胡星紅 何小梅

（江西星科測繪有限公司 江西南昌 330086）

基于GIS的森林防火地理信息系統(tǒng)建設(shè)方案

胡星紅 何小梅

（江西星科測繪有限公司 江西南昌 330086）

GIS的森林防火地理信息系統(tǒng)建設(shè)方案，以森林資源專題信息數(shù)據(jù)庫、森林防火信息數(shù)據(jù)庫等為森林防火的信息資源，以數(shù)字地圖檢索顯示、數(shù)據(jù)庫管理查詢、統(tǒng)計(jì)報表、熱點(diǎn)標(biāo)繪和顯示查詢、電子沙盤、情況標(biāo)繪等主要功能為一體的森林防火管理和指揮決策的地理信息系統(tǒng)。為各級地方政府和防火部門提供一個撲救森林火災(zāi)的指揮平臺，方便準(zhǔn)確及時地了解火場現(xiàn)場的情況，為森林火災(zāi)的撲救指揮和預(yù)防提供科學(xué)的輔助決策。

GIS；信息系統(tǒng)；森林防火

1 引言

森林火災(zāi)是危害森林資源和生態(tài)安全的罪魁禍?zhǔn)?，雖然政府在森林防火方面投入甚大，但是由于人為因素和自然因素的影響，森林火災(zāi)事件依然時有發(fā)生，森林火災(zāi)一旦發(fā)生，如果未得到及時補(bǔ)救，將對人類的生命財產(chǎn)、環(huán)境與資源造成了巨大的危害。假如在森林火災(zāi)發(fā)生的當(dāng)時，我們能夠及時準(zhǔn)確掌握火點(diǎn)現(xiàn)場的基本情況，采取科學(xué)有效的撲火方式、就能挽回巨大損失，因此，防范森林火災(zāi)的發(fā)生已然成為當(dāng)今國內(nèi)外在防火領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代森林防火信息管理概念得以提出，成熟的3S技術(shù)為建立以森林火災(zāi)撲救為主體的森林防火信息系統(tǒng)提供奠定了理論基礎(chǔ)和實(shí)踐可行性。本文研究對象采用ArcGIS平臺開發(fā)，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)做到國家、省、設(shè)區(qū)市、縣（市）區(qū)四級統(tǒng)一，除整合森林防火信息資源外，將與二類資源數(shù)據(jù)庫鏈接，確保森林資源數(shù)據(jù)的真實(shí)性和實(shí)時性，做到資源數(shù)據(jù)共享。

2 系統(tǒng)目標(biāo)

系統(tǒng)的目標(biāo)是建立一個有效的森林防火地理信息系統(tǒng)，利用GIS平臺技術(shù)的支持，整合森林地區(qū)數(shù)字地圖、森林資源專題信息、森林防火信息數(shù)據(jù)，充分利用影像數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)，總體展示當(dāng)前區(qū)域的森林資源，為各級地方政府和防火部門提供一個撲救森林火災(zāi)的指揮平臺，方便準(zhǔn)確及時地了解火場現(xiàn)場的情況，為森林火災(zāi)的撲救指揮和預(yù)防提供科學(xué)的輔助決策。同時該系統(tǒng)又符合國家有關(guān)部門對森林防火地理信息系統(tǒng)的要求，為森林防火指揮提供必要的信息源和輔助工具，實(shí)現(xiàn)森林火災(zāi)日常信息化管理和應(yīng)急指揮輔助決策。

同時，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與數(shù)據(jù)動態(tài)更新也是系統(tǒng)確定的目標(biāo)之一，通過在元數(shù)據(jù)層面上的統(tǒng)一規(guī)范，實(shí)現(xiàn)在各級森林防火地理信息系統(tǒng)之間的共享，確保數(shù)據(jù)的時效性。

3 系統(tǒng)建設(shè)

3.1 運(yùn)行框架

森林防火地理信息系統(tǒng)采取了三層結(jié)構(gòu)，運(yùn)行于MicrosoftWindows XP操作系統(tǒng)之上，系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫的支持下，基于ESRI ArcView系列GIS平臺、Microsoft Media和Microsoft Office進(jìn)行專業(yè)功能的二次開發(fā)而實(shí)現(xiàn)。其三層結(jié)構(gòu)和運(yùn)行框架如下圖所示：

圖1 森林防火地理信息系統(tǒng)三層結(jié)構(gòu)

圖2 森林防火地理信息系統(tǒng)運(yùn)行框架

3.2 系統(tǒng)核心技術(shù)

1) 空間數(shù)據(jù)管理和表達(dá)技術(shù)

森林防火地理信息系統(tǒng)是基于1∶5萬或1∶1萬電子地圖進(jìn)行開發(fā)的。同時森林防火信息和森林資源信息也是以電子地圖的形式進(jìn)行管理和存儲。因此，如何高效率地存儲和管理這些空間數(shù)據(jù)，是森林防火地理信息系統(tǒng)建設(shè)的核心問題。本系統(tǒng)采用ESRI地理空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)作為解決這個問題的方案。地理空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)實(shí)現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)的圖形屬性一體化存儲，使得系統(tǒng)對于空間數(shù)據(jù)可以按普通數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行管理；同時基于地理空間數(shù)據(jù)庫的有效拓?fù)湟?guī)則、元數(shù)據(jù)管理等技術(shù)，使得森林防火地理信息系統(tǒng)在數(shù)據(jù)質(zhì)量保證、數(shù)據(jù)共享機(jī)制等方面都可以很容易地實(shí)現(xiàn)用戶提出的要求。

森林防火地理信息系統(tǒng)用到的空間數(shù)據(jù)包括以矢量格式的離散數(shù)據(jù)集、以具有光譜或?qū)傩詳?shù)據(jù)的像元格網(wǎng) （grid）或一系列三角形點(diǎn)擬合一個表面(tin)等。通過這三種數(shù)據(jù)在用戶界面的表達(dá)，系統(tǒng)為森林防火指揮提供輔助決策的直觀信息和依據(jù)。防火信息、行政區(qū)劃、水系、居民點(diǎn)等采用矢量數(shù)據(jù)表達(dá)；森林資源、地面狀況（ETM遙感圖像）、一部分高程信息采用像元格網(wǎng)表達(dá)；此外，本系統(tǒng)對于精度比較高的高程信息采用TIN表達(dá)。

2)ArcObjects；Microsoft Office、Media類庫擴(kuò)展及二次開發(fā)技術(shù)

Arc Objects（簡稱AO）、MicrosoftOffice Objects都是基于COM（Component Object Model）規(guī)范的開發(fā)包，其中 Arc Objects是 ESRI提供、Microsoft Office Object來自Microsoft，通過它可以實(shí)現(xiàn)的GIS基本的顯示、查詢、分析等功能；創(chuàng)建各種專題圖和統(tǒng)計(jì)報表；高級的制圖和輸出功能；空間數(shù)據(jù)管理和維護(hù)等；后者是安裝Office時附帶的，通過它可以實(shí)現(xiàn)MSOffice(Excel/Word)中的大部分功能。森林防火地理信息系統(tǒng)對上述兩個開發(fā)包進(jìn)行了擴(kuò)展和二次開發(fā)，按照用戶需求，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)功能。此外，系統(tǒng)多媒體功能模塊使用了MSMedia類庫的部分功能。

3)遙感、全球定位系統(tǒng) (GPS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)集成技術(shù)

遙感技術(shù)是一種直接獲取地球表面各種特征信息的有效手段，全球定位系統(tǒng)(GPS)是實(shí)時獲取移動目標(biāo)位置和速度信息的工具，通過在地理信息系統(tǒng)地圖界面上恰當(dāng)?shù)乇憩F(xiàn)遙感影像和GPS位置信息，結(jié)合地理信息系統(tǒng)自身對于上述兩類信息的分析以及其他地理信息的表達(dá)，就基本實(shí)現(xiàn)了遙感、全球定位系統(tǒng)(GPS)和GIS的集成。通過這種“3S”集成技術(shù)，森林防火地理信息系統(tǒng)得以實(shí)時地模擬火災(zāi)現(xiàn)場的動態(tài)情況，基本做法是，在三維電子地圖上疊加防火信息和森林資源信息，同時通過GPS動態(tài)地定位撲火隊(duì)伍的位置，以撲救防線的形式標(biāo)繪到電子地圖上，同時將最新的ETM+遙感影像圖疊加到電子地圖，為撲火指揮人員提供實(shí)時的火災(zāi)現(xiàn)場的模擬場景和撲救進(jìn)展情況，進(jìn)一步地，通過對信息的綜合空間分析，撲火指揮人員可以獲取火災(zāi)蔓延趨勢等有價值的輔助決策依據(jù)。

4 系統(tǒng)主要功能

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了電子地圖管理、信息查詢、熱點(diǎn)信息、統(tǒng)計(jì)報表、輔助決策、火災(zāi)損失計(jì)算、電子沙盤、防火信息管理、火場標(biāo)繪等主要功能。

4.1 電子圖管理模塊

該模塊的功能為用戶提供了電子地圖管理的各種工具，包括依據(jù)行政區(qū)、居民點(diǎn)、山峰、坐標(biāo)等調(diào)閱地圖；查閱森林小班；地圖設(shè)置及打印輸出等，如圖3所示即為行政區(qū)查詢調(diào)圖對話框。

圖3 行政區(qū)調(diào)圖對話框

4.2 信息查詢模塊

該功能模塊為用戶提供了管理查詢非電子地圖信息的工具。包括防火信息管理、圖層管理、距離或面積測量等。

這里以距離或面積量算功能為例，首先選中劃定路徑量工具，鼠標(biāo)會變?yōu)槭中螤?，用戶通過在地圖上繪制需要測量的線路，繪制完成后雙擊鼠標(biāo)，點(diǎn)擊計(jì)算按鈕，即可計(jì)算路徑長度（如圖4所示）；測量算面積的方式與測量距離的方式類似，用戶在地圖上繪制多邊形，計(jì)算其面積即可。

圖4 劃定路徑量算長度

4.3 熱點(diǎn)信息管理模塊

該模塊為用戶提供熱點(diǎn)信息及其他防火信息管理的工具。主要包括熱點(diǎn)的繪制、輸出和信息維護(hù)等，下圖展示的就是火災(zāi)檔案及防火信息維護(hù)的對話窗口。

圖5 火災(zāi)檔案及防火信息維護(hù)

4.4 統(tǒng)計(jì)報表模塊

統(tǒng)計(jì)報表模塊可實(shí)現(xiàn)用戶在災(zāi)前統(tǒng)計(jì)防火信息，災(zāi)后統(tǒng)計(jì)受災(zāi)情況，創(chuàng)建受災(zāi)報表等功能。

4.5 輔助決策模塊

該模塊為用戶提供林火蔓延模擬以及撲救預(yù)案檢索等功能。

圖6 撲救預(yù)案

4.6 火災(zāi)損失計(jì)算模塊

該模塊為用戶提供森林火災(zāi)損失計(jì)算的功能，損失計(jì)算的必要數(shù)據(jù)是森林小班數(shù)據(jù)以及火場范圍信息。

4.7 電子沙盤模塊

電子沙盤模塊為用戶提供三維地形顯示功能，如圖7所示。4.8 防火信息管理模塊

圖7 三維地形

防火信息選擇工具、防火信息添加、防火信息屬性編輯、防火信息刪除工具是一組管理防火信息的工具，通過防火信息選擇工具選定防火信息類別后，系統(tǒng)激活防火信息添加、防火信息屬性編輯、防火信息刪除工具，用戶可以進(jìn)行防火信息的添加、屬性編輯和刪除操作。

4.9 火場標(biāo)繪模塊

火場標(biāo)繪模塊用于火災(zāi)撲救情況標(biāo)繪：根據(jù)發(fā)生林火情況，以合適的圖標(biāo)將情況標(biāo)繪于數(shù)字地圖上，生成林火撲救決心圖或方案圖。以圖標(biāo)的顯示、文字說明，模擬整個撲火過程，進(jìn)行匯報、總結(jié)。包括標(biāo)繪元素選擇工具、火場范圍標(biāo)繪工具、起火點(diǎn)標(biāo)繪工具、撲救隊(duì)標(biāo)繪工具、撲火路線標(biāo)繪工具、火線標(biāo)繪工具、標(biāo)繪圖案設(shè)定工具。選定標(biāo)繪工具后，鼠標(biāo)變成十字形狀，用戶可以在地圖上任意繪制火災(zāi)現(xiàn)場的撲救情況。

5 結(jié)束語

森林火災(zāi)損失巨大，嚴(yán)重影響到人們的日常生產(chǎn)甚至生命財產(chǎn)的安全。本文以ArcGIS為基礎(chǔ)平臺，通過二次開發(fā)，集成3S技術(shù)設(shè)計(jì)了一套森林防火地理信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)的應(yīng)用可以幫助決策部門對森林防火采取更加科學(xué)、更加合理的措施。同時也為各級黨政領(lǐng)導(dǎo)和防火指揮員提供了一個指揮撲救森林火災(zāi)的技術(shù)平臺，和科學(xué)輔助決策手段。

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