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)計報表、熱點標繪和顯示查詢、電子沙盤、情況標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)安全的罪魁禍首，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)生的當時，我們能夠及時準確掌握火點現(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)生已然成為當今國內(nèi)外在防火領(lǐng)域的研究熱點之一。隨著計算機技術(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)和實踐可行性。本文研究對象采用ArcGIS平臺開發(fā)，根據(jù)國家標準，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)的真實性和實時性，做到資源數(shù)據(jù)共享。

2 系統(tǒng)目標

系統(tǒng)的目標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)確定的目標之一，通過在元數(shù)據(jù)層面上的統(tǒng)一規(guī)范，實現(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 運行框架

森林防火地理信息系統(tǒng)采取了三層結(jié)構(gòu)，運行于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進行專業(yè)功能的二次開發(fā)而實現(xiàn)。其三層結(jié)構(gòu)和運行框架如下圖所示：

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)的方式進行管理；同時基于地理空間數(shù)據(jù)庫的有效拓撲規(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)共享機制等方面都可以很容易地實現(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，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、居民點等采用矢量數(shù)據(jù)表達；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；此外，本系統(tǒng)對于精度比較高的高程信息采用TIN表達。

2)ArcObjects；Microsoft Office、Media類庫擴展及二次開發(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)計報表；高級的制圖和輸出功能；空間數(shù)據(jù)管理和維護等；后者是安裝Office時附帶的，通過它可以實現(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)包進行了擴展和二次開發(fā)，按照用戶需求，實現(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)是實時獲取移動目標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?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，就基本實現(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)地定位撲火隊伍的位置，以撲救防線的形式標繪到電子地圖上，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時的火災(zāi)現(xiàn)場的模擬場景和撲救進展情況，進一步地，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)計了電子地圖管理、信息查詢、熱點信息、統(tǒng)計報表、輔助決策、火災(zāi)損失計算、電子沙盤、防火信息管理、火場標繪等主要功能。

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、山峰、坐標等調(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，點擊計算按鈕，即可計算路徑長度（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，計算其面積即可。

圖4 劃定路徑量算長度

4.3 熱點信息管理模塊

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

圖5 火災(zāi)檔案及防火信息維護

4.4 統(tǒng)計報表模塊

統(tǒng)計報表模塊可實現(xiàn)用戶在災(zāi)前統(tǒng)計防火信息，災(zāi)后統(tǒng)計受災(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)損失計算模塊

該模塊為用戶提供森林火災(zāi)損失計算的功能，損失計算的必要數(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，用戶可以進行防火信息的添加、屬性編輯和刪除操作。

4.9 火場標繪模塊

火場標繪模塊用于火災(zāi)撲救情況標繪：根據(jù)發(fā)生林火情況，以合適的圖標將情況標繪于數(shù)字地圖上，生成林火撲救決心圖或方案圖。以圖標的顯示、文字說明，模擬整個撲火過程，進行匯報、總結(jié)。包括標繪元素選擇工具、火場范圍標繪工具、起火點標繪工具、撲救隊標繪工具、撲火路線標繪工具、火線標繪工具、標繪圖案設(shè)定工具。選定標繪工具后，鼠標變成十字形狀，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。

［1］萬魯河，李一軍，臧淑英.集成“3S”技術(shù)的森林防火決策支持系統(tǒng)研究［J］.系統(tǒng)工程理論與實踐，2004(7):88-93.

［2］劉文林.淺析地理信息系統(tǒng)在森林防火中的應(yīng)用［J］.森林防火，2003(1):31-33.

［3］游琪，郭曉敏，鄭暉等.GIS在森林防火決策系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008-05-10.

［4］林偉華，鄭貴州，扈震.基于GIS的森林防火信息管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)［J］.電腦開發(fā)與應(yīng)用，2004，17(8):34-36.

［5］廖建國.基于GIS的森林消防指揮信息系統(tǒng)的構(gòu)建［J］.森林防火，2005(1):11-13.

［6］高顯連，王慶杰.防災(zāi)/森林防火信息系統(tǒng)的主要技術(shù)［J］.林業(yè)資源管理，2003，8(4):51-55.

［7］江建生，湖北省森林防火指揮決策系統(tǒng)有關(guān)問題的探討［J］.湖北林業(yè)科技，2003，(4):33-35.

［8］方永池，葉速輝，丘華衛(wèi).GPS技術(shù)在森林防火指揮無線通信指揮系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.森林防火，2003，(4):33-36.