基于GIS的森林防火地理信息系统建设方案

胡星红 何小梅

（江西星科测绘有限公司 江西南昌 330086）

基于GIS的森林防火地理信息系统建设方案

胡星红 何小梅

（江西星科测绘有限公司 江西南昌 330086）

GIS的森林防火地理信息系统建设方案，以森林资源专题信息数据库、森林防火信息数据库等为森林防火的信息资源，以数字地图检索显示、数据库管理查询、统计报表、热点标绘和显示查询、电子沙盘、情况标绘等主要功能为一体的森林防火管理和指挥决策的地理信息系统。为各级地方政府和防火部门提供一个扑救森林火灾的指挥平台，方便准确及时地了解火场现场的情况，为森林火灾的扑救指挥和预防提供科学的辅助决策。

GIS；信息系统；森林防火

1 引言

森林火灾是危害森林资源和生态安全的罪魁祸首，虽然政府在森林防火方面投入甚大，但是由于人为因素和自然因素的影响，森林火灾事件依然时有发生，森林火灾一旦发生，如果未得到及时补救，将对人类的生命财产、环境与资源造成了巨大的危害。假如在森林火灾发生的当时，我们能够及时准确掌握火点现场的基本情况，采取科学有效的扑火方式、就能挽回巨大损失，因此，防范森林火灾的发生已然成为当今国内外在防火领域的研究热点之一。随着计算机技术网络技术的飞速发展，现代森林防火信息管理概念得以提出，成熟的3S技术为建立以森林火灾扑救为主体的森林防火信息系统提供奠定了理论基础和实践可行性。本文研究对象采用ArcGIS平台开发，根据国家标准，数据做到国家、省、设区市、县（市）区四级统一，除整合森林防火信息资源外，将与二类资源数据库链接，确保森林资源数据的真实性和实时性，做到资源数据共享。

2 系统目标

系统的目标是建立一个有效的森林防火地理信息系统，利用GIS平台技术的支持，整合森林地区数字地图、森林资源专题信息、森林防火信息数据，充分利用影像数据和矢量数据，总体展示当前区域的森林资源，为各级地方政府和防火部门提供一个扑救森林火灾的指挥平台，方便准确及时地了解火场现场的情况，为森林火灾的扑救指挥和预防提供科学的辅助决策。同时该系统又符合国家有关部门对森林防火地理信息系统的要求，为森林防火指挥提供必要的信息源和辅助工具，实现森林火灾日常信息化管理和应急指挥辅助决策。

同时，实现数据共享与数据动态更新也是系统确定的目标之一，通过在元数据层面上的统一规范，实现在各级森林防火地理信息系统之间的共享，确保数据的时效性。

3 系统建设

3.1 运行框架

森林防火地理信息系统采取了三层结构，运行于MicrosoftWindows XP操作系统之上，系统在数据库的支持下，基于ESRI ArcView系列GIS平台、Microsoft Media和Microsoft Office进行专业功能的二次开发而实现。其三层结构和运行框架如下图所示：

图1 森林防火地理信息系统三层结构

图2 森林防火地理信息系统运行框架

3.2 系统核心技术

1) 空间数据管理和表达技术

森林防火地理信息系统是基于1∶5万或1∶1万电子地图进行开发的。同时森林防火信息和森林资源信息也是以电子地图的形式进行管理和存储。因此，如何高效率地存储和管理这些空间数据，是森林防火地理信息系统建设的核心问题。本系统采用ESRI地理空间数据库技术作为解决这个问题的方案。地理空间数据库技术实现了空间数据的图形属性一体化存储，使得系统对于空间数据可以按普通数据的方式进行管理；同时基于地理空间数据库的有效拓扑规则、元数据管理等技术，使得森林防火地理信息系统在数据质量保证、数据共享机制等方面都可以很容易地实现用户提出的要求。

森林防火地理信息系统用到的空间数据包括以矢量格式的离散数据集、以具有光谱或属性数据的像元格网 （grid）或一系列三角形点拟合一个表面(tin)等。通过这三种数据在用户界面的表达，系统为森林防火指挥提供辅助决策的直观信息和依据。防火信息、行政区划、水系、居民点等采用矢量数据表达；森林资源、地面状况（ETM遥感图像）、一部分高程信息采用像元格网表达；此外，本系统对于精度比较高的高程信息采用TIN表达。

2)ArcObjects；Microsoft Office、Media类库扩展及二次开发技术

Arc Objects（简称AO）、MicrosoftOffice Objects都是基于COM（Component Object Model）规范的开发包，其中 Arc Objects是 ESRI提供、Microsoft Office Object来自Microsoft，通过它可以实现的GIS基本的显示、查询、分析等功能；创建各种专题图和统计报表；高级的制图和输出功能；空间数据管理和维护等；后者是安装Office时附带的，通过它可以实现MSOffice(Excel/Word)中的大部分功能。森林防火地理信息系统对上述两个开发包进行了扩展和二次开发，按照用户需求，实现了系统功能。此外，系统多媒体功能模块使用了MSMedia类库的部分功能。

3)遥感、全球定位系统 (GPS)和地理信息系统(GIS)集成技术

遥感技术是一种直接获取地球表面各种特征信息的有效手段，全球定位系统(GPS)是实时获取移动目标位置和速度信息的工具，通过在地理信息系统地图界面上恰当地表现遥感影像和GPS位置信息，结合地理信息系统自身对于上述两类信息的分析以及其他地理信息的表达，就基本实现了遥感、全球定位系统(GPS)和GIS的集成。通过这种“3S”集成技术，森林防火地理信息系统得以实时地模拟火灾现场的动态情况，基本做法是，在三维电子地图上叠加防火信息和森林资源信息，同时通过GPS动态地定位扑火队伍的位置，以扑救防线的形式标绘到电子地图上，同时将最新的ETM+遥感影像图叠加到电子地图，为扑火指挥人员提供实时的火灾现场的模拟场景和扑救进展情况，进一步地，通过对信息的综合空间分析，扑火指挥人员可以获取火灾蔓延趋势等有价值的辅助决策依据。

4 系统主要功能

本系统设计了电子地图管理、信息查询、热点信息、统计报表、辅助决策、火灾损失计算、电子沙盘、防火信息管理、火场标绘等主要功能。

4.1 电子图管理模块

该模块的功能为用户提供了电子地图管理的各种工具，包括依据行政区、居民点、山峰、坐标等调阅地图；查阅森林小班；地图设置及打印输出等，如图3所示即为行政区查询调图对话框。

图3 行政区调图对话框

4.2 信息查询模块

该功能模块为用户提供了管理查询非电子地图信息的工具。包括防火信息管理、图层管理、距离或面积测量等。

这里以距离或面积量算功能为例，首先选中划定路径量工具，鼠标会变为十字形状，用户通过在地图上绘制需要测量的线路，绘制完成后双击鼠标，点击计算按钮，即可计算路径长度（如图4所示）；测量算面积的方式与测量距离的方式类似，用户在地图上绘制多边形，计算其面积即可。

图4 划定路径量算长度

4.3 热点信息管理模块

该模块为用户提供热点信息及其他防火信息管理的工具。主要包括热点的绘制、输出和信息维护等，下图展示的就是火灾档案及防火信息维护的对话窗口。

图5 火灾档案及防火信息维护

4.4 统计报表模块

统计报表模块可实现用户在灾前统计防火信息，灾后统计受灾情况，创建受灾报表等功能。

4.5 辅助决策模块

该模块为用户提供林火蔓延模拟以及扑救预案检索等功能。

图6 扑救预案

4.6 火灾损失计算模块

该模块为用户提供森林火灾损失计算的功能，损失计算的必要数据是森林小班数据以及火场范围信息。

4.7 电子沙盘模块

电子沙盘模块为用户提供三维地形显示功能，如图7所示。4.8 防火信息管理模块

图7 三维地形

防火信息选择工具、防火信息添加、防火信息属性编辑、防火信息删除工具是一组管理防火信息的工具，通过防火信息选择工具选定防火信息类别后，系统激活防火信息添加、防火信息属性编辑、防火信息删除工具，用户可以进行防火信息的添加、属性编辑和删除操作。

4.9 火场标绘模块

火场标绘模块用于火灾扑救情况标绘：根据发生林火情况，以合适的图标将情况标绘于数字地图上，生成林火扑救决心图或方案图。以图标的显示、文字说明，模拟整个扑火过程，进行汇报、总结。包括标绘元素选择工具、火场范围标绘工具、起火点标绘工具、扑救队标绘工具、扑火路线标绘工具、火线标绘工具、标绘图案设定工具。选定标绘工具后，鼠标变成十字形状，用户可以在地图上任意绘制火灾现场的扑救情况。

5 结束语

森林火灾损失巨大，严重影响到人们的日常生产甚至生命财产的安全。本文以ArcGIS为基础平台，通过二次开发，集成3S技术设计了一套森林防火地理信息系统，该系统的应用可以帮助决策部门对森林防火采取更加科学、更加合理的措施。同时也为各级党政领导和防火指挥员提供了一个指挥扑救森林火灾的技术平台，和科学辅助决策手段。

［1］万鲁河，李一军，臧淑英.集成“3S”技术的森林防火决策支持系统研究［J］.系统工程理论与实践，2004(7):88-93.

［2］刘文林.浅析地理信息系统在森林防火中的应用［J］.森林防火，2003(1):31-33.

［3］游琪，郭晓敏，郑晖等.GIS在森林防火决策系统中的应用［J］.安徽农业科学，2008-05-10.

［4］林伟华，郑贵州，扈震.基于GIS的森林防火信息管理系统设计与实现［J］.电脑开发与应用，2004，17(8):34-36.

［5］廖建国.基于GIS的森林消防指挥信息系统的构建［J］.森林防火，2005(1):11-13.

［6］高显连，王庆杰.防灾/森林防火信息系统的主要技术［J］.林业资源管理，2003，8(4):51-55.

［7］江建生，湖北省森林防火指挥决策系统有关问题的探讨［J］.湖北林业科技，2003，(4):33-35.

［8］方永池，叶速辉，丘华卫.GPS技术在森林防火指挥无线通信指挥系统中的应用［J］.森林防火，2003，(4):33-36.