森林火災(zāi)具有突發(fā)性強(qiáng)，破壞性大，處置救助極為困難等特點(diǎn)；森林火災(zāi)不但造成了人民生命財(cái)產(chǎn)的巨大損失，而且也造成了巨大的生態(tài)損失；森林防火相關(guān)部門為撲救林火耗費(fèi)了大量人力、物力和財(cái)力，森林火災(zāi)對(duì)森林資源和生態(tài)環(huán)境的破壞所造成的損失難以估量。因此，建立科學(xué)、高效、先進(jìn)的森林防火信息化管理系統(tǒng)，集實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)報(bào)警、指揮撲救、森林火災(zāi)災(zāi)后評(píng)估及防火信息管理于一體，解決森林火情發(fā)現(xiàn)不及時(shí)、信息不準(zhǔn)確、撲火路徑不合理、信息化管理程度低等問(wèn)題，將森林火災(zāi)撲滅在萌芽階段，已成為森林防火工作的一項(xiàng)迫在眉睫、亟待解決的重大課題。

一、系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

森林防火信息化管理系統(tǒng)建成后，將提高火險(xiǎn)等級(jí)的預(yù)測(cè)預(yù)警能力，確保森林防火的指揮暢通，提高森林防火預(yù)測(cè)的可靠性、火災(zāi)撲救的可靠性和科學(xué)性、災(zāi)后評(píng)估的快速準(zhǔn)確性；同時(shí)可改善基礎(chǔ)設(shè)施，增強(qiáng)信息安全保障能力，提升資源共享和應(yīng)用水平，實(shí)現(xiàn)森林防火監(jiān)控預(yù)警電子化、數(shù)據(jù)信息化、決策科學(xué)化，為建設(shè)現(xiàn)代森林防火提供強(qiáng)大支撐。

二、系統(tǒng)的需求分析

（一）業(yè)務(wù)需求

本系統(tǒng)旨在對(duì)火災(zāi)前期的預(yù)警、中期的處置、后期的分析的指揮管理工作進(jìn)行開發(fā)，首先調(diào)用視頻監(jiān)控結(jié)合三維地圖進(jìn)行火災(zāi)精準(zhǔn)定位功能，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)前期的預(yù)警，其次在中期的火災(zāi)處置業(yè)務(wù)方面，結(jié)合視頻監(jiān)控、三維地圖，對(duì)火災(zāi)發(fā)生時(shí)的撲救路線、火場(chǎng)范圍、地形地貌等信息進(jìn)行綜合分析，按應(yīng)急方案要求進(jìn)行火災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)化指揮，把火災(zāi)處置流程體現(xiàn)在指揮環(huán)節(jié)中。做到從火災(zāi)的發(fā)現(xiàn)，發(fā)生時(shí)的處置指揮，火災(zāi)結(jié)束后的總結(jié)分析，整體火災(zāi)的處置及全部指揮過(guò)程記錄的一體化操作。

（二）功能需求

通過(guò)收集各方反饋意見，擬開發(fā)一套能夠調(diào)用視頻監(jiān)控圖像，并補(bǔ)充火場(chǎng)精準(zhǔn)定位、最優(yōu)路徑規(guī)劃、物資檢索展示、態(tài)勢(shì)圖、火災(zāi)回放等相關(guān)功能模塊；增加火災(zāi)指揮、火情管理、規(guī)劃設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)管理、授權(quán)管理等功能的森林防火指揮管理系統(tǒng)。

（三）數(shù)據(jù)需求

森林防火涉及到的數(shù)據(jù)需求包括：衛(wèi)星地面遙感數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、氣候氣象數(shù)據(jù)、森林資源林業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、森林火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)視頻數(shù)據(jù)、森林火災(zāi)歷史數(shù)據(jù)、防火機(jī)構(gòu)人員設(shè)施數(shù)據(jù)、專家知識(shí)數(shù)據(jù)等。

三、系統(tǒng)的主要技術(shù)方案

系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、空間數(shù)據(jù)技術(shù)、二三維一體化地理信息系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)，集監(jiān)控預(yù)警、火場(chǎng)指揮處置、火情管理、規(guī)劃設(shè)計(jì)、森林防火資源等為一體，為森林防火和遠(yuǎn)程指揮決策提供輔助信息。同時(shí)設(shè)計(jì)衛(wèi)星地面接收站、指揮控制中心、視頻無(wú)線傳輸?shù)扔布O(shè)備，是大型綜合集成的軟硬件系統(tǒng)。

系統(tǒng)采用 ArcGIS 系 列的 ArcInfo、ArcEditor、3D Analyst、ArcSDE、ArcIMS、ArcView、ArcObjects等軟件，構(gòu)建三種混合運(yùn)行模式，即技術(shù)和管理層面上的Client/Server體系結(jié)構(gòu)，應(yīng)用層面的Browser/Server體系結(jié)構(gòu)和火場(chǎng)前指Client/Server一體化的單機(jī)運(yùn)行模式，并形成數(shù)據(jù)服務(wù)層、GIS應(yīng)用服務(wù)層和客戶端網(wǎng)絡(luò)資源層。

系統(tǒng)采用C/S與B/S結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式、組件化的GIS軟件技術(shù)，便于模型嵌入信息系統(tǒng)，賦予其GIS可視化功能，采用分布式組織結(jié)構(gòu)和WEBGIS技術(shù)，使應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)具有伸縮性、開放性、系列化和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化的特征。在軟件集成方面，以GIS服務(wù)器為核心，安裝基于ArcInfo的森林防火地理信息系統(tǒng)軟件并裝載ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎，實(shí)現(xiàn)海量地理信息數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理。在技術(shù)和管理層面，通過(guò)基于ArcGIS的客戶端軟件與ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎之間建立TCP/IP連接，構(gòu)成C/S體系架構(gòu)。可實(shí)現(xiàn)在客戶端進(jìn)行系統(tǒng)資源的檢索、查詢、編輯、制圖、統(tǒng)計(jì)、分析等數(shù)據(jù)管理工作。在應(yīng)用層面，網(wǎng)絡(luò)客戶端通過(guò)HTTP協(xié)議構(gòu)成B/S架構(gòu)，用戶通過(guò)瀏覽器向ArcIMS提出請(qǐng)求，獲取ArcSDE中的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢分析，將結(jié)果返回到相應(yīng)的瀏覽器終端。在硬件集成方面，建立衛(wèi)星地面接收站，利用GPS、視頻信息無(wú)線傳輸系統(tǒng)軟硬件設(shè)備，防火指揮中心的大屏幕以及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境構(gòu)建森林防火先進(jìn)、高效、完善的硬件環(huán)境。

四、系統(tǒng)功能架構(gòu)

森林防火信息化管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警和智能顯示火點(diǎn)位置、火場(chǎng)位置信息同步標(biāo)會(huì)、指揮撲救方案制定、智能輔助決策、森林火災(zāi)災(zāi)后評(píng)估及歷史檔案查詢、統(tǒng)計(jì)和分析等功能，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)省—市—縣多級(jí)管理層次的森林防火信息指揮系統(tǒng)的信息互換，圖像數(shù)據(jù)、流媒體數(shù)據(jù)、森林防火信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)、地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的共享。

（一）森林防火基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)管理

根據(jù)森林防火的需求，森林防火基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)包括如下數(shù)據(jù)源：煙火視頻監(jiān)控圖像、衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、氣候氣象數(shù)據(jù)、森林資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、森林火災(zāi)歷史數(shù)據(jù)、防火機(jī)構(gòu)、人員及設(shè)施數(shù)據(jù)、森林火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)視頻數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)采集范圍為市所轄范圍。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)管理子系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)導(dǎo)入、管理、更新維護(hù)、查詢、統(tǒng)計(jì)報(bào)表輸出等功能。

（二）火情監(jiān)控預(yù)警子系統(tǒng)

該系統(tǒng)與二三維一體化GIS掛接，實(shí)現(xiàn)基于GIS的視頻監(jiān)控，在電子地圖模式下能夠在地圖上定位監(jiān)控點(diǎn)，并能在地圖上直接點(diǎn)播監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時(shí)圖像等功能。以GIS方式的操作使監(jiān)控點(diǎn)監(jiān)控、設(shè)置、報(bào)警聯(lián)動(dòng)等操作更加形象化。

報(bào)警自動(dòng)定位系統(tǒng)借助精密的GPS全球定位系統(tǒng)，及高清三維的GIS系統(tǒng)。當(dāng)接到報(bào)警時(shí)，定位報(bào)警火點(diǎn)位置，同時(shí)彈出周邊監(jiān)控點(diǎn)的圖像。操作者可以并通過(guò)三維智能定位功能快速定位，監(jiān)看周邊場(chǎng)景，并在GIS系統(tǒng)里面嵌入指揮車的位置，以便統(tǒng)一協(xié)調(diào)指揮。同時(shí)，在電子地圖上劃定區(qū)域，系統(tǒng)自動(dòng)標(biāo)識(shí)該區(qū)域內(nèi)的前端監(jiān)控點(diǎn)，可直觀地調(diào)用監(jiān)控點(diǎn)視頻。該子系統(tǒng)具有自定義搜索，能夠快速定位監(jiān)控點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)資源的高效利用。系統(tǒng)接收?qǐng)?bào)警后，報(bào)警的地點(diǎn)能夠自動(dòng)在地圖上突出顯示。

（三）指揮撲救子系統(tǒng)

接收到森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)與自動(dòng)報(bào)警子系統(tǒng)的火點(diǎn)自動(dòng)報(bào)警信息后，進(jìn)行火點(diǎn)定位、火勢(shì)發(fā)展行為預(yù)測(cè)，獲取火場(chǎng)蔓延趨勢(shì)圖，然后進(jìn)行三維仿真模擬，在此基礎(chǔ)上結(jié)合二三維一體化地理信息系統(tǒng)，進(jìn)行撲救方案的制定和最佳前進(jìn)路線的規(guī)劃，并通過(guò)森林火災(zāi)火場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊指揮森林火災(zāi)撲救。

1.火點(diǎn)定位

包括衛(wèi)星遙感圖像火點(diǎn)定位、瞭望臺(tái)火點(diǎn)定位以及現(xiàn)場(chǎng)巡護(hù)森林防火定位。衛(wèi)星遙感圖像火點(diǎn)定位是利用衛(wèi)星遙感影像，經(jīng)配準(zhǔn)后，提取出火點(diǎn)中的經(jīng)緯度，同時(shí)與行政區(qū)劃圖、森林小班數(shù)據(jù)疊加，可確定出火場(chǎng)的具體位置即所在的林場(chǎng)或行政村。瞭望臺(tái)火點(diǎn)定位是利用兩個(gè)瞭望臺(tái)的瞭望員提供的森林火災(zāi)方位信息，采用前方交會(huì)方法可以計(jì)算出火點(diǎn)的具體位置。同時(shí)疊加行政區(qū)劃圖、森林小班數(shù)據(jù)即可確定出火場(chǎng)的具體位置，即所在的林場(chǎng)或行政村?，F(xiàn)場(chǎng)巡護(hù)森林防火定位一是在重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)域或火險(xiǎn)等級(jí)比較高的地區(qū)，給地面巡護(hù)人員配備手持GPS，一旦發(fā)生火災(zāi)，即可將該地的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)或大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)和火災(zāi)規(guī)模報(bào)告給指揮中心，疊加行政區(qū)劃圖、森林小班數(shù)據(jù)即可確定出火場(chǎng)的具體位置，即所在的林場(chǎng)或行政村。二是在非重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)，如無(wú)GPS，可以給指揮中心報(bào)告當(dāng)?shù)厮诘男姓恢茫ù?、鄉(xiāng)、縣），利用模糊查詢的功能也可在系統(tǒng)中確定出火災(zāi)發(fā)生地點(diǎn)。

2.森林火災(zāi)行為預(yù)測(cè)

森林火災(zāi)行為預(yù)測(cè)對(duì)撲火指揮決策十分重要。只有對(duì)未來(lái)火場(chǎng)做出較為正確的估計(jì)，才能合理地組織人力、物力，并采取恰當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行撲救。森林火災(zāi)的發(fā)生?發(fā)展是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過(guò)程，涉及諸多的因素，既有自然因素，如可燃物分布、地形地貌、氣象等，又有社會(huì)因素。系統(tǒng)可通過(guò)多種數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)計(jì)算預(yù)測(cè)火災(zāi)蔓延的趨勢(shì)，依托實(shí)時(shí)的氣象信息和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)提供的各種碼值和數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算林火行為參數(shù)。

火勢(shì)蔓延趨勢(shì)的分析依據(jù)本地自然數(shù)據(jù)，包括本地的高程數(shù)據(jù)（DEM數(shù)據(jù)）、坡度數(shù)據(jù)、坡向數(shù)據(jù)以及可燃物指數(shù)因子數(shù)據(jù)，并結(jié)合天氣因子（當(dāng)天當(dāng)?shù)氐南鄬?duì)濕度、溫度、風(fēng)向、風(fēng)力、風(fēng)速等）對(duì)火勢(shì)蔓延速度進(jìn)行分析。完成上述參數(shù)設(shè)置后，可以在地圖上標(biāo)會(huì)起火點(diǎn)或者起火區(qū)域進(jìn)行火勢(shì)蔓延預(yù)測(cè)。支持動(dòng)態(tài)分析和預(yù)測(cè)火勢(shì)蔓延的方向、火場(chǎng)面積、火場(chǎng)邊界、火勢(shì)蔓延速度等功能。同時(shí)，可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)估算當(dāng)前過(guò)火面積和范圍的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)以及蔓延火勢(shì)對(duì)火燒地區(qū)的摧毀時(shí)間。

3.撲救方案制定

根據(jù)火災(zāi)位置、規(guī)模、森林火災(zāi)行為預(yù)測(cè)結(jié)果，基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)中的地形、交通、水系等數(shù)據(jù)，火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)視頻數(shù)據(jù)、防火人員及設(shè)施數(shù)據(jù)，知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)，自動(dòng)制定出最佳滅火方案。包括撲救戰(zhàn)場(chǎng)確定、阻火隔離帶位置及兵力、機(jī)具配制、撲火戰(zhàn)場(chǎng)所需兵力及機(jī)具、以及撲火最佳路徑分析等。

4.最佳路徑分析

利用二三維一體化地理信息系統(tǒng)，使用經(jīng)緯度結(jié)合DEM數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算兩點(diǎn)之間的地表距離，以一定距離間隔提取點(diǎn)高程以及經(jīng)緯度坐標(biāo)計(jì)算，轉(zhuǎn)換為直角坐標(biāo)系坐標(biāo)，用經(jīng)緯度坐標(biāo)計(jì)算地表上兩點(diǎn)間的距離。在GIS地理信息系統(tǒng)中標(biāo)會(huì)火點(diǎn)發(fā)生實(shí)際位置，選擇最安全、最短路徑，并查看林火周邊的林火撲救隊(duì)伍、撲救設(shè)施，根據(jù)林火發(fā)生、發(fā)展的狀況調(diào)派隊(duì)伍和設(shè)施，使周邊資源得到最大化的利用，減少人員傷亡，降低物資損耗。

5.實(shí)時(shí)監(jiān)控

森林火災(zāi)實(shí)時(shí)監(jiān)控涉及衛(wèi)星地面接收系統(tǒng)、無(wú)線視頻傳輸與控制系統(tǒng)、大屏幕視頻轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。利用森林防火信息系統(tǒng)對(duì)上述系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件集成，實(shí)現(xiàn)森林火災(zāi)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

指揮中心工作人員利用衛(wèi)星影像和火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)視頻信息，以及森林防火信息系統(tǒng)的輔助決策信息為參考，進(jìn)行指揮調(diào)度，將指令通過(guò)無(wú)線設(shè)備傳到火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)撲火指揮員，指揮森林火災(zāi)撲救。同時(shí)，根據(jù)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)傳回的視頻圖像信息，及時(shí)調(diào)整森林火災(zāi)撲救方案并反饋給火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)撲火指揮員。

（四）森林火災(zāi)災(zāi)后評(píng)估子系統(tǒng)

森林火災(zāi)災(zāi)后評(píng)估子系統(tǒng)指對(duì)森林火災(zāi)災(zāi)害的規(guī)模及火災(zāi)破壞損失程度的估測(cè)與評(píng)定。及時(shí)、準(zhǔn)確和全面的進(jìn)行森林火災(zāi)災(zāi)后評(píng)估，能使災(zāi)害管理工作者正確掌握有關(guān)森林火災(zāi)的背景，現(xiàn)場(chǎng)破壞情景和災(zāi)害損失等個(gè)方面的信息。該子系統(tǒng)通過(guò)災(zāi)情統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、森林防火基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合適宜森林火災(zāi)災(zāi)后評(píng)估指標(biāo)體系，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)完成森林火災(zāi)的災(zāi)后評(píng)估。包括森林火災(zāi)面積測(cè)定、經(jīng)濟(jì)損失評(píng)估、抗災(zāi)救災(zāi)措施評(píng)估、減災(zāi)效益評(píng)估測(cè)定、生態(tài)環(huán)境評(píng)估、森林火災(zāi)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)更新等功能。

森林火災(zāi)災(zāi)后評(píng)估子系統(tǒng)可為決策部門提供可選擇的輔助決策方案，制定恢復(fù)重建總體規(guī)劃和單項(xiàng)計(jì)劃的基礎(chǔ)，為即將開展的災(zāi)后恢復(fù)和重建工作提供行動(dòng)依據(jù)。亦可為研究林火災(zāi)害積累歷史資料。

1.森林火災(zāi)面積測(cè)定

一是用GPS測(cè)定森林火災(zāi)過(guò)火面積。當(dāng)火災(zāi)過(guò)火面積較小時(shí)，利用GPS實(shí)地獲得火場(chǎng)周邊的地理坐標(biāo)，工作人員利用通訊設(shè)備將坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，火災(zāi)面積測(cè)定模塊從系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)獲得坐標(biāo)值后，生成封閉的多邊形，最終計(jì)算森林火災(zāi)的過(guò)火總面積。二是用遙感圖像測(cè)定森林火災(zāi)過(guò)火面積。火災(zāi)過(guò)火面積大時(shí)，可通過(guò)對(duì)遙感衛(wèi)星圖像的過(guò)火像元計(jì)算、求出面積，來(lái)評(píng)估火災(zāi)過(guò)火面積。子系統(tǒng)從防火基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得該區(qū)域的災(zāi)后遙感圖像，提取圖像信息確定森林火災(zāi)過(guò)火區(qū)域，讀取該區(qū)域內(nèi)的像元數(shù)，乘以該圖像的空間分辨率，得到過(guò)火總面積。

2.歷史林火災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)更新

對(duì)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)中的災(zāi)情統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并對(duì)森林防火基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中歷史災(zāi)情數(shù)據(jù)庫(kù)更新，錄入本次林火災(zāi)害的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，為今后的森林火災(zāi)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，制定撲救方案，為減少森林火災(zāi)以及森林防火工程的建設(shè)提供依據(jù)。

（五）森林火災(zāi)信息服務(wù)功能

系統(tǒng)對(duì)外發(fā)布與森林防火有關(guān)的政策法規(guī)和森林防火相關(guān)知識(shí)，同時(shí)發(fā)布防火機(jī)構(gòu)、人員及設(shè)施信息，火險(xiǎn)天氣預(yù)報(bào)、森林火險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)、歷史林火災(zāi)害信息、熱源點(diǎn)的監(jiān)測(cè)情況和一些輔助決策信息。該子系統(tǒng)同時(shí)具有文本信息的查詢顯示功能。具體如：圖形信息的圖層選擇、圖形區(qū)域選擇，比例尺設(shè)定，圖形放大、縮小、漫游、查詢，以及其他交互功能：建立網(wǎng)上論壇功能；用戶權(quán)限及注冊(cè)管理等功能。

五、結(jié)論

該系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、空間數(shù)據(jù)技術(shù)、二三維一體化地理信息系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)建立的森林防火預(yù)警之后指揮管理系統(tǒng)是數(shù)字林業(yè)的一個(gè)重要內(nèi)容，是當(dāng)前森林防火的主要發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展和森林多種效益的發(fā)揮具有重要的理論和實(shí)踐意義。系統(tǒng)建成后，可提高森林防火預(yù)測(cè)的可靠性、火災(zāi)撲救的可靠性和科學(xué)性，災(zāi)后評(píng)估的快速準(zhǔn)確性。同時(shí)可為林業(yè)防火部門提供信息化解決手段，解決森林火災(zāi)預(yù)警不及時(shí)，火情發(fā)現(xiàn)晚、周邊部門調(diào)配和救火路線規(guī)劃不合理、火場(chǎng)綜合指揮效果差等問(wèn)題，對(duì)提升森林公安的執(zhí)法的突擊性和效率有很大的幫助。