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Demo_Fire
Automate cellulaire feu de forêt
Christophe Le Page, François Bousquet, Pierre Bommel
(Cirad)
Objectif
Ce modèle illustre les principes des automates
cellulaires implémentés avec Cormas. L'entité spatiale
du modèle, Plot, peut se trouver dans quatre
états: #fire (rouge); #forest (vert); #ash
(gris); #empty (blanc). Chaque cellule de la
grille spatiale est initialement, selon une probabilité
p, une forêt, et selon une probabilité 1-p,
vide. On met le feu à une cellule et on suit la
diffusion du feu de proche en proche à travers la grille
spatiale selon la fonction de transition suivante: une
cellule en forêt prend feu au temps t si l'une
au moins de ses 4 voisines (nord, est, sud, ouest) est
en feu au temps t-1. Les cellules en feu
passeront en cendres au temps suivant, les cellules en
cendres deviendront vides au temps suivant.
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| p = 0.53 |
p = 0.58 |
La probabilité d'observer un incendie restreint est
très grande si p est inférieur à 0.55, et au
contraire si p est supérieur à 0.55, c'est un
incendie global qui a de fortes chances de se produire.
Ce seuil dit de "percolation" caractérise ce type
d'automate cellulaire représentant des processus de
diffusion.
Voir aussi (pour les amateurs !) l'animation réalisée à
partir d'une grille de 100 x 100 cellules (p = 0.58).
Les quatre versions suivantes décrivent quatre
manières différentes d'implémenter un modèle de
diffusion du feu sur une grille.
Pour ces 4 versions, nous considérons uniquement trois
états possibles : en forêt, en feu, ou vide (#forest,
#fire, #empty). Le feu ne s'éteind pas de
lui-même (sauf pour la version 4b).
Version 1 : automate cellulaire
** Sélectionner Fire_1_CA.pcl
du modèle Demo_Fire
**
Cette version propose une version classique d'automate
cellulaire. Ici, seule une classe est créée (Plot),
sous classe de SpatialEntityCell. Elle contient
donc déjà deux attributs : state et bufferState.
Ici, nous déclarons #empty comme valeur par
défaut :
Pour créer l'espace initial, il faut sélectionner une des
3 méthodes d'initialisation : init_4 (qui créé un espace
de voisinage 4), init_6 (voisinage de 6, ou init_8
(voisinage de Moore). Chacune de ces méthodes utilise
l'initialisation générale suivante :
A noter que xSize et ySize ont été
déclarés comme 2 attributs du modèle (avec 50 comme valeur
par défaut).
Pour la dynamique du feu, il faut redéfinir la méthode #newState
(aussi appelée "Fonction de transition") au niveau de la
classe Plot, de la façon suivante :
Il est important de noter ici que l'état de la cellule
n'est pas modifié mais uniquement son état tampon (bufferState).
Par exemple, dans le cas d'une cellule en forêt en contact
avec un feu, celle-ci garde son état forêt, mais modifie
juste son état tampon (self bufferState: #fire), ce
qui fait que cette cellule continue pour ce tour d'être
considérée par les autres cellules comme étant encore une
forêt.
Et au niveau de la méthode #step: t de
l'ordonnanceur, il faut faire un simple appel à :
self stepSynchronouslyCA: t.
La méthode #stepSynchronouslyCA: est défini au
niveau de CormasModel. Elle exécute 2 boucles
complètes de l'ensemble des cellules. La 1ère boucle fait
exécuter la méthode #newState à chaque cellule
(donc sans changement effectif de l'état), puis une
deuxième boucle fait exécuter la méthode #updateState.
C'est seulement à ce moment-là que l'état des cellules est
effectivement modifié.
Version 2 : propagation à partir des cellules en feu
** Sélectionner Fire_2_CAoptimized.pcl
du modèle Demo_Fire
**
Cette version propose une diffusion par les cellules en
feu uniquement. Il s'agit donc à chaque pas de temps de
sélectionner les cellules en feu, puis d'activer pour
chacune la propagation du feu sur les voisines. Par
rapport à la version 1, deux méthodes sont ajoutées dans
la classe Plot : #ignite (qui change
l'état de la cellule en feu) et #spreadFire (qui
propage le feu sur les cellules forets voisines).
Pour éviter les artéfacts liés au parcours régulier des
cellules, l'ordonnanceur doit sélectionner au préalable
les cellules en feu, puis activer leur diffusion :
Cette version propose également une procédure plus
optimisée qui évite le parcours au préalable de la grille
pour ne sélectionner que les cellules en feu (cf. methode
#step: t).
Version 3 : une entité spatiale (agrégat) se répand
sur les cellules en forêt
** Sélectionner Fire_3_FireAggregate.pcl
du modèle Demo_Fire
**
Dans cette version, le feu représente une étendue spatiale
qui se répand sur les cellules en forêt qui la bordent.
Cette entité est appelée FireAggregate ; c'est une
sous-classe de SpatialEntityAggregate. Ici, seules
les entités FireAggregates sont activées :
self theFireAggregates do: [: f | f spread].
Chaque agrégat exécute alors la méthode #spread
qui se compose de l'instruction suivante :
self swellConstraint: [: p | p state = #forest].
 Une entité
fireAggregate (avec son contour)
A noter que l'affichage du contour des agrégats ralenti la
simulation. Sans cet affichage (pov -> FireAggregate
-> #nil), les simulations sont aussi rapides que dans
la version 2.
Version 4 : des entités Feu se déplacent
** Sélectionner Fire_4_FireEntity.pcl
du modèle Demo_Fire
**
Dans cette version, des entités Feu (FireEntity)
sont créées. Ce sont les seules entités activées par
l'ordonnanceur. Considérées comme des agents actifs, ces
entités se propagent en créant de nouvelles entités feu
sur les cellules voisines :
La méthode #moveTo: a été redéfinie afin d'activer
l'ignition des cellules lors d'un déplacement :
Version 4b : des entités Feu se consument et
s'éteignent
** Sélectionner Fire_5_FireEntityAging.pcl
du modèle Demo_Fire
**
Cette version est une réplication du
modèle Fire
de NetLogo. Après avoir incendié une
parcelle, l'entité feu se consume et son intensité
diminue progressivement jusqu'à extinction (12 pas
de temps).
Dans cette version, la couleur du feu en fonction
de son age est supportée par EntityFire
qui défini un point de vue spécifique (#povAge).
Comme pour les versions antérieures, une méthode
d'initialisation est proposée : #init_FireLine
qui créée une grille de 100 x 100 avec un front de
feu débutant sur la première colonne de la grille.
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| Propagation du feu
depuis la bordure Ouest de la grille |
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