数学模型案例4—— 森林救火模型森林失火了
消防站接到火警后,立即决定派消防队员前去救火
一般情况下,派往的队员越多,火被扑灭的越快,火灾所造成的损失越小,但是救援的开支就越大;相反,派往的队员越少,救援开支越少,但灭火时间越长, 而且可能由于不能及时灭火而造成更大的损失,那末消防站应派出多少队员前去救火呢
(1)问题分析如题中所述,森林救火问题与派出的消防队员的人数密切相关,应综合考虑森林损失费和救援费,以总费用最小为目标来确定派出的消防队员的人数使总费用最小
救火的总费用由损失费和救援费两部分组成
损失费由森林被烧毁的面积大小决定,而烧毁面积与失火、 灭火(指火被扑灭) 的时间 (即火灾持续的时间)有关,灭火时间又取决于参加灭火的队员的数目,队员越多灭火越快
救援费除与队员人数有关外,也与灭火时间长短有关
救援费可具体分为两部分: 一部分是灭火器材的消耗及消防队员的薪金等,与队员人数及灭火时间均有关;另一部分是运送队员和器材等一次性支出,只与队员人数有关
设火灾发生时刻为t=0,开始救火时刻为t=t1,灭火时刻为 t=t2, t时刻森林烧毁面积为B(t),则造成损失的被烧毁的森林的面积为B(t2),而是森林被烧毁的速度,也表示了火势蔓延的程度
从火灾发生时刻开始到火被扑灭的过程中,被烧毁的森林的面积是不断扩大的,因而 B(t)应是时间 t 的单调非减的函数,即
从火灾发生到消防队员到达并开始救火这段时间内,火势是越来越大的,即
开始救火以后, 即时,如果队员灭火能力足够强,火势会越来越小,即,并且当 t=t2 时,
在建立数学模型之前,需要对烧毁森林的损失费、救援费及火势蔓延程度作出合理的假设
(2)模型假设① 森林中树木分布均匀,而且火灾是在无风的条件下发生的;② 损失费与森林烧毁面积B(t2)成正比,比例系数为c1,即烧毁单位面积的损失费为c1;③ 从失火到开始