MAD-ESPO Method for Emergency Path Planning of Forest Fires

WEI Zili; HU Hai; LI Siyu; HAN Chaoran; REN Fu; ZHANG Bocong

doi:10.13203/j.whugis20250125

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MAD-ESPO Method for Emergency Path Planning of Forest Fires

Cartography and GIS | 更新时间：2026-11-05

- MAD-ESPO Method for Emergency Path Planning of Forest Fires
- Geomatics and Information Science of Wuhan University Vol. 50, Issue 11, Pages: 2325-2338(2025)
- 作者机构：
  
  1.武汉大学资源与环境科学学院，湖北武汉，430079
  2.自然资源部智能城市时空信息与装备工程技术创新中心，重庆，401120
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13203/j.whugis20250125
  CLC： P208
- Received：29 April 2025，
  
  Published：05 November 2025
- 稿件说明：
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魏自立,胡海,李思宇，等.森林火灾应急路径规划的MAD-ESPO方法[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(11):2325-2338.

WEI Zili,HU Hai,LI Siyu,et al.MAD-ESPO Method for Emergency Path Planning of Forest Fires[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(11):2325-2338.
魏自立,胡海,李思宇，等.森林火灾应急路径规划的MAD-ESPO方法[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(11):2325-2338. DOI：10.13203/j.whugis20250125

WEI Zili,HU Hai,LI Siyu,et al.MAD-ESPO Method for Emergency Path Planning of Forest Fires[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(11):2325-2338. DOI：10.13203/j.whugis20250125

摘要

森林火灾的动态蔓延可视为一种动态障碍系统，其非线性扩散行为对应急救援路径的安全性及时效性构成挑战。现有路径规划方法难以实现火场演化进程与路径决策的时序匹配，导致避障失效。因此针对森林火灾动态蔓延环境下应急救援路径的时空避障难题，首先通过森林火灾蔓延模型构建动态障碍场；然后提出一种基于地图代数动态欧氏障碍空间的最短路径算法生成动态绕障距离场；最后在绕障距离场基础上实施路径抽取。最终实现了规划路径与火场扩散的时序匹配，在动态火场障碍场景下计算最优安全路径，同时划定极端风险区域。以“3·30”西昌森林火灾为原型构建火场动态障碍，对不同行进速度、不同安全阈值、人工动态障碍进行多场景对比实验，实验结果均表明，所提方法所规划最短路径结果可有效规避火场范围，划分极端风险区域，兼顾安全性与时效性。该研究为动态障碍环境下的应急救援提供了可解释性强、鲁棒性高的解决方案，在森林消防指挥系统中具有显著应用价值。

Abstract

Objectives

The dynamic spread of forest fires can be regarded as a dynamic obstacle system

and its nonlinear diffusion behavior poses a challenge to the safety and timeliness of emergency rescue paths. The existing path planning methods are difficult to achieve temporal matching between the evolution process of the fire scene and path decision-making

resulting in obstacle avoidance failure or suboptimal route costs.

Methods

Focused on the spatiotemporal obstacle avoidance problem of emergency rescue paths in the dynamic spread environment of forest fires

a dynamic obstacle field is constructed firstly through a forest fire spread prediction model. Then

based on this field and a static obstacle field

a map algebra dynamic euclidean space shortest path with obstacles algorithm is proposed to generate a dynamic obstacle avoidance Euclidean distance field and its corresponding source-point field. Finally

path extraction is implemented based on the obstacle avoidance distance field and source-point field. The timing matching between the planned path and the fire spread was achieved

and the optimal safe path was calculated in dynamic fire obstacle scenarios

while extreme-risk areas were delineated.

Results

Using the“3·30”Xichang forest fire as a prototype

dynamic obstacles were constructed in the fire scene. Multi-scenario comparative experiments evaluated varied travel speeds and time safety thresholds

including cases with complex multi-ignition scenarios featuring artificially superimposed dynamic obstacles. The results show that the planned shortest path effectively avoided the fire-affected zones

with extreme-risk areas delineated through the dynamic obstacle avoidance distance field

while maintaining safety-timeliness trade-off balance. Critically

setting context-appropriate time safety thresholds can significantly mitigate fire exposure risks without compromising rescue path costs.

Conclusions

This proposed method provides a highly interpretable and robust solution for emergency rescue in dynamic obstacle environments

achieving fire path timing matching through distance field with optimal safety threshold calibration

which has significant application value in forest fire command systems.

关键词

Keywords

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