pre hodnoty parametrov bol Amazonský tropický les.

Podstatným faktorom v prípade tropického lesa je relatívna vlhkosť ovzdušia, tá bola pri simulácií nastavená na 88%, keďže to je bežná hodnota počas monzúnového obdobia<ref name="Tropical rainforest biomes">Tropical rainforest biomes https://www.khanacademy.org/science/biology/ecology/biogeography/a/tropical-rainforest-biomes</ref>. Čo sa týka rýchlosti vetra, tak tá bola nastavená na 5 km/h, keďže tropické lesy väčšinou nemajú silný vietor<ref name="What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest">What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest? https://sciencing.com/wind-speeds-tropical-rainforest-23367.html</ref>. Uhol sklonu terénu bol nastavený na 0° – rovina. Hustota zalesnenia bola 75% -vysoká hustota zalesnenia.

[[File:Obrazek3xyp.png]]

''Obrázok 3 – tropický les''

Obrázok 3 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade tropického lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 9%. Napriek veľkej hustote stromov, ktorá by zvyšovala riziko šírenia ohňa, je to silno limitované vysokou relatívnou vlhkosťou vzduchu. Pravdepodobnosť že požiar prejde z ľavej strany plochy až na pravú bola 0%. Rýchlosť šírenia bola pomalá. (keďže výsledná rýchlosť sa počíta ako prvý “dotyk“ požiaru pravej strany tak nie je možné definovať priemernú rýchlosť v tikoch, ale len na základe pozorovania priebehu simulácie)

Výsledný verdikt za daných podmienok je malé riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka vysokej vlhkosti. Najväčší vplyv na veľkoplošné šírenie požiaru v tropickom lese by predstavoval stúpajúci terén. Silnejší vietor by vplýval na šírenie a rýchlosť v menšej miere ako stúpajúci terén.

===Severný les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli Kanadské lesy severozápadného teritória.

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 61%<ref name="Climate in Northwest Territories Canada">Climate in Northwest Territories Canada https://www.worlddata.info/america/canada/climate-northwest-territories.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 12 km/h. Sklon v tomto prípade hrá podstatnú úlohu, keďže tieto oblasti sú často hornaté. Simulácia pracovala so sklonom 10°. Tieto lesy sú podobne ako tropické lesy husto zarastené stromami (70%). Do simulácie bola zahrnutá aj malá rieka (9).

[[File:Obrazek4xyp.png]]

''Obrázok 4 – severný les''

Obrázok 4 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade severného lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 98.2%. Veľká hustota stromov spolu so stúpajúcim svahom a vetrom o sile 12 km/h prispela k veľmi závažnému šíreniu požiaru, ako aj vysokej dosiahnutej rýchlosti (v priemere 130 tikov pre dosiahnutie pravej strany). Relatívne malá rieka (9) nepredstavovala významnú prekážku pre požiar a bola prekonaná pri každom spustení simulácie – pravdepodobnosť dosiahnutia pravej strany bola 100% pri daných faktoroch.

Výsledný verdikt za daných podmienok je veľmi vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka kombinácií hustota/sklon svahu/vietor. Šírenie by bolo spomalené v prípade klesajúceho svahu, no intenzita požiaru by už bola pravdepodobne privysoká na jeho úplne zastavenie. Vlhkosť v tomto prípade nebola dostatočne vysoká pre spomalenie/zastavenie požiaru.

===Listnatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli listnaté lesy v Pennsylvánii (USA).

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 71%<ref name="Climate in Pennsylvania(United States)">Climate in Pennsylvania
(United States) https://www.worlddata.info/america/usa/climate-pennsylvania.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 10 km/h. Sklon pre simuláciu bol určený na hodnotu 0°. Hustota bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek5xyp.png]]

''Obrázok 5 – listnatý les''

Obrázok 5 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade listnatého lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 52.81%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 430 tikov, čo je podstatne pomalšie ako v prípade severného lesu. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 57.1%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je stredné riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Ako v predošlom prípade, kombinácia hustota/sklon svahu/vietor má veľký vplyv na šírenie a rýchlosť požiaru, no oproti severnému lesu je riziko menšie.

===Krovinatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli krovinaté lesy vo vnútrozemí Západnej Austrálie.

V období sucha je priemerná relatívna vlhkosť vzduchu približne 20%<ref name="Acacia shrublands">NVIS Fact sheet
MVG 16 – Acacia shrublands https://www.agriculture.gov.au/sites/default/files/documents/mvg16-nvis-acacia-shrublands.pdf</ref>. V dôsledku rovinatého terénu je toto prostredie náchylné na silnejší vietor, ktorý bol pre účely simulácie nastavený na 20 km/h. Sklon terénu bol určený na 0°. Hustota zalesnenia bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek6xyp.png]]

''Obrázok 6 – krovinový les''

Obrázok 6 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade krovinového lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 85.51%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 210 tikov, čo je pomerne rýchle šírenie vzhľadom na menšiu hustotu zalesnenia. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 93.3%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Veľmi nízka vlhkosť v kombinácií s mierne silným/silným vetrom má veľký vplyv na riziko šírenia a rýchlosť požiaru. Veľké riziko nezmenšuje výrazným spôsobom ani prítomnosť rovinatého terénu s menšou hustotou zalesnenia.

=Záver=
Lesný biom s najnižšou pravdepodobnosťou vzniku a šírenia veľkoplošného lesného požiaru bol tropický les. Naopak najväčšie riziko platilo pre prípad severného lesu. Treba poznamenať že veľmi vysoké riziko a rýchlosť šírenia požiaru pre severný les nastalo aj z dôvodu určeného stúpania terénu 10°.

Z pozorovania výsledkov simulácií je možné určiť že najviac ohrozujúce faktory boli kombinácia vysokej hustoty zalesnenia spolu so stúpajúcim terénom a nízkou/stredne vysokou vlhkosťou ovzdušia. Vietor vplýval vo väčšej miere na výslednú rýchlosť požiaru než na riziko veľkoplošného šírenia. V prípade zahrnutia rieky do simulácie, nemôže byť výsledok braný ako presná reprezentácia reality, keďže nie je podložený reálnymi zdrojmi. Pri zmenšenom podiely živých stromov v simulácií nedochádzalo k výraznej zmene výsledku oproti prípadom s nastaveným 70% živým podielom stromov.

Faktor, ktorý je možné ovplyvniť ľudskou činnosťou v rámci prevencie je hustota zalesnenia. V rizikových oblastiach by mohlo dôjsť k odstráneniu mŕtvych stromov, čím by sa zmenšila hustota stromov a riziko vzniku šírenia veľkoplošného lesného požiaru. No vzhľadom na rozsiahle plochy a všeobecne zlú dostupnosť lesov je to náročné na účinné prevedenie. Z toho dôvodu je veľmi pravdepodobné že lesné požiare budú aj naďalej predstavovať veľké riziko v náchylných oblastiach po celom svete.

=Kód modelu=
[[Media:Klia11_sirenie_lesneho_poziaru.nlogo]]

=Zdroje=
<references/>

Šírenie lesného požiaru

2023-06-12T17:51:38Z

AdamKlima: /* Tropický les */

''Táto stránka bola vypracovaná za účelom popisu simulácie šírenia lesného požiaru.''

'''Názov simulácie: ''' Šírenie lesného požiaru

'''Predmet:''' 4IT495 Simulace systémů

'''Semester:''' LS 2022/2023

'''Autor:''' Adam Klima, klia11 (vše username), AdamKlima (simulace.info username)

'''Modelovací nástroj:''' NetLogo

=Definícia problému=
Lesné požiare sú závažným problémom v mnohých regiónoch po celom svete, spôsobujú ničenie biotopov, stratu biodiverzity a ohrozujú ľudské životy a majetok. V roku 2022 bolo zaznamenaných 68 988 lesných požiarov, ktoré dohromady poškodili plochu o veľkosti 7.6 miliónov akrov<ref name="Wildfire Statistics">Wildfire Statistics https://sgp.fas.org/crs/misc/IF10244.pdf</ref>. Takmer 85% lesných požiarov je spôsobených ľudským zavinením<ref name="Humans and Wildfire">Wildfire Causes and Evaluations https://www.nps.gov/articles/wildfire-causes-and-evaluation.htm</ref>. Zvyšok predstavujú prírodné príčiny ako napríklad blesky alebo vulkanická aktivita. Po vzniku takéhoto nekontrolovaného požiaru je šírenie ovplyvňované faktormi ako sú: vietor, vlhkosť vzduchu, podiel živej a mŕtvej (vyschnutej) vegetácie, sklon terénu a hustota zalesnenia.

=Cieľ=
Simulácia má za cieľ priblížiť/predpovedať risk vzniku veľkoplošného požiaru a následne určiť rýchlosť šírenia, ktorému by takýto lesný požiar odpovedal na základe faktorov spomínaných v predchádzajúcom odstavci.

=Metóda=
Simulácia je implementovaná ako agentná simulácia. Stromy (vegetácia) predstavujú agentov, na ktoré vplývajú faktory ovplyvňujúce pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru.

=Model=
Simulácia sa odohráva na ploche o rozmeroch 50x50 patchov. Je uzavretá po stranách a simuluje šírenie požiaru smerom z ľavej strany doprava.

[[File:Obrazek1xyp.png]]
''Obrázok 1 – pohľad na celé používateľské rozhranie''

Obrázok 1 predstavuje zalesnenú oblasť. Stromy (agenti) môžu nadobudnúť nasledovné farby, ktoré znamenajú iný stav a správanie:
* Zelená: predstavuje živé stromy (dlhší čas horenia)
* Šedá: predstavuje mŕtve/vyschnuté stromy (kratší čas horenia)
* Tmavo červená: stromy zasiahnuté požiarom (bez potenciálu ďalšieho šírenia)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia) - zobrazené na obrázku číslo 2

[[File:Obrazek2xyp.png]]

''Obrázok 2 – znázornenie rieky a všetkých farebných stavov stromov''

Obrázok 2 predstavuje variantu simulácie s riekou, ktorá slúži ako prekážka pre šírenie požiaru. Rieka v závislosti na jej šírke a na intenzite/rýchlosti šírenia požiaru má možnosť zastaviť/nezastaviť šírenie požiaru. Nové prvky oproti obrázku 1 znázorňujú:
* Modrá: znázorňuje rieku (ak sa používateľ rozhodne zahrnúť rieku, tak je vždy umiestnená do stredu plochy a je možné upravovať jej šírku)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia)

===Agenti===
Simulácia zahŕňa jeden druh agentov – stromy/vegetácia. Títo agenti môžu mať stav: živý, mŕtvy (suchý strom), zasiahnutý ohňom s potenciálom šírenia a zasiahnutý ohňom bez potenciálu šírenia. Podiel živých a mŕtvych stromov, ich hustota a rieka (áno/nie + šírka) sa určuje na začiatku simulácie. Zvyšné faktory nie sú vizuálne znázornené na ploche, no ovplyvňujú pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Požiar začína po celej vertikálnej dĺžke z ľavej strany plochy a na základe pôsobenia faktorov postupuje/nepostupuje smerom doprava (požiar sa môže šíriť všetkými smermi, no primárne z ľava doprava).

===Faktory/parametre===
Nasledujúce nastaviteľné parametre vplývajú na pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru:
* Density: hustota zalesnenia plochy ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím hustejšia populácia stromov, tým vyššia pravdepodobnosť šírenia a rýchlosti požiaru<ref name="Tree Density">How Tree Density and Wildfire Impact Ecosystems on the Forest-Tundra Edge https://www.nps.gov/articles/000/densityplusfire.htm</ref>.
* percent-live: Percentuálny podiel živej vegetácie, ktorý sa odvádza od faktoru Density. Živé stromy horia pomalšie ako mŕtve stromy<ref name="DEAD TREE REMOVAL">DEAD TREE REMOVAL https://www.readyforwildfire.org/prevent-wildfire/dead-tree-removal/</ref>.
* time-burn-live: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý živý strom svetlo červený (čiže má potenciál šíriť oheň na iné stromy), po uplynutí tohto času sa mení na tmavo červený a nešíri oheň ďalej.
* time-burn-dead: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý mŕtvy strom svetlo červený (nastavená hodnota by mala byť nižšia ako na slidery time-burn-live).
* probability-spread-live: pravdepodobnosť šírenia požiaru živých stromov
* probability-spread-dead: pravdepodobnosť šírenia požiaru mŕtvych stromov (hodnota by mala byť väčšia ako živé stromy)
* radius-of-fire-spread: Rádius, ktorý predstavuje dosah ohňa. V prípade súhry faktorov sa rádius zvyšuje, čo znamená väčšiu pravdepodobnosť šírenia a vyššiu rýchlosť požiaru
* wind-speed: rýchlosť vetra (v km/h). Čím silnejší vietor, tým väčšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Na každých pridaných 10 km/h k rýchlosti vetra, približne 10% zvýšenie rýchlosti šírenia požiaru<ref name="Wind speed">The 10% wind speed rule of thumb for estimating a wildfire’s forward rate of spread in forests and shrublands https://annforsci.biomedcentral.com/articles/10.1007/s13595-019-0829-8</ref>.
* humidity: relatívna vlhkosť vzduchu, ktorá ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím vyššia vlhkosť, tým menšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia<ref name="Humidity">How Does Humidity Affect a Fire? https://wfca.com/articles/how-does-humidity-affect-wildfire/</ref>.
* terrain-slope: uhol, ktorý reprezentuje uhol sklonu terénu (na celej ploche). Oheň sa šíri rýchlejšie smerom do kopca (až 2x zvýšenie rýchlosti a pravdepodobnosti šírenia pri každých + 10°). Smerom dole z kopca je šírenie naopak spomalené<ref name="Terrain slope">The science behind fire behaviour https://www.environment.sa.gov.au/topics/fire-management/fire-science-and-planning/fire-behaviour</ref>.
* river?: switch, ktorý určuje prítomnosť rieky (áno/nie).
* river-width: určuje šírku rieky. Ohľadne chovania rieky nebolo nájdené dostatočné množstvo dôveryhodných informácií, keďže je to dosť premenlivý faktor, ktorý je ťažko predpovedať. Každopádne v tejto simulácií pokiaľ je šírenie požiaru intenzívne, môže požiar prekonať aj stredne veľkú rieku a pokračovať v šírení na druhom brehu.

===Výstupné metriky===
Výstupné metriky sú zobrazené na obrázku 1 na pravej strane:
* Graf Percent burned: vertikálna osa určuje percento poškodenej/zasiahnutej plochy požiarom a horizontálna osa znázorňuje čas (v tikoch) počas ktorého sa požiar šíril na simulovanej ploche.
* Fire-speed: v prípade že sa oheň dostane z ľavej strany až na druhú stranu, tak fire-speed vypíše tik v ktorom k tomu došlo. (0 – oheň nedošiel na druhú stranu, ak je číslo väčšie ako nula tak čím nižšie číslo, tým vyššia rýchlosť šírenia požiaru).
* Percent burned: pomer stromov zasiahnutých požiarom k pôvodným stromom pred začiatkom požiaru (v percentách).
* probability-to-side: V prípade stlačenia tlačidla “simulate“ sa simuluje šírenie požiaru (toľko krát koľko je vybratých na slidery num-simulate) a výsledná hodnota v rozmedzí 0 – 1 predstavuje pravdepodobnosť zasiahnutia pravej strany požiarom.

=Výsledky=
Simulácie popísané v tejto časti budú rozdelené podľa zaradenia do lesného biomu. Druhy, ktoré boli simulované sú tropický les (tropické podnebie), severný les (subpolárne podnebie), listnatý les (mierne podnebie) a krovinatý les (subtropické podnebie). Určené hodnoty faktorov pri každej simulácií majú odrážať typický stav daného biomu.

Poznámka: pri každej simulácií bola použitá rovnaká hodnota pre nasledujúce parametre: probability-spread-live (14%), probability-spread-dead (33%), radius-of-fire-spread (1.00), time-burn-live (10), time-burn-dead (4), percent-live (70%) Tieto hodnoty po odskúšaní prinášali najkonzistnejšie výsledky.

Výsledky nasledujúcich prípadov predstavujú priemernú hodnotu dosiahnutú po prevedení simulácie 20x.

===Tropický les===
Príkladom pre hodnoty parametrov bol Amazonský tropický les.

Podstatným faktorom v prípade tropického lesa je relatívna vlhkosť ovzdušia, tá bola pri simulácií nastavená na 88%, keďže to je bežná hodnota počas monzúnového obdobia<ref name="Tropical rainforest biomes">Tropical rainforest biomes https://www.khanacademy.org/science/biology/ecology/biogeography/a/tropical-rainforest-biomes</ref>. Čo sa týka rýchlosti vetra, tak tá bola nastavená na 5 km/h, keďže tropické lesy väčšinou nemajú silný vietor<ref name="What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest">What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest? https://sciencing.com/wind-speeds-tropical-rainforest-23367.html</ref>. Uhol sklonu terénu bol nastavený na 0° – rovina. Hustota zalesnenia bola 75% -vysoká hustota zalesnenia.

[[File:Obrazek3xyp.png]]

''Obrázok 3 – tropický les''

Obrázok 3 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade tropického lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 9%. Napriek veľkej hustote stromov, ktorá by zvyšovala riziko šírenia ohňa, je to silno limitované vysokou relatívnou vlhkosťou vzduchu. Pravdepodobnosť že požiar prejde z ľavej strany plochy až na pravú bola 0%. Rýchlosť šírenia bola pomalá. (keďže výsledná rýchlosť sa počíta ako prvý “dotyk“ požiaru pravej strany tak nie je možné definovať priemernú rýchlosť v tikoch, ale len na základe pozorovania priebehu simulácie)

Výsledný verdikt za daných podmienok je malé riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka vysokej vlhkosti. Najväčší vplyv na veľkoplošné šírenie požiaru v tropickom lese predstavoval stúpajúci terén. Silnejší vietor by vplýval na šírenie a rýchlosť v menšej miere ako stúpajúci terén.

===Severný les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli Kanadské lesy severozápadného teritória.

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 61%<ref name="Climate in Northwest Territories Canada">Climate in Northwest Territories Canada https://www.worlddata.info/america/canada/climate-northwest-territories.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 12 km/h. Sklon v tomto prípade hrá podstatnú úlohu, keďže tieto oblasti sú často hornaté. Simulácia pracovala so sklonom 10°. Tieto lesy sú podobne ako tropické lesy husto zarastené stromami (70%). Do simulácie bola zahrnutá aj malá rieka (9).

[[File:Obrazek4xyp.png]]

''Obrázok 4 – severný les''

Obrázok 4 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade severného lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 98.2%. Veľká hustota stromov spolu so stúpajúcim svahom a vetrom o sile 12 km/h prispela k veľmi závažnému šíreniu požiaru, ako aj vysokej dosiahnutej rýchlosti (v priemere 130 tikov pre dosiahnutie pravej strany). Relatívne malá rieka (9) nepredstavovala významnú prekážku pre požiar a bola prekonaná pri každom spustení simulácie – pravdepodobnosť dosiahnutia pravej strany bola 100% pri daných faktoroch.

Výsledný verdikt za daných podmienok je veľmi vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka kombinácií hustota/sklon svahu/vietor. Šírenie by bolo spomalené v prípade klesajúceho svahu, no intenzita požiaru by už bola pravdepodobne privysoká na jeho úplne zastavenie. Vlhkosť v tomto prípade nebola dostatočne vysoká pre spomalenie/zastavenie požiaru.

===Listnatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli listnaté lesy v Pennsylvánii (USA).

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 71%<ref name="Climate in Pennsylvania(United States)">Climate in Pennsylvania
(United States) https://www.worlddata.info/america/usa/climate-pennsylvania.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 10 km/h. Sklon pre simuláciu bol určený na hodnotu 0°. Hustota bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek5xyp.png]]

''Obrázok 5 – listnatý les''

Obrázok 5 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade listnatého lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 52.81%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 430 tikov, čo je podstatne pomalšie ako v prípade severného lesu. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 57.1%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je stredné riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Ako v predošlom prípade, kombinácia hustota/sklon svahu/vietor má veľký vplyv na šírenie a rýchlosť požiaru, no oproti severnému lesu je riziko menšie.

===Krovinatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli krovinaté lesy vo vnútrozemí Západnej Austrálie.

V období sucha je priemerná relatívna vlhkosť vzduchu približne 20%<ref name="Acacia shrublands">NVIS Fact sheet
MVG 16 – Acacia shrublands https://www.agriculture.gov.au/sites/default/files/documents/mvg16-nvis-acacia-shrublands.pdf</ref>. V dôsledku rovinatého terénu je toto prostredie náchylné na silnejší vietor, ktorý bol pre účely simulácie nastavený na 20 km/h. Sklon terénu bol určený na 0°. Hustota zalesnenia bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek6xyp.png]]

''Obrázok 6 – krovinový les''

Obrázok 6 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade krovinového lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 85.51%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 210 tikov, čo je pomerne rýchle šírenie vzhľadom na menšiu hustotu zalesnenia. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 93.3%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Veľmi nízka vlhkosť v kombinácií s mierne silným/silným vetrom má veľký vplyv na riziko šírenia a rýchlosť požiaru. Veľké riziko nezmenšuje výrazným spôsobom ani prítomnosť rovinatého terénu s menšou hustotou zalesnenia.

=Záver=
Lesný biom s najnižšou pravdepodobnosťou vzniku a šírenia veľkoplošného lesného požiaru bol tropický les. Naopak najväčšie riziko platilo pre prípad severného lesu. Treba poznamenať že veľmi vysoké riziko a rýchlosť šírenia požiaru pre severný les nastalo aj z dôvodu určeného stúpania terénu 10°.

Z pozorovania výsledkov simulácií je možné určiť že najviac ohrozujúce faktory boli kombinácia vysokej hustoty zalesnenia spolu so stúpajúcim terénom a nízkou/stredne vysokou vlhkosťou ovzdušia. Vietor vplýval vo väčšej miere na výslednú rýchlosť požiaru než na riziko veľkoplošného šírenia. V prípade zahrnutia rieky do simulácie, nemôže byť výsledok braný ako presná reprezentácia reality, keďže nie je podložený reálnymi zdrojmi. Pri zmenšenom podiely živých stromov v simulácií nedochádzalo k výraznej zmene výsledku oproti prípadom s nastaveným 70% živým podielom stromov.

Faktor, ktorý je možné ovplyvniť ľudskou činnosťou v rámci prevencie je hustota zalesnenia. V rizikových oblastiach by mohlo dôjsť k odstráneniu mŕtvych stromov, čím by sa zmenšila hustota stromov a riziko vzniku šírenia veľkoplošného lesného požiaru. No vzhľadom na rozsiahle plochy a všeobecne zlú dostupnosť lesov je to náročné na účinné prevedenie. Z toho dôvodu je veľmi pravdepodobné že lesné požiare budú aj naďalej predstavovať veľké riziko v náchylných oblastiach po celom svete.

=Kód modelu=
[[Media:Klia11_sirenie_lesneho_poziaru.nlogo]]

=Zdroje=
<references/>

Šírenie lesného požiaru

2023-06-12T17:50:46Z

AdamKlima: /* Tropický les */

''Táto stránka bola vypracovaná za účelom popisu simulácie šírenia lesného požiaru.''

'''Názov simulácie: ''' Šírenie lesného požiaru

'''Predmet:''' 4IT495 Simulace systémů

'''Semester:''' LS 2022/2023

'''Autor:''' Adam Klima, klia11 (vše username), AdamKlima (simulace.info username)

'''Modelovací nástroj:''' NetLogo

=Definícia problému=
Lesné požiare sú závažným problémom v mnohých regiónoch po celom svete, spôsobujú ničenie biotopov, stratu biodiverzity a ohrozujú ľudské životy a majetok. V roku 2022 bolo zaznamenaných 68 988 lesných požiarov, ktoré dohromady poškodili plochu o veľkosti 7.6 miliónov akrov<ref name="Wildfire Statistics">Wildfire Statistics https://sgp.fas.org/crs/misc/IF10244.pdf</ref>. Takmer 85% lesných požiarov je spôsobených ľudským zavinením<ref name="Humans and Wildfire">Wildfire Causes and Evaluations https://www.nps.gov/articles/wildfire-causes-and-evaluation.htm</ref>. Zvyšok predstavujú prírodné príčiny ako napríklad blesky alebo vulkanická aktivita. Po vzniku takéhoto nekontrolovaného požiaru je šírenie ovplyvňované faktormi ako sú: vietor, vlhkosť vzduchu, podiel živej a mŕtvej (vyschnutej) vegetácie, sklon terénu a hustota zalesnenia.

=Cieľ=
Simulácia má za cieľ priblížiť/predpovedať risk vzniku veľkoplošného požiaru a následne určiť rýchlosť šírenia, ktorému by takýto lesný požiar odpovedal na základe faktorov spomínaných v predchádzajúcom odstavci.

=Metóda=
Simulácia je implementovaná ako agentná simulácia. Stromy (vegetácia) predstavujú agentov, na ktoré vplývajú faktory ovplyvňujúce pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru.

=Model=
Simulácia sa odohráva na ploche o rozmeroch 50x50 patchov. Je uzavretá po stranách a simuluje šírenie požiaru smerom z ľavej strany doprava.

[[File:Obrazek1xyp.png]]
''Obrázok 1 – pohľad na celé používateľské rozhranie''

Obrázok 1 predstavuje zalesnenú oblasť. Stromy (agenti) môžu nadobudnúť nasledovné farby, ktoré znamenajú iný stav a správanie:
* Zelená: predstavuje živé stromy (dlhší čas horenia)
* Šedá: predstavuje mŕtve/vyschnuté stromy (kratší čas horenia)
* Tmavo červená: stromy zasiahnuté požiarom (bez potenciálu ďalšieho šírenia)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia) - zobrazené na obrázku číslo 2

[[File:Obrazek2xyp.png]]

''Obrázok 2 – znázornenie rieky a všetkých farebných stavov stromov''

Obrázok 2 predstavuje variantu simulácie s riekou, ktorá slúži ako prekážka pre šírenie požiaru. Rieka v závislosti na jej šírke a na intenzite/rýchlosti šírenia požiaru má možnosť zastaviť/nezastaviť šírenie požiaru. Nové prvky oproti obrázku 1 znázorňujú:
* Modrá: znázorňuje rieku (ak sa používateľ rozhodne zahrnúť rieku, tak je vždy umiestnená do stredu plochy a je možné upravovať jej šírku)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia)

===Agenti===
Simulácia zahŕňa jeden druh agentov – stromy/vegetácia. Títo agenti môžu mať stav: živý, mŕtvy (suchý strom), zasiahnutý ohňom s potenciálom šírenia a zasiahnutý ohňom bez potenciálu šírenia. Podiel živých a mŕtvych stromov, ich hustota a rieka (áno/nie + šírka) sa určuje na začiatku simulácie. Zvyšné faktory nie sú vizuálne znázornené na ploche, no ovplyvňujú pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Požiar začína po celej vertikálnej dĺžke z ľavej strany plochy a na základe pôsobenia faktorov postupuje/nepostupuje smerom doprava (požiar sa môže šíriť všetkými smermi, no primárne z ľava doprava).

===Faktory/parametre===
Nasledujúce nastaviteľné parametre vplývajú na pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru:
* Density: hustota zalesnenia plochy ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím hustejšia populácia stromov, tým vyššia pravdepodobnosť šírenia a rýchlosti požiaru<ref name="Tree Density">How Tree Density and Wildfire Impact Ecosystems on the Forest-Tundra Edge https://www.nps.gov/articles/000/densityplusfire.htm</ref>.
* percent-live: Percentuálny podiel živej vegetácie, ktorý sa odvádza od faktoru Density. Živé stromy horia pomalšie ako mŕtve stromy<ref name="DEAD TREE REMOVAL">DEAD TREE REMOVAL https://www.readyforwildfire.org/prevent-wildfire/dead-tree-removal/</ref>.
* time-burn-live: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý živý strom svetlo červený (čiže má potenciál šíriť oheň na iné stromy), po uplynutí tohto času sa mení na tmavo červený a nešíri oheň ďalej.
* time-burn-dead: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý mŕtvy strom svetlo červený (nastavená hodnota by mala byť nižšia ako na slidery time-burn-live).
* probability-spread-live: pravdepodobnosť šírenia požiaru živých stromov
* probability-spread-dead: pravdepodobnosť šírenia požiaru mŕtvych stromov (hodnota by mala byť väčšia ako živé stromy)
* radius-of-fire-spread: Rádius, ktorý predstavuje dosah ohňa. V prípade súhry faktorov sa rádius zvyšuje, čo znamená väčšiu pravdepodobnosť šírenia a vyššiu rýchlosť požiaru
* wind-speed: rýchlosť vetra (v km/h). Čím silnejší vietor, tým väčšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Na každých pridaných 10 km/h k rýchlosti vetra, približne 10% zvýšenie rýchlosti šírenia požiaru<ref name="Wind speed">The 10% wind speed rule of thumb for estimating a wildfire’s forward rate of spread in forests and shrublands https://annforsci.biomedcentral.com/articles/10.1007/s13595-019-0829-8</ref>.
* humidity: relatívna vlhkosť vzduchu, ktorá ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím vyššia vlhkosť, tým menšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia<ref name="Humidity">How Does Humidity Affect a Fire? https://wfca.com/articles/how-does-humidity-affect-wildfire/</ref>.
* terrain-slope: uhol, ktorý reprezentuje uhol sklonu terénu (na celej ploche). Oheň sa šíri rýchlejšie smerom do kopca (až 2x zvýšenie rýchlosti a pravdepodobnosti šírenia pri každých + 10°). Smerom dole z kopca je šírenie naopak spomalené<ref name="Terrain slope">The science behind fire behaviour https://www.environment.sa.gov.au/topics/fire-management/fire-science-and-planning/fire-behaviour</ref>.
* river?: switch, ktorý určuje prítomnosť rieky (áno/nie).
* river-width: určuje šírku rieky. Ohľadne chovania rieky nebolo nájdené dostatočné množstvo dôveryhodných informácií, keďže je to dosť premenlivý faktor, ktorý je ťažko predpovedať. Každopádne v tejto simulácií pokiaľ je šírenie požiaru intenzívne, môže požiar prekonať aj stredne veľkú rieku a pokračovať v šírení na druhom brehu.

===Výstupné metriky===
Výstupné metriky sú zobrazené na obrázku 1 na pravej strane:
* Graf Percent burned: vertikálna osa určuje percento poškodenej/zasiahnutej plochy požiarom a horizontálna osa znázorňuje čas (v tikoch) počas ktorého sa požiar šíril na simulovanej ploche.
* Fire-speed: v prípade že sa oheň dostane z ľavej strany až na druhú stranu, tak fire-speed vypíše tik v ktorom k tomu došlo. (0 – oheň nedošiel na druhú stranu, ak je číslo väčšie ako nula tak čím nižšie číslo, tým vyššia rýchlosť šírenia požiaru).
* Percent burned: pomer stromov zasiahnutých požiarom k pôvodným stromom pred začiatkom požiaru (v percentách).
* probability-to-side: V prípade stlačenia tlačidla “simulate“ sa simuluje šírenie požiaru (toľko krát koľko je vybratých na slidery num-simulate) a výsledná hodnota v rozmedzí 0 – 1 predstavuje pravdepodobnosť zasiahnutia pravej strany požiarom.

=Výsledky=
Simulácie popísané v tejto časti budú rozdelené podľa zaradenia do lesného biomu. Druhy, ktoré boli simulované sú tropický les (tropické podnebie), severný les (subpolárne podnebie), listnatý les (mierne podnebie) a krovinatý les (subtropické podnebie). Určené hodnoty faktorov pri každej simulácií majú odrážať typický stav daného biomu.

Poznámka: pri každej simulácií bola použitá rovnaká hodnota pre nasledujúce parametre: probability-spread-live (14%), probability-spread-dead (33%), radius-of-fire-spread (1.00), time-burn-live (10), time-burn-dead (4), percent-live (70%) Tieto hodnoty po odskúšaní prinášali najkonzistnejšie výsledky.

Výsledky nasledujúcich prípadov predstavujú priemernú hodnotu dosiahnutú po prevedení simulácie 20x.

===Tropický les===
Príkladom pre hodnoty parametrov bol Amazonský tropický les.

Podstatným faktorom v prípade tropického lesa je relatívna vlhkosť ovzdušia, tá bola pri simulácií nastavená na 88%, keďže to je bežná hodnota počas monzúnového obdobia<ref name="Tropical rainforest biomes">Tropical rainforest biomes https://www.khanacademy.org/science/biology/ecology/biogeography/a/tropical-rainforest-biomes</ref>. Čo sa týka rýchlosti vetra, tak tá bola nastavená na 5 km/h, keďže tropické lesy väčšinou nemajú silný vietor<ref name="What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest">What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest? https://sciencing.com/wind-speeds-tropical-rainforest-23367.html</ref>. Uhol sklonu terénu bol nastavený na 0° – rovina. Hustota zalesnenia bola 75% -vysoká hustota zalesnenia.

[[File:Obrazek3xyp.png]]

''Obrázok 3 – tropický les''

Obrázok 3 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade tropického lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 9%. Napriek veľkej hustote stromov, ktorá by zvyšovala riziko šírenia ohňa, je to silno limitované veľkou relatívnou vlhkosťou vzduchu. Pravdepodobnosť že požiar prejde z ľavej strany plochy až na pravú bola 0%. Rýchlosť šírenia bola pomalá. (keďže výsledná rýchlosť sa počíta ako prvý “dotyk“ požiaru pravej strany tak nie je možné definovať priemernú rýchlosť v tikoch, ale len na základe pozorovania priebehu simulácie)

Výsledný verdikt za daných podmienok je malé riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka vysokej vlhkosti. Najväčší vplyv na veľkoplošné šírenie požiaru v tropickom lese predstavoval stúpajúci terén. Silnejší vietor by vplýval na šírenie a rýchlosť v menšej miere ako stúpajúci terén.

===Severný les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli Kanadské lesy severozápadného teritória.

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 61%<ref name="Climate in Northwest Territories Canada">Climate in Northwest Territories Canada https://www.worlddata.info/america/canada/climate-northwest-territories.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 12 km/h. Sklon v tomto prípade hrá podstatnú úlohu, keďže tieto oblasti sú často hornaté. Simulácia pracovala so sklonom 10°. Tieto lesy sú podobne ako tropické lesy husto zarastené stromami (70%). Do simulácie bola zahrnutá aj malá rieka (9).

[[File:Obrazek4xyp.png]]

''Obrázok 4 – severný les''

Obrázok 4 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade severného lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 98.2%. Veľká hustota stromov spolu so stúpajúcim svahom a vetrom o sile 12 km/h prispela k veľmi závažnému šíreniu požiaru, ako aj vysokej dosiahnutej rýchlosti (v priemere 130 tikov pre dosiahnutie pravej strany). Relatívne malá rieka (9) nepredstavovala významnú prekážku pre požiar a bola prekonaná pri každom spustení simulácie – pravdepodobnosť dosiahnutia pravej strany bola 100% pri daných faktoroch.

Výsledný verdikt za daných podmienok je veľmi vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka kombinácií hustota/sklon svahu/vietor. Šírenie by bolo spomalené v prípade klesajúceho svahu, no intenzita požiaru by už bola pravdepodobne privysoká na jeho úplne zastavenie. Vlhkosť v tomto prípade nebola dostatočne vysoká pre spomalenie/zastavenie požiaru.

===Listnatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli listnaté lesy v Pennsylvánii (USA).

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 71%<ref name="Climate in Pennsylvania(United States)">Climate in Pennsylvania
(United States) https://www.worlddata.info/america/usa/climate-pennsylvania.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 10 km/h. Sklon pre simuláciu bol určený na hodnotu 0°. Hustota bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek5xyp.png]]

''Obrázok 5 – listnatý les''

Obrázok 5 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade listnatého lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 52.81%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 430 tikov, čo je podstatne pomalšie ako v prípade severného lesu. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 57.1%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je stredné riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Ako v predošlom prípade, kombinácia hustota/sklon svahu/vietor má veľký vplyv na šírenie a rýchlosť požiaru, no oproti severnému lesu je riziko menšie.

===Krovinatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli krovinaté lesy vo vnútrozemí Západnej Austrálie.

V období sucha je priemerná relatívna vlhkosť vzduchu približne 20%<ref name="Acacia shrublands">NVIS Fact sheet
MVG 16 – Acacia shrublands https://www.agriculture.gov.au/sites/default/files/documents/mvg16-nvis-acacia-shrublands.pdf</ref>. V dôsledku rovinatého terénu je toto prostredie náchylné na silnejší vietor, ktorý bol pre účely simulácie nastavený na 20 km/h. Sklon terénu bol určený na 0°. Hustota zalesnenia bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek6xyp.png]]

''Obrázok 6 – krovinový les''

Obrázok 6 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade krovinového lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 85.51%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 210 tikov, čo je pomerne rýchle šírenie vzhľadom na menšiu hustotu zalesnenia. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 93.3%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Veľmi nízka vlhkosť v kombinácií s mierne silným/silným vetrom má veľký vplyv na riziko šírenia a rýchlosť požiaru. Veľké riziko nezmenšuje výrazným spôsobom ani prítomnosť rovinatého terénu s menšou hustotou zalesnenia.

=Záver=
Lesný biom s najnižšou pravdepodobnosťou vzniku a šírenia veľkoplošného lesného požiaru bol tropický les. Naopak najväčšie riziko platilo pre prípad severného lesu. Treba poznamenať že veľmi vysoké riziko a rýchlosť šírenia požiaru pre severný les nastalo aj z dôvodu určeného stúpania terénu 10°.

Z pozorovania výsledkov simulácií je možné určiť že najviac ohrozujúce faktory boli kombinácia vysokej hustoty zalesnenia spolu so stúpajúcim terénom a nízkou/stredne vysokou vlhkosťou ovzdušia. Vietor vplýval vo väčšej miere na výslednú rýchlosť požiaru než na riziko veľkoplošného šírenia. V prípade zahrnutia rieky do simulácie, nemôže byť výsledok braný ako presná reprezentácia reality, keďže nie je podložený reálnymi zdrojmi. Pri zmenšenom podiely živých stromov v simulácií nedochádzalo k výraznej zmene výsledku oproti prípadom s nastaveným 70% živým podielom stromov.

Faktor, ktorý je možné ovplyvniť ľudskou činnosťou v rámci prevencie je hustota zalesnenia. V rizikových oblastiach by mohlo dôjsť k odstráneniu mŕtvych stromov, čím by sa zmenšila hustota stromov a riziko vzniku šírenia veľkoplošného lesného požiaru. No vzhľadom na rozsiahle plochy a všeobecne zlú dostupnosť lesov je to náročné na účinné prevedenie. Z toho dôvodu je veľmi pravdepodobné že lesné požiare budú aj naďalej predstavovať veľké riziko v náchylných oblastiach po celom svete.

=Kód modelu=
[[Media:Klia11_sirenie_lesneho_poziaru.nlogo]]

=Zdroje=
<references/>

Šírenie lesného požiaru

2023-06-12T17:44:16Z

AdamKlima: /* Faktory/parametre */

''Táto stránka bola vypracovaná za účelom popisu simulácie šírenia lesného požiaru.''

'''Názov simulácie: ''' Šírenie lesného požiaru

'''Predmet:''' 4IT495 Simulace systémů

'''Semester:''' LS 2022/2023

'''Autor:''' Adam Klima, klia11 (vše username), AdamKlima (simulace.info username)

'''Modelovací nástroj:''' NetLogo

=Definícia problému=
Lesné požiare sú závažným problémom v mnohých regiónoch po celom svete, spôsobujú ničenie biotopov, stratu biodiverzity a ohrozujú ľudské životy a majetok. V roku 2022 bolo zaznamenaných 68 988 lesných požiarov, ktoré dohromady poškodili plochu o veľkosti 7.6 miliónov akrov<ref name="Wildfire Statistics">Wildfire Statistics https://sgp.fas.org/crs/misc/IF10244.pdf</ref>. Takmer 85% lesných požiarov je spôsobených ľudským zavinením<ref name="Humans and Wildfire">Wildfire Causes and Evaluations https://www.nps.gov/articles/wildfire-causes-and-evaluation.htm</ref>. Zvyšok predstavujú prírodné príčiny ako napríklad blesky alebo vulkanická aktivita. Po vzniku takéhoto nekontrolovaného požiaru je šírenie ovplyvňované faktormi ako sú: vietor, vlhkosť vzduchu, podiel živej a mŕtvej (vyschnutej) vegetácie, sklon terénu a hustota zalesnenia.

=Cieľ=
Simulácia má za cieľ priblížiť/predpovedať risk vzniku veľkoplošného požiaru a následne určiť rýchlosť šírenia, ktorému by takýto lesný požiar odpovedal na základe faktorov spomínaných v predchádzajúcom odstavci.

=Metóda=
Simulácia je implementovaná ako agentná simulácia. Stromy (vegetácia) predstavujú agentov, na ktoré vplývajú faktory ovplyvňujúce pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru.

=Model=
Simulácia sa odohráva na ploche o rozmeroch 50x50 patchov. Je uzavretá po stranách a simuluje šírenie požiaru smerom z ľavej strany doprava.

[[File:Obrazek1xyp.png]]
''Obrázok 1 – pohľad na celé používateľské rozhranie''

Obrázok 1 predstavuje zalesnenú oblasť. Stromy (agenti) môžu nadobudnúť nasledovné farby, ktoré znamenajú iný stav a správanie:
* Zelená: predstavuje živé stromy (dlhší čas horenia)
* Šedá: predstavuje mŕtve/vyschnuté stromy (kratší čas horenia)
* Tmavo červená: stromy zasiahnuté požiarom (bez potenciálu ďalšieho šírenia)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia) - zobrazené na obrázku číslo 2

[[File:Obrazek2xyp.png]]

''Obrázok 2 – znázornenie rieky a všetkých farebných stavov stromov''

Obrázok 2 predstavuje variantu simulácie s riekou, ktorá slúži ako prekážka pre šírenie požiaru. Rieka v závislosti na jej šírke a na intenzite/rýchlosti šírenia požiaru má možnosť zastaviť/nezastaviť šírenie požiaru. Nové prvky oproti obrázku 1 znázorňujú:
* Modrá: znázorňuje rieku (ak sa používateľ rozhodne zahrnúť rieku, tak je vždy umiestnená do stredu plochy a je možné upravovať jej šírku)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia)

===Agenti===
Simulácia zahŕňa jeden druh agentov – stromy/vegetácia. Títo agenti môžu mať stav: živý, mŕtvy (suchý strom), zasiahnutý ohňom s potenciálom šírenia a zasiahnutý ohňom bez potenciálu šírenia. Podiel živých a mŕtvych stromov, ich hustota a rieka (áno/nie + šírka) sa určuje na začiatku simulácie. Zvyšné faktory nie sú vizuálne znázornené na ploche, no ovplyvňujú pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Požiar začína po celej vertikálnej dĺžke z ľavej strany plochy a na základe pôsobenia faktorov postupuje/nepostupuje smerom doprava (požiar sa môže šíriť všetkými smermi, no primárne z ľava doprava).

===Faktory/parametre===
Nasledujúce nastaviteľné parametre vplývajú na pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru:
* Density: hustota zalesnenia plochy ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím hustejšia populácia stromov, tým vyššia pravdepodobnosť šírenia a rýchlosti požiaru<ref name="Tree Density">How Tree Density and Wildfire Impact Ecosystems on the Forest-Tundra Edge https://www.nps.gov/articles/000/densityplusfire.htm</ref>.
* percent-live: Percentuálny podiel živej vegetácie, ktorý sa odvádza od faktoru Density. Živé stromy horia pomalšie ako mŕtve stromy<ref name="DEAD TREE REMOVAL">DEAD TREE REMOVAL https://www.readyforwildfire.org/prevent-wildfire/dead-tree-removal/</ref>.
* time-burn-live: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý živý strom svetlo červený (čiže má potenciál šíriť oheň na iné stromy), po uplynutí tohto času sa mení na tmavo červený a nešíri oheň ďalej.
* time-burn-dead: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý mŕtvy strom svetlo červený (nastavená hodnota by mala byť nižšia ako na slidery time-burn-live).
* probability-spread-live: pravdepodobnosť šírenia požiaru živých stromov
* probability-spread-dead: pravdepodobnosť šírenia požiaru mŕtvych stromov (hodnota by mala byť väčšia ako živé stromy)
* radius-of-fire-spread: Rádius, ktorý predstavuje dosah ohňa. V prípade súhry faktorov sa rádius zvyšuje, čo znamená väčšiu pravdepodobnosť šírenia a vyššiu rýchlosť požiaru
* wind-speed: rýchlosť vetra (v km/h). Čím silnejší vietor, tým väčšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Na každých pridaných 10 km/h k rýchlosti vetra, približne 10% zvýšenie rýchlosti šírenia požiaru<ref name="Wind speed">The 10% wind speed rule of thumb for estimating a wildfire’s forward rate of spread in forests and shrublands https://annforsci.biomedcentral.com/articles/10.1007/s13595-019-0829-8</ref>.
* humidity: relatívna vlhkosť vzduchu, ktorá ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím vyššia vlhkosť, tým menšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia<ref name="Humidity">How Does Humidity Affect a Fire? https://wfca.com/articles/how-does-humidity-affect-wildfire/</ref>.
* terrain-slope: uhol, ktorý reprezentuje uhol sklonu terénu (na celej ploche). Oheň sa šíri rýchlejšie smerom do kopca (až 2x zvýšenie rýchlosti a pravdepodobnosti šírenia pri každých + 10°). Smerom dole z kopca je šírenie naopak spomalené<ref name="Terrain slope">The science behind fire behaviour https://www.environment.sa.gov.au/topics/fire-management/fire-science-and-planning/fire-behaviour</ref>.
* river?: switch, ktorý určuje prítomnosť rieky (áno/nie).
* river-width: určuje šírku rieky. Ohľadne chovania rieky nebolo nájdené dostatočné množstvo dôveryhodných informácií, keďže je to dosť premenlivý faktor, ktorý je ťažko predpovedať. Každopádne v tejto simulácií pokiaľ je šírenie požiaru intenzívne, môže požiar prekonať aj stredne veľkú rieku a pokračovať v šírení na druhom brehu.

===Výstupné metriky===
Výstupné metriky sú zobrazené na obrázku 1 na pravej strane:
* Graf Percent burned: vertikálna osa určuje percento poškodenej/zasiahnutej plochy požiarom a horizontálna osa znázorňuje čas (v tikoch) počas ktorého sa požiar šíril na simulovanej ploche.
* Fire-speed: v prípade že sa oheň dostane z ľavej strany až na druhú stranu, tak fire-speed vypíše tik v ktorom k tomu došlo. (0 – oheň nedošiel na druhú stranu, ak je číslo väčšie ako nula tak čím nižšie číslo, tým vyššia rýchlosť šírenia požiaru).
* Percent burned: pomer stromov zasiahnutých požiarom k pôvodným stromom pred začiatkom požiaru (v percentách).
* probability-to-side: V prípade stlačenia tlačidla “simulate“ sa simuluje šírenie požiaru (toľko krát koľko je vybratých na slidery num-simulate) a výsledná hodnota v rozmedzí 0 – 1 predstavuje pravdepodobnosť zasiahnutia pravej strany požiarom.

=Výsledky=
Simulácie popísané v tejto časti budú rozdelené podľa zaradenia do lesného biomu. Druhy, ktoré boli simulované sú tropický les (tropické podnebie), severný les (subpolárne podnebie), listnatý les (mierne podnebie) a krovinatý les (subtropické podnebie). Určené hodnoty faktorov pri každej simulácií majú odrážať typický stav daného biomu.

Poznámka: pri každej simulácií bola použitá rovnaká hodnota pre nasledujúce parametre: probability-spread-live (14%), probability-spread-dead (33%), radius-of-fire-spread (1.00), time-burn-live (10), time-burn-dead (4), percent-live (70%) Tieto hodnoty po odskúšaní prinášali najkonzistnejšie výsledky.

Výsledky nasledujúcich prípadov predstavujú priemernú hodnotu dosiahnutú po prevedení simulácie 20x.

===Tropický les===
Príkladom pre hodnoty parametrov bol Amazonský tropický les.

Podstatným faktorom v prípade tropického lesa je relatívna vlhkosť ovzdušia, tá bola pri simulácií nastavená na 88%, keďže to je bežná hodnota počas monzúnového obdobia<ref name="Tropical rainforest biomes">Tropical rainforest biomes https://www.khanacademy.org/science/biology/ecology/biogeography/a/tropical-rainforest-biomes</ref>. Čo sa týka rýchlosti vetra, tak tá bola nastavená na 5 km/h, keďže tropické lesy väčšinou nemajú silný vietor<ref name="What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest">What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest? https://sciencing.com/wind-speeds-tropical-rainforest-23367.html</ref>. Uhol sklonu terénu bol nastavený na 0 – rovina. Hustota zalesnenia bola 75% -vysoká hustota zalesnenia.

[[File:Obrazek3xyp.png]]

''Obrázok 3 – tropický les''

Obrázok 3 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade tropického lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 9%. Napriek veľkej hustote stromov, ktorá by zvyšovala riziko šírenia ohňa, je to silno limitované veľkou relatívnou vlhkosťou vzduchu. Pravdepodobnosť že požiar prejde z ľavej strany plochy až na pravú bola 0%. Rýchlosť šírenia bola pomalá. (keďže výsledná rýchlosť sa počíta ako prvý “dotyk“ požiaru pravej strany tak nie je možné definovať priemernú rýchlosť v tikoch, ale len na základe pozorovania priebehu simulácie)

Výsledný verdikt za daných podmienok je malé riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka vysokej vlhkosti. Najväčší vplyv na veľkoplošné šírenie požiaru v tropickom lese predstavoval stúpajúci terén. Silnejší vietor by vplýval na šírenie a rýchlosť v menšej miere ako stúpajúci terén.

===Severný les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli Kanadské lesy severozápadného teritória.

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 61%<ref name="Climate in Northwest Territories Canada">Climate in Northwest Territories Canada https://www.worlddata.info/america/canada/climate-northwest-territories.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 12 km/h. Sklon v tomto prípade hrá podstatnú úlohu, keďže tieto oblasti sú často hornaté. Simulácia pracovala so sklonom 10°. Tieto lesy sú podobne ako tropické lesy husto zarastené stromami (70%). Do simulácie bola zahrnutá aj malá rieka (9).

[[File:Obrazek4xyp.png]]

''Obrázok 4 – severný les''

Obrázok 4 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade severného lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 98.2%. Veľká hustota stromov spolu so stúpajúcim svahom a vetrom o sile 12 km/h prispela k veľmi závažnému šíreniu požiaru, ako aj vysokej dosiahnutej rýchlosti (v priemere 130 tikov pre dosiahnutie pravej strany). Relatívne malá rieka (9) nepredstavovala významnú prekážku pre požiar a bola prekonaná pri každom spustení simulácie – pravdepodobnosť dosiahnutia pravej strany bola 100% pri daných faktoroch.

Výsledný verdikt za daných podmienok je veľmi vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka kombinácií hustota/sklon svahu/vietor. Šírenie by bolo spomalené v prípade klesajúceho svahu, no intenzita požiaru by už bola pravdepodobne privysoká na jeho úplne zastavenie. Vlhkosť v tomto prípade nebola dostatočne vysoká pre spomalenie/zastavenie požiaru.

===Listnatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli listnaté lesy v Pennsylvánii (USA).

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 71%<ref name="Climate in Pennsylvania(United States)">Climate in Pennsylvania
(United States) https://www.worlddata.info/america/usa/climate-pennsylvania.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 10 km/h. Sklon pre simuláciu bol určený na hodnotu 0°. Hustota bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek5xyp.png]]

''Obrázok 5 – listnatý les''

Obrázok 5 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade listnatého lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 52.81%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 430 tikov, čo je podstatne pomalšie ako v prípade severného lesu. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 57.1%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je stredné riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Ako v predošlom prípade, kombinácia hustota/sklon svahu/vietor má veľký vplyv na šírenie a rýchlosť požiaru, no oproti severnému lesu je riziko menšie.

===Krovinatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli krovinaté lesy vo vnútrozemí Západnej Austrálie.

V období sucha je priemerná relatívna vlhkosť vzduchu približne 20%<ref name="Acacia shrublands">NVIS Fact sheet
MVG 16 – Acacia shrublands https://www.agriculture.gov.au/sites/default/files/documents/mvg16-nvis-acacia-shrublands.pdf</ref>. V dôsledku rovinatého terénu je toto prostredie náchylné na silnejší vietor, ktorý bol pre účely simulácie nastavený na 20 km/h. Sklon terénu bol určený na 0°. Hustota zalesnenia bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek6xyp.png]]

''Obrázok 6 – krovinový les''

Obrázok 6 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade krovinového lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 85.51%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 210 tikov, čo je pomerne rýchle šírenie vzhľadom na menšiu hustotu zalesnenia. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 93.3%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Veľmi nízka vlhkosť v kombinácií s mierne silným/silným vetrom má veľký vplyv na riziko šírenia a rýchlosť požiaru. Veľké riziko nezmenšuje výrazným spôsobom ani prítomnosť rovinatého terénu s menšou hustotou zalesnenia.

=Záver=
Lesný biom s najnižšou pravdepodobnosťou vzniku a šírenia veľkoplošného lesného požiaru bol tropický les. Naopak najväčšie riziko platilo pre prípad severného lesu. Treba poznamenať že veľmi vysoké riziko a rýchlosť šírenia požiaru pre severný les nastalo aj z dôvodu určeného stúpania terénu 10°.

Z pozorovania výsledkov simulácií je možné určiť že najviac ohrozujúce faktory boli kombinácia vysokej hustoty zalesnenia spolu so stúpajúcim terénom a nízkou/stredne vysokou vlhkosťou ovzdušia. Vietor vplýval vo väčšej miere na výslednú rýchlosť požiaru než na riziko veľkoplošného šírenia. V prípade zahrnutia rieky do simulácie, nemôže byť výsledok braný ako presná reprezentácia reality, keďže nie je podložený reálnymi zdrojmi. Pri zmenšenom podiely živých stromov v simulácií nedochádzalo k výraznej zmene výsledku oproti prípadom s nastaveným 70% živým podielom stromov.

Faktor, ktorý je možné ovplyvniť ľudskou činnosťou v rámci prevencie je hustota zalesnenia. V rizikových oblastiach by mohlo dôjsť k odstráneniu mŕtvych stromov, čím by sa zmenšila hustota stromov a riziko vzniku šírenia veľkoplošného lesného požiaru. No vzhľadom na rozsiahle plochy a všeobecne zlú dostupnosť lesov je to náročné na účinné prevedenie. Z toho dôvodu je veľmi pravdepodobné že lesné požiare budú aj naďalej predstavovať veľké riziko v náchylných oblastiach po celom svete.

=Kód modelu=
[[Media:Klia11_sirenie_lesneho_poziaru.nlogo]]

=Zdroje=
<references/>

Šírenie lesného požiaru

2023-06-12T17:40:43Z

AdamKlima: /* Model */

''Táto stránka bola vypracovaná za účelom popisu simulácie šírenia lesného požiaru.''

'''Názov simulácie: ''' Šírenie lesného požiaru

'''Predmet:''' 4IT495 Simulace systémů

'''Semester:''' LS 2022/2023

'''Autor:''' Adam Klima, klia11 (vše username), AdamKlima (simulace.info username)

'''Modelovací nástroj:''' NetLogo

=Definícia problému=
Lesné požiare sú závažným problémom v mnohých regiónoch po celom svete, spôsobujú ničenie biotopov, stratu biodiverzity a ohrozujú ľudské životy a majetok. V roku 2022 bolo zaznamenaných 68 988 lesných požiarov, ktoré dohromady poškodili plochu o veľkosti 7.6 miliónov akrov<ref name="Wildfire Statistics">Wildfire Statistics https://sgp.fas.org/crs/misc/IF10244.pdf</ref>. Takmer 85% lesných požiarov je spôsobených ľudským zavinením<ref name="Humans and Wildfire">Wildfire Causes and Evaluations https://www.nps.gov/articles/wildfire-causes-and-evaluation.htm</ref>. Zvyšok predstavujú prírodné príčiny ako napríklad blesky alebo vulkanická aktivita. Po vzniku takéhoto nekontrolovaného požiaru je šírenie ovplyvňované faktormi ako sú: vietor, vlhkosť vzduchu, podiel živej a mŕtvej (vyschnutej) vegetácie, sklon terénu a hustota zalesnenia.

=Cieľ=
Simulácia má za cieľ priblížiť/predpovedať risk vzniku veľkoplošného požiaru a následne určiť rýchlosť šírenia, ktorému by takýto lesný požiar odpovedal na základe faktorov spomínaných v predchádzajúcom odstavci.

=Metóda=
Simulácia je implementovaná ako agentná simulácia. Stromy (vegetácia) predstavujú agentov, na ktoré vplývajú faktory ovplyvňujúce pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru.

=Model=
Simulácia sa odohráva na ploche o rozmeroch 50x50 patchov. Je uzavretá po stranách a simuluje šírenie požiaru smerom z ľavej strany doprava.

[[File:Obrazek1xyp.png]]
''Obrázok 1 – pohľad na celé používateľské rozhranie''

Obrázok 1 predstavuje zalesnenú oblasť. Stromy (agenti) môžu nadobudnúť nasledovné farby, ktoré znamenajú iný stav a správanie:
* Zelená: predstavuje živé stromy (dlhší čas horenia)
* Šedá: predstavuje mŕtve/vyschnuté stromy (kratší čas horenia)
* Tmavo červená: stromy zasiahnuté požiarom (bez potenciálu ďalšieho šírenia)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia) - zobrazené na obrázku číslo 2

[[File:Obrazek2xyp.png]]

''Obrázok 2 – znázornenie rieky a všetkých farebných stavov stromov''

Obrázok 2 predstavuje variantu simulácie s riekou, ktorá slúži ako prekážka pre šírenie požiaru. Rieka v závislosti na jej šírke a na intenzite/rýchlosti šírenia požiaru má možnosť zastaviť/nezastaviť šírenie požiaru. Nové prvky oproti obrázku 1 znázorňujú:
* Modrá: znázorňuje rieku (ak sa používateľ rozhodne zahrnúť rieku, tak je vždy umiestnená do stredu plochy a je možné upravovať jej šírku)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia)

===Agenti===
Simulácia zahŕňa jeden druh agentov – stromy/vegetácia. Títo agenti môžu mať stav: živý, mŕtvy (suchý strom), zasiahnutý ohňom s potenciálom šírenia a zasiahnutý ohňom bez potenciálu šírenia. Podiel živých a mŕtvych stromov, ich hustota a rieka (áno/nie + šírka) sa určuje na začiatku simulácie. Zvyšné faktory nie sú vizuálne znázornené na ploche, no ovplyvňujú pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Požiar začína po celej vertikálnej dĺžke z ľavej strany plochy a na základe pôsobenia faktorov postupuje/nepostupuje smerom doprava (požiar sa môže šíriť všetkými smermi, no primárne z ľava doprava).

===Faktory/parametre===
Nasledujúce nastaviteľné parametre vplývajú na pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru:
* Density: hustota zalesnenia plochy ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím hustejšia populácia stromov, tým vyššia pravdepodobnosť šírenia a rýchlosti požiaru<ref name="Tree Density">How Tree Density and Wildfire Impact Ecosystems on the Forest-Tundra Edge https://www.nps.gov/articles/000/densityplusfire.htm</ref>.
* percent-live: Percentuálny podiel živej vegetácie, ktorý sa odvádza od faktoru Density. Živé stromy majú nižšiu pravdepodobnosť šírenia požiaru a horia pomalšie ako mŕtve stromy<ref name="DEAD TREE REMOVAL">DEAD TREE REMOVAL https://www.readyforwildfire.org/prevent-wildfire/dead-tree-removal/</ref>.
* time-burn-live: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý živý strom svetlo červený (čiže má potenciál šíriť oheň na iné stromy), po uplynutí tohto času sa mení na tmavo červený a nešíri oheň ďalej.
* time-burn-dead: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý mŕtvy strom svetlo červený (nastavená hodnota by mala byť nižšia ako na slidery time-burn-live).
* probability-spread-live: pravdepodobnosť šírenia požiaru živých stromov
* probability-spread-dead: pravdepodobnosť šírenia požiaru mŕtvych stromov (hodnota by mala byť väčšia ako živé stromy)
* radius-of-fire-spread: Rádius, ktorý predstavuje dosah ohňa. V prípade súhry faktorov sa rádius zvyšuje, čo znamená väčšiu pravdepodobnosť šírenia a vyššiu rýchlosť požiaru
* wind-speed: rýchlosť vetra (v km/h). Čím silnejší vietor, tým väčšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Na každých pridaných 10 km/h k rýchlosti vetra, približne 10% zvýšenie rýchlosti šírenia požiaru<ref name="Wind speed">The 10% wind speed rule of thumb for estimating a wildfire’s forward rate of spread in forests and shrublands https://annforsci.biomedcentral.com/articles/10.1007/s13595-019-0829-8</ref>.
* humidity: relatívna vlhkosť vzduchu, ktorá ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím vyššia vlhkosť, tým menšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia<ref name="Humidity">How Does Humidity Affect a Fire? https://wfca.com/articles/how-does-humidity-affect-wildfire/</ref>.
* terrain-slope: uhol, ktorý reprezentuje uhol sklonu terénu (na celej ploche). Oheň sa šíri rýchlejšie smerom do kopca (až 2x zvýšenie rýchlosti a pravdepodobnosti šírenia pri každých + 10°). Smerom dole z kopca je šírenie naopak spomalené<ref name="Terrain slope">The science behind fire behaviour https://www.environment.sa.gov.au/topics/fire-management/fire-science-and-planning/fire-behaviour</ref>.
* river?: switch, ktorý určuje prítomnosť rieky (áno/nie).
* river-width: určuje šírku rieky. Ohľadne chovania rieky nebolo nájdené dostatočné množstvo dôveryhodných informácií, keďže je to dosť premenlivý faktor, ktorý je ťažko predpovedať. Každopádne v tejto simulácií pokiaľ je šírenie požiaru intenzívne, môže požiar prekonať aj stredne veľkú rieku a pokračovať v šírení na druhom brehu.

===Výstupné metriky===
Výstupné metriky sú zobrazené na obrázku 1 na pravej strane:
* Graf Percent burned: vertikálna osa určuje percento poškodenej/zasiahnutej plochy požiarom a horizontálna osa znázorňuje čas (v tikoch) počas ktorého sa požiar šíril na simulovanej ploche.
* Fire-speed: v prípade že sa oheň dostane z ľavej strany až na druhú stranu, tak fire-speed vypíše tik v ktorom k tomu došlo. (0 – oheň nedošiel na druhú stranu, ak je číslo väčšie ako nula tak čím nižšie číslo, tým vyššia rýchlosť šírenia požiaru).
* Percent burned: pomer stromov zasiahnutých požiarom k pôvodným stromom pred začiatkom požiaru (v percentách).
* probability-to-side: V prípade stlačenia tlačidla “simulate“ sa simuluje šírenie požiaru (toľko krát koľko je vybratých na slidery num-simulate) a výsledná hodnota v rozmedzí 0 – 1 predstavuje pravdepodobnosť zasiahnutia pravej strany požiarom.

=Výsledky=
Simulácie popísané v tejto časti budú rozdelené podľa zaradenia do lesného biomu. Druhy, ktoré boli simulované sú tropický les (tropické podnebie), severný les (subpolárne podnebie), listnatý les (mierne podnebie) a krovinatý les (subtropické podnebie). Určené hodnoty faktorov pri každej simulácií majú odrážať typický stav daného biomu.

Poznámka: pri každej simulácií bola použitá rovnaká hodnota pre nasledujúce parametre: probability-spread-live (14%), probability-spread-dead (33%), radius-of-fire-spread (1.00), time-burn-live (10), time-burn-dead (4), percent-live (70%) Tieto hodnoty po odskúšaní prinášali najkonzistnejšie výsledky.

Výsledky nasledujúcich prípadov predstavujú priemernú hodnotu dosiahnutú po prevedení simulácie 20x.

===Tropický les===
Príkladom pre hodnoty parametrov bol Amazonský tropický les.

Podstatným faktorom v prípade tropického lesa je relatívna vlhkosť ovzdušia, tá bola pri simulácií nastavená na 88%, keďže to je bežná hodnota počas monzúnového obdobia<ref name="Tropical rainforest biomes">Tropical rainforest biomes https://www.khanacademy.org/science/biology/ecology/biogeography/a/tropical-rainforest-biomes</ref>. Čo sa týka rýchlosti vetra, tak tá bola nastavená na 5 km/h, keďže tropické lesy väčšinou nemajú silný vietor<ref name="What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest">What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest? https://sciencing.com/wind-speeds-tropical-rainforest-23367.html</ref>. Uhol sklonu terénu bol nastavený na 0 – rovina. Hustota zalesnenia bola 75% -vysoká hustota zalesnenia.

[[File:Obrazek3xyp.png]]

''Obrázok 3 – tropický les''

Obrázok 3 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade tropického lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 9%. Napriek veľkej hustote stromov, ktorá by zvyšovala riziko šírenia ohňa, je to silno limitované veľkou relatívnou vlhkosťou vzduchu. Pravdepodobnosť že požiar prejde z ľavej strany plochy až na pravú bola 0%. Rýchlosť šírenia bola pomalá. (keďže výsledná rýchlosť sa počíta ako prvý “dotyk“ požiaru pravej strany tak nie je možné definovať priemernú rýchlosť v tikoch, ale len na základe pozorovania priebehu simulácie)

Výsledný verdikt za daných podmienok je malé riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka vysokej vlhkosti. Najväčší vplyv na veľkoplošné šírenie požiaru v tropickom lese predstavoval stúpajúci terén. Silnejší vietor by vplýval na šírenie a rýchlosť v menšej miere ako stúpajúci terén.

===Severný les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli Kanadské lesy severozápadného teritória.

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 61%<ref name="Climate in Northwest Territories Canada">Climate in Northwest Territories Canada https://www.worlddata.info/america/canada/climate-northwest-territories.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 12 km/h. Sklon v tomto prípade hrá podstatnú úlohu, keďže tieto oblasti sú často hornaté. Simulácia pracovala so sklonom 10°. Tieto lesy sú podobne ako tropické lesy husto zarastené stromami (70%). Do simulácie bola zahrnutá aj malá rieka (9).

[[File:Obrazek4xyp.png]]

''Obrázok 4 – severný les''

Obrázok 4 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade severného lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 98.2%. Veľká hustota stromov spolu so stúpajúcim svahom a vetrom o sile 12 km/h prispela k veľmi závažnému šíreniu požiaru, ako aj vysokej dosiahnutej rýchlosti (v priemere 130 tikov pre dosiahnutie pravej strany). Relatívne malá rieka (9) nepredstavovala významnú prekážku pre požiar a bola prekonaná pri každom spustení simulácie – pravdepodobnosť dosiahnutia pravej strany bola 100% pri daných faktoroch.

Výsledný verdikt za daných podmienok je veľmi vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka kombinácií hustota/sklon svahu/vietor. Šírenie by bolo spomalené v prípade klesajúceho svahu, no intenzita požiaru by už bola pravdepodobne privysoká na jeho úplne zastavenie. Vlhkosť v tomto prípade nebola dostatočne vysoká pre spomalenie/zastavenie požiaru.

===Listnatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli listnaté lesy v Pennsylvánii (USA).

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 71%<ref name="Climate in Pennsylvania(United States)">Climate in Pennsylvania
(United States) https://www.worlddata.info/america/usa/climate-pennsylvania.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 10 km/h. Sklon pre simuláciu bol určený na hodnotu 0°. Hustota bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek5xyp.png]]

''Obrázok 5 – listnatý les''

Obrázok 5 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade listnatého lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 52.81%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 430 tikov, čo je podstatne pomalšie ako v prípade severného lesu. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 57.1%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je stredné riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Ako v predošlom prípade, kombinácia hustota/sklon svahu/vietor má veľký vplyv na šírenie a rýchlosť požiaru, no oproti severnému lesu je riziko menšie.

===Krovinatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli krovinaté lesy vo vnútrozemí Západnej Austrálie.

V období sucha je priemerná relatívna vlhkosť vzduchu približne 20%<ref name="Acacia shrublands">NVIS Fact sheet
MVG 16 – Acacia shrublands https://www.agriculture.gov.au/sites/default/files/documents/mvg16-nvis-acacia-shrublands.pdf</ref>. V dôsledku rovinatého terénu je toto prostredie náchylné na silnejší vietor, ktorý bol pre účely simulácie nastavený na 20 km/h. Sklon terénu bol určený na 0°. Hustota zalesnenia bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek6xyp.png]]

''Obrázok 6 – krovinový les''

Obrázok 6 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade krovinového lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 85.51%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 210 tikov, čo je pomerne rýchle šírenie vzhľadom na menšiu hustotu zalesnenia. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 93.3%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Veľmi nízka vlhkosť v kombinácií s mierne silným/silným vetrom má veľký vplyv na riziko šírenia a rýchlosť požiaru. Veľké riziko nezmenšuje výrazným spôsobom ani prítomnosť rovinatého terénu s menšou hustotou zalesnenia.

=Záver=
Lesný biom s najnižšou pravdepodobnosťou vzniku a šírenia veľkoplošného lesného požiaru bol tropický les. Naopak najväčšie riziko platilo pre prípad severného lesu. Treba poznamenať že veľmi vysoké riziko a rýchlosť šírenia požiaru pre severný les nastalo aj z dôvodu určeného stúpania terénu 10°.

Z pozorovania výsledkov simulácií je možné určiť že najviac ohrozujúce faktory boli kombinácia vysokej hustoty zalesnenia spolu so stúpajúcim terénom a nízkou/stredne vysokou vlhkosťou ovzdušia. Vietor vplýval vo väčšej miere na výslednú rýchlosť požiaru než na riziko veľkoplošného šírenia. V prípade zahrnutia rieky do simulácie, nemôže byť výsledok braný ako presná reprezentácia reality, keďže nie je podložený reálnymi zdrojmi. Pri zmenšenom podiely živých stromov v simulácií nedochádzalo k výraznej zmene výsledku oproti prípadom s nastaveným 70% živým podielom stromov.

Faktor, ktorý je možné ovplyvniť ľudskou činnosťou v rámci prevencie je hustota zalesnenia. V rizikových oblastiach by mohlo dôjsť k odstráneniu mŕtvych stromov, čím by sa zmenšila hustota stromov a riziko vzniku šírenia veľkoplošného lesného požiaru. No vzhľadom na rozsiahle plochy a všeobecne zlú dostupnosť lesov je to náročné na účinné prevedenie. Z toho dôvodu je veľmi pravdepodobné že lesné požiare budú aj naďalej predstavovať veľké riziko v náchylných oblastiach po celom svete.

=Kód modelu=
[[Media:Klia11_sirenie_lesneho_poziaru.nlogo]]

=Zdroje=
<references/>

Šírenie lesného požiaru

2023-06-12T15:03:18Z

AdamKlima: /* Záver */

''Táto stránka bola vypracovaná za účelom popisu simulácie šírenia lesného požiaru.''

'''Názov simulácie: ''' Šírenie lesného požiaru

'''Predmet:''' 4IT495 Simulace systémů

'''Semester:''' LS 2022/2023

'''Autor:''' Adam Klima, klia11 (vše username), AdamKlima (simulace.info username)

'''Modelovací nástroj:''' NetLogo

=Definícia problému=
Lesné požiare sú závažným problémom v mnohých regiónoch po celom svete, spôsobujú ničenie biotopov, stratu biodiverzity a ohrozujú ľudské životy a majetok. V roku 2022 bolo zaznamenaných 68 988 lesných požiarov, ktoré dohromady poškodili plochu o veľkosti 7.6 miliónov akrov<ref name="Wildfire Statistics">Wildfire Statistics https://sgp.fas.org/crs/misc/IF10244.pdf</ref>. Takmer 85% lesných požiarov je spôsobených ľudským zavinením<ref name="Humans and Wildfire">Wildfire Causes and Evaluations https://www.nps.gov/articles/wildfire-causes-and-evaluation.htm</ref>. Zvyšok predstavujú prírodné príčiny ako napríklad blesky alebo vulkanická aktivita. Po vzniku takéhoto nekontrolovaného požiaru je šírenie ovplyvňované faktormi ako sú: vietor, vlhkosť vzduchu, podiel živej a mŕtvej (vyschnutej) vegetácie, sklon terénu a hustota zalesnenia.

=Cieľ=
Simulácia má za cieľ priblížiť/predpovedať risk vzniku veľkoplošného požiaru a následne určiť rýchlosť šírenia, ktorému by takýto lesný požiar odpovedal na základe faktorov spomínaných v predchádzajúcom odstavci.

=Metóda=
Simulácia je implementovaná ako agentná simulácia. Stromy (vegetácia) predstavujú agentov, na ktoré vplývajú faktory ovplyvňujúce pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru.

=Model=
Simulácia sa odohráva na ploche o rozmeroch 50x50 patchov. Je uzavretá po stranách a simuluje šírenie požiaru smerom z ľavej strany doprava.

[[File:Obrazek1xyp.png]]
''Obrázok 1 – pohľad na celé používateľské rozhranie''

Obrázok 1 predstavuje zalesnenú oblasť. Stromy (agenti) môžu nadobudnúť nasledovné farby, ktoré znamenajú iný stav a správanie:
* Zelená: predstavuje živé stromy (dlhší čas horenia)
* Šedá: predstavuje mŕtve/vyschnuté stromy (kratší čas horenia)
* Tmavo červená: stromy zasiahnuté požiarom (bez potenciálu ďalšieho šírenia)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia) - zobrazené na obrázku číslo 2

[[File:Obrazek2xyp.png]]

''Obrázok 2 – znázornenie rieky a všetkých farebných stavov stromov''

Obrázok 2 predstavuje variantu simulácie s riekou, ktorá slúži ako prekážka pre šírenie požiaru. Rieka v závislosti na jej šírke a na intenzite/rýchlosti šírenia požiaru a má možnosť zastaviť/nezastaviť šírenie požiaru. Nové prvky oproti obrázku 1 znázorňujú:
* Modrá: znázorňuje rieku (ak sa používateľ rozhodne zahrnúť rieku, tak je vždy umiestnená do stredu plochy a je možné upravovať jej šírku)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia)

===Agenti===
Simulácia zahŕňa jeden druh agentov – stromy/vegetácia. Títo agenti môžu mať stav: živý, mŕtvy (suchý strom), zasiahnutý ohňom s potenciálom šírenia a zasiahnutý ohňom bez potenciálu šírenia. Podiel živých a mŕtvych stromov, ich hustota a rieka (áno/nie + šírka) sa určuje na začiatku simulácie. Zvyšné faktory nie sú vizuálne znázornené na ploche, no ovplyvňujú pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Požiar začína po celej vertikálnej dĺžke z ľavej strany plochy a na základe pôsobenia faktorov postupuje/nepostupuje smerom doprava (požiar sa môže šíriť všetkými smermi, no primárne z ľava doprava).

===Faktory/parametre===
Nasledujúce nastaviteľné parametre vplývajú na pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru:
* Density: hustota zalesnenia plochy ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím hustejšia populácia stromov, tým vyššia pravdepodobnosť šírenia a rýchlosti požiaru<ref name="Tree Density">How Tree Density and Wildfire Impact Ecosystems on the Forest-Tundra Edge https://www.nps.gov/articles/000/densityplusfire.htm</ref>.
* percent-live: Percentuálny podiel živej vegetácie, ktorý sa odvádza od faktoru Density. Živé stromy majú nižšiu pravdepodobnosť šírenia požiaru a horia pomalšie ako mŕtve stromy<ref name="DEAD TREE REMOVAL">DEAD TREE REMOVAL https://www.readyforwildfire.org/prevent-wildfire/dead-tree-removal/</ref>.
* time-burn-live: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý živý strom svetlo červený (čiže má potenciál šíriť oheň na iné stromy), po uplynutí tohto času sa mení na tmavo červený a nešíri oheň ďalej.
* time-burn-dead: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý mŕtvy strom svetlo červený (nastavená hodnota by mala byť nižšia ako na slidery time-burn-live).
* probability-spread-live: pravdepodobnosť šírenia požiaru živých stromov
* probability-spread-dead: pravdepodobnosť šírenia požiaru mŕtvych stromov (hodnota by mala byť väčšia ako živé stromy)
* radius-of-fire-spread: Rádius, ktorý predstavuje dosah ohňa. V prípade súhry faktorov sa rádius zvyšuje, čo znamená väčšiu pravdepodobnosť šírenia a vyššiu rýchlosť požiaru
* wind-speed: rýchlosť vetra (v km/h). Čím silnejší vietor, tým väčšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Na každých pridaných 10 km/h k rýchlosti vetra, približne 10% zvýšenie rýchlosti šírenia požiaru<ref name="Wind speed">The 10% wind speed rule of thumb for estimating a wildfire’s forward rate of spread in forests and shrublands https://annforsci.biomedcentral.com/articles/10.1007/s13595-019-0829-8</ref>.
* humidity: relatívna vlhkosť vzduchu, ktorá ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím vyššia vlhkosť, tým menšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia<ref name="Humidity">How Does Humidity Affect a Fire? https://wfca.com/articles/how-does-humidity-affect-wildfire/</ref>.
* terrain-slope: uhol, ktorý reprezentuje uhol sklonu terénu (na celej ploche). Oheň sa šíri rýchlejšie smerom do kopca (až 2x zvýšenie rýchlosti a pravdepodobnosti šírenia pri každých + 10°). Smerom dole z kopca je šírenie naopak spomalené<ref name="Terrain slope">The science behind fire behaviour https://www.environment.sa.gov.au/topics/fire-management/fire-science-and-planning/fire-behaviour</ref>.
* river?: switch, ktorý určuje prítomnosť rieky (áno/nie).
* river-width: určuje šírku rieky. Ohľadne chovania rieky nebolo nájdené dostatočné množstvo dôveryhodných informácií, keďže je to dosť premenlivý faktor, ktorý je ťažko predpovedať. Každopádne v tejto simulácií pokiaľ je šírenie požiaru intenzívne, môže požiar prekonať aj stredne veľkú rieku a pokračovať v šírení na druhom brehu.

===Výstupné metriky===
Výstupné metriky sú zobrazené na obrázku 1 na pravej strane:
* Graf Percent burned: vertikálna osa určuje percento poškodenej/zasiahnutej plochy požiarom a horizontálna osa znázorňuje čas (v tikoch) počas ktorého sa požiar šíril na simulovanej ploche.
* Fire-speed: v prípade že sa oheň dostane z ľavej strany až na druhú stranu, tak fire-speed vypíše tik v ktorom k tomu došlo. (0 – oheň nedošiel na druhú stranu, ak je číslo väčšie ako nula tak čím nižšie číslo, tým vyššia rýchlosť šírenia požiaru).
* Percent burned: pomer stromov zasiahnutých požiarom k pôvodným stromom pred začiatkom požiaru (v percentách).
* probability-to-side: V prípade stlačenia tlačidla “simulate“ sa simuluje šírenie požiaru (toľko krát koľko je vybratých na slidery num-simulate) a výsledná hodnota v rozmedzí 0 – 1 predstavuje pravdepodobnosť zasiahnutia pravej strany požiarom.

=Výsledky=
Simulácie popísané v tejto časti budú rozdelené podľa zaradenia do lesného biomu. Druhy, ktoré boli simulované sú tropický les (tropické podnebie), severný les (subpolárne podnebie), listnatý les (mierne podnebie) a krovinatý les (subtropické podnebie). Určené hodnoty faktorov pri každej simulácií majú odrážať typický stav daného biomu.

Poznámka: pri každej simulácií bola použitá rovnaká hodnota pre nasledujúce parametre: probability-spread-live (14%), probability-spread-dead (33%), radius-of-fire-spread (1.00), time-burn-live (10), time-burn-dead (4), percent-live (70%) Tieto hodnoty po odskúšaní prinášali najkonzistnejšie výsledky.

Výsledky nasledujúcich prípadov predstavujú priemernú hodnotu dosiahnutú po prevedení simulácie 20x.

===Tropický les===
Príkladom pre hodnoty parametrov bol Amazonský tropický les.

Podstatným faktorom v prípade tropického lesa je relatívna vlhkosť ovzdušia, tá bola pri simulácií nastavená na 88%, keďže to je bežná hodnota počas monzúnového obdobia<ref name="Tropical rainforest biomes">Tropical rainforest biomes https://www.khanacademy.org/science/biology/ecology/biogeography/a/tropical-rainforest-biomes</ref>. Čo sa týka rýchlosti vetra, tak tá bola nastavená na 5 km/h, keďže tropické lesy väčšinou nemajú silný vietor<ref name="What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest">What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest? https://sciencing.com/wind-speeds-tropical-rainforest-23367.html</ref>. Uhol sklonu terénu bol nastavený na 0 – rovina. Hustota zalesnenia bola 75% -vysoká hustota zalesnenia.

[[File:Obrazek3xyp.png]]

''Obrázok 3 – tropický les''

Obrázok 3 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade tropického lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 9%. Napriek veľkej hustote stromov, ktorá by zvyšovala riziko šírenia ohňa, je to silno limitované veľkou relatívnou vlhkosťou vzduchu. Pravdepodobnosť že požiar prejde z ľavej strany plochy až na pravú bola 0%. Rýchlosť šírenia bola pomalá. (keďže výsledná rýchlosť sa počíta ako prvý “dotyk“ požiaru pravej strany tak nie je možné definovať priemernú rýchlosť v tikoch, ale len na základe pozorovania priebehu simulácie)

Výsledný verdikt za daných podmienok je malé riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka vysokej vlhkosti. Najväčší vplyv na veľkoplošné šírenie požiaru v tropickom lese predstavoval stúpajúci terén. Silnejší vietor by vplýval na šírenie a rýchlosť v menšej miere ako stúpajúci terén.

===Severný les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli Kanadské lesy severozápadného teritória.

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 61%<ref name="Climate in Northwest Territories Canada">Climate in Northwest Territories Canada https://www.worlddata.info/america/canada/climate-northwest-territories.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 12 km/h. Sklon v tomto prípade hrá podstatnú úlohu, keďže tieto oblasti sú často hornaté. Simulácia pracovala so sklonom 10°. Tieto lesy sú podobne ako tropické lesy husto zarastené stromami (70%). Do simulácie bola zahrnutá aj malá rieka (9).

[[File:Obrazek4xyp.png]]

''Obrázok 4 – severný les''

Obrázok 4 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade severného lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 98.2%. Veľká hustota stromov spolu so stúpajúcim svahom a vetrom o sile 12 km/h prispela k veľmi závažnému šíreniu požiaru, ako aj vysokej dosiahnutej rýchlosti (v priemere 130 tikov pre dosiahnutie pravej strany). Relatívne malá rieka (9) nepredstavovala významnú prekážku pre požiar a bola prekonaná pri každom spustení simulácie – pravdepodobnosť dosiahnutia pravej strany bola 100% pri daných faktoroch.

Výsledný verdikt za daných podmienok je veľmi vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka kombinácií hustota/sklon svahu/vietor. Šírenie by bolo spomalené v prípade klesajúceho svahu, no intenzita požiaru by už bola pravdepodobne privysoká na jeho úplne zastavenie. Vlhkosť v tomto prípade nebola dostatočne vysoká pre spomalenie/zastavenie požiaru.

===Listnatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli listnaté lesy v Pennsylvánii (USA).

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 71%<ref name="Climate in Pennsylvania(United States)">Climate in Pennsylvania
(United States) https://www.worlddata.info/america/usa/climate-pennsylvania.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 10 km/h. Sklon pre simuláciu bol určený na hodnotu 0°. Hustota bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek5xyp.png]]

''Obrázok 5 – listnatý les''

Obrázok 5 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade listnatého lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 52.81%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 430 tikov, čo je podstatne pomalšie ako v prípade severného lesu. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 57.1%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je stredné riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Ako v predošlom prípade, kombinácia hustota/sklon svahu/vietor má veľký vplyv na šírenie a rýchlosť požiaru, no oproti severnému lesu je riziko menšie.

===Krovinatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli krovinaté lesy vo vnútrozemí Západnej Austrálie.

V období sucha je priemerná relatívna vlhkosť vzduchu približne 20%<ref name="Acacia shrublands">NVIS Fact sheet
MVG 16 – Acacia shrublands https://www.agriculture.gov.au/sites/default/files/documents/mvg16-nvis-acacia-shrublands.pdf</ref>. V dôsledku rovinatého terénu je toto prostredie náchylné na silnejší vietor, ktorý bol pre účely simulácie nastavený na 20 km/h. Sklon terénu bol určený na 0°. Hustota zalesnenia bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek6xyp.png]]

''Obrázok 6 – krovinový les''

Obrázok 6 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade krovinového lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 85.51%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 210 tikov, čo je pomerne rýchle šírenie vzhľadom na menšiu hustotu zalesnenia. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 93.3%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Veľmi nízka vlhkosť v kombinácií s mierne silným/silným vetrom má veľký vplyv na riziko šírenia a rýchlosť požiaru. Veľké riziko nezmenšuje výrazným spôsobom ani prítomnosť rovinatého terénu s menšou hustotou zalesnenia.

=Záver=
Lesný biom s najnižšou pravdepodobnosťou vzniku a šírenia veľkoplošného lesného požiaru bol tropický les. Naopak najväčšie riziko platilo pre prípad severného lesu. Treba poznamenať že veľmi vysoké riziko a rýchlosť šírenia požiaru pre severný les nastalo aj z dôvodu určeného stúpania terénu 10°.

Z pozorovania výsledkov simulácií je možné určiť že najviac ohrozujúce faktory boli kombinácia vysokej hustoty zalesnenia spolu so stúpajúcim terénom a nízkou/stredne vysokou vlhkosťou ovzdušia. Vietor vplýval vo väčšej miere na výslednú rýchlosť požiaru než na riziko veľkoplošného šírenia. V prípade zahrnutia rieky do simulácie, nemôže byť výsledok braný ako presná reprezentácia reality, keďže nie je podložený reálnymi zdrojmi. Pri zmenšenom podiely živých stromov v simulácií nedochádzalo k výraznej zmene výsledku oproti prípadom s nastaveným 70% živým podielom stromov.

Faktor, ktorý je možné ovplyvniť ľudskou činnosťou v rámci prevencie je hustota zalesnenia. V rizikových oblastiach by mohlo dôjsť k odstráneniu mŕtvych stromov, čím by sa zmenšila hustota stromov a riziko vzniku šírenia veľkoplošného lesného požiaru. No vzhľadom na rozsiahle plochy a všeobecne zlú dostupnosť lesov je to náročné na účinné prevedenie. Z toho dôvodu je veľmi pravdepodobné že lesné požiare budú aj naďalej predstavovať veľké riziko v náchylných oblastiach po celom svete.

=Kód modelu=
[[Media:Klia11_sirenie_lesneho_poziaru.nlogo]]

=Zdroje=
<references/>

Šírenie lesného požiaru

2023-06-12T14:58:45Z

AdamKlima: /* Faktory/parametre */

''Táto stránka bola vypracovaná za účelom popisu simulácie šírenia lesného požiaru.''

'''Názov simulácie: ''' Šírenie lesného požiaru

'''Predmet:''' 4IT495 Simulace systémů

'''Semester:''' LS 2022/2023

'''Autor:''' Adam Klima, klia11 (vše username), AdamKlima (simulace.info username)

'''Modelovací nástroj:''' NetLogo

=Definícia problému=
Lesné požiare sú závažným problémom v mnohých regiónoch po celom svete, spôsobujú ničenie biotopov, stratu biodiverzity a ohrozujú ľudské životy a majetok. V roku 2022 bolo zaznamenaných 68 988 lesných požiarov, ktoré dohromady poškodili plochu o veľkosti 7.6 miliónov akrov<ref name="Wildfire Statistics">Wildfire Statistics https://sgp.fas.org/crs/misc/IF10244.pdf</ref>. Takmer 85% lesných požiarov je spôsobených ľudským zavinením<ref name="Humans and Wildfire">Wildfire Causes and Evaluations https://www.nps.gov/articles/wildfire-causes-and-evaluation.htm</ref>. Zvyšok predstavujú prírodné príčiny ako napríklad blesky alebo vulkanická aktivita. Po vzniku takéhoto nekontrolovaného požiaru je šírenie ovplyvňované faktormi ako sú: vietor, vlhkosť vzduchu, podiel živej a mŕtvej (vyschnutej) vegetácie, sklon terénu a hustota zalesnenia.

=Cieľ=
Simulácia má za cieľ priblížiť/predpovedať risk vzniku veľkoplošného požiaru a následne určiť rýchlosť šírenia, ktorému by takýto lesný požiar odpovedal na základe faktorov spomínaných v predchádzajúcom odstavci.

=Metóda=
Simulácia je implementovaná ako agentná simulácia. Stromy (vegetácia) predstavujú agentov, na ktoré vplývajú faktory ovplyvňujúce pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru.

=Model=
Simulácia sa odohráva na ploche o rozmeroch 50x50 patchov. Je uzavretá po stranách a simuluje šírenie požiaru smerom z ľavej strany doprava.

[[File:Obrazek1xyp.png]]
''Obrázok 1 – pohľad na celé používateľské rozhranie''

Obrázok 1 predstavuje zalesnenú oblasť. Stromy (agenti) môžu nadobudnúť nasledovné farby, ktoré znamenajú iný stav a správanie:
* Zelená: predstavuje živé stromy (dlhší čas horenia)
* Šedá: predstavuje mŕtve/vyschnuté stromy (kratší čas horenia)
* Tmavo červená: stromy zasiahnuté požiarom (bez potenciálu ďalšieho šírenia)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia) - zobrazené na obrázku číslo 2

[[File:Obrazek2xyp.png]]

''Obrázok 2 – znázornenie rieky a všetkých farebných stavov stromov''

Obrázok 2 predstavuje variantu simulácie s riekou, ktorá slúži ako prekážka pre šírenie požiaru. Rieka v závislosti na jej šírke a na intenzite/rýchlosti šírenia požiaru a má možnosť zastaviť/nezastaviť šírenie požiaru. Nové prvky oproti obrázku 1 znázorňujú:
* Modrá: znázorňuje rieku (ak sa používateľ rozhodne zahrnúť rieku, tak je vždy umiestnená do stredu plochy a je možné upravovať jej šírku)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia)

===Agenti===
Simulácia zahŕňa jeden druh agentov – stromy/vegetácia. Títo agenti môžu mať stav: živý, mŕtvy (suchý strom), zasiahnutý ohňom s potenciálom šírenia a zasiahnutý ohňom bez potenciálu šírenia. Podiel živých a mŕtvych stromov, ich hustota a rieka (áno/nie + šírka) sa určuje na začiatku simulácie. Zvyšné faktory nie sú vizuálne znázornené na ploche, no ovplyvňujú pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Požiar začína po celej vertikálnej dĺžke z ľavej strany plochy a na základe pôsobenia faktorov postupuje/nepostupuje smerom doprava (požiar sa môže šíriť všetkými smermi, no primárne z ľava doprava).

===Faktory/parametre===
Nasledujúce nastaviteľné parametre vplývajú na pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru:
* Density: hustota zalesnenia plochy ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím hustejšia populácia stromov, tým vyššia pravdepodobnosť šírenia a rýchlosti požiaru<ref name="Tree Density">How Tree Density and Wildfire Impact Ecosystems on the Forest-Tundra Edge https://www.nps.gov/articles/000/densityplusfire.htm</ref>.
* percent-live: Percentuálny podiel živej vegetácie, ktorý sa odvádza od faktoru Density. Živé stromy majú nižšiu pravdepodobnosť šírenia požiaru a horia pomalšie ako mŕtve stromy<ref name="DEAD TREE REMOVAL">DEAD TREE REMOVAL https://www.readyforwildfire.org/prevent-wildfire/dead-tree-removal/</ref>.
* time-burn-live: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý živý strom svetlo červený (čiže má potenciál šíriť oheň na iné stromy), po uplynutí tohto času sa mení na tmavo červený a nešíri oheň ďalej.
* time-burn-dead: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý mŕtvy strom svetlo červený (nastavená hodnota by mala byť nižšia ako na slidery time-burn-live).
* probability-spread-live: pravdepodobnosť šírenia požiaru živých stromov
* probability-spread-dead: pravdepodobnosť šírenia požiaru mŕtvych stromov (hodnota by mala byť väčšia ako živé stromy)
* radius-of-fire-spread: Rádius, ktorý predstavuje dosah ohňa. V prípade súhry faktorov sa rádius zvyšuje, čo znamená väčšiu pravdepodobnosť šírenia a vyššiu rýchlosť požiaru
* wind-speed: rýchlosť vetra (v km/h). Čím silnejší vietor, tým väčšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Na každých pridaných 10 km/h k rýchlosti vetra, približne 10% zvýšenie rýchlosti šírenia požiaru<ref name="Wind speed">The 10% wind speed rule of thumb for estimating a wildfire’s forward rate of spread in forests and shrublands https://annforsci.biomedcentral.com/articles/10.1007/s13595-019-0829-8</ref>.
* humidity: relatívna vlhkosť vzduchu, ktorá ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím vyššia vlhkosť, tým menšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia<ref name="Humidity">How Does Humidity Affect a Fire? https://wfca.com/articles/how-does-humidity-affect-wildfire/</ref>.
* terrain-slope: uhol, ktorý reprezentuje uhol sklonu terénu (na celej ploche). Oheň sa šíri rýchlejšie smerom do kopca (až 2x zvýšenie rýchlosti a pravdepodobnosti šírenia pri každých + 10°). Smerom dole z kopca je šírenie naopak spomalené<ref name="Terrain slope">The science behind fire behaviour https://www.environment.sa.gov.au/topics/fire-management/fire-science-and-planning/fire-behaviour</ref>.
* river?: switch, ktorý určuje prítomnosť rieky (áno/nie).
* river-width: určuje šírku rieky. Ohľadne chovania rieky nebolo nájdené dostatočné množstvo dôveryhodných informácií, keďže je to dosť premenlivý faktor, ktorý je ťažko predpovedať. Každopádne v tejto simulácií pokiaľ je šírenie požiaru intenzívne, môže požiar prekonať aj stredne veľkú rieku a pokračovať v šírení na druhom brehu.

===Výstupné metriky===
Výstupné metriky sú zobrazené na obrázku 1 na pravej strane:
* Graf Percent burned: vertikálna osa určuje percento poškodenej/zasiahnutej plochy požiarom a horizontálna osa znázorňuje čas (v tikoch) počas ktorého sa požiar šíril na simulovanej ploche.
* Fire-speed: v prípade že sa oheň dostane z ľavej strany až na druhú stranu, tak fire-speed vypíše tik v ktorom k tomu došlo. (0 – oheň nedošiel na druhú stranu, ak je číslo väčšie ako nula tak čím nižšie číslo, tým vyššia rýchlosť šírenia požiaru).
* Percent burned: pomer stromov zasiahnutých požiarom k pôvodným stromom pred začiatkom požiaru (v percentách).
* probability-to-side: V prípade stlačenia tlačidla “simulate“ sa simuluje šírenie požiaru (toľko krát koľko je vybratých na slidery num-simulate) a výsledná hodnota v rozmedzí 0 – 1 predstavuje pravdepodobnosť zasiahnutia pravej strany požiarom.

=Výsledky=
Simulácie popísané v tejto časti budú rozdelené podľa zaradenia do lesného biomu. Druhy, ktoré boli simulované sú tropický les (tropické podnebie), severný les (subpolárne podnebie), listnatý les (mierne podnebie) a krovinatý les (subtropické podnebie). Určené hodnoty faktorov pri každej simulácií majú odrážať typický stav daného biomu.

Poznámka: pri každej simulácií bola použitá rovnaká hodnota pre nasledujúce parametre: probability-spread-live (14%), probability-spread-dead (33%), radius-of-fire-spread (1.00), time-burn-live (10), time-burn-dead (4), percent-live (70%) Tieto hodnoty po odskúšaní prinášali najkonzistnejšie výsledky.

Výsledky nasledujúcich prípadov predstavujú priemernú hodnotu dosiahnutú po prevedení simulácie 20x.

===Tropický les===
Príkladom pre hodnoty parametrov bol Amazonský tropický les.

Podstatným faktorom v prípade tropického lesa je relatívna vlhkosť ovzdušia, tá bola pri simulácií nastavená na 88%, keďže to je bežná hodnota počas monzúnového obdobia<ref name="Tropical rainforest biomes">Tropical rainforest biomes https://www.khanacademy.org/science/biology/ecology/biogeography/a/tropical-rainforest-biomes</ref>. Čo sa týka rýchlosti vetra, tak tá bola nastavená na 5 km/h, keďže tropické lesy väčšinou nemajú silný vietor<ref name="What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest">What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest? https://sciencing.com/wind-speeds-tropical-rainforest-23367.html</ref>. Uhol sklonu terénu bol nastavený na 0 – rovina. Hustota zalesnenia bola 75% -vysoká hustota zalesnenia.

[[File:Obrazek3xyp.png]]

''Obrázok 3 – tropický les''

Obrázok 3 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade tropického lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 9%. Napriek veľkej hustote stromov, ktorá by zvyšovala riziko šírenia ohňa, je to silno limitované veľkou relatívnou vlhkosťou vzduchu. Pravdepodobnosť že požiar prejde z ľavej strany plochy až na pravú bola 0%. Rýchlosť šírenia bola pomalá. (keďže výsledná rýchlosť sa počíta ako prvý “dotyk“ požiaru pravej strany tak nie je možné definovať priemernú rýchlosť v tikoch, ale len na základe pozorovania priebehu simulácie)

Výsledný verdikt za daných podmienok je malé riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka vysokej vlhkosti. Najväčší vplyv na veľkoplošné šírenie požiaru v tropickom lese predstavoval stúpajúci terén. Silnejší vietor by vplýval na šírenie a rýchlosť v menšej miere ako stúpajúci terén.

===Severný les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli Kanadské lesy severozápadného teritória.

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 61%<ref name="Climate in Northwest Territories Canada">Climate in Northwest Territories Canada https://www.worlddata.info/america/canada/climate-northwest-territories.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 12 km/h. Sklon v tomto prípade hrá podstatnú úlohu, keďže tieto oblasti sú často hornaté. Simulácia pracovala so sklonom 10°. Tieto lesy sú podobne ako tropické lesy husto zarastené stromami (70%). Do simulácie bola zahrnutá aj malá rieka (9).

[[File:Obrazek4xyp.png]]

''Obrázok 4 – severný les''

Obrázok 4 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade severného lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 98.2%. Veľká hustota stromov spolu so stúpajúcim svahom a vetrom o sile 12 km/h prispela k veľmi závažnému šíreniu požiaru, ako aj vysokej dosiahnutej rýchlosti (v priemere 130 tikov pre dosiahnutie pravej strany). Relatívne malá rieka (9) nepredstavovala významnú prekážku pre požiar a bola prekonaná pri každom spustení simulácie – pravdepodobnosť dosiahnutia pravej strany bola 100% pri daných faktoroch.

Výsledný verdikt za daných podmienok je veľmi vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka kombinácií hustota/sklon svahu/vietor. Šírenie by bolo spomalené v prípade klesajúceho svahu, no intenzita požiaru by už bola pravdepodobne privysoká na jeho úplne zastavenie. Vlhkosť v tomto prípade nebola dostatočne vysoká pre spomalenie/zastavenie požiaru.

===Listnatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli listnaté lesy v Pennsylvánii (USA).

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 71%<ref name="Climate in Pennsylvania(United States)">Climate in Pennsylvania
(United States) https://www.worlddata.info/america/usa/climate-pennsylvania.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 10 km/h. Sklon pre simuláciu bol určený na hodnotu 0°. Hustota bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek5xyp.png]]

''Obrázok 5 – listnatý les''

Obrázok 5 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade listnatého lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 52.81%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 430 tikov, čo je podstatne pomalšie ako v prípade severného lesu. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 57.1%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je stredné riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Ako v predošlom prípade, kombinácia hustota/sklon svahu/vietor má veľký vplyv na šírenie a rýchlosť požiaru, no oproti severnému lesu je riziko menšie.

===Krovinatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli krovinaté lesy vo vnútrozemí Západnej Austrálie.

V období sucha je priemerná relatívna vlhkosť vzduchu približne 20%<ref name="Acacia shrublands">NVIS Fact sheet
MVG 16 – Acacia shrublands https://www.agriculture.gov.au/sites/default/files/documents/mvg16-nvis-acacia-shrublands.pdf</ref>. V dôsledku rovinatého terénu je toto prostredie náchylné na silnejší vietor, ktorý bol pre účely simulácie nastavený na 20 km/h. Sklon terénu bol určený na 0°. Hustota zalesnenia bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek6xyp.png]]

''Obrázok 6 – krovinový les''

Obrázok 6 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade krovinového lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 85.51%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 210 tikov, čo je pomerne rýchle šírenie vzhľadom na menšiu hustotu zalesnenia. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 93.3%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Veľmi nízka vlhkosť v kombinácií s mierne silným/silným vetrom má veľký vplyv na riziko šírenia a rýchlosť požiaru. Veľké riziko nezmenšuje výrazným spôsobom ani prítomnosť rovinatého terénu s menšou hustotou zalesnenia.

=Záver=
Lesný biom z najnižšou pravdepodobnosťou vzniku a šírenia veľkoplošného lesného požiaru bol tropický les. Naopak najväčšie riziko platilo pre prípad severného lesu. Treba poznamenať že veľmi vysoké riziko a rýchlosť šírenia požiaru pre severný les nastalo aj z dôvodu určeného stúpania terénu 10°.

Z pozorovania výsledkov simulácií je možné určiť že najviac ohrozujúce faktory boli kombinácia vysokej hustoty zalesnenia spolu so stúpajúcim terénom a nízkou/stredne vysokou vlhkosťou ovzdušia. Vietor vplýval vo väčšej miere na výslednú rýchlosť požiaru než na riziko veľkoplošného šírenia. V prípade zahrnutia rieky do simulácie, nemôže byť výsledok braný ako presná reprezentácia reality, keďže nie je podložený reálnymi zdrojmi. Pri zmenšenom podiely živých stromov v simulácií nedochádzalo k výraznej zmene výsledku oproti prípadom s nastaveným 70% živým podielom stromov.

Faktor, ktorý je možné ovplyvniť ľudskou činnosťou v rámci prevencie je hustota zalesnenia. V rizikových oblastiach by mohlo dôjsť k odstráneniu mŕtvych stromov, čím by sa zmenšila hustota stromov a riziko vzniku šírenia veľkoplošného lesného požiaru. No vzhľadom na rozsiahle plochy a všeobecne zlú dostupnosť lesov je to náročné na účinné prevedenie. Z toho dôvodu je veľmi pravdepodobné že lesné požiare budú aj naďalej predstavovať veľké riziko v náchylných oblastiach po celom svete.

=Kód modelu=
[[Media:Klia11_sirenie_lesneho_poziaru.nlogo]]

=Zdroje=
<references/>

Šírenie lesného požiaru

2023-06-11T21:22:30Z

AdamKlima: /* Severný les */

''Táto stránka bola vypracovaná za účelom popisu simulácie šírenia lesného požiaru.''

'''Názov simulácie: ''' Šírenie lesného požiaru

'''Predmet:''' 4IT495 Simulace systémů

'''Semester:''' LS 2022/2023

'''Autor:''' Adam Klima, klia11 (vše username), AdamKlima (simulace.info username)

'''Modelovací nástroj:''' NetLogo

=Definícia problému=
Lesné požiare sú závažným problémom v mnohých regiónoch po celom svete, spôsobujú ničenie biotopov, stratu biodiverzity a ohrozujú ľudské životy a majetok. V roku 2022 bolo zaznamenaných 68 988 lesných požiarov, ktoré dohromady poškodili plochu o veľkosti 7.6 miliónov akrov<ref name="Wildfire Statistics">Wildfire Statistics https://sgp.fas.org/crs/misc/IF10244.pdf</ref>. Takmer 85% lesných požiarov je spôsobených ľudským zavinením<ref name="Humans and Wildfire">Wildfire Causes and Evaluations https://www.nps.gov/articles/wildfire-causes-and-evaluation.htm</ref>. Zvyšok predstavujú prírodné príčiny ako napríklad blesky alebo vulkanická aktivita. Po vzniku takéhoto nekontrolovaného požiaru je šírenie ovplyvňované faktormi ako sú: vietor, vlhkosť vzduchu, podiel živej a mŕtvej (vyschnutej) vegetácie, sklon terénu a hustota zalesnenia.

=Cieľ=
Simulácia má za cieľ priblížiť/predpovedať risk vzniku veľkoplošného požiaru a následne určiť rýchlosť šírenia, ktorému by takýto lesný požiar odpovedal na základe faktorov spomínaných v predchádzajúcom odstavci.

=Metóda=
Simulácia je implementovaná ako agentná simulácia. Stromy (vegetácia) predstavujú agentov, na ktoré vplývajú faktory ovplyvňujúce pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru.

=Model=
Simulácia sa odohráva na ploche o rozmeroch 50x50 patchov. Je uzavretá po stranách a simuluje šírenie požiaru smerom z ľavej strany doprava.

[[File:Obrazek1xyp.png]]
''Obrázok 1 – pohľad na celé používateľské rozhranie''

Obrázok 1 predstavuje zalesnenú oblasť. Stromy (agenti) môžu nadobudnúť nasledovné farby, ktoré znamenajú iný stav a správanie:
* Zelená: predstavuje živé stromy (dlhší čas horenia)
* Šedá: predstavuje mŕtve/vyschnuté stromy (kratší čas horenia)
* Tmavo červená: stromy zasiahnuté požiarom (bez potenciálu ďalšieho šírenia)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia) - zobrazené na obrázku číslo 2

[[File:Obrazek2xyp.png]]

''Obrázok 2 – znázornenie rieky a všetkých farebných stavov stromov''

Obrázok 2 predstavuje variantu simulácie s riekou, ktorá slúži ako prekážka pre šírenie požiaru. Rieka v závislosti na jej šírke a na intenzite/rýchlosti šírenia požiaru a má možnosť zastaviť/nezastaviť šírenie požiaru. Nové prvky oproti obrázku 1 znázorňujú:
* Modrá: znázorňuje rieku (ak sa používateľ rozhodne zahrnúť rieku, tak je vždy umiestnená do stredu plochy a je možné upravovať jej šírku)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia)

===Agenti===
Simulácia zahŕňa jeden druh agentov – stromy/vegetácia. Títo agenti môžu mať stav: živý, mŕtvy (suchý strom), zasiahnutý ohňom s potenciálom šírenia a zasiahnutý ohňom bez potenciálu šírenia. Podiel živých a mŕtvych stromov, ich hustota a rieka (áno/nie + šírka) sa určuje na začiatku simulácie. Zvyšné faktory nie sú vizuálne znázornené na ploche, no ovplyvňujú pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Požiar začína po celej vertikálnej dĺžke z ľavej strany plochy a na základe pôsobenia faktorov postupuje/nepostupuje smerom doprava (požiar sa môže šíriť všetkými smermi, no primárne z ľava doprava).

===Faktory/parametre===
Následné nastaviteľné parametre vplývajú na pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru:
* Density: hustota zalesnenia plochy ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím hustejšia populácia stromov, tým vyššia pravdepodobnosť šírenia a rýchlosti požiaru<ref name="Tree Density">How Tree Density and Wildfire Impact Ecosystems on the Forest-Tundra Edge https://www.nps.gov/articles/000/densityplusfire.htm</ref>.
* percent-live: Percentuálny podiel živej vegetácie, ktorý sa odvádza od faktoru Density. Živé stromy majú nižšiu pravdepodobnosť šírenia požiaru a horia pomalšie ako mŕtve stromy<ref name="DEAD TREE REMOVAL">DEAD TREE REMOVAL https://www.readyforwildfire.org/prevent-wildfire/dead-tree-removal/</ref>.
* time-burn-live: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý živý strom svetlo červený (čiže má potenciál šíriť oheň na iné stromy), po uplynutí tohto času sa mení na tmavo červený a nešíri oheň ďalej.
* time-burn-dead: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý mŕtvy strom svetlo červený (nastavená hodnota by mala byť nižšia ako na slidery time-burn-live).
* probability-spread-live: pravdepodobnosť šírenia požiaru živých stromov
* probability-spread-dead: pravdepodobnosť šírenia požiaru mŕtvych stromov (hodnota by mala byť väčšia ako živé stromy)
* radius-of-fire-spread: Rádius, ktorý predstavuje dosah ohňa. V prípade súhry faktorov sa rádius zvyšuje, čo znamená väčšiu pravdepodobnosť šírenia a vyššiu rýchlosť požiaru
* wind-speed: rýchlosť vetra (v km/h). Čím silnejší vietor, tým väčšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Na každých pridaných 10 km/h k rýchlosti vetra, približne 10% zvýšenie rýchlosti šírenia požiaru<ref name="Wind speed">The 10% wind speed rule of thumb for estimating a wildfire’s forward rate of spread in forests and shrublands https://annforsci.biomedcentral.com/articles/10.1007/s13595-019-0829-8</ref>.
* humidity: relatívna vlhkosť vzduchu, ktorá ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím vyššia vlhkosť, tým menšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia<ref name="Humidity">How Does Humidity Affect a Fire? https://wfca.com/articles/how-does-humidity-affect-wildfire/</ref>.
* terrain-slope: uhol, ktorý reprezentuje uhol sklonu terénu (na celej ploche). Oheň sa šíri rýchlejšie smerom do kopca (až 2x zvýšenie rýchlosti a pravdepodobnosti šírenia pri každých + 10°). Smerom dole z kopca je šírenie naopak spomalené<ref name="Terrain slope">The science behind fire behaviour https://www.environment.sa.gov.au/topics/fire-management/fire-science-and-planning/fire-behaviour</ref>.
* river?: switch, ktorý určuje prítomnosť rieky (áno/nie).
* river-width: určuje šírku rieky. Ohľadne chovania rieky nebolo nájdené dostatočné množstvo dôveryhodných informácií, keďže je to dosť premenlivý faktor, ktorý je ťažko predpovedať. Každopádne v tejto simulácií pokiaľ je šírenie požiaru intenzívne, môže požiar prekonať aj stredne veľkú rieku a pokračovať v šírení na druhom brehu.

===Výstupné metriky===
Výstupné metriky sú zobrazené na obrázku 1 na pravej strane:
* Graf Percent burned: vertikálna osa určuje percento poškodenej/zasiahnutej plochy požiarom a horizontálna osa znázorňuje čas (v tikoch) počas ktorého sa požiar šíril na simulovanej ploche.
* Fire-speed: v prípade že sa oheň dostane z ľavej strany až na druhú stranu, tak fire-speed vypíše tik v ktorom k tomu došlo. (0 – oheň nedošiel na druhú stranu, ak je číslo väčšie ako nula tak čím nižšie číslo, tým vyššia rýchlosť šírenia požiaru).
* Percent burned: pomer stromov zasiahnutých požiarom k pôvodným stromom pred začiatkom požiaru (v percentách).
* probability-to-side: V prípade stlačenia tlačidla “simulate“ sa simuluje šírenie požiaru (toľko krát koľko je vybratých na slidery num-simulate) a výsledná hodnota v rozmedzí 0 – 1 predstavuje pravdepodobnosť zasiahnutia pravej strany požiarom.

=Výsledky=
Simulácie popísané v tejto časti budú rozdelené podľa zaradenia do lesného biomu. Druhy, ktoré boli simulované sú tropický les (tropické podnebie), severný les (subpolárne podnebie), listnatý les (mierne podnebie) a krovinatý les (subtropické podnebie). Určené hodnoty faktorov pri každej simulácií majú odrážať typický stav daného biomu.

Poznámka: pri každej simulácií bola použitá rovnaká hodnota pre nasledujúce parametre: probability-spread-live (14%), probability-spread-dead (33%), radius-of-fire-spread (1.00), time-burn-live (10), time-burn-dead (4), percent-live (70%) Tieto hodnoty po odskúšaní prinášali najkonzistnejšie výsledky.

Výsledky nasledujúcich prípadov predstavujú priemernú hodnotu dosiahnutú po prevedení simulácie 20x.

===Tropický les===
Príkladom pre hodnoty parametrov bol Amazonský tropický les.

Podstatným faktorom v prípade tropického lesa je relatívna vlhkosť ovzdušia, tá bola pri simulácií nastavená na 88%, keďže to je bežná hodnota počas monzúnového obdobia<ref name="Tropical rainforest biomes">Tropical rainforest biomes https://www.khanacademy.org/science/biology/ecology/biogeography/a/tropical-rainforest-biomes</ref>. Čo sa týka rýchlosti vetra, tak tá bola nastavená na 5 km/h, keďže tropické lesy väčšinou nemajú silný vietor<ref name="What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest">What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest? https://sciencing.com/wind-speeds-tropical-rainforest-23367.html</ref>. Uhol sklonu terénu bol nastavený na 0 – rovina. Hustota zalesnenia bola 75% -vysoká hustota zalesnenia.

[[File:Obrazek3xyp.png]]

''Obrázok 3 – tropický les''

Obrázok 3 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade tropického lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 9%. Napriek veľkej hustote stromov, ktorá by zvyšovala riziko šírenia ohňa, je to silno limitované veľkou relatívnou vlhkosťou vzduchu. Pravdepodobnosť že požiar prejde z ľavej strany plochy až na pravú bola 0%. Rýchlosť šírenia bola pomalá. (keďže výsledná rýchlosť sa počíta ako prvý “dotyk“ požiaru pravej strany tak nie je možné definovať priemernú rýchlosť v tikoch, ale len na základe pozorovania priebehu simulácie)

Výsledný verdikt za daných podmienok je malé riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka vysokej vlhkosti. Najväčší vplyv na veľkoplošné šírenie požiaru v tropickom lese predstavoval stúpajúci terén. Silnejší vietor by vplýval na šírenie a rýchlosť v menšej miere ako stúpajúci terén.

===Severný les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli Kanadské lesy severozápadného teritória.

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 61%<ref name="Climate in Northwest Territories Canada">Climate in Northwest Territories Canada https://www.worlddata.info/america/canada/climate-northwest-territories.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 12 km/h. Sklon v tomto prípade hrá podstatnú úlohu, keďže tieto oblasti sú často hornaté. Simulácia pracovala so sklonom 10°. Tieto lesy sú podobne ako tropické lesy husto zarastené stromami (70%). Do simulácie bola zahrnutá aj malá rieka (9).

[[File:Obrazek4xyp.png]]

''Obrázok 4 – severný les''

Obrázok 4 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade severného lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 98.2%. Veľká hustota stromov spolu so stúpajúcim svahom a vetrom o sile 12 km/h prispela k veľmi závažnému šíreniu požiaru, ako aj vysokej dosiahnutej rýchlosti (v priemere 130 tikov pre dosiahnutie pravej strany). Relatívne malá rieka (9) nepredstavovala významnú prekážku pre požiar a bola prekonaná pri každom spustení simulácie – pravdepodobnosť dosiahnutia pravej strany bola 100% pri daných faktoroch.

Výsledný verdikt za daných podmienok je veľmi vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka kombinácií hustota/sklon svahu/vietor. Šírenie by bolo spomalené v prípade klesajúceho svahu, no intenzita požiaru by už bola pravdepodobne privysoká na jeho úplne zastavenie. Vlhkosť v tomto prípade nebola dostatočne vysoká pre spomalenie/zastavenie požiaru.

===Listnatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli listnaté lesy v Pennsylvánii (USA).

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 71%<ref name="Climate in Pennsylvania(United States)">Climate in Pennsylvania
(United States) https://www.worlddata.info/america/usa/climate-pennsylvania.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 10 km/h. Sklon pre simuláciu bol určený na hodnotu 0°. Hustota bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek5xyp.png]]

''Obrázok 5 – listnatý les''

Obrázok 5 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade listnatého lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 52.81%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 430 tikov, čo je podstatne pomalšie ako v prípade severného lesu. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 57.1%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je stredné riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Ako v predošlom prípade, kombinácia hustota/sklon svahu/vietor má veľký vplyv na šírenie a rýchlosť požiaru, no oproti severnému lesu je riziko menšie.

===Krovinatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli krovinaté lesy vo vnútrozemí Západnej Austrálie.

V období sucha je priemerná relatívna vlhkosť vzduchu približne 20%<ref name="Acacia shrublands">NVIS Fact sheet
MVG 16 – Acacia shrublands https://www.agriculture.gov.au/sites/default/files/documents/mvg16-nvis-acacia-shrublands.pdf</ref>. V dôsledku rovinatého terénu je toto prostredie náchylné na silnejší vietor, ktorý bol pre účely simulácie nastavený na 20 km/h. Sklon terénu bol určený na 0°. Hustota zalesnenia bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek6xyp.png]]

''Obrázok 6 – krovinový les''

Obrázok 6 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade krovinového lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 85.51%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 210 tikov, čo je pomerne rýchle šírenie vzhľadom na menšiu hustotu zalesnenia. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 93.3%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Veľmi nízka vlhkosť v kombinácií s mierne silným/silným vetrom má veľký vplyv na riziko šírenia a rýchlosť požiaru. Veľké riziko nezmenšuje výrazným spôsobom ani prítomnosť rovinatého terénu s menšou hustotou zalesnenia.

=Záver=
Lesný biom z najnižšou pravdepodobnosťou vzniku a šírenia veľkoplošného lesného požiaru bol tropický les. Naopak najväčšie riziko platilo pre prípad severného lesu. Treba poznamenať že veľmi vysoké riziko a rýchlosť šírenia požiaru pre severný les nastalo aj z dôvodu určeného stúpania terénu 10°.

Z pozorovania výsledkov simulácií je možné určiť že najviac ohrozujúce faktory boli kombinácia vysokej hustoty zalesnenia spolu so stúpajúcim terénom a nízkou/stredne vysokou vlhkosťou ovzdušia. Vietor vplýval vo väčšej miere na výslednú rýchlosť požiaru než na riziko veľkoplošného šírenia. V prípade zahrnutia rieky do simulácie, nemôže byť výsledok braný ako presná reprezentácia reality, keďže nie je podložený reálnymi zdrojmi. Pri zmenšenom podiely živých stromov v simulácií nedochádzalo k výraznej zmene výsledku oproti prípadom s nastaveným 70% živým podielom stromov.

Faktor, ktorý je možné ovplyvniť ľudskou činnosťou v rámci prevencie je hustota zalesnenia. V rizikových oblastiach by mohlo dôjsť k odstráneniu mŕtvych stromov, čím by sa zmenšila hustota stromov a riziko vzniku šírenia veľkoplošného lesného požiaru. No vzhľadom na rozsiahle plochy a všeobecne zlú dostupnosť lesov je to náročné na účinné prevedenie. Z toho dôvodu je veľmi pravdepodobné že lesné požiare budú aj naďalej predstavovať veľké riziko v náchylných oblastiach po celom svete.

=Kód modelu=
[[Media:Klia11_sirenie_lesneho_poziaru.nlogo]]

=Zdroje=
<references/>

Šírenie lesného požiaru

2023-06-11T21:20:30Z

AdamKlima: /* Tropický les */

''Táto stránka bola vypracovaná za účelom popisu simulácie šírenia lesného požiaru.''

'''Názov simulácie: ''' Šírenie lesného požiaru

'''Predmet:''' 4IT495 Simulace systémů

'''Semester:''' LS 2022/2023

'''Autor:''' Adam Klima, klia11 (vše username), AdamKlima (simulace.info username)

'''Modelovací nástroj:''' NetLogo

=Definícia problému=
Lesné požiare sú závažným problémom v mnohých regiónoch po celom svete, spôsobujú ničenie biotopov, stratu biodiverzity a ohrozujú ľudské životy a majetok. V roku 2022 bolo zaznamenaných 68 988 lesných požiarov, ktoré dohromady poškodili plochu o veľkosti 7.6 miliónov akrov<ref name="Wildfire Statistics">Wildfire Statistics https://sgp.fas.org/crs/misc/IF10244.pdf</ref>. Takmer 85% lesných požiarov je spôsobených ľudským zavinením<ref name="Humans and Wildfire">Wildfire Causes and Evaluations https://www.nps.gov/articles/wildfire-causes-and-evaluation.htm</ref>. Zvyšok predstavujú prírodné príčiny ako napríklad blesky alebo vulkanická aktivita. Po vzniku takéhoto nekontrolovaného požiaru je šírenie ovplyvňované faktormi ako sú: vietor, vlhkosť vzduchu, podiel živej a mŕtvej (vyschnutej) vegetácie, sklon terénu a hustota zalesnenia.

=Cieľ=
Simulácia má za cieľ priblížiť/predpovedať risk vzniku veľkoplošného požiaru a následne určiť rýchlosť šírenia, ktorému by takýto lesný požiar odpovedal na základe faktorov spomínaných v predchádzajúcom odstavci.

=Metóda=
Simulácia je implementovaná ako agentná simulácia. Stromy (vegetácia) predstavujú agentov, na ktoré vplývajú faktory ovplyvňujúce pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru.

=Model=
Simulácia sa odohráva na ploche o rozmeroch 50x50 patchov. Je uzavretá po stranách a simuluje šírenie požiaru smerom z ľavej strany doprava.

[[File:Obrazek1xyp.png]]
''Obrázok 1 – pohľad na celé používateľské rozhranie''

Obrázok 1 predstavuje zalesnenú oblasť. Stromy (agenti) môžu nadobudnúť nasledovné farby, ktoré znamenajú iný stav a správanie:
* Zelená: predstavuje živé stromy (dlhší čas horenia)
* Šedá: predstavuje mŕtve/vyschnuté stromy (kratší čas horenia)
* Tmavo červená: stromy zasiahnuté požiarom (bez potenciálu ďalšieho šírenia)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia) - zobrazené na obrázku číslo 2

[[File:Obrazek2xyp.png]]

''Obrázok 2 – znázornenie rieky a všetkých farebných stavov stromov''

Obrázok 2 predstavuje variantu simulácie s riekou, ktorá slúži ako prekážka pre šírenie požiaru. Rieka v závislosti na jej šírke a na intenzite/rýchlosti šírenia požiaru a má možnosť zastaviť/nezastaviť šírenie požiaru. Nové prvky oproti obrázku 1 znázorňujú:
* Modrá: znázorňuje rieku (ak sa používateľ rozhodne zahrnúť rieku, tak je vždy umiestnená do stredu plochy a je možné upravovať jej šírku)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia)

===Agenti===
Simulácia zahŕňa jeden druh agentov – stromy/vegetácia. Títo agenti môžu mať stav: živý, mŕtvy (suchý strom), zasiahnutý ohňom s potenciálom šírenia a zasiahnutý ohňom bez potenciálu šírenia. Podiel živých a mŕtvych stromov, ich hustota a rieka (áno/nie + šírka) sa určuje na začiatku simulácie. Zvyšné faktory nie sú vizuálne znázornené na ploche, no ovplyvňujú pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Požiar začína po celej vertikálnej dĺžke z ľavej strany plochy a na základe pôsobenia faktorov postupuje/nepostupuje smerom doprava (požiar sa môže šíriť všetkými smermi, no primárne z ľava doprava).

===Faktory/parametre===
Následné nastaviteľné parametre vplývajú na pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru:
* Density: hustota zalesnenia plochy ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím hustejšia populácia stromov, tým vyššia pravdepodobnosť šírenia a rýchlosti požiaru<ref name="Tree Density">How Tree Density and Wildfire Impact Ecosystems on the Forest-Tundra Edge https://www.nps.gov/articles/000/densityplusfire.htm</ref>.
* percent-live: Percentuálny podiel živej vegetácie, ktorý sa odvádza od faktoru Density. Živé stromy majú nižšiu pravdepodobnosť šírenia požiaru a horia pomalšie ako mŕtve stromy<ref name="DEAD TREE REMOVAL">DEAD TREE REMOVAL https://www.readyforwildfire.org/prevent-wildfire/dead-tree-removal/</ref>.
* time-burn-live: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý živý strom svetlo červený (čiže má potenciál šíriť oheň na iné stromy), po uplynutí tohto času sa mení na tmavo červený a nešíri oheň ďalej.
* time-burn-dead: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý mŕtvy strom svetlo červený (nastavená hodnota by mala byť nižšia ako na slidery time-burn-live).
* probability-spread-live: pravdepodobnosť šírenia požiaru živých stromov
* probability-spread-dead: pravdepodobnosť šírenia požiaru mŕtvych stromov (hodnota by mala byť väčšia ako živé stromy)
* radius-of-fire-spread: Rádius, ktorý predstavuje dosah ohňa. V prípade súhry faktorov sa rádius zvyšuje, čo znamená väčšiu pravdepodobnosť šírenia a vyššiu rýchlosť požiaru
* wind-speed: rýchlosť vetra (v km/h). Čím silnejší vietor, tým väčšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Na každých pridaných 10 km/h k rýchlosti vetra, približne 10% zvýšenie rýchlosti šírenia požiaru<ref name="Wind speed">The 10% wind speed rule of thumb for estimating a wildfire’s forward rate of spread in forests and shrublands https://annforsci.biomedcentral.com/articles/10.1007/s13595-019-0829-8</ref>.
* humidity: relatívna vlhkosť vzduchu, ktorá ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím vyššia vlhkosť, tým menšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia<ref name="Humidity">How Does Humidity Affect a Fire? https://wfca.com/articles/how-does-humidity-affect-wildfire/</ref>.
* terrain-slope: uhol, ktorý reprezentuje uhol sklonu terénu (na celej ploche). Oheň sa šíri rýchlejšie smerom do kopca (až 2x zvýšenie rýchlosti a pravdepodobnosti šírenia pri každých + 10°). Smerom dole z kopca je šírenie naopak spomalené<ref name="Terrain slope">The science behind fire behaviour https://www.environment.sa.gov.au/topics/fire-management/fire-science-and-planning/fire-behaviour</ref>.
* river?: switch, ktorý určuje prítomnosť rieky (áno/nie).
* river-width: určuje šírku rieky. Ohľadne chovania rieky nebolo nájdené dostatočné množstvo dôveryhodných informácií, keďže je to dosť premenlivý faktor, ktorý je ťažko predpovedať. Každopádne v tejto simulácií pokiaľ je šírenie požiaru intenzívne, môže požiar prekonať aj stredne veľkú rieku a pokračovať v šírení na druhom brehu.

===Výstupné metriky===
Výstupné metriky sú zobrazené na obrázku 1 na pravej strane:
* Graf Percent burned: vertikálna osa určuje percento poškodenej/zasiahnutej plochy požiarom a horizontálna osa znázorňuje čas (v tikoch) počas ktorého sa požiar šíril na simulovanej ploche.
* Fire-speed: v prípade že sa oheň dostane z ľavej strany až na druhú stranu, tak fire-speed vypíše tik v ktorom k tomu došlo. (0 – oheň nedošiel na druhú stranu, ak je číslo väčšie ako nula tak čím nižšie číslo, tým vyššia rýchlosť šírenia požiaru).
* Percent burned: pomer stromov zasiahnutých požiarom k pôvodným stromom pred začiatkom požiaru (v percentách).
* probability-to-side: V prípade stlačenia tlačidla “simulate“ sa simuluje šírenie požiaru (toľko krát koľko je vybratých na slidery num-simulate) a výsledná hodnota v rozmedzí 0 – 1 predstavuje pravdepodobnosť zasiahnutia pravej strany požiarom.

=Výsledky=
Simulácie popísané v tejto časti budú rozdelené podľa zaradenia do lesného biomu. Druhy, ktoré boli simulované sú tropický les (tropické podnebie), severný les (subpolárne podnebie), listnatý les (mierne podnebie) a krovinatý les (subtropické podnebie). Určené hodnoty faktorov pri každej simulácií majú odrážať typický stav daného biomu.

Poznámka: pri každej simulácií bola použitá rovnaká hodnota pre nasledujúce parametre: probability-spread-live (14%), probability-spread-dead (33%), radius-of-fire-spread (1.00), time-burn-live (10), time-burn-dead (4), percent-live (70%) Tieto hodnoty po odskúšaní prinášali najkonzistnejšie výsledky.

Výsledky nasledujúcich prípadov predstavujú priemernú hodnotu dosiahnutú po prevedení simulácie 20x.

===Tropický les===
Príkladom pre hodnoty parametrov bol Amazonský tropický les.

Podstatným faktorom v prípade tropického lesa je relatívna vlhkosť ovzdušia, tá bola pri simulácií nastavená na 88%, keďže to je bežná hodnota počas monzúnového obdobia<ref name="Tropical rainforest biomes">Tropical rainforest biomes https://www.khanacademy.org/science/biology/ecology/biogeography/a/tropical-rainforest-biomes</ref>. Čo sa týka rýchlosti vetra, tak tá bola nastavená na 5 km/h, keďže tropické lesy väčšinou nemajú silný vietor<ref name="What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest">What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest? https://sciencing.com/wind-speeds-tropical-rainforest-23367.html</ref>. Uhol sklonu terénu bol nastavený na 0 – rovina. Hustota zalesnenia bola 75% -vysoká hustota zalesnenia.

[[File:Obrazek3xyp.png]]

''Obrázok 3 – tropický les''

Obrázok 3 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade tropického lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 9%. Napriek veľkej hustote stromov, ktorá by zvyšovala riziko šírenia ohňa, je to silno limitované veľkou relatívnou vlhkosťou vzduchu. Pravdepodobnosť že požiar prejde z ľavej strany plochy až na pravú bola 0%. Rýchlosť šírenia bola pomalá. (keďže výsledná rýchlosť sa počíta ako prvý “dotyk“ požiaru pravej strany tak nie je možné definovať priemernú rýchlosť v tikoch, ale len na základe pozorovania priebehu simulácie)

Výsledný verdikt za daných podmienok je malé riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka vysokej vlhkosti. Najväčší vplyv na veľkoplošné šírenie požiaru v tropickom lese predstavoval stúpajúci terén. Silnejší vietor by vplýval na šírenie a rýchlosť v menšej miere ako stúpajúci terén.

===Severný les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli Kanadské lesy severozápadného teritória.

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 61%<ref name="Climate in Northwest Territories Canada">Climate in Northwest Territories Canada https://www.worlddata.info/america/canada/climate-northwest-territories.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 12 km/h. Sklon v tomto prípade hrá podstatnú úlohu, keďže tieto oblasti sú často hornaté. Simulácia pracovala so sklonom 10°. Tieto lesy sú podobne ako tropické lesy husto zarastené stromami (70%). Do simulácie bola zahrnutá aj malá rieka (9).

[[File:Obrazek4xyp.png]]

''Obrázok 4 – severný les''

Obrázok 4 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade severného lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 98.2%. Veľká hustota stromov spolu so stúpajúcim svahom a vetru o sile 12 km/h prispela k veľmi závažnému šíreniu požiaru, ako aj vysokej dosiahnutej rýchlosti (v priemere 130 tikov pre dosiahnutie pravej strany). Relatívne malá rieka (9) nepredstavovala významnú prekážku pre požiar a bola prekonaná pri každom spustení simulácie – pravdepodobnosť dosiahnutia pravej strany bola 100% pri daných faktoroch.

Výsledný verdikt za daných podmienok je veľmi vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka kombinácií hustota/sklon svahu/vietor. Šírenie by bolo spomalené v prípade klesajúceho svahu, no intenzita požiaru by už bola pravdepodobne privysoká na jeho úplne zastavenie. Vlhkosť v tomto prípade nebola dostatočne vysoká pre spomalenie/zastavenie požiaru.

===Listnatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli listnaté lesy v Pennsylvánii (USA).

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 71%<ref name="Climate in Pennsylvania(United States)">Climate in Pennsylvania
(United States) https://www.worlddata.info/america/usa/climate-pennsylvania.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 10 km/h. Sklon pre simuláciu bol určený na hodnotu 0°. Hustota bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek5xyp.png]]

''Obrázok 5 – listnatý les''

Obrázok 5 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade listnatého lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 52.81%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 430 tikov, čo je podstatne pomalšie ako v prípade severného lesu. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 57.1%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je stredné riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Ako v predošlom prípade, kombinácia hustota/sklon svahu/vietor má veľký vplyv na šírenie a rýchlosť požiaru, no oproti severnému lesu je riziko menšie.

===Krovinatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli krovinaté lesy vo vnútrozemí Západnej Austrálie.

V období sucha je priemerná relatívna vlhkosť vzduchu približne 20%<ref name="Acacia shrublands">NVIS Fact sheet
MVG 16 – Acacia shrublands https://www.agriculture.gov.au/sites/default/files/documents/mvg16-nvis-acacia-shrublands.pdf</ref>. V dôsledku rovinatého terénu je toto prostredie náchylné na silnejší vietor, ktorý bol pre účely simulácie nastavený na 20 km/h. Sklon terénu bol určený na 0°. Hustota zalesnenia bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek6xyp.png]]

''Obrázok 6 – krovinový les''

Obrázok 6 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade krovinového lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 85.51%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 210 tikov, čo je pomerne rýchle šírenie vzhľadom na menšiu hustotu zalesnenia. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 93.3%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Veľmi nízka vlhkosť v kombinácií s mierne silným/silným vetrom má veľký vplyv na riziko šírenia a rýchlosť požiaru. Veľké riziko nezmenšuje výrazným spôsobom ani prítomnosť rovinatého terénu s menšou hustotou zalesnenia.

=Záver=
Lesný biom z najnižšou pravdepodobnosťou vzniku a šírenia veľkoplošného lesného požiaru bol tropický les. Naopak najväčšie riziko platilo pre prípad severného lesu. Treba poznamenať že veľmi vysoké riziko a rýchlosť šírenia požiaru pre severný les nastalo aj z dôvodu určeného stúpania terénu 10°.

Z pozorovania výsledkov simulácií je možné určiť že najviac ohrozujúce faktory boli kombinácia vysokej hustoty zalesnenia spolu so stúpajúcim terénom a nízkou/stredne vysokou vlhkosťou ovzdušia. Vietor vplýval vo väčšej miere na výslednú rýchlosť požiaru než na riziko veľkoplošného šírenia. V prípade zahrnutia rieky do simulácie, nemôže byť výsledok braný ako presná reprezentácia reality, keďže nie je podložený reálnymi zdrojmi. Pri zmenšenom podiely živých stromov v simulácií nedochádzalo k výraznej zmene výsledku oproti prípadom s nastaveným 70% živým podielom stromov.

Faktor, ktorý je možné ovplyvniť ľudskou činnosťou v rámci prevencie je hustota zalesnenia. V rizikových oblastiach by mohlo dôjsť k odstráneniu mŕtvych stromov, čím by sa zmenšila hustota stromov a riziko vzniku šírenia veľkoplošného lesného požiaru. No vzhľadom na rozsiahle plochy a všeobecne zlú dostupnosť lesov je to náročné na účinné prevedenie. Z toho dôvodu je veľmi pravdepodobné že lesné požiare budú aj naďalej predstavovať veľké riziko v náchylných oblastiach po celom svete.

=Kód modelu=
[[Media:Klia11_sirenie_lesneho_poziaru.nlogo]]

=Zdroje=
<references/>

Šírenie lesného požiaru

2023-06-11T21:16:33Z

AdamKlima: /* Výsledky */

''Táto stránka bola vypracovaná za účelom popisu simulácie šírenia lesného požiaru.''

'''Názov simulácie: ''' Šírenie lesného požiaru

'''Predmet:''' 4IT495 Simulace systémů

'''Semester:''' LS 2022/2023

'''Autor:''' Adam Klima, klia11 (vše username), AdamKlima (simulace.info username)

'''Modelovací nástroj:''' NetLogo

=Definícia problému=
Lesné požiare sú závažným problémom v mnohých regiónoch po celom svete, spôsobujú ničenie biotopov, stratu biodiverzity a ohrozujú ľudské životy a majetok. V roku 2022 bolo zaznamenaných 68 988 lesných požiarov, ktoré dohromady poškodili plochu o veľkosti 7.6 miliónov akrov<ref name="Wildfire Statistics">Wildfire Statistics https://sgp.fas.org/crs/misc/IF10244.pdf</ref>. Takmer 85% lesných požiarov je spôsobených ľudským zavinením<ref name="Humans and Wildfire">Wildfire Causes and Evaluations https://www.nps.gov/articles/wildfire-causes-and-evaluation.htm</ref>. Zvyšok predstavujú prírodné príčiny ako napríklad blesky alebo vulkanická aktivita. Po vzniku takéhoto nekontrolovaného požiaru je šírenie ovplyvňované faktormi ako sú: vietor, vlhkosť vzduchu, podiel živej a mŕtvej (vyschnutej) vegetácie, sklon terénu a hustota zalesnenia.

=Cieľ=
Simulácia má za cieľ priblížiť/predpovedať risk vzniku veľkoplošného požiaru a následne určiť rýchlosť šírenia, ktorému by takýto lesný požiar odpovedal na základe faktorov spomínaných v predchádzajúcom odstavci.

=Metóda=
Simulácia je implementovaná ako agentná simulácia. Stromy (vegetácia) predstavujú agentov, na ktoré vplývajú faktory ovplyvňujúce pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru.

=Model=
Simulácia sa odohráva na ploche o rozmeroch 50x50 patchov. Je uzavretá po stranách a simuluje šírenie požiaru smerom z ľavej strany doprava.

[[File:Obrazek1xyp.png]]
''Obrázok 1 – pohľad na celé používateľské rozhranie''

Obrázok 1 predstavuje zalesnenú oblasť. Stromy (agenti) môžu nadobudnúť nasledovné farby, ktoré znamenajú iný stav a správanie:
* Zelená: predstavuje živé stromy (dlhší čas horenia)
* Šedá: predstavuje mŕtve/vyschnuté stromy (kratší čas horenia)
* Tmavo červená: stromy zasiahnuté požiarom (bez potenciálu ďalšieho šírenia)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia) - zobrazené na obrázku číslo 2

[[File:Obrazek2xyp.png]]

''Obrázok 2 – znázornenie rieky a všetkých farebných stavov stromov''

Obrázok 2 predstavuje variantu simulácie s riekou, ktorá slúži ako prekážka pre šírenie požiaru. Rieka v závislosti na jej šírke a na intenzite/rýchlosti šírenia požiaru a má možnosť zastaviť/nezastaviť šírenie požiaru. Nové prvky oproti obrázku 1 znázorňujú:
* Modrá: znázorňuje rieku (ak sa používateľ rozhodne zahrnúť rieku, tak je vždy umiestnená do stredu plochy a je možné upravovať jej šírku)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia)

===Agenti===
Simulácia zahŕňa jeden druh agentov – stromy/vegetácia. Títo agenti môžu mať stav: živý, mŕtvy (suchý strom), zasiahnutý ohňom s potenciálom šírenia a zasiahnutý ohňom bez potenciálu šírenia. Podiel živých a mŕtvych stromov, ich hustota a rieka (áno/nie + šírka) sa určuje na začiatku simulácie. Zvyšné faktory nie sú vizuálne znázornené na ploche, no ovplyvňujú pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Požiar začína po celej vertikálnej dĺžke z ľavej strany plochy a na základe pôsobenia faktorov postupuje/nepostupuje smerom doprava (požiar sa môže šíriť všetkými smermi, no primárne z ľava doprava).

===Faktory/parametre===
Následné nastaviteľné parametre vplývajú na pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru:
* Density: hustota zalesnenia plochy ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím hustejšia populácia stromov, tým vyššia pravdepodobnosť šírenia a rýchlosti požiaru<ref name="Tree Density">How Tree Density and Wildfire Impact Ecosystems on the Forest-Tundra Edge https://www.nps.gov/articles/000/densityplusfire.htm</ref>.
* percent-live: Percentuálny podiel živej vegetácie, ktorý sa odvádza od faktoru Density. Živé stromy majú nižšiu pravdepodobnosť šírenia požiaru a horia pomalšie ako mŕtve stromy<ref name="DEAD TREE REMOVAL">DEAD TREE REMOVAL https://www.readyforwildfire.org/prevent-wildfire/dead-tree-removal/</ref>.
* time-burn-live: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý živý strom svetlo červený (čiže má potenciál šíriť oheň na iné stromy), po uplynutí tohto času sa mení na tmavo červený a nešíri oheň ďalej.
* time-burn-dead: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý mŕtvy strom svetlo červený (nastavená hodnota by mala byť nižšia ako na slidery time-burn-live).
* probability-spread-live: pravdepodobnosť šírenia požiaru živých stromov
* probability-spread-dead: pravdepodobnosť šírenia požiaru mŕtvych stromov (hodnota by mala byť väčšia ako živé stromy)
* radius-of-fire-spread: Rádius, ktorý predstavuje dosah ohňa. V prípade súhry faktorov sa rádius zvyšuje, čo znamená väčšiu pravdepodobnosť šírenia a vyššiu rýchlosť požiaru
* wind-speed: rýchlosť vetra (v km/h). Čím silnejší vietor, tým väčšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Na každých pridaných 10 km/h k rýchlosti vetra, približne 10% zvýšenie rýchlosti šírenia požiaru<ref name="Wind speed">The 10% wind speed rule of thumb for estimating a wildfire’s forward rate of spread in forests and shrublands https://annforsci.biomedcentral.com/articles/10.1007/s13595-019-0829-8</ref>.
* humidity: relatívna vlhkosť vzduchu, ktorá ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím vyššia vlhkosť, tým menšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia<ref name="Humidity">How Does Humidity Affect a Fire? https://wfca.com/articles/how-does-humidity-affect-wildfire/</ref>.
* terrain-slope: uhol, ktorý reprezentuje uhol sklonu terénu (na celej ploche). Oheň sa šíri rýchlejšie smerom do kopca (až 2x zvýšenie rýchlosti a pravdepodobnosti šírenia pri každých + 10°). Smerom dole z kopca je šírenie naopak spomalené<ref name="Terrain slope">The science behind fire behaviour https://www.environment.sa.gov.au/topics/fire-management/fire-science-and-planning/fire-behaviour</ref>.
* river?: switch, ktorý určuje prítomnosť rieky (áno/nie).
* river-width: určuje šírku rieky. Ohľadne chovania rieky nebolo nájdené dostatočné množstvo dôveryhodných informácií, keďže je to dosť premenlivý faktor, ktorý je ťažko predpovedať. Každopádne v tejto simulácií pokiaľ je šírenie požiaru intenzívne, môže požiar prekonať aj stredne veľkú rieku a pokračovať v šírení na druhom brehu.

===Výstupné metriky===
Výstupné metriky sú zobrazené na obrázku 1 na pravej strane:
* Graf Percent burned: vertikálna osa určuje percento poškodenej/zasiahnutej plochy požiarom a horizontálna osa znázorňuje čas (v tikoch) počas ktorého sa požiar šíril na simulovanej ploche.
* Fire-speed: v prípade že sa oheň dostane z ľavej strany až na druhú stranu, tak fire-speed vypíše tik v ktorom k tomu došlo. (0 – oheň nedošiel na druhú stranu, ak je číslo väčšie ako nula tak čím nižšie číslo, tým vyššia rýchlosť šírenia požiaru).
* Percent burned: pomer stromov zasiahnutých požiarom k pôvodným stromom pred začiatkom požiaru (v percentách).
* probability-to-side: V prípade stlačenia tlačidla “simulate“ sa simuluje šírenie požiaru (toľko krát koľko je vybratých na slidery num-simulate) a výsledná hodnota v rozmedzí 0 – 1 predstavuje pravdepodobnosť zasiahnutia pravej strany požiarom.

=Výsledky=
Simulácie popísané v tejto časti budú rozdelené podľa zaradenia do lesného biomu. Druhy, ktoré boli simulované sú tropický les (tropické podnebie), severný les (subpolárne podnebie), listnatý les (mierne podnebie) a krovinatý les (subtropické podnebie). Určené hodnoty faktorov pri každej simulácií majú odrážať typický stav daného biomu.

Poznámka: pri každej simulácií bola použitá rovnaká hodnota pre nasledujúce parametre: probability-spread-live (14%), probability-spread-dead (33%), radius-of-fire-spread (1.00), time-burn-live (10), time-burn-dead (4), percent-live (70%) Tieto hodnoty po odskúšaní prinášali najkonzistnejšie výsledky.

Výsledky nasledujúcich prípadov predstavujú priemernú hodnotu dosiahnutú po prevedení simulácie 20x.

===Tropický les===
Príkladom pre hodnoty parametrov bol Amazonský tropický les.

Podstatným faktorom v prípade tropického lesa je relatívna vlhkosť, tá bola pri simulácií nastavená na 88%, keďže to je bežná hodnota počas monzúnového obdobia<ref name="Tropical rainforest biomes">Tropical rainforest biomes https://www.khanacademy.org/science/biology/ecology/biogeography/a/tropical-rainforest-biomes</ref>. Čo sa týka rýchlosti vetra, tak tá bola nastavená na 5 km/h, keďže tropické lesy väčšinou nemajú silný vietor<ref name="What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest">What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest? https://sciencing.com/wind-speeds-tropical-rainforest-23367.html</ref>. Uhol sklonu terénu bol nastavený na 0 – rovina. Hustota zalesnenia bola 75% -vysoká hustota zalesnenia.

[[File:Obrazek3xyp.png]]

''Obrázok 3 – tropický les''

Obrázok 3 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade tropického lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 9%. Napriek veľkej hustote stromov, ktorá by zvyšovala riziko šírenia ohňa, je to silno limitované veľkou relatívnou vlhkosťou vzduchu. Pravdepodobnosť že požiar prejde z ľavej strany plochy až na pravú bola 0%. Rýchlosť šírenia bola pomalá. (keďže výsledná rýchlosť sa počíta ako prvý “dotyk“ požiaru pravej strany tak nie je možné definovať priemernú rýchlosť v tikoch, ale len na základe pozorovania priebehu simulácie)

Výsledný verdikt za daných podmienok je malé riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka vysokej vlhkosti. Najväčší vplyv na veľkoplošné šírenie požiaru v tropickom lese predstavoval stúpajúci terén. Silnejší vietor by vplýval na šírenie a rýchlosť v menšej miere ako stúpajúci terén.

===Severný les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli Kanadské lesy severozápadného teritória.

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 61%<ref name="Climate in Northwest Territories Canada">Climate in Northwest Territories Canada https://www.worlddata.info/america/canada/climate-northwest-territories.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 12 km/h. Sklon v tomto prípade hrá podstatnú úlohu, keďže tieto oblasti sú často hornaté. Simulácia pracovala so sklonom 10°. Tieto lesy sú podobne ako tropické lesy husto zarastené stromami (70%). Do simulácie bola zahrnutá aj malá rieka (9).

[[File:Obrazek4xyp.png]]

''Obrázok 4 – severný les''

Obrázok 4 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade severného lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 98.2%. Veľká hustota stromov spolu so stúpajúcim svahom a vetru o sile 12 km/h prispela k veľmi závažnému šíreniu požiaru, ako aj vysokej dosiahnutej rýchlosti (v priemere 130 tikov pre dosiahnutie pravej strany). Relatívne malá rieka (9) nepredstavovala významnú prekážku pre požiar a bola prekonaná pri každom spustení simulácie – pravdepodobnosť dosiahnutia pravej strany bola 100% pri daných faktoroch.

Výsledný verdikt za daných podmienok je veľmi vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka kombinácií hustota/sklon svahu/vietor. Šírenie by bolo spomalené v prípade klesajúceho svahu, no intenzita požiaru by už bola pravdepodobne privysoká na jeho úplne zastavenie. Vlhkosť v tomto prípade nebola dostatočne vysoká pre spomalenie/zastavenie požiaru.

===Listnatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli listnaté lesy v Pennsylvánii (USA).

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 71%<ref name="Climate in Pennsylvania(United States)">Climate in Pennsylvania
(United States) https://www.worlddata.info/america/usa/climate-pennsylvania.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 10 km/h. Sklon pre simuláciu bol určený na hodnotu 0°. Hustota bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek5xyp.png]]

''Obrázok 5 – listnatý les''

Obrázok 5 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade listnatého lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 52.81%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 430 tikov, čo je podstatne pomalšie ako v prípade severného lesu. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 57.1%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je stredné riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Ako v predošlom prípade, kombinácia hustota/sklon svahu/vietor má veľký vplyv na šírenie a rýchlosť požiaru, no oproti severnému lesu je riziko menšie.

===Krovinatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli krovinaté lesy vo vnútrozemí Západnej Austrálie.

V období sucha je priemerná relatívna vlhkosť vzduchu približne 20%<ref name="Acacia shrublands">NVIS Fact sheet
MVG 16 – Acacia shrublands https://www.agriculture.gov.au/sites/default/files/documents/mvg16-nvis-acacia-shrublands.pdf</ref>. V dôsledku rovinatého terénu je toto prostredie náchylné na silnejší vietor, ktorý bol pre účely simulácie nastavený na 20 km/h. Sklon terénu bol určený na 0°. Hustota zalesnenia bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek6xyp.png]]

''Obrázok 6 – krovinový les''

Obrázok 6 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade krovinového lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 85.51%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 210 tikov, čo je pomerne rýchle šírenie vzhľadom na menšiu hustotu zalesnenia. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 93.3%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Veľmi nízka vlhkosť v kombinácií s mierne silným/silným vetrom má veľký vplyv na riziko šírenia a rýchlosť požiaru. Veľké riziko nezmenšuje výrazným spôsobom ani prítomnosť rovinatého terénu s menšou hustotou zalesnenia.

=Záver=
Lesný biom z najnižšou pravdepodobnosťou vzniku a šírenia veľkoplošného lesného požiaru bol tropický les. Naopak najväčšie riziko platilo pre prípad severného lesu. Treba poznamenať že veľmi vysoké riziko a rýchlosť šírenia požiaru pre severný les nastalo aj z dôvodu určeného stúpania terénu 10°.

Z pozorovania výsledkov simulácií je možné určiť že najviac ohrozujúce faktory boli kombinácia vysokej hustoty zalesnenia spolu so stúpajúcim terénom a nízkou/stredne vysokou vlhkosťou ovzdušia. Vietor vplýval vo väčšej miere na výslednú rýchlosť požiaru než na riziko veľkoplošného šírenia. V prípade zahrnutia rieky do simulácie, nemôže byť výsledok braný ako presná reprezentácia reality, keďže nie je podložený reálnymi zdrojmi. Pri zmenšenom podiely živých stromov v simulácií nedochádzalo k výraznej zmene výsledku oproti prípadom s nastaveným 70% živým podielom stromov.

Faktor, ktorý je možné ovplyvniť ľudskou činnosťou v rámci prevencie je hustota zalesnenia. V rizikových oblastiach by mohlo dôjsť k odstráneniu mŕtvych stromov, čím by sa zmenšila hustota stromov a riziko vzniku šírenia veľkoplošného lesného požiaru. No vzhľadom na rozsiahle plochy a všeobecne zlú dostupnosť lesov je to náročné na účinné prevedenie. Z toho dôvodu je veľmi pravdepodobné že lesné požiare budú aj naďalej predstavovať veľké riziko v náchylných oblastiach po celom svete.

=Kód modelu=
[[Media:Klia11_sirenie_lesneho_poziaru.nlogo]]

=Zdroje=
<references/>

Šírenie lesného požiaru

2023-06-11T21:11:58Z

AdamKlima: /* Faktory/parametre */

''Táto stránka bola vypracovaná za účelom popisu simulácie šírenia lesného požiaru.''

'''Názov simulácie: ''' Šírenie lesného požiaru

'''Predmet:''' 4IT495 Simulace systémů

'''Semester:''' LS 2022/2023

'''Autor:''' Adam Klima, klia11 (vše username), AdamKlima (simulace.info username)

'''Modelovací nástroj:''' NetLogo

=Definícia problému=
Lesné požiare sú závažným problémom v mnohých regiónoch po celom svete, spôsobujú ničenie biotopov, stratu biodiverzity a ohrozujú ľudské životy a majetok. V roku 2022 bolo zaznamenaných 68 988 lesných požiarov, ktoré dohromady poškodili plochu o veľkosti 7.6 miliónov akrov<ref name="Wildfire Statistics">Wildfire Statistics https://sgp.fas.org/crs/misc/IF10244.pdf</ref>. Takmer 85% lesných požiarov je spôsobených ľudským zavinením<ref name="Humans and Wildfire">Wildfire Causes and Evaluations https://www.nps.gov/articles/wildfire-causes-and-evaluation.htm</ref>. Zvyšok predstavujú prírodné príčiny ako napríklad blesky alebo vulkanická aktivita. Po vzniku takéhoto nekontrolovaného požiaru je šírenie ovplyvňované faktormi ako sú: vietor, vlhkosť vzduchu, podiel živej a mŕtvej (vyschnutej) vegetácie, sklon terénu a hustota zalesnenia.

=Cieľ=
Simulácia má za cieľ priblížiť/predpovedať risk vzniku veľkoplošného požiaru a následne určiť rýchlosť šírenia, ktorému by takýto lesný požiar odpovedal na základe faktorov spomínaných v predchádzajúcom odstavci.

=Metóda=
Simulácia je implementovaná ako agentná simulácia. Stromy (vegetácia) predstavujú agentov, na ktoré vplývajú faktory ovplyvňujúce pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru.

=Model=
Simulácia sa odohráva na ploche o rozmeroch 50x50 patchov. Je uzavretá po stranách a simuluje šírenie požiaru smerom z ľavej strany doprava.

[[File:Obrazek1xyp.png]]
''Obrázok 1 – pohľad na celé používateľské rozhranie''

Obrázok 1 predstavuje zalesnenú oblasť. Stromy (agenti) môžu nadobudnúť nasledovné farby, ktoré znamenajú iný stav a správanie:
* Zelená: predstavuje živé stromy (dlhší čas horenia)
* Šedá: predstavuje mŕtve/vyschnuté stromy (kratší čas horenia)
* Tmavo červená: stromy zasiahnuté požiarom (bez potenciálu ďalšieho šírenia)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia) - zobrazené na obrázku číslo 2

[[File:Obrazek2xyp.png]]

''Obrázok 2 – znázornenie rieky a všetkých farebných stavov stromov''

Obrázok 2 predstavuje variantu simulácie s riekou, ktorá slúži ako prekážka pre šírenie požiaru. Rieka v závislosti na jej šírke a na intenzite/rýchlosti šírenia požiaru a má možnosť zastaviť/nezastaviť šírenie požiaru. Nové prvky oproti obrázku 1 znázorňujú:
* Modrá: znázorňuje rieku (ak sa používateľ rozhodne zahrnúť rieku, tak je vždy umiestnená do stredu plochy a je možné upravovať jej šírku)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia)

===Agenti===
Simulácia zahŕňa jeden druh agentov – stromy/vegetácia. Títo agenti môžu mať stav: živý, mŕtvy (suchý strom), zasiahnutý ohňom s potenciálom šírenia a zasiahnutý ohňom bez potenciálu šírenia. Podiel živých a mŕtvych stromov, ich hustota a rieka (áno/nie + šírka) sa určuje na začiatku simulácie. Zvyšné faktory nie sú vizuálne znázornené na ploche, no ovplyvňujú pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Požiar začína po celej vertikálnej dĺžke z ľavej strany plochy a na základe pôsobenia faktorov postupuje/nepostupuje smerom doprava (požiar sa môže šíriť všetkými smermi, no primárne z ľava doprava).

===Faktory/parametre===
Následné nastaviteľné parametre vplývajú na pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru:
* Density: hustota zalesnenia plochy ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím hustejšia populácia stromov, tým vyššia pravdepodobnosť šírenia a rýchlosti požiaru<ref name="Tree Density">How Tree Density and Wildfire Impact Ecosystems on the Forest-Tundra Edge https://www.nps.gov/articles/000/densityplusfire.htm</ref>.
* percent-live: Percentuálny podiel živej vegetácie, ktorý sa odvádza od faktoru Density. Živé stromy majú nižšiu pravdepodobnosť šírenia požiaru a horia pomalšie ako mŕtve stromy<ref name="DEAD TREE REMOVAL">DEAD TREE REMOVAL https://www.readyforwildfire.org/prevent-wildfire/dead-tree-removal/</ref>.
* time-burn-live: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý živý strom svetlo červený (čiže má potenciál šíriť oheň na iné stromy), po uplynutí tohto času sa mení na tmavo červený a nešíri oheň ďalej.
* time-burn-dead: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý mŕtvy strom svetlo červený (nastavená hodnota by mala byť nižšia ako na slidery time-burn-live).
* probability-spread-live: pravdepodobnosť šírenia požiaru živých stromov
* probability-spread-dead: pravdepodobnosť šírenia požiaru mŕtvych stromov (hodnota by mala byť väčšia ako živé stromy)
* radius-of-fire-spread: Rádius, ktorý predstavuje dosah ohňa. V prípade súhry faktorov sa rádius zvyšuje, čo znamená väčšiu pravdepodobnosť šírenia a vyššiu rýchlosť požiaru
* wind-speed: rýchlosť vetra (v km/h). Čím silnejší vietor, tým väčšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Na každých pridaných 10 km/h k rýchlosti vetra, približne 10% zvýšenie rýchlosti šírenia požiaru<ref name="Wind speed">The 10% wind speed rule of thumb for estimating a wildfire’s forward rate of spread in forests and shrublands https://annforsci.biomedcentral.com/articles/10.1007/s13595-019-0829-8</ref>.
* humidity: relatívna vlhkosť vzduchu, ktorá ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím vyššia vlhkosť, tým menšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia<ref name="Humidity">How Does Humidity Affect a Fire? https://wfca.com/articles/how-does-humidity-affect-wildfire/</ref>.
* terrain-slope: uhol, ktorý reprezentuje uhol sklonu terénu (na celej ploche). Oheň sa šíri rýchlejšie smerom do kopca (až 2x zvýšenie rýchlosti a pravdepodobnosti šírenia pri každých + 10°). Smerom dole z kopca je šírenie naopak spomalené<ref name="Terrain slope">The science behind fire behaviour https://www.environment.sa.gov.au/topics/fire-management/fire-science-and-planning/fire-behaviour</ref>.
* river?: switch, ktorý určuje prítomnosť rieky (áno/nie).
* river-width: určuje šírku rieky. Ohľadne chovania rieky nebolo nájdené dostatočné množstvo dôveryhodných informácií, keďže je to dosť premenlivý faktor, ktorý je ťažko predpovedať. Každopádne v tejto simulácií pokiaľ je šírenie požiaru intenzívne, môže požiar prekonať aj stredne veľkú rieku a pokračovať v šírení na druhom brehu.

===Výstupné metriky===
Výstupné metriky sú zobrazené na obrázku 1 na pravej strane:
* Graf Percent burned: vertikálna osa určuje percento poškodenej/zasiahnutej plochy požiarom a horizontálna osa znázorňuje čas (v tikoch) počas ktorého sa požiar šíril na simulovanej ploche.
* Fire-speed: v prípade že sa oheň dostane z ľavej strany až na druhú stranu, tak fire-speed vypíše tik v ktorom k tomu došlo. (0 – oheň nedošiel na druhú stranu, ak je číslo väčšie ako nula tak čím nižšie číslo, tým vyššia rýchlosť šírenia požiaru).
* Percent burned: pomer stromov zasiahnutých požiarom k pôvodným stromom pred začiatkom požiaru (v percentách).
* probability-to-side: V prípade stlačenia tlačidla “simulate“ sa simuluje šírenie požiaru (toľko krát koľko je vybratých na slidery num-simulate) a výsledná hodnota v rozmedzí 0 – 1 predstavuje pravdepodobnosť zasiahnutia pravej strany požiarom.

=Výsledky=
Simulácie popísané v tejto časti budú rozdelené podľa zaradenia do lesného biomu. Druhy, ktoré boli simulované sú tropický les (tropické podnebie), severný les (subpolárne podnebie), listnatý les (mierne podnebie) a krovinatý les (subtropické podnebie). Určené hodnoty faktorov pri každej simulácií majú odrážať typický stav daného biomu.

Poznámka: pri každej simulácií bola použitá rovnaká hodnota pre nasledujúce parametre: probability-spread-live (14%), probability-spread-dead (33%), radius-of-fire-spread (1.00), time-burn-live (10), time-burn-dead (4), percent-live (70%) Tieto hodnoty po odskúšaní prinášali najkonzistnejšie výsledky.

Výsledky simulácií budú predstavovať priemernú hodnotu dosiahnutú po prevedení simulácie 20x

===Tropický les===
Príkladom pre hodnoty parametrov bol Amazonský tropický les.

Podstatným faktorom v prípade tropického lesa je relatívna vlhkosť, tá bola pri simulácií nastavená na 88%, keďže to je bežná hodnota počas monzúnového obdobia<ref name="Tropical rainforest biomes">Tropical rainforest biomes https://www.khanacademy.org/science/biology/ecology/biogeography/a/tropical-rainforest-biomes</ref>. Čo sa týka rýchlosti vetra, tak tá bola nastavená na 5 km/h, keďže tropické lesy väčšinou nemajú silný vietor<ref name="What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest">What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest? https://sciencing.com/wind-speeds-tropical-rainforest-23367.html</ref>. Uhol sklonu terénu bol nastavený na 0 – rovina. Hustota zalesnenia bola 75% -vysoká hustota zalesnenia.

[[File:Obrazek3xyp.png]]

''Obrázok 3 – tropický les''

Obrázok 3 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade tropického lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 9%. Napriek veľkej hustote stromov, ktorá by zvyšovala riziko šírenia ohňa, je to silno limitované veľkou relatívnou vlhkosťou vzduchu. Pravdepodobnosť že požiar prejde z ľavej strany plochy až na pravú bola 0%. Rýchlosť šírenia bola pomalá. (keďže výsledná rýchlosť sa počíta ako prvý “dotyk“ požiaru pravej strany tak nie je možné definovať priemernú rýchlosť v tikoch, ale len na základe pozorovania priebehu simulácie)

Výsledný verdikt za daných podmienok je malé riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka vysokej vlhkosti. Najväčší vplyv na veľkoplošné šírenie požiaru v tropickom lese predstavoval stúpajúci terén. Silnejší vietor by vplýval na šírenie a rýchlosť v menšej miere ako stúpajúci terén.

===Severný les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli Kanadské lesy severozápadného teritória.

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 61%<ref name="Climate in Northwest Territories Canada">Climate in Northwest Territories Canada https://www.worlddata.info/america/canada/climate-northwest-territories.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 12 km/h. Sklon v tomto prípade hrá podstatnú úlohu, keďže tieto oblasti sú často hornaté. Simulácia pracovala so sklonom 10°. Tieto lesy sú podobne ako tropické lesy husto zarastené stromami (70%). Do simulácie bola zahrnutá aj malá rieka (9).

[[File:Obrazek4xyp.png]]

''Obrázok 4 – severný les''

Obrázok 4 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade severného lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 98.2%. Veľká hustota stromov spolu so stúpajúcim svahom a vetru o sile 12 km/h prispela k veľmi závažnému šíreniu požiaru, ako aj vysokej dosiahnutej rýchlosti (v priemere 130 tikov pre dosiahnutie pravej strany). Relatívne malá rieka (9) nepredstavovala významnú prekážku pre požiar a bola prekonaná pri každom spustení simulácie – pravdepodobnosť dosiahnutia pravej strany bola 100% pri daných faktoroch.

Výsledný verdikt za daných podmienok je veľmi vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka kombinácií hustota/sklon svahu/vietor. Šírenie by bolo spomalené v prípade klesajúceho svahu, no intenzita požiaru by už bola pravdepodobne privysoká na jeho úplne zastavenie. Vlhkosť v tomto prípade nebola dostatočne vysoká pre spomalenie/zastavenie požiaru.

===Listnatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli listnaté lesy v Pennsylvánii (USA).

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 71%<ref name="Climate in Pennsylvania(United States)">Climate in Pennsylvania
(United States) https://www.worlddata.info/america/usa/climate-pennsylvania.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 10 km/h. Sklon pre simuláciu bol určený na hodnotu 0°. Hustota bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek5xyp.png]]

''Obrázok 5 – listnatý les''

Obrázok 5 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade listnatého lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 52.81%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 430 tikov, čo je podstatne pomalšie ako v prípade severného lesu. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 57.1%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je stredné riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Ako v predošlom prípade, kombinácia hustota/sklon svahu/vietor má veľký vplyv na šírenie a rýchlosť požiaru, no oproti severnému lesu je riziko menšie.

===Krovinatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli krovinaté lesy vo vnútrozemí Západnej Austrálie.

V období sucha je priemerná relatívna vlhkosť vzduchu približne 20%<ref name="Acacia shrublands">NVIS Fact sheet
MVG 16 – Acacia shrublands https://www.agriculture.gov.au/sites/default/files/documents/mvg16-nvis-acacia-shrublands.pdf</ref>. V dôsledku rovinatého terénu je toto prostredie náchylné na silnejší vietor, ktorý bol pre účely simulácie nastavený na 20 km/h. Sklon terénu bol určený na 0°. Hustota zalesnenia bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek6xyp.png]]

''Obrázok 6 – krovinový les''

Obrázok 6 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade krovinového lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 85.51%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 210 tikov, čo je pomerne rýchle šírenie vzhľadom na menšiu hustotu zalesnenia. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 93.3%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Veľmi nízka vlhkosť v kombinácií s mierne silným/silným vetrom má veľký vplyv na riziko šírenia a rýchlosť požiaru. Veľké riziko nezmenšuje výrazným spôsobom ani prítomnosť rovinatého terénu s menšou hustotou zalesnenia.

=Záver=
Lesný biom z najnižšou pravdepodobnosťou vzniku a šírenia veľkoplošného lesného požiaru bol tropický les. Naopak najväčšie riziko platilo pre prípad severného lesu. Treba poznamenať že veľmi vysoké riziko a rýchlosť šírenia požiaru pre severný les nastalo aj z dôvodu určeného stúpania terénu 10°.

Z pozorovania výsledkov simulácií je možné určiť že najviac ohrozujúce faktory boli kombinácia vysokej hustoty zalesnenia spolu so stúpajúcim terénom a nízkou/stredne vysokou vlhkosťou ovzdušia. Vietor vplýval vo väčšej miere na výslednú rýchlosť požiaru než na riziko veľkoplošného šírenia. V prípade zahrnutia rieky do simulácie, nemôže byť výsledok braný ako presná reprezentácia reality, keďže nie je podložený reálnymi zdrojmi. Pri zmenšenom podiely živých stromov v simulácií nedochádzalo k výraznej zmene výsledku oproti prípadom s nastaveným 70% živým podielom stromov.

Faktor, ktorý je možné ovplyvniť ľudskou činnosťou v rámci prevencie je hustota zalesnenia. V rizikových oblastiach by mohlo dôjsť k odstráneniu mŕtvych stromov, čím by sa zmenšila hustota stromov a riziko vzniku šírenia veľkoplošného lesného požiaru. No vzhľadom na rozsiahle plochy a všeobecne zlú dostupnosť lesov je to náročné na účinné prevedenie. Z toho dôvodu je veľmi pravdepodobné že lesné požiare budú aj naďalej predstavovať veľké riziko v náchylných oblastiach po celom svete.

=Kód modelu=
[[Media:Klia11_sirenie_lesneho_poziaru.nlogo]]

=Zdroje=
<references/>

Šírenie lesného požiaru

2023-06-11T21:09:04Z

AdamKlima: /* Faktory/parametre */

''Táto stránka bola vypracovaná za účelom popisu simulácie šírenia lesného požiaru.''

'''Názov simulácie: ''' Šírenie lesného požiaru

'''Predmet:''' 4IT495 Simulace systémů

'''Semester:''' LS 2022/2023

'''Autor:''' Adam Klima, klia11 (vše username), AdamKlima (simulace.info username)

'''Modelovací nástroj:''' NetLogo

=Definícia problému=
Lesné požiare sú závažným problémom v mnohých regiónoch po celom svete, spôsobujú ničenie biotopov, stratu biodiverzity a ohrozujú ľudské životy a majetok. V roku 2022 bolo zaznamenaných 68 988 lesných požiarov, ktoré dohromady poškodili plochu o veľkosti 7.6 miliónov akrov<ref name="Wildfire Statistics">Wildfire Statistics https://sgp.fas.org/crs/misc/IF10244.pdf</ref>. Takmer 85% lesných požiarov je spôsobených ľudským zavinením<ref name="Humans and Wildfire">Wildfire Causes and Evaluations https://www.nps.gov/articles/wildfire-causes-and-evaluation.htm</ref>. Zvyšok predstavujú prírodné príčiny ako napríklad blesky alebo vulkanická aktivita. Po vzniku takéhoto nekontrolovaného požiaru je šírenie ovplyvňované faktormi ako sú: vietor, vlhkosť vzduchu, podiel živej a mŕtvej (vyschnutej) vegetácie, sklon terénu a hustota zalesnenia.

=Cieľ=
Simulácia má za cieľ priblížiť/predpovedať risk vzniku veľkoplošného požiaru a následne určiť rýchlosť šírenia, ktorému by takýto lesný požiar odpovedal na základe faktorov spomínaných v predchádzajúcom odstavci.

=Metóda=
Simulácia je implementovaná ako agentná simulácia. Stromy (vegetácia) predstavujú agentov, na ktoré vplývajú faktory ovplyvňujúce pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru.

=Model=
Simulácia sa odohráva na ploche o rozmeroch 50x50 patchov. Je uzavretá po stranách a simuluje šírenie požiaru smerom z ľavej strany doprava.

[[File:Obrazek1xyp.png]]
''Obrázok 1 – pohľad na celé používateľské rozhranie''

Obrázok 1 predstavuje zalesnenú oblasť. Stromy (agenti) môžu nadobudnúť nasledovné farby, ktoré znamenajú iný stav a správanie:
* Zelená: predstavuje živé stromy (dlhší čas horenia)
* Šedá: predstavuje mŕtve/vyschnuté stromy (kratší čas horenia)
* Tmavo červená: stromy zasiahnuté požiarom (bez potenciálu ďalšieho šírenia)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia) - zobrazené na obrázku číslo 2

[[File:Obrazek2xyp.png]]

''Obrázok 2 – znázornenie rieky a všetkých farebných stavov stromov''

Obrázok 2 predstavuje variantu simulácie s riekou, ktorá slúži ako prekážka pre šírenie požiaru. Rieka v závislosti na jej šírke a na intenzite/rýchlosti šírenia požiaru a má možnosť zastaviť/nezastaviť šírenie požiaru. Nové prvky oproti obrázku 1 znázorňujú:
* Modrá: znázorňuje rieku (ak sa používateľ rozhodne zahrnúť rieku, tak je vždy umiestnená do stredu plochy a je možné upravovať jej šírku)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia)

===Agenti===
Simulácia zahŕňa jeden druh agentov – stromy/vegetácia. Títo agenti môžu mať stav: živý, mŕtvy (suchý strom), zasiahnutý ohňom s potenciálom šírenia a zasiahnutý ohňom bez potenciálu šírenia. Podiel živých a mŕtvych stromov, ich hustota a rieka (áno/nie + šírka) sa určuje na začiatku simulácie. Zvyšné faktory nie sú vizuálne znázornené na ploche, no ovplyvňujú pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Požiar začína po celej vertikálnej dĺžke z ľavej strany plochy a na základe pôsobenia faktorov postupuje/nepostupuje smerom doprava (požiar sa môže šíriť všetkými smermi, no primárne z ľava doprava).

===Faktory/parametre===
Následné nastaviteľné parametre vplývajú na pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru:
* Density: hustota zalesnenia plochy ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím hustejšia populácia stromov, tým vyššia pravdepodobnosť šírenia a rýchlosti požiaru<ref name="Tree Density">How Tree Density and Wildfire Impact Ecosystems on the Forest-Tundra Edge https://www.nps.gov/articles/000/densityplusfire.htm</ref>.
* percent-live: Percentuálny podiel živej vegetácie, ktorý sa odvádza od faktoru Density. Živé stromy majú nižšiu pravdepodobnosť šírenia požiaru a horia pomalšie ako mŕtve stromy<ref name="DEAD TREE REMOVAL">DEAD TREE REMOVAL https://www.readyforwildfire.org/prevent-wildfire/dead-tree-removal/</ref>.
* time-burn-live: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý živý strom svetlo červený (čiže má potenciál šíriť oheň na iné stromy), po uplynutí tohto času sa mení na tmavo červený a nešíri oheň ďalej.
* time-burn-dead: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý mŕtvy strom svetlo červený (nastavená hodnota by mala byť nižšia ako na slidery time-burn-live).
* probability-spread-live: pravdepodobnosť šírenia požiaru živých stromov
* probability-spread-dead: pravdepodobnosť šírenia požiaru mŕtvych stromov (hodnota by mala byť väčšia ako živé stromy)
* radius-of-fire-spread: Rádius, ktorý predstavuje dosah ohňa. V prípade súhry faktorov sa rádius zvyšuje, čo znamená väčšiu pravdepodobnosť šírenia a vyššiu rýchlosť požiaru
* wind-speed: rýchlosť vetra (v km/h). Čím silnejší vietor, tým väčšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Na každých 10 metrov približné 10% rýchlosti šírenia<ref name="Wind speed">The 10% wind speed rule of thumb for estimating a wildfire’s forward rate of spread in forests and shrublands https://annforsci.biomedcentral.com/articles/10.1007/s13595-019-0829-8</ref>.
* humidity: relatívna vlhkosť vzduchu, ktorá ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím vyššia vlhkosť, tým menšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia<ref name="Humidity">How Does Humidity Affect a Fire? https://wfca.com/articles/how-does-humidity-affect-wildfire/</ref>.
* terrain-slope: uhol, ktorý reprezentuje uhol sklonu terénu (na celej ploche). Oheň sa šíri rýchlejšie smerom do kopca (až 2x zvýšenie rýchlosti a pravdepodobnosti šírenia pri každých + 10°). Smerom dole z kopca je šírenie naopak spomalené<ref name="Terrain slope">The science behind fire behaviour https://www.environment.sa.gov.au/topics/fire-management/fire-science-and-planning/fire-behaviour</ref>.
* river?: switch, ktorý určuje prítomnosť rieky (áno/nie).
* river-width: určuje šírku rieky. Ohľadne chovania rieky nebolo nájdené dostatočné množstvo dôveryhodných informácií, keďže je to dosť premenlivý faktor, ktorý je ťažko predpovedať. Každopádne v tejto simulácií pokiaľ je šírenie požiaru intenzívne, môže požiar prekonať aj stredne veľkú rieku a pokračovať v šírení na druhom brehu.

===Výstupné metriky===
Výstupné metriky sú zobrazené na obrázku 1 na pravej strane:
* Graf Percent burned: vertikálna osa určuje percento poškodenej/zasiahnutej plochy požiarom a horizontálna osa znázorňuje čas (v tikoch) počas ktorého sa požiar šíril na simulovanej ploche.
* Fire-speed: v prípade že sa oheň dostane z ľavej strany až na druhú stranu, tak fire-speed vypíše tik v ktorom k tomu došlo. (0 – oheň nedošiel na druhú stranu, ak je číslo väčšie ako nula tak čím nižšie číslo, tým vyššia rýchlosť šírenia požiaru).
* Percent burned: pomer stromov zasiahnutých požiarom k pôvodným stromom pred začiatkom požiaru (v percentách).
* probability-to-side: V prípade stlačenia tlačidla “simulate“ sa simuluje šírenie požiaru (toľko krát koľko je vybratých na slidery num-simulate) a výsledná hodnota v rozmedzí 0 – 1 predstavuje pravdepodobnosť zasiahnutia pravej strany požiarom.

=Výsledky=
Simulácie popísané v tejto časti budú rozdelené podľa zaradenia do lesného biomu. Druhy, ktoré boli simulované sú tropický les (tropické podnebie), severný les (subpolárne podnebie), listnatý les (mierne podnebie) a krovinatý les (subtropické podnebie). Určené hodnoty faktorov pri každej simulácií majú odrážať typický stav daného biomu.

Poznámka: pri každej simulácií bola použitá rovnaká hodnota pre nasledujúce parametre: probability-spread-live (14%), probability-spread-dead (33%), radius-of-fire-spread (1.00), time-burn-live (10), time-burn-dead (4), percent-live (70%) Tieto hodnoty po odskúšaní prinášali najkonzistnejšie výsledky.

Výsledky simulácií budú predstavovať priemernú hodnotu dosiahnutú po prevedení simulácie 20x

===Tropický les===
Príkladom pre hodnoty parametrov bol Amazonský tropický les.

Podstatným faktorom v prípade tropického lesa je relatívna vlhkosť, tá bola pri simulácií nastavená na 88%, keďže to je bežná hodnota počas monzúnového obdobia<ref name="Tropical rainforest biomes">Tropical rainforest biomes https://www.khanacademy.org/science/biology/ecology/biogeography/a/tropical-rainforest-biomes</ref>. Čo sa týka rýchlosti vetra, tak tá bola nastavená na 5 km/h, keďže tropické lesy väčšinou nemajú silný vietor<ref name="What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest">What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest? https://sciencing.com/wind-speeds-tropical-rainforest-23367.html</ref>. Uhol sklonu terénu bol nastavený na 0 – rovina. Hustota zalesnenia bola 75% -vysoká hustota zalesnenia.

[[File:Obrazek3xyp.png]]

''Obrázok 3 – tropický les''

Obrázok 3 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade tropického lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 9%. Napriek veľkej hustote stromov, ktorá by zvyšovala riziko šírenia ohňa, je to silno limitované veľkou relatívnou vlhkosťou vzduchu. Pravdepodobnosť že požiar prejde z ľavej strany plochy až na pravú bola 0%. Rýchlosť šírenia bola pomalá. (keďže výsledná rýchlosť sa počíta ako prvý “dotyk“ požiaru pravej strany tak nie je možné definovať priemernú rýchlosť v tikoch, ale len na základe pozorovania priebehu simulácie)

Výsledný verdikt za daných podmienok je malé riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka vysokej vlhkosti. Najväčší vplyv na veľkoplošné šírenie požiaru v tropickom lese predstavoval stúpajúci terén. Silnejší vietor by vplýval na šírenie a rýchlosť v menšej miere ako stúpajúci terén.

===Severný les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli Kanadské lesy severozápadného teritória.

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 61%<ref name="Climate in Northwest Territories Canada">Climate in Northwest Territories Canada https://www.worlddata.info/america/canada/climate-northwest-territories.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 12 km/h. Sklon v tomto prípade hrá podstatnú úlohu, keďže tieto oblasti sú často hornaté. Simulácia pracovala so sklonom 10°. Tieto lesy sú podobne ako tropické lesy husto zarastené stromami (70%). Do simulácie bola zahrnutá aj malá rieka (9).

[[File:Obrazek4xyp.png]]

''Obrázok 4 – severný les''

Obrázok 4 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade severného lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 98.2%. Veľká hustota stromov spolu so stúpajúcim svahom a vetru o sile 12 km/h prispela k veľmi závažnému šíreniu požiaru, ako aj vysokej dosiahnutej rýchlosti (v priemere 130 tikov pre dosiahnutie pravej strany). Relatívne malá rieka (9) nepredstavovala významnú prekážku pre požiar a bola prekonaná pri každom spustení simulácie – pravdepodobnosť dosiahnutia pravej strany bola 100% pri daných faktoroch.

Výsledný verdikt za daných podmienok je veľmi vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka kombinácií hustota/sklon svahu/vietor. Šírenie by bolo spomalené v prípade klesajúceho svahu, no intenzita požiaru by už bola pravdepodobne privysoká na jeho úplne zastavenie. Vlhkosť v tomto prípade nebola dostatočne vysoká pre spomalenie/zastavenie požiaru.

===Listnatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli listnaté lesy v Pennsylvánii (USA).

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 71%<ref name="Climate in Pennsylvania(United States)">Climate in Pennsylvania
(United States) https://www.worlddata.info/america/usa/climate-pennsylvania.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 10 km/h. Sklon pre simuláciu bol určený na hodnotu 0°. Hustota bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek5xyp.png]]

''Obrázok 5 – listnatý les''

Obrázok 5 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade listnatého lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 52.81%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 430 tikov, čo je podstatne pomalšie ako v prípade severného lesu. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 57.1%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je stredné riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Ako v predošlom prípade, kombinácia hustota/sklon svahu/vietor má veľký vplyv na šírenie a rýchlosť požiaru, no oproti severnému lesu je riziko menšie.

===Krovinatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli krovinaté lesy vo vnútrozemí Západnej Austrálie.

V období sucha je priemerná relatívna vlhkosť vzduchu približne 20%<ref name="Acacia shrublands">NVIS Fact sheet
MVG 16 – Acacia shrublands https://www.agriculture.gov.au/sites/default/files/documents/mvg16-nvis-acacia-shrublands.pdf</ref>. V dôsledku rovinatého terénu je toto prostredie náchylné na silnejší vietor, ktorý bol pre účely simulácie nastavený na 20 km/h. Sklon terénu bol určený na 0°. Hustota zalesnenia bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek6xyp.png]]

''Obrázok 6 – krovinový les''

Obrázok 6 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade krovinového lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 85.51%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 210 tikov, čo je pomerne rýchle šírenie vzhľadom na menšiu hustotu zalesnenia. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 93.3%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Veľmi nízka vlhkosť v kombinácií s mierne silným/silným vetrom má veľký vplyv na riziko šírenia a rýchlosť požiaru. Veľké riziko nezmenšuje výrazným spôsobom ani prítomnosť rovinatého terénu s menšou hustotou zalesnenia.

=Záver=
Lesný biom z najnižšou pravdepodobnosťou vzniku a šírenia veľkoplošného lesného požiaru bol tropický les. Naopak najväčšie riziko platilo pre prípad severného lesu. Treba poznamenať že veľmi vysoké riziko a rýchlosť šírenia požiaru pre severný les nastalo aj z dôvodu určeného stúpania terénu 10°.

Z pozorovania výsledkov simulácií je možné určiť že najviac ohrozujúce faktory boli kombinácia vysokej hustoty zalesnenia spolu so stúpajúcim terénom a nízkou/stredne vysokou vlhkosťou ovzdušia. Vietor vplýval vo väčšej miere na výslednú rýchlosť požiaru než na riziko veľkoplošného šírenia. V prípade zahrnutia rieky do simulácie, nemôže byť výsledok braný ako presná reprezentácia reality, keďže nie je podložený reálnymi zdrojmi. Pri zmenšenom podiely živých stromov v simulácií nedochádzalo k výraznej zmene výsledku oproti prípadom s nastaveným 70% živým podielom stromov.

Faktor, ktorý je možné ovplyvniť ľudskou činnosťou v rámci prevencie je hustota zalesnenia. V rizikových oblastiach by mohlo dôjsť k odstráneniu mŕtvych stromov, čím by sa zmenšila hustota stromov a riziko vzniku šírenia veľkoplošného lesného požiaru. No vzhľadom na rozsiahle plochy a všeobecne zlú dostupnosť lesov je to náročné na účinné prevedenie. Z toho dôvodu je veľmi pravdepodobné že lesné požiare budú aj naďalej predstavovať veľké riziko v náchylných oblastiach po celom svete.

=Kód modelu=
[[Media:Klia11_sirenie_lesneho_poziaru.nlogo]]

=Zdroje=
<references/>

Šírenie lesného požiaru

2023-06-11T21:07:55Z

AdamKlima: /* Agenti */

''Táto stránka bola vypracovaná za účelom popisu simulácie šírenia lesného požiaru.''

'''Názov simulácie: ''' Šírenie lesného požiaru

'''Predmet:''' 4IT495 Simulace systémů

'''Semester:''' LS 2022/2023

'''Autor:''' Adam Klima, klia11 (vše username), AdamKlima (simulace.info username)

'''Modelovací nástroj:''' NetLogo

=Definícia problému=
Lesné požiare sú závažným problémom v mnohých regiónoch po celom svete, spôsobujú ničenie biotopov, stratu biodiverzity a ohrozujú ľudské životy a majetok. V roku 2022 bolo zaznamenaných 68 988 lesných požiarov, ktoré dohromady poškodili plochu o veľkosti 7.6 miliónov akrov<ref name="Wildfire Statistics">Wildfire Statistics https://sgp.fas.org/crs/misc/IF10244.pdf</ref>. Takmer 85% lesných požiarov je spôsobených ľudským zavinením<ref name="Humans and Wildfire">Wildfire Causes and Evaluations https://www.nps.gov/articles/wildfire-causes-and-evaluation.htm</ref>. Zvyšok predstavujú prírodné príčiny ako napríklad blesky alebo vulkanická aktivita. Po vzniku takéhoto nekontrolovaného požiaru je šírenie ovplyvňované faktormi ako sú: vietor, vlhkosť vzduchu, podiel živej a mŕtvej (vyschnutej) vegetácie, sklon terénu a hustota zalesnenia.

=Cieľ=
Simulácia má za cieľ priblížiť/predpovedať risk vzniku veľkoplošného požiaru a následne určiť rýchlosť šírenia, ktorému by takýto lesný požiar odpovedal na základe faktorov spomínaných v predchádzajúcom odstavci.

=Metóda=
Simulácia je implementovaná ako agentná simulácia. Stromy (vegetácia) predstavujú agentov, na ktoré vplývajú faktory ovplyvňujúce pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru.

=Model=
Simulácia sa odohráva na ploche o rozmeroch 50x50 patchov. Je uzavretá po stranách a simuluje šírenie požiaru smerom z ľavej strany doprava.

[[File:Obrazek1xyp.png]]
''Obrázok 1 – pohľad na celé používateľské rozhranie''

Obrázok 1 predstavuje zalesnenú oblasť. Stromy (agenti) môžu nadobudnúť nasledovné farby, ktoré znamenajú iný stav a správanie:
* Zelená: predstavuje živé stromy (dlhší čas horenia)
* Šedá: predstavuje mŕtve/vyschnuté stromy (kratší čas horenia)
* Tmavo červená: stromy zasiahnuté požiarom (bez potenciálu ďalšieho šírenia)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia) - zobrazené na obrázku číslo 2

[[File:Obrazek2xyp.png]]

''Obrázok 2 – znázornenie rieky a všetkých farebných stavov stromov''

Obrázok 2 predstavuje variantu simulácie s riekou, ktorá slúži ako prekážka pre šírenie požiaru. Rieka v závislosti na jej šírke a na intenzite/rýchlosti šírenia požiaru a má možnosť zastaviť/nezastaviť šírenie požiaru. Nové prvky oproti obrázku 1 znázorňujú:
* Modrá: znázorňuje rieku (ak sa používateľ rozhodne zahrnúť rieku, tak je vždy umiestnená do stredu plochy a je možné upravovať jej šírku)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia)

===Agenti===
Simulácia zahŕňa jeden druh agentov – stromy/vegetácia. Títo agenti môžu mať stav: živý, mŕtvy (suchý strom), zasiahnutý ohňom s potenciálom šírenia a zasiahnutý ohňom bez potenciálu šírenia. Podiel živých a mŕtvych stromov, ich hustota a rieka (áno/nie + šírka) sa určuje na začiatku simulácie. Zvyšné faktory nie sú vizuálne znázornené na ploche, no ovplyvňujú pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Požiar začína po celej vertikálnej dĺžke z ľavej strany plochy a na základe pôsobenia faktorov postupuje/nepostupuje smerom doprava (požiar sa môže šíriť všetkými smermi, no primárne z ľava doprava).

===Faktory/parametre===
Následné nastaviteľné parametre vplývajú na pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru:
* Density: hustota zalesnenia plochy ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím hustejšia populácia stromov, tým vyššia pravdepodobnosť šírenia a rýchlosti požiaru<ref name="Tree Density">How Tree Density and Wildfire Impact Ecosystems on the Forest-Tundra Edge https://www.nps.gov/articles/000/densityplusfire.htm</ref>.
* percent-live: Percentuálny podiel živej vegetácie, ktorý sa odvádza od faktoru Density. Živé stromy majú nižšiu pravdepodobnosť šírenia požiaru a horia pomalšie ako mŕtve stromy<ref name="DEAD TREE REMOVAL">DEAD TREE REMOVAL https://www.readyforwildfire.org/prevent-wildfire/dead-tree-removal/</ref>.
* time-burn-live: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý živý strom svetlo červený (čiže má potenciál šíriť oheň na iné stromy), po uplynutí tohto času sa mení na tmavo červený a nešíri oheň ďalej.
* time-burn-dead: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý mŕtvy strom svetlo červený (nastavená hodnota by mala byť nižšia ako na slidery time-burn-live).
* probability-spread-live: pravdepodobnosť šírenia požiaru živých stromov
* probability-spread-dead: pravdepodobnosť šírenia požiaru mŕtvych stromov (hodnota by mala byť väčšia ako živé stromy)
* radius-of-fire-spread: Rádius, ktorý predstavuje dosah ohňa. V prípade súhry faktorov sa rádius zvyšuje, čo znamená väčšiu pravdepodobnosť šírenia a vyššiu rýchlosť požiaru
* wind-speed: rýchlosť vetra (v km/h). Čím silnejší vietor, tým väčšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Na každých 10 metrov približné 10% zvýšenie pravdepodobnosti a rýchlosti šírenia<ref name="Wind speed">The 10% wind speed rule of thumb for estimating a wildfire’s forward rate of spread in forests and shrublands https://annforsci.biomedcentral.com/articles/10.1007/s13595-019-0829-8</ref>.
* humidity: relatívna vlhkosť vzduchu, ktorá ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím vyššia vlhkosť, tým menšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia<ref name="Humidity">How Does Humidity Affect a Fire? https://wfca.com/articles/how-does-humidity-affect-wildfire/</ref>.
* terrain-slope: uhol, ktorý reprezentuje uhol sklonu terénu (na celej ploche). Oheň sa šíri rýchlejšie smerom do kopca (až 2x zvýšenie rýchlosti a pravdepodobnosti šírenia pri každých + 10°). Smerom dole z kopca je šírenie naopak spomalené<ref name="Terrain slope">The science behind fire behaviour https://www.environment.sa.gov.au/topics/fire-management/fire-science-and-planning/fire-behaviour</ref>.
* river?: switch, ktorý určuje prítomnosť rieky (áno/nie).
* river-width: určuje šírku rieky. Ohľadne chovania rieky nebolo nájdené dostatočné množstvo dôveryhodných informácií, keďže je to dosť premenlivý faktor, ktorý je ťažko predpovedať. Každopádne v tejto simulácií pokiaľ je šírenie požiaru intenzívne, môže požiar prekonať aj stredne veľkú rieku a pokračovať v šírení na druhom brehu.

===Výstupné metriky===
Výstupné metriky sú zobrazené na obrázku 1 na pravej strane:
* Graf Percent burned: vertikálna osa určuje percento poškodenej/zasiahnutej plochy požiarom a horizontálna osa znázorňuje čas (v tikoch) počas ktorého sa požiar šíril na simulovanej ploche.
* Fire-speed: v prípade že sa oheň dostane z ľavej strany až na druhú stranu, tak fire-speed vypíše tik v ktorom k tomu došlo. (0 – oheň nedošiel na druhú stranu, ak je číslo väčšie ako nula tak čím nižšie číslo, tým vyššia rýchlosť šírenia požiaru).
* Percent burned: pomer stromov zasiahnutých požiarom k pôvodným stromom pred začiatkom požiaru (v percentách).
* probability-to-side: V prípade stlačenia tlačidla “simulate“ sa simuluje šírenie požiaru (toľko krát koľko je vybratých na slidery num-simulate) a výsledná hodnota v rozmedzí 0 – 1 predstavuje pravdepodobnosť zasiahnutia pravej strany požiarom.

=Výsledky=
Simulácie popísané v tejto časti budú rozdelené podľa zaradenia do lesného biomu. Druhy, ktoré boli simulované sú tropický les (tropické podnebie), severný les (subpolárne podnebie), listnatý les (mierne podnebie) a krovinatý les (subtropické podnebie). Určené hodnoty faktorov pri každej simulácií majú odrážať typický stav daného biomu.

Poznámka: pri každej simulácií bola použitá rovnaká hodnota pre nasledujúce parametre: probability-spread-live (14%), probability-spread-dead (33%), radius-of-fire-spread (1.00), time-burn-live (10), time-burn-dead (4), percent-live (70%) Tieto hodnoty po odskúšaní prinášali najkonzistnejšie výsledky.

Výsledky simulácií budú predstavovať priemernú hodnotu dosiahnutú po prevedení simulácie 20x

===Tropický les===
Príkladom pre hodnoty parametrov bol Amazonský tropický les.

Podstatným faktorom v prípade tropického lesa je relatívna vlhkosť, tá bola pri simulácií nastavená na 88%, keďže to je bežná hodnota počas monzúnového obdobia<ref name="Tropical rainforest biomes">Tropical rainforest biomes https://www.khanacademy.org/science/biology/ecology/biogeography/a/tropical-rainforest-biomes</ref>. Čo sa týka rýchlosti vetra, tak tá bola nastavená na 5 km/h, keďže tropické lesy väčšinou nemajú silný vietor<ref name="What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest">What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest? https://sciencing.com/wind-speeds-tropical-rainforest-23367.html</ref>. Uhol sklonu terénu bol nastavený na 0 – rovina. Hustota zalesnenia bola 75% -vysoká hustota zalesnenia.

[[File:Obrazek3xyp.png]]

''Obrázok 3 – tropický les''

Obrázok 3 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade tropického lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 9%. Napriek veľkej hustote stromov, ktorá by zvyšovala riziko šírenia ohňa, je to silno limitované veľkou relatívnou vlhkosťou vzduchu. Pravdepodobnosť že požiar prejde z ľavej strany plochy až na pravú bola 0%. Rýchlosť šírenia bola pomalá. (keďže výsledná rýchlosť sa počíta ako prvý “dotyk“ požiaru pravej strany tak nie je možné definovať priemernú rýchlosť v tikoch, ale len na základe pozorovania priebehu simulácie)

Výsledný verdikt za daných podmienok je malé riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka vysokej vlhkosti. Najväčší vplyv na veľkoplošné šírenie požiaru v tropickom lese predstavoval stúpajúci terén. Silnejší vietor by vplýval na šírenie a rýchlosť v menšej miere ako stúpajúci terén.

===Severný les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli Kanadské lesy severozápadného teritória.

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 61%<ref name="Climate in Northwest Territories Canada">Climate in Northwest Territories Canada https://www.worlddata.info/america/canada/climate-northwest-territories.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 12 km/h. Sklon v tomto prípade hrá podstatnú úlohu, keďže tieto oblasti sú často hornaté. Simulácia pracovala so sklonom 10°. Tieto lesy sú podobne ako tropické lesy husto zarastené stromami (70%). Do simulácie bola zahrnutá aj malá rieka (9).

[[File:Obrazek4xyp.png]]

''Obrázok 4 – severný les''

Obrázok 4 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade severného lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 98.2%. Veľká hustota stromov spolu so stúpajúcim svahom a vetru o sile 12 km/h prispela k veľmi závažnému šíreniu požiaru, ako aj vysokej dosiahnutej rýchlosti (v priemere 130 tikov pre dosiahnutie pravej strany). Relatívne malá rieka (9) nepredstavovala významnú prekážku pre požiar a bola prekonaná pri každom spustení simulácie – pravdepodobnosť dosiahnutia pravej strany bola 100% pri daných faktoroch.

Výsledný verdikt za daných podmienok je veľmi vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka kombinácií hustota/sklon svahu/vietor. Šírenie by bolo spomalené v prípade klesajúceho svahu, no intenzita požiaru by už bola pravdepodobne privysoká na jeho úplne zastavenie. Vlhkosť v tomto prípade nebola dostatočne vysoká pre spomalenie/zastavenie požiaru.

===Listnatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli listnaté lesy v Pennsylvánii (USA).

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 71%<ref name="Climate in Pennsylvania(United States)">Climate in Pennsylvania
(United States) https://www.worlddata.info/america/usa/climate-pennsylvania.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 10 km/h. Sklon pre simuláciu bol určený na hodnotu 0°. Hustota bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek5xyp.png]]

''Obrázok 5 – listnatý les''

Obrázok 5 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade listnatého lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 52.81%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 430 tikov, čo je podstatne pomalšie ako v prípade severného lesu. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 57.1%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je stredné riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Ako v predošlom prípade, kombinácia hustota/sklon svahu/vietor má veľký vplyv na šírenie a rýchlosť požiaru, no oproti severnému lesu je riziko menšie.

===Krovinatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli krovinaté lesy vo vnútrozemí Západnej Austrálie.

V období sucha je priemerná relatívna vlhkosť vzduchu približne 20%<ref name="Acacia shrublands">NVIS Fact sheet
MVG 16 – Acacia shrublands https://www.agriculture.gov.au/sites/default/files/documents/mvg16-nvis-acacia-shrublands.pdf</ref>. V dôsledku rovinatého terénu je toto prostredie náchylné na silnejší vietor, ktorý bol pre účely simulácie nastavený na 20 km/h. Sklon terénu bol určený na 0°. Hustota zalesnenia bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek6xyp.png]]

''Obrázok 6 – krovinový les''

Obrázok 6 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade krovinového lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 85.51%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 210 tikov, čo je pomerne rýchle šírenie vzhľadom na menšiu hustotu zalesnenia. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 93.3%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Veľmi nízka vlhkosť v kombinácií s mierne silným/silným vetrom má veľký vplyv na riziko šírenia a rýchlosť požiaru. Veľké riziko nezmenšuje výrazným spôsobom ani prítomnosť rovinatého terénu s menšou hustotou zalesnenia.

=Záver=
Lesný biom z najnižšou pravdepodobnosťou vzniku a šírenia veľkoplošného lesného požiaru bol tropický les. Naopak najväčšie riziko platilo pre prípad severného lesu. Treba poznamenať že veľmi vysoké riziko a rýchlosť šírenia požiaru pre severný les nastalo aj z dôvodu určeného stúpania terénu 10°.

Z pozorovania výsledkov simulácií je možné určiť že najviac ohrozujúce faktory boli kombinácia vysokej hustoty zalesnenia spolu so stúpajúcim terénom a nízkou/stredne vysokou vlhkosťou ovzdušia. Vietor vplýval vo väčšej miere na výslednú rýchlosť požiaru než na riziko veľkoplošného šírenia. V prípade zahrnutia rieky do simulácie, nemôže byť výsledok braný ako presná reprezentácia reality, keďže nie je podložený reálnymi zdrojmi. Pri zmenšenom podiely živých stromov v simulácií nedochádzalo k výraznej zmene výsledku oproti prípadom s nastaveným 70% živým podielom stromov.

Faktor, ktorý je možné ovplyvniť ľudskou činnosťou v rámci prevencie je hustota zalesnenia. V rizikových oblastiach by mohlo dôjsť k odstráneniu mŕtvych stromov, čím by sa zmenšila hustota stromov a riziko vzniku šírenia veľkoplošného lesného požiaru. No vzhľadom na rozsiahle plochy a všeobecne zlú dostupnosť lesov je to náročné na účinné prevedenie. Z toho dôvodu je veľmi pravdepodobné že lesné požiare budú aj naďalej predstavovať veľké riziko v náchylných oblastiach po celom svete.

=Kód modelu=
[[Media:Klia11_sirenie_lesneho_poziaru.nlogo]]

=Zdroje=
<references/>

Šírenie lesného požiaru

2023-06-11T21:06:19Z

AdamKlima: /* Faktory/parametre */

''Táto stránka bola vypracovaná za účelom popisu simulácie šírenia lesného požiaru.''

'''Názov simulácie: ''' Šírenie lesného požiaru

'''Predmet:''' 4IT495 Simulace systémů

'''Semester:''' LS 2022/2023

'''Autor:''' Adam Klima, klia11 (vše username), AdamKlima (simulace.info username)

'''Modelovací nástroj:''' NetLogo

=Definícia problému=
Lesné požiare sú závažným problémom v mnohých regiónoch po celom svete, spôsobujú ničenie biotopov, stratu biodiverzity a ohrozujú ľudské životy a majetok. V roku 2022 bolo zaznamenaných 68 988 lesných požiarov, ktoré dohromady poškodili plochu o veľkosti 7.6 miliónov akrov<ref name="Wildfire Statistics">Wildfire Statistics https://sgp.fas.org/crs/misc/IF10244.pdf</ref>. Takmer 85% lesných požiarov je spôsobených ľudským zavinením<ref name="Humans and Wildfire">Wildfire Causes and Evaluations https://www.nps.gov/articles/wildfire-causes-and-evaluation.htm</ref>. Zvyšok predstavujú prírodné príčiny ako napríklad blesky alebo vulkanická aktivita. Po vzniku takéhoto nekontrolovaného požiaru je šírenie ovplyvňované faktormi ako sú: vietor, vlhkosť vzduchu, podiel živej a mŕtvej (vyschnutej) vegetácie, sklon terénu a hustota zalesnenia.

=Cieľ=
Simulácia má za cieľ priblížiť/predpovedať risk vzniku veľkoplošného požiaru a následne určiť rýchlosť šírenia, ktorému by takýto lesný požiar odpovedal na základe faktorov spomínaných v predchádzajúcom odstavci.

=Metóda=
Simulácia je implementovaná ako agentná simulácia. Stromy (vegetácia) predstavujú agentov, na ktoré vplývajú faktory ovplyvňujúce pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru.

=Model=
Simulácia sa odohráva na ploche o rozmeroch 50x50 patchov. Je uzavretá po stranách a simuluje šírenie požiaru smerom z ľavej strany doprava.

[[File:Obrazek1xyp.png]]
''Obrázok 1 – pohľad na celé používateľské rozhranie''

Obrázok 1 predstavuje zalesnenú oblasť. Stromy (agenti) môžu nadobudnúť nasledovné farby, ktoré znamenajú iný stav a správanie:
* Zelená: predstavuje živé stromy (dlhší čas horenia)
* Šedá: predstavuje mŕtve/vyschnuté stromy (kratší čas horenia)
* Tmavo červená: stromy zasiahnuté požiarom (bez potenciálu ďalšieho šírenia)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia) - zobrazené na obrázku číslo 2

[[File:Obrazek2xyp.png]]

''Obrázok 2 – znázornenie rieky a všetkých farebných stavov stromov''

Obrázok 2 predstavuje variantu simulácie s riekou, ktorá slúži ako prekážka pre šírenie požiaru. Rieka v závislosti na jej šírke a na intenzite/rýchlosti šírenia požiaru a má možnosť zastaviť/nezastaviť šírenie požiaru. Nové prvky oproti obrázku 1 znázorňujú:
* Modrá: znázorňuje rieku (ak sa používateľ rozhodne zahrnúť rieku, tak je vždy umiestnená do stredu plochy a je možné upravovať jej šírku)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia)

===Agenti===
Simulácia zahŕňa jeden druh agentov – stromy/vegetácia. Títo agenti môžu mať stav: živý, mŕtvy (suchý strom), zasiahnutý ohňom s potenciálom šírenia a zasiahnutý ohňom bez potenciálu šírenia. Podiel živých a mŕtvych stromov, ich hustota a rieka (áno/nie + šírka) sa určuje na začiatku simulácie. Zvyšné faktory nie sú vizuálne znázornené na ploche, no ovplyvňujú pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Požiar začína po celej vertikálnej dĺžke z ľavej strany plochy a na základe pôsobenia faktorov postupuje/nepostupuje smerom doprava.

===Faktory/parametre===
Následné nastaviteľné parametre vplývajú na pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru:
* Density: hustota zalesnenia plochy ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím hustejšia populácia stromov, tým vyššia pravdepodobnosť šírenia a rýchlosti požiaru<ref name="Tree Density">How Tree Density and Wildfire Impact Ecosystems on the Forest-Tundra Edge https://www.nps.gov/articles/000/densityplusfire.htm</ref>.
* percent-live: Percentuálny podiel živej vegetácie, ktorý sa odvádza od faktoru Density. Živé stromy majú nižšiu pravdepodobnosť šírenia požiaru a horia pomalšie ako mŕtve stromy<ref name="DEAD TREE REMOVAL">DEAD TREE REMOVAL https://www.readyforwildfire.org/prevent-wildfire/dead-tree-removal/</ref>.
* time-burn-live: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý živý strom svetlo červený (čiže má potenciál šíriť oheň na iné stromy), po uplynutí tohto času sa mení na tmavo červený a nešíri oheň ďalej.
* time-burn-dead: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý mŕtvy strom svetlo červený (nastavená hodnota by mala byť nižšia ako na slidery time-burn-live).
* probability-spread-live: pravdepodobnosť šírenia požiaru živých stromov
* probability-spread-dead: pravdepodobnosť šírenia požiaru mŕtvych stromov (hodnota by mala byť väčšia ako živé stromy)
* radius-of-fire-spread: Rádius, ktorý predstavuje dosah ohňa. V prípade súhry faktorov sa rádius zvyšuje, čo znamená väčšiu pravdepodobnosť šírenia a vyššiu rýchlosť požiaru
* wind-speed: rýchlosť vetra (v km/h). Čím silnejší vietor, tým väčšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Na každých 10 metrov približné 10% zvýšenie pravdepodobnosti a rýchlosti šírenia<ref name="Wind speed">The 10% wind speed rule of thumb for estimating a wildfire’s forward rate of spread in forests and shrublands https://annforsci.biomedcentral.com/articles/10.1007/s13595-019-0829-8</ref>.
* humidity: relatívna vlhkosť vzduchu, ktorá ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím vyššia vlhkosť, tým menšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia<ref name="Humidity">How Does Humidity Affect a Fire? https://wfca.com/articles/how-does-humidity-affect-wildfire/</ref>.
* terrain-slope: uhol, ktorý reprezentuje uhol sklonu terénu (na celej ploche). Oheň sa šíri rýchlejšie smerom do kopca (až 2x zvýšenie rýchlosti a pravdepodobnosti šírenia pri každých + 10°). Smerom dole z kopca je šírenie naopak spomalené<ref name="Terrain slope">The science behind fire behaviour https://www.environment.sa.gov.au/topics/fire-management/fire-science-and-planning/fire-behaviour</ref>.
* river?: switch, ktorý určuje prítomnosť rieky (áno/nie).
* river-width: určuje šírku rieky. Ohľadne chovania rieky nebolo nájdené dostatočné množstvo dôveryhodných informácií, keďže je to dosť premenlivý faktor, ktorý je ťažko predpovedať. Každopádne v tejto simulácií pokiaľ je šírenie požiaru intenzívne, môže požiar prekonať aj stredne veľkú rieku a pokračovať v šírení na druhom brehu.

===Výstupné metriky===
Výstupné metriky sú zobrazené na obrázku 1 na pravej strane:
* Graf Percent burned: vertikálna osa určuje percento poškodenej/zasiahnutej plochy požiarom a horizontálna osa znázorňuje čas (v tikoch) počas ktorého sa požiar šíril na simulovanej ploche.
* Fire-speed: v prípade že sa oheň dostane z ľavej strany až na druhú stranu, tak fire-speed vypíše tik v ktorom k tomu došlo. (0 – oheň nedošiel na druhú stranu, ak je číslo väčšie ako nula tak čím nižšie číslo, tým vyššia rýchlosť šírenia požiaru).
* Percent burned: pomer stromov zasiahnutých požiarom k pôvodným stromom pred začiatkom požiaru (v percentách).
* probability-to-side: V prípade stlačenia tlačidla “simulate“ sa simuluje šírenie požiaru (toľko krát koľko je vybratých na slidery num-simulate) a výsledná hodnota v rozmedzí 0 – 1 predstavuje pravdepodobnosť zasiahnutia pravej strany požiarom.

=Výsledky=
Simulácie popísané v tejto časti budú rozdelené podľa zaradenia do lesného biomu. Druhy, ktoré boli simulované sú tropický les (tropické podnebie), severný les (subpolárne podnebie), listnatý les (mierne podnebie) a krovinatý les (subtropické podnebie). Určené hodnoty faktorov pri každej simulácií majú odrážať typický stav daného biomu.

Poznámka: pri každej simulácií bola použitá rovnaká hodnota pre nasledujúce parametre: probability-spread-live (14%), probability-spread-dead (33%), radius-of-fire-spread (1.00), time-burn-live (10), time-burn-dead (4), percent-live (70%) Tieto hodnoty po odskúšaní prinášali najkonzistnejšie výsledky.

Výsledky simulácií budú predstavovať priemernú hodnotu dosiahnutú po prevedení simulácie 20x

===Tropický les===
Príkladom pre hodnoty parametrov bol Amazonský tropický les.

Podstatným faktorom v prípade tropického lesa je relatívna vlhkosť, tá bola pri simulácií nastavená na 88%, keďže to je bežná hodnota počas monzúnového obdobia<ref name="Tropical rainforest biomes">Tropical rainforest biomes https://www.khanacademy.org/science/biology/ecology/biogeography/a/tropical-rainforest-biomes</ref>. Čo sa týka rýchlosti vetra, tak tá bola nastavená na 5 km/h, keďže tropické lesy väčšinou nemajú silný vietor<ref name="What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest">What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest? https://sciencing.com/wind-speeds-tropical-rainforest-23367.html</ref>. Uhol sklonu terénu bol nastavený na 0 – rovina. Hustota zalesnenia bola 75% -vysoká hustota zalesnenia.

[[File:Obrazek3xyp.png]]

''Obrázok 3 – tropický les''

Obrázok 3 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade tropického lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 9%. Napriek veľkej hustote stromov, ktorá by zvyšovala riziko šírenia ohňa, je to silno limitované veľkou relatívnou vlhkosťou vzduchu. Pravdepodobnosť že požiar prejde z ľavej strany plochy až na pravú bola 0%. Rýchlosť šírenia bola pomalá. (keďže výsledná rýchlosť sa počíta ako prvý “dotyk“ požiaru pravej strany tak nie je možné definovať priemernú rýchlosť v tikoch, ale len na základe pozorovania priebehu simulácie)

Výsledný verdikt za daných podmienok je malé riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka vysokej vlhkosti. Najväčší vplyv na veľkoplošné šírenie požiaru v tropickom lese predstavoval stúpajúci terén. Silnejší vietor by vplýval na šírenie a rýchlosť v menšej miere ako stúpajúci terén.

===Severný les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli Kanadské lesy severozápadného teritória.

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 61%<ref name="Climate in Northwest Territories Canada">Climate in Northwest Territories Canada https://www.worlddata.info/america/canada/climate-northwest-territories.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 12 km/h. Sklon v tomto prípade hrá podstatnú úlohu, keďže tieto oblasti sú často hornaté. Simulácia pracovala so sklonom 10°. Tieto lesy sú podobne ako tropické lesy husto zarastené stromami (70%). Do simulácie bola zahrnutá aj malá rieka (9).

[[File:Obrazek4xyp.png]]

''Obrázok 4 – severný les''

Obrázok 4 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade severného lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 98.2%. Veľká hustota stromov spolu so stúpajúcim svahom a vetru o sile 12 km/h prispela k veľmi závažnému šíreniu požiaru, ako aj vysokej dosiahnutej rýchlosti (v priemere 130 tikov pre dosiahnutie pravej strany). Relatívne malá rieka (9) nepredstavovala významnú prekážku pre požiar a bola prekonaná pri každom spustení simulácie – pravdepodobnosť dosiahnutia pravej strany bola 100% pri daných faktoroch.

Výsledný verdikt za daných podmienok je veľmi vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka kombinácií hustota/sklon svahu/vietor. Šírenie by bolo spomalené v prípade klesajúceho svahu, no intenzita požiaru by už bola pravdepodobne privysoká na jeho úplne zastavenie. Vlhkosť v tomto prípade nebola dostatočne vysoká pre spomalenie/zastavenie požiaru.

===Listnatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli listnaté lesy v Pennsylvánii (USA).

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 71%<ref name="Climate in Pennsylvania(United States)">Climate in Pennsylvania
(United States) https://www.worlddata.info/america/usa/climate-pennsylvania.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 10 km/h. Sklon pre simuláciu bol určený na hodnotu 0°. Hustota bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek5xyp.png]]

''Obrázok 5 – listnatý les''

Obrázok 5 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade listnatého lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 52.81%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 430 tikov, čo je podstatne pomalšie ako v prípade severného lesu. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 57.1%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je stredné riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Ako v predošlom prípade, kombinácia hustota/sklon svahu/vietor má veľký vplyv na šírenie a rýchlosť požiaru, no oproti severnému lesu je riziko menšie.

===Krovinatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli krovinaté lesy vo vnútrozemí Západnej Austrálie.

V období sucha je priemerná relatívna vlhkosť vzduchu približne 20%<ref name="Acacia shrublands">NVIS Fact sheet
MVG 16 – Acacia shrublands https://www.agriculture.gov.au/sites/default/files/documents/mvg16-nvis-acacia-shrublands.pdf</ref>. V dôsledku rovinatého terénu je toto prostredie náchylné na silnejší vietor, ktorý bol pre účely simulácie nastavený na 20 km/h. Sklon terénu bol určený na 0°. Hustota zalesnenia bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek6xyp.png]]

''Obrázok 6 – krovinový les''

Obrázok 6 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade krovinového lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 85.51%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 210 tikov, čo je pomerne rýchle šírenie vzhľadom na menšiu hustotu zalesnenia. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 93.3%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Veľmi nízka vlhkosť v kombinácií s mierne silným/silným vetrom má veľký vplyv na riziko šírenia a rýchlosť požiaru. Veľké riziko nezmenšuje výrazným spôsobom ani prítomnosť rovinatého terénu s menšou hustotou zalesnenia.

=Záver=
Lesný biom z najnižšou pravdepodobnosťou vzniku a šírenia veľkoplošného lesného požiaru bol tropický les. Naopak najväčšie riziko platilo pre prípad severného lesu. Treba poznamenať že veľmi vysoké riziko a rýchlosť šírenia požiaru pre severný les nastalo aj z dôvodu určeného stúpania terénu 10°.

Z pozorovania výsledkov simulácií je možné určiť že najviac ohrozujúce faktory boli kombinácia vysokej hustoty zalesnenia spolu so stúpajúcim terénom a nízkou/stredne vysokou vlhkosťou ovzdušia. Vietor vplýval vo väčšej miere na výslednú rýchlosť požiaru než na riziko veľkoplošného šírenia. V prípade zahrnutia rieky do simulácie, nemôže byť výsledok braný ako presná reprezentácia reality, keďže nie je podložený reálnymi zdrojmi. Pri zmenšenom podiely živých stromov v simulácií nedochádzalo k výraznej zmene výsledku oproti prípadom s nastaveným 70% živým podielom stromov.

Faktor, ktorý je možné ovplyvniť ľudskou činnosťou v rámci prevencie je hustota zalesnenia. V rizikových oblastiach by mohlo dôjsť k odstráneniu mŕtvych stromov, čím by sa zmenšila hustota stromov a riziko vzniku šírenia veľkoplošného lesného požiaru. No vzhľadom na rozsiahle plochy a všeobecne zlú dostupnosť lesov je to náročné na účinné prevedenie. Z toho dôvodu je veľmi pravdepodobné že lesné požiare budú aj naďalej predstavovať veľké riziko v náchylných oblastiach po celom svete.

=Kód modelu=
[[Media:Klia11_sirenie_lesneho_poziaru.nlogo]]

=Zdroje=
<references/>

Šírenie lesného požiaru

2023-06-11T21:04:31Z

AdamKlima: /* Faktory/parametre */

''Táto stránka bola vypracovaná za účelom popisu simulácie šírenia lesného požiaru.''

'''Názov simulácie: ''' Šírenie lesného požiaru

'''Predmet:''' 4IT495 Simulace systémů

'''Semester:''' LS 2022/2023

'''Autor:''' Adam Klima, klia11 (vše username), AdamKlima (simulace.info username)

'''Modelovací nástroj:''' NetLogo

=Definícia problému=
Lesné požiare sú závažným problémom v mnohých regiónoch po celom svete, spôsobujú ničenie biotopov, stratu biodiverzity a ohrozujú ľudské životy a majetok. V roku 2022 bolo zaznamenaných 68 988 lesných požiarov, ktoré dohromady poškodili plochu o veľkosti 7.6 miliónov akrov<ref name="Wildfire Statistics">Wildfire Statistics https://sgp.fas.org/crs/misc/IF10244.pdf</ref>. Takmer 85% lesných požiarov je spôsobených ľudským zavinením<ref name="Humans and Wildfire">Wildfire Causes and Evaluations https://www.nps.gov/articles/wildfire-causes-and-evaluation.htm</ref>. Zvyšok predstavujú prírodné príčiny ako napríklad blesky alebo vulkanická aktivita. Po vzniku takéhoto nekontrolovaného požiaru je šírenie ovplyvňované faktormi ako sú: vietor, vlhkosť vzduchu, podiel živej a mŕtvej (vyschnutej) vegetácie, sklon terénu a hustota zalesnenia.

=Cieľ=
Simulácia má za cieľ priblížiť/predpovedať risk vzniku veľkoplošného požiaru a následne určiť rýchlosť šírenia, ktorému by takýto lesný požiar odpovedal na základe faktorov spomínaných v predchádzajúcom odstavci.

=Metóda=
Simulácia je implementovaná ako agentná simulácia. Stromy (vegetácia) predstavujú agentov, na ktoré vplývajú faktory ovplyvňujúce pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru.

=Model=
Simulácia sa odohráva na ploche o rozmeroch 50x50 patchov. Je uzavretá po stranách a simuluje šírenie požiaru smerom z ľavej strany doprava.

[[File:Obrazek1xyp.png]]
''Obrázok 1 – pohľad na celé používateľské rozhranie''

Obrázok 1 predstavuje zalesnenú oblasť. Stromy (agenti) môžu nadobudnúť nasledovné farby, ktoré znamenajú iný stav a správanie:
* Zelená: predstavuje živé stromy (dlhší čas horenia)
* Šedá: predstavuje mŕtve/vyschnuté stromy (kratší čas horenia)
* Tmavo červená: stromy zasiahnuté požiarom (bez potenciálu ďalšieho šírenia)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia) - zobrazené na obrázku číslo 2

[[File:Obrazek2xyp.png]]

''Obrázok 2 – znázornenie rieky a všetkých farebných stavov stromov''

Obrázok 2 predstavuje variantu simulácie s riekou, ktorá slúži ako prekážka pre šírenie požiaru. Rieka v závislosti na jej šírke a na intenzite/rýchlosti šírenia požiaru a má možnosť zastaviť/nezastaviť šírenie požiaru. Nové prvky oproti obrázku 1 znázorňujú:
* Modrá: znázorňuje rieku (ak sa používateľ rozhodne zahrnúť rieku, tak je vždy umiestnená do stredu plochy a je možné upravovať jej šírku)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia)

===Agenti===
Simulácia zahŕňa jeden druh agentov – stromy/vegetácia. Títo agenti môžu mať stav: živý, mŕtvy (suchý strom), zasiahnutý ohňom s potenciálom šírenia a zasiahnutý ohňom bez potenciálu šírenia. Podiel živých a mŕtvych stromov, ich hustota a rieka (áno/nie + šírka) sa určuje na začiatku simulácie. Zvyšné faktory nie sú vizuálne znázornené na ploche, no ovplyvňujú pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Požiar začína po celej vertikálnej dĺžke z ľavej strany plochy a na základe pôsobenia faktorov postupuje/nepostupuje smerom doprava.

===Faktory/parametre===
Následné nastaviteľné parametre vplývajú na pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru:
* Density: hustota zalesnenia plochy ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím hustejšia populácia stromov, tým vyššia pravdepodobnosť šírenia a rýchlosti požiaru<ref name="Tree Density">How Tree Density and Wildfire Impact Ecosystems on the Forest-Tundra Edge https://www.nps.gov/articles/000/densityplusfire.htm</ref>.
* percent-live: Percentuálny podiel živej vegetácie, ktorý sa odvádza od faktoru Density. Živé stromy majú nižšiu pravdepodobnosť šírenia požiaru a horia pomalšie ako mŕtve stromy<ref name="DEAD TREE REMOVAL">DEAD TREE REMOVAL https://www.readyforwildfire.org/prevent-wildfire/dead-tree-removal/</ref>.
* time-burn-live: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý živý strom svetlo červený (čiže má potenciál šíriť oheň na iné stromy), po uplynutí tohto času sa mení na tmavo červený a nešíri oheň ďalej.
* time-burn-dead: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý mŕtvy strom svetlo červený (nastavená hodnota by mala byť nižšia ako na slidery time-burn-live).
* probability-spread-live: pravdepodobnosť šírenia požiaru živých stromov
* probability-spread-dead: pravdepodobnosť šírenia požiaru mŕtvych stromov (hodnota by mala byť väčšia ako živé stromy)
* radius-of-fire-spread: Rádius, ktorý predstavuje dosah ohňa. V prípade súhry faktorov sa rádius zvyšuje, čo znamená väčšiu pravdepodobnosť šírenia a rýchlosť požiaru
* wind-speed: rýchlosť vetra (v km/h). Čím silnejší vietor, tým väčšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Na každých 10 metrov približné 10% zvýšenie pravdepodobnosti a rýchlosti šírenia<ref name="Wind speed">The 10% wind speed rule of thumb for estimating a wildfire’s forward rate of spread in forests and shrublands https://annforsci.biomedcentral.com/articles/10.1007/s13595-019-0829-8</ref>.
* humidity: relatívna vlhkosť vzduchu, ktorá ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím vyššia vlhkosť, tým menšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia<ref name="Humidity">How Does Humidity Affect a Fire? https://wfca.com/articles/how-does-humidity-affect-wildfire/</ref>.
* terrain-slope: uhol, ktorý reprezentuje uhol sklonu terénu (na celej ploche). Oheň sa šíri rýchlejšie smerom do kopca (až 2x zvýšenie rýchlosti a pravdepodobnosti šírenia pri každých + 10°). Smerom dole z kopca je šírenie naopak spomalené<ref name="Terrain slope">The science behind fire behaviour https://www.environment.sa.gov.au/topics/fire-management/fire-science-and-planning/fire-behaviour</ref>.
* river?: switch, ktorý určuje prítomnosť rieky (áno/nie).
* river-width: určuje šírku rieky. Ohľadne chovania rieky nebolo nájdené dostatočné množstvo dôveryhodných informácií, keďže je to dosť premenlivý faktor, ktorý je ťažko predpovedať. Každopádne v tejto simulácií pokiaľ je šírenie požiaru intenzívne, môže požiar prekonať aj stredne veľkú rieku a pokračovať v šírení na druhom brehu.

===Výstupné metriky===
Výstupné metriky sú zobrazené na obrázku 1 na pravej strane:
* Graf Percent burned: vertikálna osa určuje percento poškodenej/zasiahnutej plochy požiarom a horizontálna osa znázorňuje čas (v tikoch) počas ktorého sa požiar šíril na simulovanej ploche.
* Fire-speed: v prípade že sa oheň dostane z ľavej strany až na druhú stranu, tak fire-speed vypíše tik v ktorom k tomu došlo. (0 – oheň nedošiel na druhú stranu, ak je číslo väčšie ako nula tak čím nižšie číslo, tým vyššia rýchlosť šírenia požiaru).
* Percent burned: pomer stromov zasiahnutých požiarom k pôvodným stromom pred začiatkom požiaru (v percentách).
* probability-to-side: V prípade stlačenia tlačidla “simulate“ sa simuluje šírenie požiaru (toľko krát koľko je vybratých na slidery num-simulate) a výsledná hodnota v rozmedzí 0 – 1 predstavuje pravdepodobnosť zasiahnutia pravej strany požiarom.

=Výsledky=
Simulácie popísané v tejto časti budú rozdelené podľa zaradenia do lesného biomu. Druhy, ktoré boli simulované sú tropický les (tropické podnebie), severný les (subpolárne podnebie), listnatý les (mierne podnebie) a krovinatý les (subtropické podnebie). Určené hodnoty faktorov pri každej simulácií majú odrážať typický stav daného biomu.

Poznámka: pri každej simulácií bola použitá rovnaká hodnota pre nasledujúce parametre: probability-spread-live (14%), probability-spread-dead (33%), radius-of-fire-spread (1.00), time-burn-live (10), time-burn-dead (4), percent-live (70%) Tieto hodnoty po odskúšaní prinášali najkonzistnejšie výsledky.

Výsledky simulácií budú predstavovať priemernú hodnotu dosiahnutú po prevedení simulácie 20x

===Tropický les===
Príkladom pre hodnoty parametrov bol Amazonský tropický les.

Podstatným faktorom v prípade tropického lesa je relatívna vlhkosť, tá bola pri simulácií nastavená na 88%, keďže to je bežná hodnota počas monzúnového obdobia<ref name="Tropical rainforest biomes">Tropical rainforest biomes https://www.khanacademy.org/science/biology/ecology/biogeography/a/tropical-rainforest-biomes</ref>. Čo sa týka rýchlosti vetra, tak tá bola nastavená na 5 km/h, keďže tropické lesy väčšinou nemajú silný vietor<ref name="What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest">What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest? https://sciencing.com/wind-speeds-tropical-rainforest-23367.html</ref>. Uhol sklonu terénu bol nastavený na 0 – rovina. Hustota zalesnenia bola 75% -vysoká hustota zalesnenia.

[[File:Obrazek3xyp.png]]

''Obrázok 3 – tropický les''

Obrázok 3 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade tropického lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 9%. Napriek veľkej hustote stromov, ktorá by zvyšovala riziko šírenia ohňa, je to silno limitované veľkou relatívnou vlhkosťou vzduchu. Pravdepodobnosť že požiar prejde z ľavej strany plochy až na pravú bola 0%. Rýchlosť šírenia bola pomalá. (keďže výsledná rýchlosť sa počíta ako prvý “dotyk“ požiaru pravej strany tak nie je možné definovať priemernú rýchlosť v tikoch, ale len na základe pozorovania priebehu simulácie)

Výsledný verdikt za daných podmienok je malé riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka vysokej vlhkosti. Najväčší vplyv na veľkoplošné šírenie požiaru v tropickom lese predstavoval stúpajúci terén. Silnejší vietor by vplýval na šírenie a rýchlosť v menšej miere ako stúpajúci terén.

===Severný les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli Kanadské lesy severozápadného teritória.

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 61%<ref name="Climate in Northwest Territories Canada">Climate in Northwest Territories Canada https://www.worlddata.info/america/canada/climate-northwest-territories.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 12 km/h. Sklon v tomto prípade hrá podstatnú úlohu, keďže tieto oblasti sú často hornaté. Simulácia pracovala so sklonom 10°. Tieto lesy sú podobne ako tropické lesy husto zarastené stromami (70%). Do simulácie bola zahrnutá aj malá rieka (9).

[[File:Obrazek4xyp.png]]

''Obrázok 4 – severný les''

Obrázok 4 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade severného lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 98.2%. Veľká hustota stromov spolu so stúpajúcim svahom a vetru o sile 12 km/h prispela k veľmi závažnému šíreniu požiaru, ako aj vysokej dosiahnutej rýchlosti (v priemere 130 tikov pre dosiahnutie pravej strany). Relatívne malá rieka (9) nepredstavovala významnú prekážku pre požiar a bola prekonaná pri každom spustení simulácie – pravdepodobnosť dosiahnutia pravej strany bola 100% pri daných faktoroch.

Výsledný verdikt za daných podmienok je veľmi vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka kombinácií hustota/sklon svahu/vietor. Šírenie by bolo spomalené v prípade klesajúceho svahu, no intenzita požiaru by už bola pravdepodobne privysoká na jeho úplne zastavenie. Vlhkosť v tomto prípade nebola dostatočne vysoká pre spomalenie/zastavenie požiaru.

===Listnatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli listnaté lesy v Pennsylvánii (USA).

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 71%<ref name="Climate in Pennsylvania(United States)">Climate in Pennsylvania
(United States) https://www.worlddata.info/america/usa/climate-pennsylvania.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 10 km/h. Sklon pre simuláciu bol určený na hodnotu 0°. Hustota bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek5xyp.png]]

''Obrázok 5 – listnatý les''

Obrázok 5 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade listnatého lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 52.81%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 430 tikov, čo je podstatne pomalšie ako v prípade severného lesu. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 57.1%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je stredné riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Ako v predošlom prípade, kombinácia hustota/sklon svahu/vietor má veľký vplyv na šírenie a rýchlosť požiaru, no oproti severnému lesu je riziko menšie.

===Krovinatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli krovinaté lesy vo vnútrozemí Západnej Austrálie.

V období sucha je priemerná relatívna vlhkosť vzduchu približne 20%<ref name="Acacia shrublands">NVIS Fact sheet
MVG 16 – Acacia shrublands https://www.agriculture.gov.au/sites/default/files/documents/mvg16-nvis-acacia-shrublands.pdf</ref>. V dôsledku rovinatého terénu je toto prostredie náchylné na silnejší vietor, ktorý bol pre účely simulácie nastavený na 20 km/h. Sklon terénu bol určený na 0°. Hustota zalesnenia bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek6xyp.png]]

''Obrázok 6 – krovinový les''

Obrázok 6 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade krovinového lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 85.51%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 210 tikov, čo je pomerne rýchle šírenie vzhľadom na menšiu hustotu zalesnenia. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 93.3%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Veľmi nízka vlhkosť v kombinácií s mierne silným/silným vetrom má veľký vplyv na riziko šírenia a rýchlosť požiaru. Veľké riziko nezmenšuje výrazným spôsobom ani prítomnosť rovinatého terénu s menšou hustotou zalesnenia.

=Záver=
Lesný biom z najnižšou pravdepodobnosťou vzniku a šírenia veľkoplošného lesného požiaru bol tropický les. Naopak najväčšie riziko platilo pre prípad severného lesu. Treba poznamenať že veľmi vysoké riziko a rýchlosť šírenia požiaru pre severný les nastalo aj z dôvodu určeného stúpania terénu 10°.

Z pozorovania výsledkov simulácií je možné určiť že najviac ohrozujúce faktory boli kombinácia vysokej hustoty zalesnenia spolu so stúpajúcim terénom a nízkou/stredne vysokou vlhkosťou ovzdušia. Vietor vplýval vo väčšej miere na výslednú rýchlosť požiaru než na riziko veľkoplošného šírenia. V prípade zahrnutia rieky do simulácie, nemôže byť výsledok braný ako presná reprezentácia reality, keďže nie je podložený reálnymi zdrojmi. Pri zmenšenom podiely živých stromov v simulácií nedochádzalo k výraznej zmene výsledku oproti prípadom s nastaveným 70% živým podielom stromov.

Faktor, ktorý je možné ovplyvniť ľudskou činnosťou v rámci prevencie je hustota zalesnenia. V rizikových oblastiach by mohlo dôjsť k odstráneniu mŕtvych stromov, čím by sa zmenšila hustota stromov a riziko vzniku šírenia veľkoplošného lesného požiaru. No vzhľadom na rozsiahle plochy a všeobecne zlú dostupnosť lesov je to náročné na účinné prevedenie. Z toho dôvodu je veľmi pravdepodobné že lesné požiare budú aj naďalej predstavovať veľké riziko v náchylných oblastiach po celom svete.

=Kód modelu=
[[Media:Klia11_sirenie_lesneho_poziaru.nlogo]]

=Zdroje=
<references/>

Šírenie lesného požiaru

2023-06-11T21:02:58Z

AdamKlima: /* Agenti */

''Táto stránka bola vypracovaná za účelom popisu simulácie šírenia lesného požiaru.''

'''Názov simulácie: ''' Šírenie lesného požiaru

'''Predmet:''' 4IT495 Simulace systémů

'''Semester:''' LS 2022/2023

'''Autor:''' Adam Klima, klia11 (vše username), AdamKlima (simulace.info username)

'''Modelovací nástroj:''' NetLogo

=Definícia problému=
Lesné požiare sú závažným problémom v mnohých regiónoch po celom svete, spôsobujú ničenie biotopov, stratu biodiverzity a ohrozujú ľudské životy a majetok. V roku 2022 bolo zaznamenaných 68 988 lesných požiarov, ktoré dohromady poškodili plochu o veľkosti 7.6 miliónov akrov<ref name="Wildfire Statistics">Wildfire Statistics https://sgp.fas.org/crs/misc/IF10244.pdf</ref>. Takmer 85% lesných požiarov je spôsobených ľudským zavinením<ref name="Humans and Wildfire">Wildfire Causes and Evaluations https://www.nps.gov/articles/wildfire-causes-and-evaluation.htm</ref>. Zvyšok predstavujú prírodné príčiny ako napríklad blesky alebo vulkanická aktivita. Po vzniku takéhoto nekontrolovaného požiaru je šírenie ovplyvňované faktormi ako sú: vietor, vlhkosť vzduchu, podiel živej a mŕtvej (vyschnutej) vegetácie, sklon terénu a hustota zalesnenia.

=Cieľ=
Simulácia má za cieľ priblížiť/predpovedať risk vzniku veľkoplošného požiaru a následne určiť rýchlosť šírenia, ktorému by takýto lesný požiar odpovedal na základe faktorov spomínaných v predchádzajúcom odstavci.

=Metóda=
Simulácia je implementovaná ako agentná simulácia. Stromy (vegetácia) predstavujú agentov, na ktoré vplývajú faktory ovplyvňujúce pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru.

=Model=
Simulácia sa odohráva na ploche o rozmeroch 50x50 patchov. Je uzavretá po stranách a simuluje šírenie požiaru smerom z ľavej strany doprava.

[[File:Obrazek1xyp.png]]
''Obrázok 1 – pohľad na celé používateľské rozhranie''

Obrázok 1 predstavuje zalesnenú oblasť. Stromy (agenti) môžu nadobudnúť nasledovné farby, ktoré znamenajú iný stav a správanie:
* Zelená: predstavuje živé stromy (dlhší čas horenia)
* Šedá: predstavuje mŕtve/vyschnuté stromy (kratší čas horenia)
* Tmavo červená: stromy zasiahnuté požiarom (bez potenciálu ďalšieho šírenia)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia) - zobrazené na obrázku číslo 2

[[File:Obrazek2xyp.png]]

''Obrázok 2 – znázornenie rieky a všetkých farebných stavov stromov''

Obrázok 2 predstavuje variantu simulácie s riekou, ktorá slúži ako prekážka pre šírenie požiaru. Rieka v závislosti na jej šírke a na intenzite/rýchlosti šírenia požiaru a má možnosť zastaviť/nezastaviť šírenie požiaru. Nové prvky oproti obrázku 1 znázorňujú:
* Modrá: znázorňuje rieku (ak sa používateľ rozhodne zahrnúť rieku, tak je vždy umiestnená do stredu plochy a je možné upravovať jej šírku)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia)

===Agenti===
Simulácia zahŕňa jeden druh agentov – stromy/vegetácia. Títo agenti môžu mať stav: živý, mŕtvy (suchý strom), zasiahnutý ohňom s potenciálom šírenia a zasiahnutý ohňom bez potenciálu šírenia. Podiel živých a mŕtvych stromov, ich hustota a rieka (áno/nie + šírka) sa určuje na začiatku simulácie. Zvyšné faktory nie sú vizuálne znázornené na ploche, no ovplyvňujú pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Požiar začína po celej vertikálnej dĺžke z ľavej strany plochy a na základe pôsobenia faktorov postupuje/nepostupuje smerom doprava.

===Faktory/parametre===
Následné nastaviteľné parametre vplývajú na pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru:
* Density: hustota zalesnenia plochy ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím hustejšia populácia stromov, tým vyššia pravdepodobnosť šírenia a rýchlosti požiaru<ref name="Tree Density">How Tree Density and Wildfire Impact Ecosystems on the Forest-Tundra Edge https://www.nps.gov/articles/000/densityplusfire.htm</ref>.
* percent-live: Percentuálny podiel živej vegetácie, ktorý sa odvádza od faktoru Density. Živé stromy majú nižšiu pravdepodobnosť šírenia požiaru a horia pomalšie ako mŕtve stromy<ref name="DEAD TREE REMOVAL">DEAD TREE REMOVAL https://www.readyforwildfire.org/prevent-wildfire/dead-tree-removal/</ref>.
* time-burn-live: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý živý strom svetlo červený (čiže má poteniál šíriť oheň na iné stromy), po uplynutí tohto času sa mení na tmavo červený a nešíri oheň ďalej.
* time-burn-dead: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý mŕtvy strom svetlo červený (nastavená hodnota by mala byť nižšia ako na slidery time-burn-live).
* probability-spread-live: pravdepodobnosť šírenia požiaru živých stromov
* probability-spread-dead: pravdepodobnosť šírenia požiaru mŕtvych stromov (hodnota by mala byť väčšia ako živé stromy)
* radius-of-fire-spread: Rádius, ktorý predstavuje dosah ohňa. V prípade súhry faktorov sa rádius zvyšuje, čo znamená väčšiu pravdepodobnosť šírenia a rýchlosť požiaru
* wind-speed: rýchlosť vetra (v km/h). Čím silnejší vietor, tým väčšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Na každých 10 metrov približné 10% zvýšenie pravdepodobnosti a rýchlosti šírenia<ref name="Wind speed">The 10% wind speed rule of thumb for estimating a wildfire’s forward rate of spread in forests and shrublands https://annforsci.biomedcentral.com/articles/10.1007/s13595-019-0829-8</ref>.
* humidity: relatívna vlhkosť vzduchu, ktorá ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím vyššia vlhkosť, tým menšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia<ref name="Humidity">How Does Humidity Affect a Fire? https://wfca.com/articles/how-does-humidity-affect-wildfire/</ref>.
* terrain-slope: uhol, ktorý reprezentuje uhol sklonu terénu (na celej ploche). Oheň sa šíri rýchlejšie smerom do kopca (až 2x zvýšenie rýchlosti a pravdepodobnosti šírenia pri každých + 10°). Smerom dole z kopca je šírenie naopak spomalené<ref name="Terrain slope">The science behind fire behaviour https://www.environment.sa.gov.au/topics/fire-management/fire-science-and-planning/fire-behaviour</ref>.
* river?: switch, ktorý určuje prítomnosť rieky (áno/nie).
* river-width: určuje šírku rieky. Ohľadne chovania rieky nebolo nájdené dostatočné množstvo dôveryhodných informácií, keďže je to dosť premenlivý faktor, ktorý je ťažko predpovedať. Každopádne v tejto simulácií pokiaľ je šírenie požiaru intenzívne, môže požiar prekonať aj stredne veľkú rieku a pokračovať v šírení na druhom brehu.

===Výstupné metriky===
Výstupné metriky sú zobrazené na obrázku 1 na pravej strane:
* Graf Percent burned: vertikálna osa určuje percento poškodenej/zasiahnutej plochy požiarom a horizontálna osa znázorňuje čas (v tikoch) počas ktorého sa požiar šíril na simulovanej ploche.
* Fire-speed: v prípade že sa oheň dostane z ľavej strany až na druhú stranu, tak fire-speed vypíše tik v ktorom k tomu došlo. (0 – oheň nedošiel na druhú stranu, ak je číslo väčšie ako nula tak čím nižšie číslo, tým vyššia rýchlosť šírenia požiaru).
* Percent burned: pomer stromov zasiahnutých požiarom k pôvodným stromom pred začiatkom požiaru (v percentách).
* probability-to-side: V prípade stlačenia tlačidla “simulate“ sa simuluje šírenie požiaru (toľko krát koľko je vybratých na slidery num-simulate) a výsledná hodnota v rozmedzí 0 – 1 predstavuje pravdepodobnosť zasiahnutia pravej strany požiarom.

=Výsledky=
Simulácie popísané v tejto časti budú rozdelené podľa zaradenia do lesného biomu. Druhy, ktoré boli simulované sú tropický les (tropické podnebie), severný les (subpolárne podnebie), listnatý les (mierne podnebie) a krovinatý les (subtropické podnebie). Určené hodnoty faktorov pri každej simulácií majú odrážať typický stav daného biomu.

Poznámka: pri každej simulácií bola použitá rovnaká hodnota pre nasledujúce parametre: probability-spread-live (14%), probability-spread-dead (33%), radius-of-fire-spread (1.00), time-burn-live (10), time-burn-dead (4), percent-live (70%) Tieto hodnoty po odskúšaní prinášali najkonzistnejšie výsledky.

Výsledky simulácií budú predstavovať priemernú hodnotu dosiahnutú po prevedení simulácie 20x

===Tropický les===
Príkladom pre hodnoty parametrov bol Amazonský tropický les.

Podstatným faktorom v prípade tropického lesa je relatívna vlhkosť, tá bola pri simulácií nastavená na 88%, keďže to je bežná hodnota počas monzúnového obdobia<ref name="Tropical rainforest biomes">Tropical rainforest biomes https://www.khanacademy.org/science/biology/ecology/biogeography/a/tropical-rainforest-biomes</ref>. Čo sa týka rýchlosti vetra, tak tá bola nastavená na 5 km/h, keďže tropické lesy väčšinou nemajú silný vietor<ref name="What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest">What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest? https://sciencing.com/wind-speeds-tropical-rainforest-23367.html</ref>. Uhol sklonu terénu bol nastavený na 0 – rovina. Hustota zalesnenia bola 75% -vysoká hustota zalesnenia.

[[File:Obrazek3xyp.png]]

''Obrázok 3 – tropický les''

Obrázok 3 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade tropického lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 9%. Napriek veľkej hustote stromov, ktorá by zvyšovala riziko šírenia ohňa, je to silno limitované veľkou relatívnou vlhkosťou vzduchu. Pravdepodobnosť že požiar prejde z ľavej strany plochy až na pravú bola 0%. Rýchlosť šírenia bola pomalá. (keďže výsledná rýchlosť sa počíta ako prvý “dotyk“ požiaru pravej strany tak nie je možné definovať priemernú rýchlosť v tikoch, ale len na základe pozorovania priebehu simulácie)

Výsledný verdikt za daných podmienok je malé riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka vysokej vlhkosti. Najväčší vplyv na veľkoplošné šírenie požiaru v tropickom lese predstavoval stúpajúci terén. Silnejší vietor by vplýval na šírenie a rýchlosť v menšej miere ako stúpajúci terén.

===Severný les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli Kanadské lesy severozápadného teritória.

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 61%<ref name="Climate in Northwest Territories Canada">Climate in Northwest Territories Canada https://www.worlddata.info/america/canada/climate-northwest-territories.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 12 km/h. Sklon v tomto prípade hrá podstatnú úlohu, keďže tieto oblasti sú často hornaté. Simulácia pracovala so sklonom 10°. Tieto lesy sú podobne ako tropické lesy husto zarastené stromami (70%). Do simulácie bola zahrnutá aj malá rieka (9).

[[File:Obrazek4xyp.png]]

''Obrázok 4 – severný les''

Obrázok 4 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade severného lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 98.2%. Veľká hustota stromov spolu so stúpajúcim svahom a vetru o sile 12 km/h prispela k veľmi závažnému šíreniu požiaru, ako aj vysokej dosiahnutej rýchlosti (v priemere 130 tikov pre dosiahnutie pravej strany). Relatívne malá rieka (9) nepredstavovala významnú prekážku pre požiar a bola prekonaná pri každom spustení simulácie – pravdepodobnosť dosiahnutia pravej strany bola 100% pri daných faktoroch.

Výsledný verdikt za daných podmienok je veľmi vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka kombinácií hustota/sklon svahu/vietor. Šírenie by bolo spomalené v prípade klesajúceho svahu, no intenzita požiaru by už bola pravdepodobne privysoká na jeho úplne zastavenie. Vlhkosť v tomto prípade nebola dostatočne vysoká pre spomalenie/zastavenie požiaru.

===Listnatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli listnaté lesy v Pennsylvánii (USA).

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 71%<ref name="Climate in Pennsylvania(United States)">Climate in Pennsylvania
(United States) https://www.worlddata.info/america/usa/climate-pennsylvania.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 10 km/h. Sklon pre simuláciu bol určený na hodnotu 0°. Hustota bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek5xyp.png]]

''Obrázok 5 – listnatý les''

Obrázok 5 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade listnatého lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 52.81%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 430 tikov, čo je podstatne pomalšie ako v prípade severného lesu. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 57.1%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je stredné riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Ako v predošlom prípade, kombinácia hustota/sklon svahu/vietor má veľký vplyv na šírenie a rýchlosť požiaru, no oproti severnému lesu je riziko menšie.

===Krovinatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli krovinaté lesy vo vnútrozemí Západnej Austrálie.

V období sucha je priemerná relatívna vlhkosť vzduchu približne 20%<ref name="Acacia shrublands">NVIS Fact sheet
MVG 16 – Acacia shrublands https://www.agriculture.gov.au/sites/default/files/documents/mvg16-nvis-acacia-shrublands.pdf</ref>. V dôsledku rovinatého terénu je toto prostredie náchylné na silnejší vietor, ktorý bol pre účely simulácie nastavený na 20 km/h. Sklon terénu bol určený na 0°. Hustota zalesnenia bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek6xyp.png]]

''Obrázok 6 – krovinový les''

Obrázok 6 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade krovinového lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 85.51%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 210 tikov, čo je pomerne rýchle šírenie vzhľadom na menšiu hustotu zalesnenia. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 93.3%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Veľmi nízka vlhkosť v kombinácií s mierne silným/silným vetrom má veľký vplyv na riziko šírenia a rýchlosť požiaru. Veľké riziko nezmenšuje výrazným spôsobom ani prítomnosť rovinatého terénu s menšou hustotou zalesnenia.

=Záver=
Lesný biom z najnižšou pravdepodobnosťou vzniku a šírenia veľkoplošného lesného požiaru bol tropický les. Naopak najväčšie riziko platilo pre prípad severného lesu. Treba poznamenať že veľmi vysoké riziko a rýchlosť šírenia požiaru pre severný les nastalo aj z dôvodu určeného stúpania terénu 10°.

Z pozorovania výsledkov simulácií je možné určiť že najviac ohrozujúce faktory boli kombinácia vysokej hustoty zalesnenia spolu so stúpajúcim terénom a nízkou/stredne vysokou vlhkosťou ovzdušia. Vietor vplýval vo väčšej miere na výslednú rýchlosť požiaru než na riziko veľkoplošného šírenia. V prípade zahrnutia rieky do simulácie, nemôže byť výsledok braný ako presná reprezentácia reality, keďže nie je podložený reálnymi zdrojmi. Pri zmenšenom podiely živých stromov v simulácií nedochádzalo k výraznej zmene výsledku oproti prípadom s nastaveným 70% živým podielom stromov.

Faktor, ktorý je možné ovplyvniť ľudskou činnosťou v rámci prevencie je hustota zalesnenia. V rizikových oblastiach by mohlo dôjsť k odstráneniu mŕtvych stromov, čím by sa zmenšila hustota stromov a riziko vzniku šírenia veľkoplošného lesného požiaru. No vzhľadom na rozsiahle plochy a všeobecne zlú dostupnosť lesov je to náročné na účinné prevedenie. Z toho dôvodu je veľmi pravdepodobné že lesné požiare budú aj naďalej predstavovať veľké riziko v náchylných oblastiach po celom svete.

=Kód modelu=
[[Media:Klia11_sirenie_lesneho_poziaru.nlogo]]

=Zdroje=
<references/>

SS 2022/2023/cs

2023-06-11T20:35:36Z

AdamKlima: /* Vypracovaná témata LS 2022/2023 */

{{DISPLAYTITLE:LS 2022/2023}}

Semestrální práce (simulace) z letního semestru 2022/2023. Sem přidejte odkaz na stránku s Vaší prací.
Nejprve je třeba nechat schválit [[Assignment SS 2022/2023/cs|zadání práce]].

=Vypracovaná témata LS 2022/2023=
* [https://www.simulace.info/index.php/Velká_kysl%C3%ADková_katastrofa Velká kyslíková katastrofa] - Šimon Trčka
* [https://www.simulace.info/index.php/Predpove%C4%8F_priebehu_pand%C3%A9mie Predpoveď priebehu pandémie(Vensim)] - Adam Daniš
* [https://www.simulace.info/index.php/%C5%A0%C3%ADrenie_lesn%C3%A9ho_po%C5%BEiaru Šírenie lesného požiaru (NetLogo)] - Adam Klima

Šírenie lesného požiaru

2023-06-11T15:25:39Z

AdamKlima:

''Táto stránka bola vypracovaná za účelom popisu simulácie šírenia lesného požiaru.''

'''Názov simulácie: ''' Šírenie lesného požiaru

'''Predmet:''' 4IT495 Simulace systémů

'''Semester:''' LS 2022/2023

'''Autor:''' Adam Klima, klia11 (vše username), AdamKlima (simulace.info username)

'''Modelovací nástroj:''' NetLogo

=Definícia problému=
Lesné požiare sú závažným problémom v mnohých regiónoch po celom svete, spôsobujú ničenie biotopov, stratu biodiverzity a ohrozujú ľudské životy a majetok. V roku 2022 bolo zaznamenaných 68 988 lesných požiarov, ktoré dohromady poškodili plochu o veľkosti 7.6 miliónov akrov<ref name="Wildfire Statistics">Wildfire Statistics https://sgp.fas.org/crs/misc/IF10244.pdf</ref>. Takmer 85% lesných požiarov je spôsobených ľudským zavinením<ref name="Humans and Wildfire">Wildfire Causes and Evaluations https://www.nps.gov/articles/wildfire-causes-and-evaluation.htm</ref>. Zvyšok predstavujú prírodné príčiny ako napríklad blesky alebo vulkanická aktivita. Po vzniku takéhoto nekontrolovaného požiaru je šírenie ovplyvňované faktormi ako sú: vietor, vlhkosť vzduchu, podiel živej a mŕtvej (vyschnutej) vegetácie, sklon terénu a hustota zalesnenia.

=Cieľ=
Simulácia má za cieľ priblížiť/predpovedať risk vzniku veľkoplošného požiaru a následne určiť rýchlosť šírenia, ktorému by takýto lesný požiar odpovedal na základe faktorov spomínaných v predchádzajúcom odstavci.

=Metóda=
Simulácia je implementovaná ako agentná simulácia. Stromy (vegetácia) predstavujú agentov, na ktoré vplývajú faktory ovplyvňujúce pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru.

=Model=
Simulácia sa odohráva na ploche o rozmeroch 50x50 patchov. Je uzavretá po stranách a simuluje šírenie požiaru smerom z ľavej strany doprava.

[[File:Obrazek1xyp.png]]
''Obrázok 1 – pohľad na celé používateľské rozhranie''

Obrázok 1 predstavuje zalesnenú oblasť. Stromy (agenti) môžu nadobudnúť nasledovné farby, ktoré znamenajú iný stav a správanie:
* Zelená: predstavuje živé stromy (dlhší čas horenia)
* Šedá: predstavuje mŕtve/vyschnuté stromy (kratší čas horenia)
* Tmavo červená: stromy zasiahnuté požiarom (bez potenciálu ďalšieho šírenia)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia) - zobrazené na obrázku číslo 2

[[File:Obrazek2xyp.png]]

''Obrázok 2 – znázornenie rieky a všetkých farebných stavov stromov''

Obrázok 2 predstavuje variantu simulácie s riekou, ktorá slúži ako prekážka pre šírenie požiaru. Rieka v závislosti na jej šírke a na intenzite/rýchlosti šírenia požiaru a má možnosť zastaviť/nezastaviť šírenie požiaru. Nové prvky oproti obrázku 1 znázorňujú:
* Modrá: znázorňuje rieku (ak sa používateľ rozhodne zahrnúť rieku, tak je vždy umiestnená do stredu plochy a je možné upravovať jej šírku)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia)

===Agenti===
Simulácia zahŕňa jeden druh agentov – stromy/vegetácia. Títo agenti môžu mať stav: živý, mŕtvy (suchý strom), zasiahnutý ohňom s potenciálom šírenia a zasiahnutý ohňom bez potenciálu šírenia. Podiel živých a mŕtvych stromov a ich hustota sa určuje na začiatku simulácie. Zvyšné faktory ovplyvňujú pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Požiar začína po celej vertikálnej dĺžke z ľavej strany plochy a na základe faktorov postupuje/nepostupuje smerom doprava.

===Faktory/parametre===
Následné nastaviteľné parametre vplývajú na pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru:
* Density: hustota zalesnenia plochy ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím hustejšia populácia stromov, tým vyššia pravdepodobnosť šírenia a rýchlosti požiaru<ref name="Tree Density">How Tree Density and Wildfire Impact Ecosystems on the Forest-Tundra Edge https://www.nps.gov/articles/000/densityplusfire.htm</ref>.
* percent-live: Percentuálny podiel živej vegetácie, ktorý sa odvádza od faktoru Density. Živé stromy majú nižšiu pravdepodobnosť šírenia požiaru a horia pomalšie ako mŕtve stromy<ref name="DEAD TREE REMOVAL">DEAD TREE REMOVAL https://www.readyforwildfire.org/prevent-wildfire/dead-tree-removal/</ref>.
* time-burn-live: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý živý strom svetlo červený (čiže má poteniál šíriť oheň na iné stromy), po uplynutí tohto času sa mení na tmavo červený a nešíri oheň ďalej.
* time-burn-dead: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý mŕtvy strom svetlo červený (nastavená hodnota by mala byť nižšia ako na slidery time-burn-live).
* probability-spread-live: pravdepodobnosť šírenia požiaru živých stromov
* probability-spread-dead: pravdepodobnosť šírenia požiaru mŕtvych stromov (hodnota by mala byť väčšia ako živé stromy)
* radius-of-fire-spread: Rádius, ktorý predstavuje dosah ohňa. V prípade súhry faktorov sa rádius zvyšuje, čo znamená väčšiu pravdepodobnosť šírenia a rýchlosť požiaru
* wind-speed: rýchlosť vetra (v km/h). Čím silnejší vietor, tým väčšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Na každých 10 metrov približné 10% zvýšenie pravdepodobnosti a rýchlosti šírenia<ref name="Wind speed">The 10% wind speed rule of thumb for estimating a wildfire’s forward rate of spread in forests and shrublands https://annforsci.biomedcentral.com/articles/10.1007/s13595-019-0829-8</ref>.
* humidity: relatívna vlhkosť vzduchu, ktorá ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím vyššia vlhkosť, tým menšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia<ref name="Humidity">How Does Humidity Affect a Fire? https://wfca.com/articles/how-does-humidity-affect-wildfire/</ref>.
* terrain-slope: uhol, ktorý reprezentuje uhol sklonu terénu (na celej ploche). Oheň sa šíri rýchlejšie smerom do kopca (až 2x zvýšenie rýchlosti a pravdepodobnosti šírenia pri každých + 10°). Smerom dole z kopca je šírenie naopak spomalené<ref name="Terrain slope">The science behind fire behaviour https://www.environment.sa.gov.au/topics/fire-management/fire-science-and-planning/fire-behaviour</ref>.
* river?: switch, ktorý určuje prítomnosť rieky (áno/nie).
* river-width: určuje šírku rieky. Ohľadne chovania rieky nebolo nájdené dostatočné množstvo dôveryhodných informácií, keďže je to dosť premenlivý faktor, ktorý je ťažko predpovedať. Každopádne v tejto simulácií pokiaľ je šírenie požiaru intenzívne, môže požiar prekonať aj stredne veľkú rieku a pokračovať v šírení na druhom brehu.

===Výstupné metriky===
Výstupné metriky sú zobrazené na obrázku 1 na pravej strane:
* Graf Percent burned: vertikálna osa určuje percento poškodenej/zasiahnutej plochy požiarom a horizontálna osa znázorňuje čas (v tikoch) počas ktorého sa požiar šíril na simulovanej ploche.
* Fire-speed: v prípade že sa oheň dostane z ľavej strany až na druhú stranu, tak fire-speed vypíše tik v ktorom k tomu došlo. (0 – oheň nedošiel na druhú stranu, ak je číslo väčšie ako nula tak čím nižšie číslo, tým vyššia rýchlosť šírenia požiaru).
* Percent burned: pomer stromov zasiahnutých požiarom k pôvodným stromom pred začiatkom požiaru (v percentách).
* probability-to-side: V prípade stlačenia tlačidla “simulate“ sa simuluje šírenie požiaru (toľko krát koľko je vybratých na slidery num-simulate) a výsledná hodnota v rozmedzí 0 – 1 predstavuje pravdepodobnosť zasiahnutia pravej strany požiarom.

=Výsledky=
Simulácie popísané v tejto časti budú rozdelené podľa zaradenia do lesného biomu. Druhy, ktoré boli simulované sú tropický les (tropické podnebie), severný les (subpolárne podnebie), listnatý les (mierne podnebie) a krovinatý les (subtropické podnebie). Určené hodnoty faktorov pri každej simulácií majú odrážať typický stav daného biomu.

Poznámka: pri každej simulácií bola použitá rovnaká hodnota pre nasledujúce parametre: probability-spread-live (14%), probability-spread-dead (33%), radius-of-fire-spread (1.00), time-burn-live (10), time-burn-dead (4), percent-live (70%) Tieto hodnoty po odskúšaní prinášali najkonzistnejšie výsledky.

Výsledky simulácií budú predstavovať priemernú hodnotu dosiahnutú po prevedení simulácie 20x

===Tropický les===
Príkladom pre hodnoty parametrov bol Amazonský tropický les.

Podstatným faktorom v prípade tropického lesa je relatívna vlhkosť, tá bola pri simulácií nastavená na 88%, keďže to je bežná hodnota počas monzúnového obdobia<ref name="Tropical rainforest biomes">Tropical rainforest biomes https://www.khanacademy.org/science/biology/ecology/biogeography/a/tropical-rainforest-biomes</ref>. Čo sa týka rýchlosti vetra, tak tá bola nastavená na 5 km/h, keďže tropické lesy väčšinou nemajú silný vietor<ref name="What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest">What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest? https://sciencing.com/wind-speeds-tropical-rainforest-23367.html</ref>. Uhol sklonu terénu bol nastavený na 0 – rovina. Hustota zalesnenia bola 75% -vysoká hustota zalesnenia.

[[File:Obrazek3xyp.png]]

''Obrázok 3 – tropický les''

Obrázok 3 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade tropického lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 9%. Napriek veľkej hustote stromov, ktorá by zvyšovala riziko šírenia ohňa, je to silno limitované veľkou relatívnou vlhkosťou vzduchu. Pravdepodobnosť že požiar prejde z ľavej strany plochy až na pravú bola 0%. Rýchlosť šírenia bola pomalá. (keďže výsledná rýchlosť sa počíta ako prvý “dotyk“ požiaru pravej strany tak nie je možné definovať priemernú rýchlosť v tikoch, ale len na základe pozorovania priebehu simulácie)

Výsledný verdikt za daných podmienok je malé riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka vysokej vlhkosti. Najväčší vplyv na veľkoplošné šírenie požiaru v tropickom lese predstavoval stúpajúci terén. Silnejší vietor by vplýval na šírenie a rýchlosť v menšej miere ako stúpajúci terén.

===Severný les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli Kanadské lesy severozápadného teritória.

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 61%<ref name="Climate in Northwest Territories Canada">Climate in Northwest Territories Canada https://www.worlddata.info/america/canada/climate-northwest-territories.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 12 km/h. Sklon v tomto prípade hrá podstatnú úlohu, keďže tieto oblasti sú často hornaté. Simulácia pracovala so sklonom 10°. Tieto lesy sú podobne ako tropické lesy husto zarastené stromami (70%). Do simulácie bola zahrnutá aj malá rieka (9).

[[File:Obrazek4xyp.png]]

''Obrázok 4 – severný les''

Obrázok 4 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade severného lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 98.2%. Veľká hustota stromov spolu so stúpajúcim svahom a vetru o sile 12 km/h prispela k veľmi závažnému šíreniu požiaru, ako aj vysokej dosiahnutej rýchlosti (v priemere 130 tikov pre dosiahnutie pravej strany). Relatívne malá rieka (9) nepredstavovala významnú prekážku pre požiar a bola prekonaná pri každom spustení simulácie – pravdepodobnosť dosiahnutia pravej strany bola 100% pri daných faktoroch.

Výsledný verdikt za daných podmienok je veľmi vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka kombinácií hustota/sklon svahu/vietor. Šírenie by bolo spomalené v prípade klesajúceho svahu, no intenzita požiaru by už bola pravdepodobne privysoká na jeho úplne zastavenie. Vlhkosť v tomto prípade nebola dostatočne vysoká pre spomalenie/zastavenie požiaru.

===Listnatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli listnaté lesy v Pennsylvánii (USA).

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 71%<ref name="Climate in Pennsylvania(United States)">Climate in Pennsylvania
(United States) https://www.worlddata.info/america/usa/climate-pennsylvania.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 10 km/h. Sklon pre simuláciu bol určený na hodnotu 0°. Hustota bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek5xyp.png]]

''Obrázok 5 – listnatý les''

Obrázok 5 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade listnatého lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 52.81%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 430 tikov, čo je podstatne pomalšie ako v prípade severného lesu. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 57.1%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je stredné riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Ako v predošlom prípade, kombinácia hustota/sklon svahu/vietor má veľký vplyv na šírenie a rýchlosť požiaru, no oproti severnému lesu je riziko menšie.

===Krovinatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli krovinaté lesy vo vnútrozemí Západnej Austrálie.

V období sucha je priemerná relatívna vlhkosť vzduchu približne 20%<ref name="Acacia shrublands">NVIS Fact sheet
MVG 16 – Acacia shrublands https://www.agriculture.gov.au/sites/default/files/documents/mvg16-nvis-acacia-shrublands.pdf</ref>. V dôsledku rovinatého terénu je toto prostredie náchylné na silnejší vietor, ktorý bol pre účely simulácie nastavený na 20 km/h. Sklon terénu bol určený na 0°. Hustota zalesnenia bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek6xyp.png]]

''Obrázok 6 – krovinový les''

Obrázok 6 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade krovinového lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 85.51%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 210 tikov, čo je pomerne rýchle šírenie vzhľadom na menšiu hustotu zalesnenia. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 93.3%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Veľmi nízka vlhkosť v kombinácií s mierne silným/silným vetrom má veľký vplyv na riziko šírenia a rýchlosť požiaru. Veľké riziko nezmenšuje výrazným spôsobom ani prítomnosť rovinatého terénu s menšou hustotou zalesnenia.

=Záver=
Lesný biom z najnižšou pravdepodobnosťou vzniku a šírenia veľkoplošného lesného požiaru bol tropický les. Naopak najväčšie riziko platilo pre prípad severného lesu. Treba poznamenať že veľmi vysoké riziko a rýchlosť šírenia požiaru pre severný les nastalo aj z dôvodu určeného stúpania terénu 10°.

Z pozorovania výsledkov simulácií je možné určiť že najviac ohrozujúce faktory boli kombinácia vysokej hustoty zalesnenia spolu so stúpajúcim terénom a nízkou/stredne vysokou vlhkosťou ovzdušia. Vietor vplýval vo väčšej miere na výslednú rýchlosť požiaru než na riziko veľkoplošného šírenia. V prípade zahrnutia rieky do simulácie, nemôže byť výsledok braný ako presná reprezentácia reality, keďže nie je podložený reálnymi zdrojmi. Pri zmenšenom podiely živých stromov v simulácií nedochádzalo k výraznej zmene výsledku oproti prípadom s nastaveným 70% živým podielom stromov.

Faktor, ktorý je možné ovplyvniť ľudskou činnosťou v rámci prevencie je hustota zalesnenia. V rizikových oblastiach by mohlo dôjsť k odstráneniu mŕtvych stromov, čím by sa zmenšila hustota stromov a riziko vzniku šírenia veľkoplošného lesného požiaru. No vzhľadom na rozsiahle plochy a všeobecne zlú dostupnosť lesov je to náročné na účinné prevedenie. Z toho dôvodu je veľmi pravdepodobné že lesné požiare budú aj naďalej predstavovať veľké riziko v náchylných oblastiach po celom svete.

=Kód modelu=
[[Media:Klia11_sirenie_lesneho_poziaru.nlogo]]

=Zdroje=
<references/>

Šírenie lesného požiaru

2023-06-11T10:25:01Z

AdamKlima:

''Táto stránka bola vypracovaná za účelom popisu simulácie šírenia lesného požiaru.''

'''Názov simulácie: ''' Šírenie lesného požiaru

'''Predmet:''' 4IT495 Simulace systémů

'''Semester:''' LS 2022/2023

'''Autor:''' Adam Klima, klia11 (vše username), AdamKlima (simulace.info username)

'''Modelovací nástroj:''' NetLogo

=Definícia problému=
Lesné požiare sú závažným problémom v mnohých regiónoch po celom svete, spôsobujú ničenie biotopov, stratu biodiverzity a ohrozujú ľudské životy a majetok. V roku 2022 bolo zaznamenaných 68 988 lesných požiarov, ktoré dohromady poškodili plochu o veľkosti 7.6 miliónov akrov<ref name="Wildfire Statistics">https://sgp.fas.org/crs/misc/IF10244.pdf</ref>. Takmer 85% lesných požiarov je spôsobených ľudským zavinením<ref name="Humans and Wildfire">https://www.nps.gov/articles/wildfire-causes-and-evaluation.htm</ref>. Zvyšok predstavujú prírodné príčiny ako napríklad blesky alebo vulkanická aktivita. Po vzniku takéhoto nekontrolovaného požiaru je šírenie ovplyvňované faktormi ako sú: vietor, vlhkosť vzduchu, podiel živej a mŕtvej (vyschnutej) vegetácie, sklon terénu a hustota zalesnenia.

=Cieľ=
Simulácia má za cieľ priblížiť/predpovedať risk vzniku veľkoplošného požiaru a následne určiť rýchlosť šírenia, ktorému by takýto lesný požiar odpovedal na základe faktorov spomínaných v predchádzajúcom odstavci.

=Metóda=
Simulácia je implementovaná ako agentná simulácia. Stromy (vegetácia) predstavujú agentov, na ktoré vplývajú faktory ovplyvňujúce pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru.

=Model=
Simulácia sa odohráva na ploche o rozmeroch 50x50 patchov. Je uzavretá po stranách a simuluje šírenie požiaru smerom z ľavej strany doprava.

[[File:Obrazek1xyp.png]]
''Obrázok 1 – pohľad na celé používateľské rozhranie''

Obrázok 1 predstavuje zalesnenú oblasť. Stromy (agenti) môžu nadobudnúť nasledovné farby, ktoré znamenajú iný stav a správanie:
* Zelená: predstavuje živé stromy (dlhší čas horenia)
* Šedá: predstavuje mŕtve/vyschnuté stromy (kratší čas horenia)
* Tmavo červená: stromy zasiahnuté požiarom (bez potenciálu ďalšieho šírenia)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia) - zobrazené na obrázku číslo 2

[[File:Obrazek2xyp.png]]

''Obrázok 2 – znázornenie rieky a všetkých farebných stavov stromov''

Obrázok 2 predstavuje variantu simulácie s riekou, ktorá slúži ako prekážka pre šírenie požiaru. Rieka v závislosti na jej šírke a na intenzite/rýchlosti šírenia požiaru a má možnosť zastaviť/nezastaviť šírenie požiaru. Nové prvky oproti obrázku 1 znázorňujú:
* Modrá: znázorňuje rieku (ak sa používateľ rozhodne zahrnúť rieku, tak je vždy umiestnená do stredu plochy a je možné upravovať jej šírku)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia)

===Agenti===
Simulácia zahŕňa jeden druh agentov – stromy/vegetácia. Títo agenti môžu mať stav: živý, mŕtvy (suchý strom), zasiahnutý ohňom s potenciálom šírenia a zasiahnutý ohňom bez potenciálu šírenia. Podiel živých a mŕtvych stromov a ich hustota sa určuje na začiatku simulácie. Zvyšné faktory ovplyvňujú pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Požiar začína po celej vertikálnej dĺžke z ľavej strany plochy a na základe faktorov postupuje/nepostupuje smerom doprava.

===Faktory/parametre===
Následné nastaviteľné parametre vplývajú na pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru:
* Density: hustota zalesnenia plochy ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím hustejšia populácia stromov, tým vyššia pravdepodobnosť šírenia a rýchlosti požiaru<ref name="Tree Density">https://www.nps.gov/articles/000/densityplusfire.htm</ref>.
* percent-live: Percentuálny podiel živej vegetácie, ktorý sa odvádza od faktoru Density. Živé stromy majú nižšiu pravdepodobnosť šírenia požiaru a horia pomalšie ako mŕtve stromy<ref name="DEAD TREE REMOVAL">https://www.readyforwildfire.org/prevent-wildfire/dead-tree-removal/</ref>.
* time-burn-live: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý živý strom svetlo červený (čiže má poteniál šíriť oheň na iné stromy), po uplynutí tohto času sa mení na tmavo červený a nešíri oheň ďalej.
* time-burn-dead: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý mŕtvy strom svetlo červený (nastavená hodnota by mala byť nižšia ako na slidery time-burn-live).
* probability-spread-live: pravdepodobnosť šírenia požiaru živých stromov
* probability-spread-dead: pravdepodobnosť šírenia požiaru mŕtvych stromov (hodnota by mala byť väčšia ako živé stromy)
* radius-of-fire-spread: Rádius, ktorý predstavuje dosah ohňa. V prípade súhry faktorov sa rádius zvyšuje, čo znamená väčšiu pravdepodobnosť šírenia a rýchlosť požiaru
* wind-speed: rýchlosť vetra (v km/h). Čím silnejší vietor, tým väčšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Na každých 10 metrov približné 10% zvýšenie pravdepodobnosti a rýchlosti šírenia<ref name="Wind speed">https://annforsci.biomedcentral.com/articles/10.1007/s13595-019-0829-8</ref>.
* humidity: relatívna vlhkosť vzduchu, ktorá ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím vyššia vlhkosť, tým menšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia<ref name="Humidity">https://wfca.com/articles/how-does-humidity-affect-wildfire/</ref>.
* terrain-slope: uhol, ktorý reprezentuje uhol sklonu terénu (na celej ploche). Oheň sa šíri rýchlejšie smerom do kopca (až 2x zvýšenie rýchlosti a pravdepodobnosti šírenia pri každých + 10°). Smerom dole z kopca je šírenie naopak spomalené<ref name="Terrain slope">https://www.environment.sa.gov.au/topics/fire-management/fire-science-and-planning/fire-behaviour</ref>.
* river?: switch, ktorý určuje prítomnosť rieky (áno/nie).
* river-width: určuje šírku rieky. Ohľadne chovania rieky nebolo nájdené dostatočné množstvo dôveryhodných informácií, keďže je to dosť premenlivý faktor, ktorý je ťažko predpovedať. Každopádne v tejto simulácií pokiaľ je šírenie požiaru intenzívne, môže požiar prekonať aj stredne veľkú rieku a pokračovať v šírení na druhom brehu.

===Výstupné metriky===
Výstupné metriky sú zobrazené na obrázku 1 na pravej strane:
* Graf Percent burned: vertikálna osa určuje percento poškodenej/zasiahnutej plochy požiarom a horizontálna osa znázorňuje čas (v tikoch) počas ktorého sa požiar šíril na simulovanej ploche.
* Fire-speed: v prípade že sa oheň dostane z ľavej strany až na druhú stranu, tak fire-speed vypíše tik v ktorom k tomu došlo. (0 – oheň nedošiel na druhú stranu, ak je číslo väčšie ako nula tak čím nižšie číslo, tým vyššia rýchlosť šírenia požiaru).
* Percent burned: pomer stromov zasiahnutých požiarom k pôvodným stromom pred začiatkom požiaru (v percentách).
* probability-to-side: V prípade stlačenia tlačidla “simulate“ sa simuluje šírenie požiaru (toľko krát koľko je vybratých na slidery num-simulate) a výsledná hodnota v rozmedzí 0 – 1 predstavuje pravdepodobnosť zasiahnutia pravej strany požiarom.

=Výsledky=
Simulácie popísané v tejto časti budú rozdelené podľa zaradenia do lesného biomu. Druhy, ktoré boli simulované sú tropický les (tropické podnebie), severný les (subpolárne podnebie), listnatý les (mierne podnebie) a krovinatý les (subtropické podnebie). Určené hodnoty faktorov pri každej simulácií majú odrážať typický stav daného biomu.

Poznámka: pri každej simulácií bola použitá rovnaká hodnota pre nasledujúce parametre: probability-spread-live (14%), probability-spread-dead (33%), radius-of-fire-spread (1.00), time-burn-live (10), time-burn-dead (4), percent-live (70%) Tieto hodnoty po odskúšaní prinášali najkonzistnejšie výsledky.

Výsledky simulácií budú predstavovať priemernú hodnotu dosiahnutú po prevedení simulácie 15x

===Tropický les===
Príkladom pre hodnoty parametrov bol Amazonský tropický les.

Podstatným faktorom v prípade tropického lesa je relatívna vlhkosť, tá bola pri simulácií nastavená na 88%, keďže to je bežná hodnota počas monzúnového obdobia<ref name="Tropical rainforest biomes">https://www.khanacademy.org/science/biology/ecology/biogeography/a/tropical-rainforest-biomes</ref>. Čo sa týka rýchlosti vetra, tak tá bola nastavená na 5 km/h, keďže tropické lesy väčšinou nemajú silný vietor<ref name="What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest">https://sciencing.com/wind-speeds-tropical-rainforest-23367.html</ref>. Uhol sklonu terénu bol nastavený na 0 – rovina. Hustota zalesnenia bola 75% -vysoká hustota zalesnenia.

[[File:Obrazek3xyp.png]]

''Obrázok 3 – tropický les''

Obrázok 3 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade tropického lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 9%. Napriek veľkej hustote stromov, ktorá by zvyšovala riziko šírenia ohňa, je to silno limitované veľkou relatívnou vlhkosťou vzduchu. Pravdepodobnosť že požiar prejde z ľavej strany plochy až na pravú bola 0%. Rýchlosť šírenia bola pomalá. (keďže výsledná rýchlosť sa počíta ako prvý “dotyk“ požiaru pravej strany tak nie je možné definovať priemernú rýchlosť v tikoch, ale len na základe pozorovania priebehu simulácie)

Výsledný verdikt za daných podmienok je malé riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka vysokej vlhkosti. Najväčší vplyv na veľkoplošné šírenie požiaru v tropickom lese predstavoval stúpajúci terén. Silnejší vietor by vplýval na šírenie a rýchlosť v menšej miere ako stúpajúci terén.

===Severný les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli Kanadské lesy severozápadného teritória.

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 61%<ref name="Climate in Northwest Territories Canada">https://www.worlddata.info/america/canada/climate-northwest-territories.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 12 km/h. Sklon v tomto prípade hrá podstatnú úlohu, keďže tieto oblasti sú často hornaté. Simulácia pracovala so sklonom 10°. Tieto lesy sú podobne ako tropické lesy husto zarastené stromami (70%). Do simulácie bola zahrnutá aj malá rieka (9).

[[File:Obrazek4xyp.png]]

''Obrázok 4 – severný les''

Obrázok 4 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade severného lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 98.2%. Veľká hustota stromov spolu so stúpajúcim svahom a vetru o sile 12 km/h prispela k veľmi závažnému šíreniu požiaru, ako aj vysokej dosiahnutej rýchlosti (v priemere 130 tikov pre dosiahnutie pravej strany). Relatívne malá rieka (9) nepredstavovala významnú prekážku pre požiar a bola prekonaná pri každom spustení simulácie – pravdepodobnosť dosiahnutia pravej strany bola 100% pri daných faktoroch.

Výsledný verdikt za daných podmienok je veľmi vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka kombinácií hustota/sklon svahu/vietor. Šírenie by bolo spomalené v prípade klesajúceho svahu, no intenzita požiaru by už bola pravdepodobne privysoká na jeho úplne zastavenie. Vlhkosť v tomto prípade nebola dostatočne vysoká pre spomalenie/zastavenie požiaru.

===Listnatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli listnaté lesy v Pennsylvánii (USA).

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 71%<ref name="Climate in Pennsylvania(United States)">https://www.worlddata.info/america/usa/climate-pennsylvania.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 10 km/h. Sklon pre simuláciu bol určený na hodnotu 0°. Hustota bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek5xyp.png]]

''Obrázok 5 – listnatý les''

Obrázok 5 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade listnatého lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 52.81%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 430 tikov, čo je podstatne pomalšie ako v prípade severného lesu. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 57.1%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je stredné riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Ako v predošlom prípade, kombinácia hustota/sklon svahu/vietor má veľký vplyv na šírenie a rýchlosť požiaru, no oproti severnému lesu je riziko menšie.

===Krovinatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli krovinaté lesy vo vnútrozemí Západnej Austrálie.

V období sucha je priemerná relatívna vlhkosť vzduchu približne 20%<ref name="Acacia shrublands">https://www.agriculture.gov.au/sites/default/files/documents/mvg16-nvis-acacia-shrublands.pdf</ref>. V dôsledku rovinatého terénu je toto prostredie náchylné na silnejší vietor, ktorý bol pre účely simulácie nastavený na 20 km/h. Sklon terénu bol určený na 0°. Hustota zalesnenia bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek6xyp.png]]

''Obrázok 6 – krovinový les''

Obrázok 6 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade krovinového lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 85.51%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 210 tikov, čo je pomerne rýchle šírenie vzhľadom na menšiu hustotu zalesnenia. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 93.3%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Veľmi nízka vlhkosť v kombinácií s mierne silným/silným vetrom má veľký vplyv na riziko šírenia a rýchlosť požiaru. Veľké riziko nezmenšuje výrazným spôsobom ani prítomnosť rovinatého terénu s menšou hustotou zalesnenia.

=Záver=
Lesný biom z najnižšou pravdepodobnosťou vzniku a šírenia veľkoplošného lesného požiaru bol tropický les. Naopak najväčšie riziko platilo pre prípad severného lesu. Treba poznamenať že veľmi vysoké riziko a rýchlosť šírenia požiaru pre severný les nastalo aj z dôvodu určeného stúpania terénu 10°.

Z pozorovania výsledkov simulácií je možné určiť že najviac ohrozujúce faktory boli kombinácia vysokej hustoty zalesnenia spolu so stúpajúcim terénom a nízkou/stredne vysokou vlhkosťou ovzdušia. Vietor vplýval vo väčšej miere na výslednú rýchlosť požiaru než na riziko veľkoplošného šírenia. V prípade zahrnutia rieky do simulácie, nemôže byť výsledok braný ako presná reprezentácia reality, keďže nie je podložený reálnymi zdrojmi. Pri zmenšenom podiely živých stromov v simulácií nedochádzalo k výraznej zmene výsledku oproti prípadom s nastaveným 70% živým podielom stromov.

Faktor, ktorý je možné ovplyvniť ľudskou činnosťou v rámci prevencie je hustota zalesnenia. V rizikových oblastiach by mohlo dôjsť k odstráneniu mŕtvych stromov, čím by sa zmenšila hustota stromov a riziko vzniku šírenia veľkoplošného lesného požiaru. No vzhľadom na rozsiahle plochy a všeobecne zlú dostupnosť lesov je to náročné na účinné prevedenie. Z toho dôvodu je veľmi pravdepodobné že lesné požiare budú aj naďalej predstavovať veľké riziko v náchylných oblastiach po celom svete.

=Kód modelu=
[[Media:Klia11_sirenie_lesneho_poziaru.nlogo]]

=Zdroje=
<references/>

File:Klia11 sirenie lesneho poziaru.nlogo

2023-06-11T10:20:05Z

AdamKlima: NetLogo kód pre simuláciu šírenia lesného požiaru - Adam Klima

== Summary ==
NetLogo kód pre simuláciu šírenia lesného požiaru - Adam Klima

Šírenie lesného požiaru

2023-06-11T09:48:42Z

AdamKlima:

''Táto stránka bola vypracovaná za účelom popisu simulácie šírenia lesného požiaru.''

'''Názov simulácie: ''' Šírenie lesného požiaru

'''Predmet:''' 4IT495 Simulace systémů

'''Semester:''' LS 2022/2023

'''Autor:''' Adam Klima, klia11 (vše username), AdamKlima (simulace.info username)

'''Modelovací nástroj:''' NetLogo

=Definícia problému=
Lesné požiare sú závažným problémom v mnohých regiónoch po celom svete, spôsobujú ničenie biotopov, stratu biodiverzity a ohrozujú ľudské životy a majetok. V roku 2022 bolo zaznamenaných 68 988 lesných požiarov, ktoré dohromady poškodili plochu o veľkosti 7.6 miliónov akrov<ref name="Wildfire Statistics">https://sgp.fas.org/crs/misc/IF10244.pdf</ref>. Takmer 85% lesných požiarov je spôsobených ľudským zavinením<ref name="Humans and Wildfire">https://www.nps.gov/articles/wildfire-causes-and-evaluation.htm</ref>. Zvyšok predstavujú prírodné príčiny ako napríklad blesky alebo vulkanická aktivita. Po vzniku takéhoto nekontrolovaného požiaru je šírenie ovplyvňované faktormi ako sú: vietor, vlhkosť vzduchu, podiel živej a mŕtvej (vyschnutej) vegetácie, sklon terénu a hustota zalesnenia.

=Cieľ=
Simulácia má za cieľ priblížiť/predpovedať risk vzniku veľkoplošného požiaru a následne určiť rýchlosť šírenia, ktorému by takýto lesný požiar odpovedal na základe faktorov spomínaných v predchádzajúcom odstavci.

=Metóda=
Simulácia je implementovaná ako agentná simulácia. Stromy (vegetácia) predstavujú agentov, na ktoré vplývajú faktory ovplyvňujúce pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru.

=Model=
Simulácia sa odohráva na ploche o rozmeroch 50x50 patchov. Je uzavretá po stranách a simuluje šírenie požiaru smerom z ľavej strany doprava.

[[File:Obrazek1xyp.png]]
''Obrázok 1 – pohľad na celé používateľské rozhranie''

Obrázok 1 predstavuje zalesnenú oblasť. Stromy (agenti) môžu nadobudnúť nasledovné farby, ktoré znamenajú iný stav a správanie:
* Zelená: predstavuje živé stromy (dlhší čas horenia)
* Šedá: predstavuje mŕtve/vyschnuté stromy (kratší čas horenia)
* Tmavo červená: stromy zasiahnuté požiarom (bez potenciálu ďalšieho šírenia)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia) - zobrazené na obrázku číslo 2

[[File:Obrazek2xyp.png]]

''Obrázok 2 – znázornenie rieky a všetkých farebných stavov stromov''

Obrázok 2 predstavuje variantu simulácie s riekou, ktorá slúži ako prekážka pre šírenie požiaru. Rieka v závislosti na jej šírke a na intenzite/rýchlosti šírenia požiaru a má možnosť zastaviť/nezastaviť šírenie požiaru. Nové prvky oproti obrázku 1 znázorňujú:
* Modrá: znázorňuje rieku (ak sa používateľ rozhodne zahrnúť rieku, tak je vždy umiestnená do stredu plochy a je možné upravovať jej šírku)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia)

===Agenti===
Simulácia zahŕňa jeden druh agentov – stromy/vegetácia. Títo agenti môžu mať stav: živý, mŕtvy (suchý strom), zasiahnutý ohňom s potenciálom šírenia a zasiahnutý ohňom bez potenciálu šírenia. Podiel živých a mŕtvych stromov a ich hustota sa určuje na začiatku simulácie. Zvyšné faktory ovplyvňujú pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Požiar začína po celej vertikálnej dĺžke z ľavej strany plochy a na základe faktorov postupuje/nepostupuje smerom doprava.

===Faktory/parametre===
Následné nastaviteľné parametre vplývajú na pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru:
* Density: hustota zalesnenia plochy ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím hustejšia populácia stromov, tým vyššia pravdepodobnosť šírenia a rýchlosti požiaru<ref name="Tree Density">https://www.nps.gov/articles/000/densityplusfire.htm</ref>.
* percent-live: Percentuálny podiel živej vegetácie, ktorý sa odvádza od faktoru Density. Živé stromy majú nižšiu pravdepodobnosť šírenia požiaru a horia pomalšie ako mŕtve stromy<ref name="DEAD TREE REMOVAL">https://www.readyforwildfire.org/prevent-wildfire/dead-tree-removal/</ref>.
* time-burn-live: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý živý strom svetlo červený (čiže má poteniál šíriť oheň na iné stromy), po uplynutí tohto času sa mení na tmavo červený a nešíri oheň ďalej.
* time-burn-dead: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý mŕtvy strom svetlo červený (nastavená hodnota by mala byť nižšia ako na slidery time-burn-live).
* probability-spread-live: pravdepodobnosť šírenia požiaru živých stromov
* probability-spread-dead: pravdepodobnosť šírenia požiaru mŕtvych stromov (hodnota by mala byť väčšia ako živé stromy)
* radius-of-fire-spread: Rádius, ktorý predstavuje dosah ohňa. V prípade súhry faktorov sa rádius zvyšuje, čo znamená väčšiu pravdepodobnosť šírenia a rýchlosť požiaru
* wind-speed: rýchlosť vetra (v km/h). Čím silnejší vietor, tým väčšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Na každých 10 metrov približné 10% zvýšenie pravdepodobnosti a rýchlosti šírenia<ref name="Wind speed">https://annforsci.biomedcentral.com/articles/10.1007/s13595-019-0829-8</ref>.
* humidity: relatívna vlhkosť vzduchu, ktorá ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím vyššia vlhkosť, tým menšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia<ref name="Humidity">https://wfca.com/articles/how-does-humidity-affect-wildfire/</ref>.
* terrain-slope: uhol, ktorý reprezentuje uhol sklonu terénu (na celej ploche). Oheň sa šíri rýchlejšie smerom do kopca (až 2x zvýšenie rýchlosti a pravdepodobnosti šírenia pri každých + 10°). Smerom dole z kopca je šírenie naopak spomalené<ref name="Terrain slope">https://www.environment.sa.gov.au/topics/fire-management/fire-science-and-planning/fire-behaviour</ref>.
* river?: switch, ktorý určuje prítomnosť rieky (áno/nie).
* river-width: určuje šírku rieky. Ohľadne chovania rieky nebolo nájdené dostatočné množstvo dôveryhodných informácií, keďže je to dosť premenlivý faktor, ktorý je ťažko predpovedať. Každopádne v tejto simulácií pokiaľ je šírenie požiaru intenzívne, môže požiar prekonať aj stredne veľkú rieku a pokračovať v šírení na druhom brehu.

===Výstupné metriky===
Výstupné metriky sú zobrazené na obrázku 1 na pravej strane:
* Graf Percent burned: vertikálna osa určuje percento poškodenej/zasiahnutej plochy požiarom a horizontálna osa znázorňuje čas (v tikoch) počas ktorého sa požiar šíril na simulovanej ploche.
* Fire-speed: v prípade že sa oheň dostane z ľavej strany až na druhú stranu, tak fire-speed vypíše tik v ktorom k tomu došlo. (0 – oheň nedošiel na druhú stranu, ak je číslo väčšie ako nula tak čím nižšie číslo, tým vyššia rýchlosť šírenia požiaru).
* Percent burned: pomer stromov zasiahnutých požiarom k pôvodným stromom pred začiatkom požiaru (v percentách).
* probability-to-side: V prípade stlačenia tlačidla “simulate“ sa simuluje šírenie požiaru (toľko krát koľko je vybratých na slidery num-simulate) a výsledná hodnota v rozmedzí 0 – 1 predstavuje pravdepodobnosť zasiahnutia pravej strany požiarom.

=Výsledky=
Simulácie popísané v tejto časti budú rozdelené podľa zaradenia do lesného biomu. Druhy, ktoré boli simulované sú tropický les (tropické podnebie), severný les (subpolárne podnebie), listnatý les (mierne podnebie) a krovinatý les (subtropické podnebie). Určené hodnoty faktorov pri každej simulácií majú odrážať typický stav daného biomu.

Poznámka: pri každej simulácií bola použitá rovnaká hodnota pre nasledujúce parametre: probability-spread-live (14%), probability-spread-dead (33%), radius-of-fire-spread (1.00), time-burn-live (10), time-burn-dead (4), percent-live (70%) Tieto hodnoty po odskúšaní prinášali najkonzistnejšie výsledky.

Výsledky simulácií budú predstavovať priemernú hodnotu dosiahnutú po prevedení simulácie 15x

===Tropický les===
Príkladom pre hodnoty parametrov bol Amazonský tropický les.

Podstatným faktorom v prípade tropického lesa je relatívna vlhkosť, tá bola pri simulácií nastavená na 88%, keďže to je bežná hodnota počas monzúnového obdobia<ref name="Tropical rainforest biomes">https://www.khanacademy.org/science/biology/ecology/biogeography/a/tropical-rainforest-biomes</ref>. Čo sa týka rýchlosti vetra, tak tá bola nastavená na 5 km/h, keďže tropické lesy väčšinou nemajú silný vietor<ref name="What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest">https://sciencing.com/wind-speeds-tropical-rainforest-23367.html</ref>. Uhol sklonu terénu bol nastavený na 0 – rovina. Hustota zalesnenia bola 75% -vysoká hustota zalesnenia.

[[File:Obrazek3xyp.png]]

''Obrázok 3 – tropický les''

Obrázok 3 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade tropického lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 9%. Napriek veľkej hustote stromov, ktorá by zvyšovala riziko šírenia ohňa, je to silno limitované veľkou relatívnou vlhkosťou vzduchu. Pravdepodobnosť že požiar prejde z ľavej strany plochy až na pravú bola 0%. Rýchlosť šírenia bola pomalá. (keďže výsledná rýchlosť sa počíta ako prvý “dotyk“ požiaru pravej strany tak nie je možné definovať priemernú rýchlosť v tikoch, ale len na základe pozorovania priebehu simulácie)

Výsledný verdikt za daných podmienok je malé riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka vysokej vlhkosti. Najväčší vplyv na veľkoplošné šírenie požiaru v tropickom lese predstavoval stúpajúci terén. Silnejší vietor by vplýval na šírenie a rýchlosť v menšej miere ako stúpajúci terén.

===Severný les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli Kanadské lesy severozápadného teritória.

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 61%<ref name="Climate in Northwest Territories Canada">https://www.worlddata.info/america/canada/climate-northwest-territories.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 12 km/h. Sklon v tomto prípade hrá podstatnú úlohu, keďže tieto oblasti sú často hornaté. Simulácia pracovala so sklonom 10°. Tieto lesy sú podobne ako tropické lesy husto zarastené stromami (70%). Do simulácie bola zahrnutá aj malá rieka (9).

[[File:Obrazek4xyp.png]]

''Obrázok 4 – severný les''

Obrázok 4 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade severného lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 98.2%. Veľká hustota stromov spolu so stúpajúcim svahom a vetru o sile 12 km/h prispela k veľmi závažnému šíreniu požiaru, ako aj vysokej dosiahnutej rýchlosti (v priemere 130 tikov pre dosiahnutie pravej strany). Relatívne malá rieka (9) nepredstavovala významnú prekážku pre požiar a bola prekonaná pri každom spustení simulácie – pravdepodobnosť dosiahnutia pravej strany bola 100% pri daných faktoroch.

Výsledný verdikt za daných podmienok je veľmi vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka kombinácií hustota/sklon svahu/vietor. Šírenie by bolo spomalené v prípade klesajúceho svahu, no intenzita požiaru by už bola pravdepodobne privysoká na jeho úplne zastavenie. Vlhkosť v tomto prípade nebola dostatočne vysoká pre spomalenie/zastavenie požiaru.

===Listnatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli listnaté lesy v Pennsylvánii (USA).

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 71%<ref name="Climate in Pennsylvania(United States)">https://www.worlddata.info/america/usa/climate-pennsylvania.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 10 km/h. Sklon pre simuláciu bol určený na hodnotu 0°. Hustota bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek5xyp.png]]

''Obrázok 5 – listnatý les''

Obrázok 5 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade listnatého lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 52.81%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 430 tikov, čo je podstatne pomalšie ako v prípade severného lesu. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 57.1%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je stredné riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Ako v predošlom prípade, kombinácia hustota/sklon svahu/vietor má veľký vplyv na šírenie a rýchlosť požiaru, no oproti severnému lesu je riziko menšie.

===Krovinatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli krovinaté lesy vo vnútrozemí Západnej Austrálie.

V období sucha je priemerná relatívna vlhkosť vzduchu približne 20%<ref name="Acacia shrublands">https://www.agriculture.gov.au/sites/default/files/documents/mvg16-nvis-acacia-shrublands.pdf</ref>. V dôsledku rovinatého terénu je toto prostredie náchylné na silnejší vietor, ktorý bol pre účely simulácie nastavený na 20 km/h. Sklon terénu bol určený na 0°. Hustota zalesnenia bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek6xyp.png]]

''Obrázok 6 – krovinový les''

Obrázok 6 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade krovinového lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 85.51%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 210 tikov, čo je pomerne rýchle šírenie vzhľadom na menšiu hustotu zalesnenia. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 93.3%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Veľmi nízka vlhkosť v kombinácií s mierne silným/silným vetrom má veľký vplyv na riziko šírenia a rýchlosť požiaru. Veľké riziko nezmenšuje výrazným spôsobom ani prítomnosť rovinatého terénu s menšou hustotou zalesnenia.

=Záver=
Lesný biom z najnižšou pravdepodobnosťou vzniku a šírenia veľkoplošného lesného požiaru bol tropický les. Naopak najväčšie riziko platilo pre prípad severného lesu. Treba poznamenať že veľmi vysoké riziko a rýchlosť šírenia požiaru pre severný les nastalo aj z dôvodu určeného stúpania terénu 10°.

Z pozorovania výsledkov simulácií je možné určiť že najviac ohrozujúce faktory boli kombinácia vysokej hustoty zalesnenia spolu so stúpajúcim terénom a nízkou/stredne vysokou vlhkosťou ovzdušia. Vietor vplýval vo väčšej miere na výslednú rýchlosť požiaru než na riziko veľkoplošného šírenia. V prípade zahrnutia rieky do simulácie, nemôže byť výsledok braný ako presná reprezentácia reality, keďže nie je podložený reálnymi zdrojmi. Pri zmenšenom podiely živých stromov v simulácií nedochádzalo k výraznej zmene výsledku oproti prípadom s nastaveným 70% živým podielom stromov.

Faktor, ktorý je možné ovplyvniť ľudskou činnosťou v rámci prevencie je hustota zalesnenia. V rizikových oblastiach by mohlo dôjsť k odstráneniu mŕtvych stromov, čím by sa zmenšila hustota stromov a riziko vzniku šírenia veľkoplošného lesného požiaru. No vzhľadom na rozsiahle plochy a všeobecne zlú dostupnosť lesov je to náročné na účinné prevedenie. Z toho dôvodu je veľmi pravdepodobné že lesné požiare budú aj naďalej predstavovať veľké riziko v náchylných oblastiach po celom svete.

=Kód modelu=

=Zdroje=
<references/>

Šírenie lesného požiaru

2023-06-10T23:00:48Z

AdamKlima:

''Táto stránka bola vypracovaná za účelom popisu simulácie šírenia lesného požiaru.''

'''Názov simulácie: ''' Šírenie lesného požiaru

'''Autor:''' Adam Klima, klia11 (vše username), AdamKlima (simulace.info username)

'''Modelovací nástroj:''' NetLogo

=Definícia problému=
Lesné požiare sú závažným problémom v mnohých regiónoch po celom svete, spôsobujú ničenie biotopov, stratu biodiverzity a ohrozujú ľudské životy a majetok. V roku 2022 bolo zaznamenaných 68 988 lesných požiarov, ktoré dohromady poškodili plochu o veľkosti 7.6 miliónov akrov<ref name="Wildfire Statistics">https://sgp.fas.org/crs/misc/IF10244.pdf</ref>. Takmer 85% lesných požiarov je spôsobených ľudským zavinením<ref name="Humans and Wildfire">https://www.nps.gov/articles/wildfire-causes-and-evaluation.htm</ref>. Zvyšok predstavujú prírodné príčiny ako napríklad blesky alebo vulkanická aktivita. Po vzniku takéhoto nekontrolovaného požiaru je šírenie ovplyvňované faktormi ako sú: vietor, vlhkosť vzduchu, podiel živej a mŕtvej (vyschnutej) vegetácie, sklon terénu a hustota zalesnenia.

=Cieľ=
Simulácia má za cieľ priblížiť/predpovedať risk vzniku veľkoplošného požiaru a následne určiť rýchlosť šírenia, ktorému by takýto lesný požiar odpovedal na základe faktorov spomínaných v predchádzajúcom odstavci.

=Metóda=
Simulácia je implementovaná ako agentná simulácia. Stromy (vegetácia) predstavujú agentov, na ktoré vplývajú faktory ovplyvňujúce pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru.

=Model=
Simulácia sa odohráva na ploche o rozmeroch 50x50 patchov. Je uzavretá po stranách a simuluje šírenie požiaru smerom z ľavej strany doprava.

[[File:Obrazek1xyp.png]]
''Obrázok 1 – pohľad na celé používateľské rozhranie''

Obrázok 1 predstavuje zalesnenú oblasť. Stromy (agenti) môžu nadobudnúť nasledovné farby, ktoré znamenajú iný stav a správanie:
* Zelená: predstavuje živé stromy (dlhší čas horenia)
* Šedá: predstavuje mŕtve/vyschnuté stromy (kratší čas horenia)
* Tmavo červená: stromy zasiahnuté požiarom (bez potenciálu ďalšieho šírenia)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia) - zobrazené na obrázku číslo 2

[[File:Obrazek2xyp.png]]

''Obrázok 2 – znázornenie rieky a všetkých farebných stavov stromov''

Obrázok 2 predstavuje variantu simulácie s riekou, ktorá slúži ako prekážka pre šírenie požiaru. Rieka v závislosti na jej šírke a na intenzite/rýchlosti šírenia požiaru a má možnosť zastaviť/nezastaviť šírenie požiaru. Nové prvky oproti obrázku 1 znázorňujú:
* Modrá: znázorňuje rieku (ak sa používateľ rozhodne zahrnúť rieku, tak je vždy umiestnená do stredu plochy a je možné upravovať jej šírku)
* Svetlo červená: stromy zasiahnuté požiarom (s potenciálom ďalšieho šírenia)

===Agenti===
Simulácia zahŕňa jeden druh agentov – stromy/vegetácia. Títo agenti môžu mať stav: živý, mŕtvy (suchý strom), zasiahnutý ohňom s potenciálom šírenia a zasiahnutý ohňom bez potenciálu šírenia. Podiel živých a mŕtvych stromov a ich hustota sa určuje na začiatku simulácie. Zvyšné faktory ovplyvňujú pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Požiar začína po celej vertikálnej dĺžke z ľavej strany plochy a na základe faktorov postupuje/nepostupuje smerom doprava.

===Faktory/parametre===
Následné nastaviteľné parametre vplývajú na pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru:
* Density: hustota zalesnenia plochy ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím hustejšia populácia stromov, tým vyššia pravdepodobnosť šírenia a rýchlosti požiaru<ref name="Tree Density">https://www.nps.gov/articles/000/densityplusfire.htm</ref>.
* percent-live: Percentuálny podiel živej vegetácie, ktorý sa odvádza od faktoru Density. Živé stromy majú nižšiu pravdepodobnosť šírenia požiaru a horia pomalšie ako mŕtve stromy<ref name="DEAD TREE REMOVAL">https://www.readyforwildfire.org/prevent-wildfire/dead-tree-removal/</ref>.
* time-burn-live: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý živý strom svetlo červený (čiže má poteniál šíriť oheň na iné stromy), po uplynutí tohto času sa mení na tmavo červený a nešíri oheň ďalej.
* time-burn-dead: počet tikov počas ktorých je zasiahnutý mŕtvy strom svetlo červený (nastavená hodnota by mala byť nižšia ako na slidery time-burn-live).
* probability-spread-live: pravdepodobnosť šírenia požiaru živých stromov
* probability-spread-dead: pravdepodobnosť šírenia požiaru mŕtvych stromov (hodnota by mala byť väčšia ako živé stromy)
* radius-of-fire-spread: Rádius, ktorý predstavuje dosah ohňa. V prípade súhry faktorov sa rádius zvyšuje, čo znamená väčšiu pravdepodobnosť šírenia a rýchlosť požiaru
* wind-speed: rýchlosť vetra (v km/h). Čím silnejší vietor, tým väčšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Na každých 10 metrov približné 10% zvýšenie pravdepodobnosti a rýchlosti šírenia<ref name="Wind speed">https://annforsci.biomedcentral.com/articles/10.1007/s13595-019-0829-8</ref>.
* humidity: relatívna vlhkosť vzduchu, ktorá ovplyvňuje pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia požiaru. Čím vyššia vlhkosť, tým menšia pravdepodobnosť a rýchlosť šírenia<ref name="Humidity">https://wfca.com/articles/how-does-humidity-affect-wildfire/</ref>.
* terrain-slope: uhol, ktorý reprezentuje uhol sklonu terénu (na celej ploche). Oheň sa šíri rýchlejšie smerom do kopca (až 2x zvýšenie rýchlosti a pravdepodobnosti šírenia pri každých + 10°). Smerom dole z kopca je šírenie naopak spomalené<ref name="Terrain slope">https://www.environment.sa.gov.au/topics/fire-management/fire-science-and-planning/fire-behaviour</ref>.
* river?: switch, ktorý určuje prítomnosť rieky (áno/nie).
* river-width: určuje šírku rieky. Ohľadne chovania rieky nebolo nájdené dostatočné množstvo dôveryhodných informácií, keďže je to dosť premenlivý faktor, ktorý je ťažko predpovedať. Každopádne v tejto simulácií pokiaľ je šírenie požiaru intenzívne, môže požiar prekonať aj stredne veľkú rieku a pokračovať v šírení na druhom brehu.

===Výstupné metriky===
Výstupné metriky sú zobrazené na obrázku 1 na pravej strane:
* Graf Percent burned: vertikálna osa určuje percento poškodenej/zasiahnutej plochy požiarom a horizontálna osa znázorňuje čas (v tikoch) počas ktorého sa požiar šíril na simulovanej ploche.
* Fire-speed: v prípade že sa oheň dostane z ľavej strany až na druhú stranu, tak fire-speed vypíše tik v ktorom k tomu došlo. (0 – oheň nedošiel na druhú stranu, ak je číslo väčšie ako nula tak čím nižšie číslo, tým vyššia rýchlosť šírenia požiaru).
* Percent burned: pomer stromov zasiahnutých požiarom k pôvodným stromom pred začiatkom požiaru (v percentách).
* probability-to-side: V prípade stlačenia tlačidla “simulate“ sa simuluje šírenie požiaru (toľko krát koľko je vybratých na slidery num-simulate) a výsledná hodnota v rozmedzí 0 – 1 predstavuje pravdepodobnosť zasiahnutia pravej strany požiarom.

=Výsledky=
Simulácie popísané v tejto časti budú rozdelené podľa zaradenia do lesného biomu. Druhy, ktoré boli simulované sú tropický les (tropické podnebie), severný les (subpolárne podnebie), listnatý les (mierne podnebie) a krovinatý les (subtropické podnebie). Určené hodnoty faktorov pri každej simulácií majú odrážať typický stav daného biomu.

Poznámka: pri každej simulácií bola použitá rovnaká hodnota pre nasledujúce parametre: probability-spread-live (14%), probability-spread-dead (33%), radius-of-fire-spread (1.00), time-burn-live (10), time-burn-dead (4), percent-live (70%) Tieto hodnoty po odskúšaní prinášali najkonzistnejšie výsledky.

Výsledky simulácií budú predstavovať priemernú hodnotu dosiahnutú po prevedení simulácie 15x

===Tropický les===
Príkladom pre hodnoty parametrov bol Amazonský tropický les.

Podstatným faktorom v prípade tropického lesa je relatívna vlhkosť, tá bola pri simulácií nastavená na 88%, keďže to je bežná hodnota počas monzúnového obdobia<ref name="Tropical rainforest biomes">https://www.khanacademy.org/science/biology/ecology/biogeography/a/tropical-rainforest-biomes</ref>. Čo sa týka rýchlosti vetra, tak tá bola nastavená na 5 km/h, keďže tropické lesy väčšinou nemajú silný vietor<ref name="What Are the Wind Speeds in a Tropical Rainforest">https://sciencing.com/wind-speeds-tropical-rainforest-23367.html</ref>. Uhol sklonu terénu bol nastavený na 0 – rovina. Hustota zalesnenia bola 75% -vysoká hustota zalesnenia.

[[File:Obrazek3xyp.png]]

''Obrázok 3 – tropický les''

Obrázok 3 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade tropického lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 9%. Napriek veľkej hustote stromov, ktorá by zvyšovala riziko šírenia ohňa, je to silno limitované veľkou relatívnou vlhkosťou vzduchu. Pravdepodobnosť že požiar prejde z ľavej strany plochy až na pravú bola 0%. Rýchlosť šírenia bola pomalá. (keďže výsledná rýchlosť sa počíta ako prvý “dotyk“ požiaru pravej strany tak nie je možné definovať priemernú rýchlosť v tikoch, ale len na základe pozorovania priebehu simulácie)

Výsledný verdikt za daných podmienok je malé riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka vysokej vlhkosti. Najväčší vplyv na veľkoplošné šírenie požiaru v tropickom lese predstavoval stúpajúci terén. Silnejší vietor by vplýval na šírenie a rýchlosť v menšej miere ako stúpajúci terén.

===Severný les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli Kanadské lesy severozápadného teritória.

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 61%<ref name="Climate in Northwest Territories Canada">https://www.worlddata.info/america/canada/climate-northwest-territories.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 12 km/h. Sklon v tomto prípade hrá podstatnú úlohu, keďže tieto oblasti sú často hornaté. Simulácia pracovala so sklonom 10°. Tieto lesy sú podobne ako tropické lesy husto zarastené stromami (70%). Do simulácie bola zahrnutá aj malá rieka (9).

[[File:Obrazek4xyp.png]]

''Obrázok 4 – severný les''

Obrázok 4 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade severného lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 98.2%. Veľká hustota stromov spolu so stúpajúcim svahom a vetru o sile 12 km/h prispela k veľmi závažnému šíreniu požiaru, ako aj vysokej dosiahnutej rýchlosti (v priemere 130 tikov pre dosiahnutie pravej strany). Relatívne malá rieka (9) nepredstavovala významnú prekážku pre požiar a bola prekonaná pri každom spustení simulácie – pravdepodobnosť dosiahnutia pravej strany bola 100% pri daných faktoroch.

Výsledný verdikt za daných podmienok je veľmi vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru vďaka kombinácií hustota/sklon svahu/vietor. Šírenie by bolo spomalené v prípade klesajúceho svahu, no intenzita požiaru by už bola pravdepodobne privysoká na jeho úplne zastavenie. Vlhkosť v tomto prípade nebola dostatočne vysoká pre spomalenie/zastavenie požiaru.

===Listnatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli listnaté lesy v Pennsylvánii (USA).

Vlhkosť sa v letných mesiacoch pohybuje v priemere okolo 71%<ref name="Climate in Pennsylvania(United States)">https://www.worlddata.info/america/usa/climate-pennsylvania.php</ref>. Vietor je v týchto oblastiach premenlivý, pre účely simulácie bol určený na 10 km/h. Sklon pre simuláciu bol určený na hodnotu 0°. Hustota bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek5xyp.png]]

''Obrázok 5 – listnatý les''

Obrázok 5 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade listnatého lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 52.81%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 430 tikov, čo je podstatne pomalšie ako v prípade severného lesu. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 57.1%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je stredné riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Ako v predošlom prípade, kombinácia hustota/sklon svahu/vietor má veľký vplyv na šírenie a rýchlosť požiaru, no oproti severnému lesu je riziko menšie.

===Krovinatý les===
Príkladom pre hodnoty parametrov boli krovinaté lesy vo vnútrozemí Západnej Austrálie.

V období sucha je priemerná relatívna vlhkosť vzduchu približne 20%<ref name="Acacia shrublands">https://www.agriculture.gov.au/sites/default/files/documents/mvg16-nvis-acacia-shrublands.pdf</ref>. V dôsledku rovinatého terénu je toto prostredie náchylné na silnejší vietor, ktorý bol pre účely simulácie nastavený na 20 km/h. Sklon terénu bol určený na 0°. Hustota zalesnenia bola nastavená na 62%.

[[File:Obrazek6xyp.png]]

''Obrázok 6 – krovinový les''

Obrázok 6 predstavuje priemerný výsledok simulácie v prípade krovinového lesa. Požiarom zasiahnutý podiel zo všetkých stromov pred začiatkom simulácie predstavoval v priemere 85.51%. Priemerná rýchlosť šírenia požiaru bola 210 tikov, čo je pomerne rýchle šírenie vzhľadom na menšiu hustotu zalesnenia. Pravdepodobnosť, že požiar prekoná celú plochu až k pravej strane bola 93.3%.

Výsledný verdikt za daných podmienok je vysoké riziko vzniku rozsiahleho požiaru. Veľmi nízka vlhkosť v kombinácií s mierne silným/silným vetrom má veľký vplyv na riziko šírenia a rýchlosť požiaru. Veľké riziko nezmenšuje výrazným spôsobom ani prítomnosť rovinatého terénu s menšou hustotou zalesnenia.

=Záver=
Lesný biom z najnižšou pravdepodobnosťou vzniku a šírenia veľkoplošného lesného požiaru bol tropický les. Naopak najväčšie riziko platilo pre prípad severného lesu. Treba poznamenať že veľmi vysoké riziko a rýchlosť šírenia požiaru pre severný les nastalo aj z dôvodu určeného stúpania terénu 10°.

Z pozorovania výsledkov simulácií je možné určiť že najviac ohrozujúce faktory boli kombinácia vysokej hustoty zalesnenia spolu so stúpajúcim terénom a nízkou/stredne vysokou vlhkosťou ovzdušia. Vietor vplýval vo väčšej miere na výslednú rýchlosť požiaru než na riziko veľkoplošného šírenia. V prípade zahrnutia rieky do simulácie, nemôže byť výsledok braný ako presná reprezentácia reality, keďže nie je podložený reálnymi zdrojmi. Pri zmenšenom podiely živých stromov v simulácií nedochádzalo k výraznej zmene výsledku oproti prípadom s nastaveným 70% živým podielom stromov.

Faktor, ktorý je možné ovplyvniť ľudskou činnosťou v rámci prevencie je hustota zalesnenia. V rizikových oblastiach by mohlo dôjsť k odstráneniu mŕtvych stromov, čím by sa zmenšila hustota stromov a riziko vzniku šírenia veľkoplošného lesného požiaru. No vzhľadom na rozsiahle plochy a všeobecne zlú dostupnosť lesov je to náročné na účinné prevedenie. Z toho dôvodu je veľmi pravdepodobné že lesné požiare budú aj naďalej predstavovať veľké riziko v náchylných oblastiach po celom svete.

=Kód modelu=

=Zdroje=
<references/>

File:Obrazek6xyp.png

2023-06-10T22:54:05Z

AdamKlima: Obrázok 6 – krovinový les

== Summary ==
Obrázok 6 – krovinový les

File:Obrazek5xyp.png

2023-06-10T22:49:42Z

AdamKlima: Obrázok 5 – listnatý les

== Summary ==
Obrázok 5 – listnatý les

File:Obrazek4xyp.png

2023-06-10T22:44:59Z

AdamKlima: Obrázok 4 – severný les

== Summary ==
Obrázok 4 – severný les

File:Obrazek3xyp.png

2023-06-10T22:38:09Z

AdamKlima: Obrázok 3 – tropický les

== Summary ==
Obrázok 3 – tropický les

File:Obrazek2xyp.png

2023-06-10T22:15:55Z

AdamKlima: Obrázok 2 – znázornenie rieky a všetkých farebných stavov stromov

== Summary ==
Obrázok 2 – znázornenie rieky a všetkých farebných stavov stromov

File:Obrazek1xyp.png

2023-06-10T21:47:39Z

AdamKlima: Obrázok 1 – pohľad na celé používateľské rozhranie

== Summary ==
Obrázok 1 – pohľad na celé používateľské rozhranie

Šírenie lesného požiaru

2023-06-10T12:10:20Z

AdamKlima:

Šírenie lesného požiaru

2023-06-10T12:04:56Z

AdamKlima: Created page with "''Táto stránka bola vypracovaná za účelom popisu simulácie šírenia lesného požiaru.'' '''Názov simulácie: ''' Šírenie lesného požiaru '''Autor:''' Adam Klima..."

Assignment SS 2022/2023/cs

2023-05-12T18:09:35Z

AdamKlima: /* Simulant */

{{DISPLAYTITLE:Zadání LS 2022/2023}}

{{Ambox
| text = <div>
Na tuto stránku vkládejte svá zadání. Nezapomeňte se podepsat. Můžete použít <nowiki>~~~~</nowiki> (čtyři tildy) k automatickému podpisu. Používejte Ukázat náhled, abyste si prohlédli Váš výsledek před konečným odesláním.
</div>
}}

{{Ambox
| text = <div>
Prosíme, snažte se formulovat Vaše zadání pečlive. S ohledem na to, že jde o Vaši semestrální práci, očekáváme adekvátní úsilí vynaložené na zadání. Nezapomeňte, že hlavním výsledkem má být výzkumná zpráva, což znamená, že Váš simulační model musí generovat takové výsledky, které jsou konkrétní, měřitelné a ověřitelné. Pečlivě promyslete, jakým způsobem budete vyvíjet Váš model, odvoďte entity, které budete používat, nakreslete si diagram modelu, zvažte, co budete měřit. Teprve pokud máte o modelu dostatečně přesnou představu, vložte Vaše zadání. A samozřejmě, nezapomeňte si prosím přečíst [[How to deal with the simulation assignment/cs|Jak na simulace]].
</div>
}}

{{Ambox
| text = <div>
Témata na téma hazardních her, karet, vývoje cen akcií/indexů '''nejsou''' vítány.
</div>
}}

{{Ambox
| type = content
| text = <div>
Abychom se vyhnuli případnému budoucímu nedorozumnění, prosíme, ověřte si, že máte tučné '''schváleno''' někde v našem komentáři pod Vaším zadání. Pokud tam není '''schváleno''', znamená to, že Vaše zadání dosud schváleno nebylo.
</div>
}}

== Simulace: Veřejné toalety ==
Spokojenost uživatelů veřejných toalet v závislosti na úklidu a jeho frekvenci.

=== Návrh simulovaného ===
Veřejné pánské záchodky v OC Palladium.

=== Cíl simulace ===
Prokázat, že:

<blockquote>
Na záchodcích špína je, 
kdo uteče, vyhraje. 
Když se úklid zlepší, 
radost bude větší. 
Dojde papír, není čas, 
hajzlbába spasí nás!
</blockquote>

Překlad pro ty, co nejsou takový střevo, jako já: <blockquote>Cílem je prokázat, že častější úklid na veřejných toaletách má za následek větší spokojenost "uživatelů".</blockquote>

=== Použitá metoda a prostředí ===

Multiagentní simulace v programu NetLogo.

Bude zde několik druhů agentů, každý s různými proměnnými. Například návštěvník bude mít spokojenost, kabinka zásobu papíru a čistotu atd.

=== Simulant ===

[[User:Kouj09|Kouj09]] ([[User talk:Kouj09|talk]]) 16:13, 7 May 2023 (CET)

: Kvituji kreativitu, mám trochu problém s měřením spokojenosti, protože to je dost měkká metrika, ale každopádně se budete muset trochu víc rozepsat. Ze zadání musí být vidět, že to máte dobře promyšlené. Podívejte se na zadání našich cvičných úloh např. Kolik bude agentů, jakých? Jaké budou mít parametry? Proč budou mít takové parametry? Jak budou interagovat, atd. atd. atd. Klidně vč nákresů, tabulek. Řešiteli by mělo ke zpracovní řešení víceméně stačit to, co je v zadání. [[User:Tomáš|Tomáš]] ([[User talk:Tomáš|talk]]) 17:48, 12 May 2023 (CET)

== Simulace: Vývoj sítě dobíjecích stanic ==

=== Co je úkolem simulovat ===

Stabilitu dobíjecí sítě pro elektromobily v závislosti na růstu počtu obnovitelných zdrojů a poklesu výroby elektřiny z tradičních zdrojů. To celé v návaznosti růstu počtu elektromobilů do roku 2035.

=== Cíl simulace ===

Popsat v jakém případě a počtu bude síť dobíjecích stanic v ČR stabilní. Jaké zdroje a v jakém množství nastavit v různé dynamice.

=== Použitá metoda a prostředí ===

Systémová dynamika v programu Vensim

Celá simulace vyjde z podkladových dat Ministerstva průmyslu a obchodu. Viz: [https://www.mpo.cz/cz/energetika/statistika/statistika-a-evidence-cerpacich-a-dobijecich-stanic/]

Práce bude pracovat s přehledem dobíjecích stanic z MPO za roky (2011-2022) [https://www.mpo.cz/cz/energetika/statistika/statistika-a-evidence-cerpacich-a-dobijecich-stanic/ MPO]

S publikací "Rozvoj obnovitelných zdrojů v ČR do roku 2030" z Karlovy univerzity Zdroj: [https://www.czp.cuni.cz/czp/images/2021/COZP_2021_Rozvoj_OZE_2030.pdf]

Hodnocení zdrojové přiměřenosti MPO Zdroj: [https://www.mpo.cz/assets/cz/energetika/elektroenergetika/2023/5/Hodnoceni-zdrojove-primerenosti-elektrizacni-soustavy-CR-2022.pdf OZE 2040]

Výhled elektromobility v ČR od České spořitelny [https://www.csas.cz/content/dam/cz/csas/www_csas_cz/Dokumenty-korporat/Dokumenty/Analytici/vyhled_elektromobility_v_CR_2019_03.pdf CSAS]

Vývoj elektromobility v ČR a ve světě pohledem autoprůmyslu [https://www.mpo.cz/assets/cz/energetika/strategicke-a-koncepcni-dokumenty/narodni-akcni-plan-pro-chytre-site/2020/9/Prezentace-SAP.pdf MPO]

=== Simulant ===

Tomáš Koťara

[[User:Kott03|Kott03]] ([[User talk:Kott03|talk]]) 19:30, 7 May 2023 (CET)
: Můžete ještě rozepsat, s jakými konkrétními parametry (proměnnými) bude Vaše simulace pracovat? [[User:Oleg.Svatos|Oleg.Svatos]] ([[User talk:Oleg.Svatos|talk]]) 18:50, 7 May 2023 (CET)
:: '''Schváleno''' [[User:Oleg.Svatos|Oleg.Svatos]] ([[User talk:Oleg.Svatos|talk]]) 07:08, 10 May 2023 (CET)

== Simulace: Hon na slimáky ==

Vytvořím simulaci, v které se budou nacházet následující agenti. Slimáci, kteří jsou nechtěnými návštěvníky zahrádek. Indičtí běžci, kteří si rádi pochutnávají na slimácích. A lidé, kteří zabíjejí slimáky.

Cílem simulace bude mapovat počet jednotlivých agentů a zjistit, zda je účinnější zabíjet slimáky ručně nebo to nechat na indických běžcích.

Budu používat NetLogo.

[[User:Cizt01|Cizt01]] ([[User talk:Cizt01|talk]]) 17:01, 8 May 2023 (CET)

: To by byla asi tisící stopadesátá osmá reinkarnace klasického modelu Predator & Prey. Obávám se, že to tu už bylo mnohokrát. Zkuste vymyslet něco nového. [[User:Tomáš|Tomáš]] ([[User talk:Tomáš|talk]]) 17:50, 12 May 2023 (CET)

== Simulace: Nákup a výběr míst na koncertu ==

=== Návrh simulace ===
Simulace chování zákazníků při nákupu vstupenek a výběru míst na koncert.

=== Cíl simulace ===
Popsat chování zákazníků, kteří mají tendenci přemýšlet nad nákupem vstupenky a výběru místa dle ceny vstupenky, atraktivity konané akce, vzdálenosti místa od pódia apod.

=== Použitá metoda a prostředí ===

Multiagentní simulace v NetLogo.

[[User:Trat13|Trat13]] ([[User talk:Trat13|talk]])trat13

: Obávám se, že takhle mi to asi úplně nestačí. Ze zadání musí být vidět, že to máte dobře, do detailu promyšlené. Podívejte se na zadání našich cvičných úloh např. Kolik bude agentů, jakých? Jaké budou mít parametry? Proč budou mít takové parametry? Jak budou interagovat, atd. atd. atd. Klidně vč nákresů, tabulek. Řešiteli by mělo ke zpracovní řešení víceméně stačit to, co je v zadání. [[User:Tomáš|Tomáš]] ([[User talk:Tomáš|talk]]) 17:51, 12 May 2023 (CET)

== Simulace růstu rostlin v prostředí se změnami klimatu ==

=== Popis problému ===
V poslední době naznamenáváme výrazné změny v klimatu. S tím se nám přestává dařit pěstovat některé rostliny a vzniká prostor pro pěstování jiných druhů rostlin. Růst rostlin a jejich vývoj jsou ovlivněny mnoha faktory, jako jsou například kvalita půdy, množství slunce, voda, živiny, teplota a konkurence s jinými rostlinami. Tyto faktory mohou mít velký vliv na růst a vývoj rostlin a jejich schopnost produkovat plody.

=== Popis a cíl simulace ===
Cílem simulace je zobrazit, jak rostliny rostou v různých prostředích a jaké faktory ovlivňují jejich růst. Prostředí zahrady může obsahovat různé faktory, jako jsou kvalita půdy, množství slunce a deště, konkurence s jinými rostlinami, atd. Rostliny v simulaci budou mít různé vlastnosti a charakteristiky, jako jsou například velikost, rychlost růstu a citlivost na různé faktory prostředí. Cílem simulace je zobrazit, jak se různé kombinace faktorů prostředí a vlastností rostlin odrážejí v růstu a vývoji rostlin v čase.

=== Platforma ===
NetLogo

Bude zde několik druhů agentů, každý s různými proměnnými. Například rostlina: rychlost růstu, potřeba vody a živin.

=== Simulant ===

[[User:Cerl16|Cerl16]] ([[User talk:Cerl16|talk]])

: Obávám se, že takhle mi to asi úplně nestačí. Ze zadání musí být vidět, že to máte dobře, do detailu promyšlené. Rámcově možná budiž, ale nejsem si úplně jist, že je to kandidát na agentní simulaci. Jak mají ty rostliny interagovat? Konkrétně, prosím. [[User:Tomáš|Tomáš]] ([[User talk:Tomáš|talk]]) 17:54, 12 May 2023 (CET)

== Simulace: Stádo pakoňů ==

=== Předmět simulace ===
Předmětem simulace bude stádo pakoňů a jejich schopnost přežit útoky lvů v závislosti na několika parametrech.

Mezi parametry bude patřit např.:
* intenzita následování vůdce smečky (od čistého "flocking" chování po intenzivní následování vůdce)
* věkové rozdělení stáda (rozdílné vlastnosti pakoňů dle věku)
* velikost stáda
* počet menších stád
* počet lvů
* strategie lvů (nahodilé běhání za kořistí, výběr nejslabšího, spolupráce atd)

Lvi budou mít také určité parametry jako výdrž, kvůli kterým může lov skončit neúspěchem

=== Cíl simulace ===
Najít chování stáda (parametry), které zaručí nejvyšší přežití

=== Použitá metoda a prostředí ===

NetLogo

=== Simulant ===

[[User:Mulp00|Mulp00]] ([[User talk:Mulp00|talk]]) 23:44, 9 May 2023 (CET)

: Predator & Prey zpracovaný už nesčetněkrát... nějaký náznak originality tam ale vidím, nedokážu to takhle ale posoudit. Rozpracujte prosím zadání do daleko větší míry detailu. [[User:Tomáš|Tomáš]] ([[User talk:Tomáš|talk]]) 17:55, 12 May 2023 (CET)

== Simulace: Předpověď počasí ==

=== Návrh simulace ===
Pár si domlouvá, jaký den budou mít svatbu. Jejich největší přání je, aby jim vyšlo počasí, protože chtějí mít svatbu venku. Hodila by se jim proto simulace předpovědi počasí. Přáli by si na jejich výjimečný den, aby bylo mezi 20-23 stupni (ne moc teplo, ne moc zima), nepršelo a bylo během dne co nejvíce slunečno. Na výběr jsou tři místa, kde by se jim svatba líbila.

Simulace bude obsahovat data během posledních tří let (2020, 2021, 2022), pro tři lokace (Praha-Klementinum, Jihlava, Liberec):
* průměrné, maximální a minimální denní teploty
* denní úhrn srážek
* denní úhrn doby trvání slunečního svitu

* data budou získána z Českého hydrometeorologického ústavu viz odkaz https://www.chmi.cz/historicka-data/pocasi/denni-data/Denni-data-dle-z.-123-1998-Sb

=== Cíl simulace ===
Zjistit, jaký den/období a místo je nejlepší pro konání svatby, dle přání našeho páru.

=== Použitá metoda a prostředí ===
Monte Carlo v Excelu.

=== Simulant ===

[[User:plat01|plat01]] ([[User talk:plat01|talk]])

: '''Schváleno''', jen pozor na to, že je třeba pracovat s tím, že ty výše uvedené parametry nejsou na sobě nezávislé. Dejte si i pak záležet na interpretaci (popisu variability) výsledků - né jen nějaký průměr. [[User:Oleg.Svatos|Oleg.Svatos]] ([[User talk:Oleg.Svatos|talk]]) 07:43, 11 May 2023 (CET)

== Simulace: Vývoj cen energií ==

=== Definice problému ===
Bytový dům v okresním městě XY (přesnou polohu záměrně anonymizuji) čelí jako zbytek domácností v Česku nárůstu cen energií. Jedná se o nezateplený dům. Jeho obyvatelé včele se SVJ se zajímají, zda má význam investovat do výměny způsobu topení, do izolace baráku nebo jiných možností, které mají vliv na snížení spotřeby topení a tedy nákladů jednotlivých domácností na energie.

=== Cíl simulace ===
Nasimulovat vývoj cen jednotlivých energií a porovnat je s: návratností případné investice (investic) a současným stavem/kontextem.

=== Použitá metoda a prostředí ===
Monte Carlo v Excelu.

=== Data a parametry ===
Historická měsíční data za posledních 5 let pro:
* vývoj cen energií: elektřina: https://www.kurzy.cz/komodity/cena-elektriny-graf-vyvoje-ceny/, plyn: https://www.kurzy.cz/komodity/zemni-plyn-graf-vyvoje-ceny/
* náklady bytového domu na topení: interní účetnictví SVJ
* spotřeba energií bytového domu: interní dokumenty SVJ
* rozmezí topné sezóny

(Odkaz na data od bytové jednotky nejsou veřejně dostupná. Budou získána přes blízkou osobu. V případě potřeby jejich konkretizace poskytnu důkaz o jejich pravosti v soukromé korespondenci.)

=== Simulant ===

[[User:marh07|marh07l]] ([[User talk:marh07|talk]])

:'''Schváleno''', ale pamatujte na to, že ten odhad cen energií by měl nějak rozumně pracovat s tím, že ceny teď zažily šok, ale už se vrací zase níže do nového "normálu" ( je to třeba zohlednit při odvozování pravděpodobnostních rozdělení) jinak z toho vyjde pěkná ptákovina... Dejte si i pak záležet na interpretaci (popisu variability) výsledků - né jen nějaký průměr. [[User:Oleg.Svatos|Oleg.Svatos]] ([[User talk:Oleg.Svatos|talk]]) 07:35, 11 May 2023 (CET)

== Simulace výběru střední školy na základě vzdělávacích preferencí a očekávání budoucí kariéry ==

=== Obsah simulace ===

Simulace výběru střední školy studenty základní školy s ohledem na jejich osobní preference, sociální zázemí a očekávání budoucího zaměstnání nebo případně dalšího stupně vzdělávání.

=== Cíl simulace ===

Vytvořit model simulace, který reflektuje faktory ovlivňující výběr střední školy.

=== Použitá metoda a prostředí ===
Sytémová dynamika v programu Vensim

=== Zdroje ===
Práce bude vycházet z

a) analýz a dat Národního ústavu pro vzdělávání, školské poradenské zařízení a zařízení pro další vzdělávání pedagogických pracovníků (NÚV)

[https://karolinum.cz/data/clanek/5011/OS_3_2013_07_Trhlikova.pdf Volba střední školy a její hodnocení v kontextu další vzdělávací a profesní dráhy]

[https://www.nuov.cz/uploads/Vzdelavani_a_TP/AnalyzaKP_ZSaSS_pro_www.pdf Jak žáci základních a středních škol vybírají svou další vzdělávací nebo pracovní kariéru]

[https://www.infoabsolvent.cz/Temata/PublikaceAbsolventi?Stranka=9-0-37 Rozhodování žáků při volbě vzdělávací cesty a úspěšnost vstupu na trh práce]

[https://archiv-nuv.npi.cz/uploads/Vzdelavani_a_TP/KP_Volba_zaci_rodice_pro_www.pdf Rozhodování žáků základních a středních škol o dalším studiu a práci v pohledu žáků i jejich rodičů]

[https://nuov.cz/uploads/Vzdelavani_a_TP/AnalyzaKP_ZSaSS_pro_www.pdf Jak žáci základních a středních škol vybírají svou další vzdělávací nebo pracovní kariéru]

b) publikací organizace Než zazvoní, která se věnuje marketingu a poradenství pro základní školy

[https://www.nezzazvoni.cz/pruzkumy-a-data/ Průzkumy a data]

c) dotazníkových šetření vysokoškolských závěrečných prací:

[https://theses.cz/id/loq22t/STAG85043.pdf Motivace žáků při výběru středních škol]

[https://www.vyplnto.cz/realizovane-pruzkumy/krajsky-portal-skolstvi/ Výběr střední školy]

[https://is.muni.cz/th/dtc2p/432985.pdf Faktory ovlivňující volbu oboru vzdělávání na středních školách]

=== Simulant ===
[[User:Hajt03|Hajt03]] ([[User talk:Hajt03|talk]]) 21:13, 10 May 2023 (CET)

:Téma dobré - '''schváleno''', ale pamatujete na to, aby to byla vůbec simulace z rodiny systémové dynamiky a tedy Vensim, musí obsahovat zpětné smyčky (tedy, že různé parametry se ovlivňují navzájem) - nemůže to být jen parametrický strom.[[User:Oleg.Svatos|Oleg.Svatos]] ([[User talk:Oleg.Svatos|talk]]) 07:29, 11 May 2023 (CET)

== Simulace: Klinické studie ==

=== Návrh simulace ===

Simulace bude modelovat průběh klinické studie pro nový lék s ohledem na výskyt nežádoucích účinků. Model bude zahrnovat výběr a přiřazení pacientů do léčebných skupin, monitorování pacientů po dobu léčby a sledování výskytu, závažnosti a nahlašování nežádoucích účinků.

=== Cíl simulace ===

Cílem simulace bude posoudit bezpečnost a účinnost nového léku prostřednictvím analýzy výskytu nežádoucích účinků a porovnání mezi léčebnou skupinou a placebem. Dále bude zkoumáno, jaké faktory ovlivňují detekci a nahlašování nežádoucích účinků v průběhu klinické studie.

=== Použitá metoda a prostředí ===

Multiagentní simulace v NetLogo.

Jednotliví agenti budou reprezentovat pacienty, kteří budou mít své vlastnosti, jako je věk, pohlaví, závažnost onemocnění a léčebná odpověď. Pacienti budou náhodně přiřazeni k léčebným skupinám a budou podrobeni léčbě po určitou dobu.

Simulace bude zahrnovat proměnné jako velikost a charakteristiky vzorku pacientů, délka a specifika léčby, frekvence monitorování pacientů a zaznamenávání nežádoucích účinků.

=== Simulant ===

[[User:Petj22|Petj22]] ([[User talk:Petj22|talk]]) 21:28, 10 May 2023 (CET)

: Rámcově by to asi šlo, ale přijde mi to dost nekonkrétní. Obstarejte si data a navrhněte to podrobně se zcela konkrétními parametry. Trochu se obávám, že tam budete mít trochu problém. Možná je ke zvážení zúžit to na případ jedné konkrétní studie a to rozpracovat. [[User:Tomáš|Tomáš]] ([[User talk:Tomáš|talk]]) 18:14, 12 May 2023 (CET)

== Simulace: Vývoje ekosystému korálového útesu ==

=== Úvod do problému ===

Korálové útesy jsou jedním z nejvíce ohrožených ekosystémů na světě. Tyto útesy jsou domovem mnoha druhů ryb, korálů a dalších organismů a poskytují zdroj obživy pro mnoho lidí. Nicméně, v posledních letech se korálové útesy staly velmi zranitelnými kvůli změnám klimatu, znečištění a nadměrnému rybolovu. Proto je důležité vytvořit model, který by pomohl lépe porozumět vývoji korálových útesů a pomohl při jejich ochraně.

=== Popis simulace ===

Cílem této semestrální práce je vytvořit simulaci vývoje ekosystému korálového útesu, která bude zahrnovat různé druhy organismů a faktory prostředí, jako jsou klima, teplota vody, kyselost a množství živin v oceánu. Simulace bude také zahrnovat různé agenty, jako jsou ryby, korály, řasy a další organismy, a bude zohledňovat jejich interakce s prostředím a s ostatními organismy. Korály budou mít různé vlastnosti, jako jsou rychlost růstu, potřeba živin a citlivost na faktory prostředí. Ryby budou mít také různé vlastnosti, jako jsou rychlost pohybu a potřeba potravy.

=== Cíl simulace ===

Cílem této simulace je zobrazit, jak se různé faktory prostředí a vlastnosti organismů odrážejí v růstu a vývoji korálového útesu v čase. Simulace bude sloužit jako nástroj pro zkoumání různých scénářů a pro testování různých strategií ochrany a udržení korálových útesů. Simulace může být také použita pro vzdělávací účely, aby studenti mohli lépe porozumět složitým ekosystémům a jak se různé faktory odrážejí v růstu a vývoji korálového útesu.

=== Nástroj ===

Simulace bude vytvořena v programu NetLogo.

=== Simulant ===

[[User:Strv08|Strv08]] ([[User talk:Strv08|talk]]) 21:50, 10 May 2023 (CET)

: Trochu se obávám, že to nebude datově jednoduché. Zkuste si to rozpracovat dopodrobna. [[User:Tomáš|Tomáš]] ([[User talk:Tomáš|talk]]) 18:16, 12 May 2023 (CET)

== Simulace: Predikce vyzvednutí balíků z boxu zasilkovny během prázdnin (doručování e-obchodů) ==

=== Popis problému ===

O velkých svátcích, jako jsou Vánoce nebo Silvestr, doručí elektronické obchody téměř polovinu objednávek za celý rok. I s přihlédnutím k tomu, že po městě je poměrně dost rozvozových boxů, nepracují vždy s dostatečnou produktivitou a některé objednávky mohou být zrušeny, zpožděny nebo doručeny do jiného boxu. Proto má smysl vytvořit simulaci a analyzovat, jak box funguje při vysokém zatížení, a pokusit se tak zvýšit produktivitu práce.

=== Cíl simulace ===

Hlavní myšlenkou této práce je vytvořit simulaci práce porodního boxu s přihlédnutím k vnějším faktorům, jako je počasí, čas zadání a den v týdnu pro predikci produktivity práce a zjištění možná řešení problémů s doručením.

=== Metoda a model ===

Simulaci jsem se rozhodl implementovat jako agentní simulaci pomoci NetLogo.
Základem simulace bude samotná mapa boxu s sekcí pro různé buňky, agenty fungující jako balíky, které musí být doručeny do určené buňky a přijaty jiným typem agenta – zákazníkem.

=== Simulant ===

[[User:Zubv00|Zubv00]] ([[User talk:Zubv00|talk]]) 23:38, 10 May 2023 (CET)

: Není mi moc jasné, jak by to mělo fungovat. Rozpracujte prosím. A ten "porodní box" je prosím co? [[User:Tomáš|Tomáš]] ([[User talk:Tomáš|talk]]) 18:18, 12 May 2023 (CET)

== Simulace: Predikcia futbalových zápasov z top 4 európskych líg ==

=== Návrh simulácie ===

Futbalová sezóna sa blíži ku koncu, no ešte stále nie je rozhodnuté o majstroch z tých najväčších líg. Simulácia zápasov z top 4 európskych líg: Premier League, Bundesliga, La Liga a Ligue 1. Základom simulácie budem brať parametry xG (Expected Goals - pravdepodobnosť koľko gólov strelí team za zápas), xGA (Expected Goals Allowed - pravdepodobnosť koľko gólov dostane team za zápas). Dáta budem brať z nasledujúceho zdroja a budem brať do úvahy len túto sezónu 2022/2023: [https://fbref.com/en/ Futbalové štatistiky]

=== Cieľ simulácie ===

Cieľom simulácie je zistiť akú má šancu na výhru, remízu a prehru každé mužstvo v posledných kolách vo svojej lige.

=== Metoda a model ===

Monte Carlo v Exceli

=== Simulant ===

[[User:Dana08|Dana08]] ([[User talk:Dana08|talk]]) 15:38, 11 May 2023 (CET)

:Varování pro začátek: už to tady bylo minulý semestr a vyšla z toho pěkná ptákovina s minimálním hodnocením. Hlavní trouble je, že ty parametry, které uvádíte, jsou závislé na tom, který tým hraje s kterým. Takhle když to zprůměrujete na jednu hromadu (tedy doslova převezmete ten průměr ze statistik), tak to nemá žádnou vypovídací schopnost a ta simulace vyjde přesně podle těch průměrů. Z hledika tohoto předmětu tam pak i bude chybět to odvození pravděpodobnostních rozdělení (nikoliv jen pravděpodobnost), které musí být udělané z nějaké delší časové řady (ze kterého budete pak generovat ty náhodné proměnné). Buďto to zkuste rozpracovat tak, že mé výše uvedené obavy rozptýlíte, nebo zkuste radši nějaké jiné téma. [[User:Oleg.Svatos|Oleg.Svatos]] ([[User talk:Oleg.Svatos|talk]]) 06:10, 12 May 2023 (CET)

== Simulace výběru vhodného brankáře na mistrovství světa ==

=== Definice problému ===

Blíží se mistrovství světa v hokeji, sestava je známá a trenér Jalonen má těžké rozhodování, koho postavit do branky. Není zcela jasné, kdo by měl být jedničkou v brance a každý brankář si prošel jinými zkušenostmi a jinou sezónou. Na základě daných výkonů z minulosti u jednotlivých gólmanů lze nasimulovat vhodnou volbu brankáře na zápasy v základní skupině.

=== Cíl simulace ===

Zjistit, jakého brankáře z trojice nominovaných nasadit do zápasů v základní skupině MS v hokeji 2023.

=== Zdroj dat ===

Oficiální statistiky reprezentačních zápasů, NHL a jiných lig dle daných gólmanů

=== Použítá metoda ===

MS Excel – Monte Carlo

=== Simulant ===

[[User:Vacm09|Vacm09]] ([[User talk:Vacm09|talk]]) 17:16, 11 May 2023 (CET)

::Varování jako výše, ty sportovní statisky nejsou ideální pro odvozování náhodných proměnných. Co budou náhodné proměnné, které budete simulovat v čase? jak bude vypadat jejich vyhodnocení? Z hledika tohoto předmětu tam zatím nevidím to odvození pravděpodobnostních rozdělení (nikoliv jen pravděpodobnost), které musí být udělané z nějaké delší časové řady (ze kterého budete pak generovat ty náhodné proměnné). Buďto to zkuste rozpracovat tak, že mé výše uvedené obavy rozptýlíte, nebo zkuste radši nějaké jiné téma. [[User:Oleg.Svatos|Oleg.Svatos]] ([[User talk:Oleg.Svatos|talk]]) 06:16, 12 May 2023 (CET)

== Simulace: Průběhu maratonu a ideálního počtu občerstvovacích stanic pro běžce ==

=== Popis simulace ===

Bude vytvořena dráha maratonu a závodníci, kteří budou mít vlastnosti rychlost, věk, lvl běžce (tato data budou vybrána na základě reálných výsledků vybraného maratonu, – předpokládám určité statistické rozdělení od nejpomalejších po nerychlejší), energie (zdroj dat budou doporučení, jak by měl probíhat ideální občerstvení v závislosti na lvl běžce a věku). Pak budou vytvořeny občerstvovací stanice, kde budou běžcům podáváno občerstvení pro doplnění energie. Proběhne několik běhů simulace s cílem zjistit jaký počet a na jakých kilometrech by měly být ideálně rozmístěny stanice. V simulaci také budu brát v potaz různé podmínky (teplota, vlhkost, nadmořská výška), pro simulování různých prostředí závodu a jak toto prostředí ovlivňuje počet stanic.

=== Cíl simulace ===

Cílem této simulace je najít ideální počet občerstvovacích stanic při závodu maratonu v závislosti na různých podmínkách (teplota, nadmořská výška, typ občerstvení), aby docházelo, k co nejmenšímu počtu zhroucení závodníků.

=== Nástroj ===

Simulace bude vytvořena v programu NetLogo.

=== Simulant ===

[[User:Holj13|Holj13]] ([[User talk:Holj13|talk]]) 19:49, 11 May 2023 (CET)

: Myšlenka by asi šla, ale prosím rozpracovat. [[User:Tomáš|Tomáš]] ([[User talk:Tomáš|talk]]) 18:20, 12 May 2023 (CET)

== Simulace: Vydavatelství slovníků ==

"Něco lingvistického."

=== Návrh simulovaného ===

Bude simulována firma, která se zabývá tvorbou a prodejem překladových slovníků, kde na 1 straně je čeština. Postupně buduje svoje portfolio produktů na základě toho, jak rychle zpracovává slovníková hesla pro vydání potřebné velikosti slovníku, a na základě poptávky ovlivněné geopolitickými událostmi vydává nová vydání. Jejím cílem je mít konsistentní zpracování všech předem vytyčených jazyků s pomocí počítačových technologií, a zacelit tak všechny díry na trhu českých překladových slovníků, jejichž zpracování nebylo v minulých režimech možné z politických či technických důvodů. Noví zaměstnanci (zvyšující rychlost zpracování hesel) jsou z důvodu stability týmového prostředí nabíráni jen v případě zvýšené poptávky. Simulace je inspirována příhodným vydáním ukrajinského slovníčku od firmy Lingea z pekuliárního roku 2022.

Data budou získána či spíše odvozena z výročních zpráv Lingea s.r.o. v Obchodním rejstříku, nebot používají zkrácený rozsah a nemají povinnost ověření auditorem.

Je možná obměna tohoto tématu na vydavetelství map, kde místo jazyků jsou regiony a místo velikostí jsou měřítka. Mapy se však musí aktualizovat pravidelně, jinak poptávka strmě klesá. Vzhledem ke kvalitě svobodných dat OpenStreetMap a dostupnosti GPS navigace je však toto téma poněkud přežité.

=== Cíl simulace ===

Prověřit dlouhodobou (20+ let) rentabilitu a ziskovost v obnoveném volnotržním prostředí, obzvláště v pozdních fázích, kdy slovníky většiny jazyků budou zpracovány do velké velikosti (100000+ hesel).

=== Použitá metoda a prostředí ===

* Metoda: Monte Carlo. 20 až 50 kroků po 1 roce, počínaje rokem 2001.
* Prostředí: M$ Excel 2021, v případě "technických" problémů LibreOffice Calc.

Formulování a zpracování tématu je inspirováno soutěžními zadáními z FMWC.

=== Náhodné proměnné a zdroje dat ===

Náhodné proměnné budou:

Pro každý jazyk:

* faktor poptávky
* síla poptávky
* zpracováno slov

Pro celou simulaci:

* je válka
* jazyk země napadené
* jazyk země agresivní
* vzrůst fixních nákladů vydání
* vzrůst variabilních nákladů vydání
* nový licencant databáze
* různé simulované kostky z Dračího doupěte pro podpůrné skutečnosti

Data pro odvození pravděpodobnostního rozdělení a parametrů:

* poptávka po slovnících bude odvozena z výročních zpráv Lingea s.r.o. (normální)
* tempo zpracování slov bude odvozeno z průměrné rychlosti psaní (normální)
* četnost válek bude odvozena na základě historie, s ohledem na NATO (rovnoměrné)
* náklady vydání budou indexovány (lognormální)

=== Alternativní témata v případě zamítnutí nebo implementačních problémů ===

Tato témata nejsou tak moc konceptuálně promyšlená.

* Bitva na ortogonální mřížce ve stylu asynchronních šógi - Volně navazuje na semestrální práci z Webových Technologií, cílem je implementovat AI, odhalit nevyvážené figurky a popsat dynamiku bitvy. Multiagentní simulace v NetLogo s přesahem do teorie her.
* Stavba Babylonské věže - Dělníci na stavbě se snaží "domluvit", aby zkoordinovali stavbu včetně dodávek stavebního materiálu, ale někdy něco popletou. Multiagentní simulace v NetLogo.
* Evoluce jazyka - Náhodné řetězcové operace (fonetické změny) nad jednotlivými slovy ze seznamu. Cílem je extrapolací vývoje přirozeného jazyka vytvořit umělý jazyk. Odvozenina Monte Carlo v Excelu.

=== Simulant ===

[[User:Getj00|Getj00]] ([[User talk:Getj00|talk]]) 19:53, 11 May 2023 (CET)

:: '''Schváleno'''. Pozor na to, že zadání už nejde v průběhu měnit. Co by šlo v připadě komplikací změnit, je implementační prostřed - Vensim by byl pro tohle zadání taky použitelný. [[User:Oleg.Svatos|Oleg.Svatos]] ([[User talk:Oleg.Svatos|talk]]) 06:43, 12 May 2023 (CET)

== Simulácia opustenia lietadla v prípade nehody ==

=== Návrh simulácie ===

V prípade nehody lietadla je vždy dôležité dostať pasažierov čo najrýchlejšie z lietadla. Je to jedna z kritických vecí pri vytváraní nového lietadla. V simulácií budem pracovať s vymyslenými modelmi lietadiel. V lietadlách sa bude meniť počet miest, počet uličiek a počet únikových východov.

V lietadle po nehode môže vzniknúť požiar, môže sa začať šíriť dym, prípadne kombinácia obidvoch faktorov. Pri vzniku požiaru a šírení dymu budú niektoré únikové východy zablokované a pasažieri budú musieť nájsť iný.

V simulácií budem pracovať s pasažiermi, letuškami a pilotmi, ktorý budú mať vlastnosti ako rýchlosť chôdze, vek, rýchlosť rozhodovania a rýchlosť rozopínania bezpečnostného pásu. Zároveň niektorý pasažieri budú chcieť pomôcť deťom a starším pasažierom, čím budú celý proces spomaľovať. Letušky môžu opustiť lietadlo až po evakuácií všetkých pasažierov a piloti môžu opustiť lietadlo až ako úplne poslední.

=== Cieľ simulácie ===

Nájsť optimálne chovanie pasažierov spolu s počtom pasažierov a počtom únikových východov z lietadla.

=== Nástroj ===

Simulácia pomocou programu NetLogo

=== Simulant ===

[[User:Blat09|Blat09]] ([[User talk:Blat09|talk]]) 21:44, 11 May 2023 (CET)

: Téma se mi líbí, přesto bych ho chtěl trochu rozpracovat. Doporučuju omezit se na několik málo typů reálných letadel (možná klidně i jen na jeden, bude-li to pak dostatečně podrobné) a vymyslet konkrétní parametry. Ale jinak by to mohlo mít fajn. [[User:Tomáš|Tomáš]] ([[User talk:Tomáš|talk]]) 18:29, 12 May 2023 (CET)

== Simulace: Růst populace východní Asie & Pacifiku za určité období ==

=== Cíl simulace ===

Vývoj populace v dané oblasti a určéní faktorů, které vývoj populace nejvíce ovlivňují

=== Použitá metoda a prostředí ===

Systémová dynamika v programu Vensim.

Data budou vycházet z [https://www.worldbank.org/en/home The World Bank]

Prametry:
1) Současná populace,
2) Narození,
3) Úmrtnost,
4) Migrace

=== Simulant ===

[[User:hoam01|hoam01]] ([[User talk:hoam01|talk]]) 15:02, 12 May 2023 (CET)

: Obávám se, že tohle asi nestačí. Prosím rozpracovat. A to tedy radikálně. [[User:Tomáš|Tomáš]] ([[User talk:Tomáš|talk]]) 18:35, 12 May 2023 (CET)

== Simulácia: šírenie lesného požiaru ==

=== Problém ===
Lesné požiare sú závažným problémom v mnohých regiónoch po celom svete, spôsobujú ničenie biotopov, stratu biodiverzity a ohrozujú ľudské životy a majetok

=== Cieľ simulácie ===
Cieľom tejto simulácie je preskúmať, ako rôzne faktory, ako je rýchlosť vetra, vlhkosť a hustota vegetácie, ovplyvňujú šírenie lesných požiarov.

=== Popis simulácie ===
Simulácia by sa uskutočnila na mriežke predstavujúcej zalesnenú oblasť. Mriežka by bola zaplnená stromami v rôznej hustote zalesnenia. Simulácia by simulovala šírenie požiaru od počiatočného bodu vznietenia pomocou modelu šírenia požiaru založeného na rýchlosti vetra, vlhkosti vzduchu, hustoty zalesnenia a prekážok ako napríklad skaly/rieka.

=== Interakcia so simuláciou ===
Používatelia by mohli upraviť rýchlosť vetra, vlhkosť vzduchu aby zistili, ako ovplyvňujú šírenie požiaru. Výsledkom simulácie by boli metriky poškodenej plochy požiarom v závislosti na spomínaných faktoroch.

=== Použitá metoda a prostředí ===

Multiagentní simulace v NetLogo.

=== Simulant ===

[[User:AdamKlima|AdamKlima]] ([[User talk:AdamKlima|talk]]) 20:10, 12 May 2023 (CET)

Assignment SS 2022/2023/cs

2023-05-12T18:07:49Z

AdamKlima:

Assignment SS 2022/2023/cs

2023-05-10T08:28:29Z

AdamKlima: /* Cíl simulace */

Assignment SS 2022/2023/cs

2023-05-10T08:26:58Z

AdamKlima: /* Použitá metoda a prostředí */

Assignment SS 2022/2023/cs

2023-05-10T08:24:36Z

AdamKlima: