基于天地图的智能化森林防火应用系统设计与实现

□ 贾晓亮

（山西省综合地理信息中心，山西 太原 030001）

基于天地图的智能化森林防火应用系统设计与实现

□ 贾晓亮

（山西省综合地理信息中心，山西 太原 030001）

根据森林防火指挥管理工作的实际需求，本文提出了基于天地图的智能化森林防火应用系统建设思路，详细阐述了系统的架构和功能设计。基于天地图的森林防火应用系统建设，节约了建设成本，缩短了开发周期，提升了服务应用能力。系统实现了森林防火灾前、灾中和灾后三个阶段中的智能化应用，使森林防火工作迈进了智能化管理阶段。

天地图；森林防火；地理信息服务

1.引言

山西省每年都会发生一些森林火灾，给森林资源造成了极大的损失，严重影响生态环境平衡。森林防火工作是保障林业发展、加强生态建设的基础，是防灾、减灾工作的重要内容之一，也是公共安全应急体系建设的重要部分，事关到森林资源安全、生态安全和人民群众生命财产安全。为了减少火灾对森林的破坏，森林防火需要做好预防和扑救两个方面的工作。森林火灾常常发生在林区，不容易被发现，同时森林火灾危害严重、扑灭困难，如能在刚刚发生时进行扑救，就易于扑灭火灾，因此，如何能及时发现火灾位置对于扑灭火灾具有重要意义。

利用视频监控和图像识别技术，通过地理信息公共服务平台准确定位和展示森林火灾发生的时空分布过程，结合林业管理的专业知识和林业防火的模型，建立智能化的森林防火应用系统，实现林区的火情监控、火点精确定位、火险等级预测、扑救指挥决策、灾后评估等多方面功能，使指挥决策快速反应、智能化管理，是森林防火管理系统的当前发展方向。

2.建设思路

“天地图·山西”采用SOA架构，整合了山西省的基础地理空间信息资源，利用现代信息服务技术，面向各级政府、行业用户以及社会公众建立了权威的、开放的地理信息服务平台。平台对各种分布式的、异构的地理信息数据资源进行一体化组织管理，消除了信息孤岛和数字鸿沟，实现了地理信息数据资源的共享及网络化应用服务。平台改进了测绘地理信息成果的服务方式，在保障数据安全的同时，解决了用户数据拷贝、更新、维护等问题，可灵活快速搭建各类应用系统，解决了重复建设问题，为政府部门节约大量的财政支出。

基于天地图的智能化森林防火应用系统技术研究，是面向省、市、县不同应用级别的森林防火应急响应的业务需求，依托于天地图提供的多源、多尺度的基础地理信息和标准地理信息服务接口，结合森林防火专题信息和森林资源信息，构建森林防火地理信息服务体系，实现林火监测、火险预测、扑救指挥决策、火灾损失评估等功能，形成平灾一体、快速服务的智能化森林防火指挥管理平台，为森林防火指挥管理工作提供实时、高效、全方位的地理信息服务保障。

3.系统框架设计

基于天地图的智能化森林防火应用系统是以空间基础地理信息为基础，采用面向服务的体系架构，由数据层、服务层、应用层和支撑层四个具有内在联系、层次结构分明的层次有机组成，并从技术标准与规范、质量控制与检查构建系统建设质量保障。系统总体框架，如图1所示。

图1 系统总体框架

3.1数据层

由基础地理数据库、森林防火专题数据库、森林资源数据库、火险预测模型库及预案管理库和相应的元数据与目录数据等部分构成数据层是系统的基础层。以天地图提供的数据服务为基础，面向森林防火应用需求，将森林防火专题数据、森林资源数据发布标准OGC服务，构建森林防火地理信息服务。火险预测模型库存储了森林火险预测分析的各种模型，预案管理库是对森林防火应急处置各种类型的森林火灾事件时的相关措施及应急预案进行建库，元数据与数据目录是数据层中包含的各种类型数据的说明以及森林防火数据目录结构的说明性信息。

3.2服务层

服务层依托数据层支持、面向系统应用层，包含数据访问组件、GIS服务组件、应用服务组件、管理服务组件等部分。数据访问组件是为应用服务组件提供统一的数据库连接管理和数据访问接口，GIS服务组件为系统前端应用提供地理信息数据和分析服务接口，应用服务组件通过服务组件为前端应用子系统中的各种操作提供服务的功能集合，管理服务组件为构建后台管理系统提供基本功能模块。

3.3应用层

应用层使用服务层提供的服务组件，根据森林防火应急管理中火险预测、火情监测定位、指挥决策与灾后评估不同阶段的需求构建的应用系统及数据维护与系统配置系统。

面向森林火险预测的应用子系统主要对森林火灾发生相关的植被情况、天气状况、地形地貌和人类活动情况等因素进行统筹分析，得出森林火灾发生的可能性和蔓延难易程度的度量评级，是森林防火宏观决策和分类指导的科学依据。面向火情监测定位阶段的应用子系统主要针对林区监控和火点快速定位的需求，利用视频监控、网络通信等多种技术，提供信息采集、图像识别、火点定位、信息查询定位等功能，为森林防火管理部门高效有序应对林火事件和科学决策提供信息来源。面向指挥决策的应用子系统用于森林火灾扑救过程中现场态势展现、辅助决策分析、指挥部署等过程。面向灾后评估的应用子系统是为灾后对森林火灾造成的损失情况进行调查评估。数据维护与系统配置子系统主要用于系统数据的编辑、数据关系的维护及配置参数的管理。

3.4运行层

运行层是系统运行的支撑与保障，由软件、硬件、网络和保障体系等内容组成。软件包括操作系统、数据库管理软件、GIS平台以及系统开发所需的各种中间件等,硬件包括服务器、网络、存储设备、远程视频监控系统、安全保障以及不间断电源等,网络包括系统运行所需的森林防火指挥网络,安全保障包括标准规范和运行管理办法，这些设备和规范保障了系统的长效稳定运行。

4.系统功能实现

根据森林防火管理应用需求，智能化森林防火应用系统应包括地理信息、火险预测、火情监测定位、指挥决策、灾后评估和系统维护六大功能模块，如图2所示。

4.1地理信息模块

图2 系统功能模块图

地理信息模块是系统的基础功能模块，是各类空间信息的综合承载及分析平台。该模块基于天地图服务，实现了二维地图和三维地图功能。二三维地图功能包含了地图浏览、三维场景浏览、图层控制、量算分析、坐标定位等功能，能在图上查询显示基础地理信息、森林防火专题信息、森林资源信息等信息，还可进行图上标绘和分析结果展示。

4.2火险预测模块

森林火灾发生的影响因素主要有气候、植被、地形和人类影响等因子。火险预测模块是将气象部门发布的天气信息与林区植被现状、地形情况、交通分布、居民地分布等信息按权重系数转化为林区火险因子并计算生成火险等级指标，调用森林火险预测评估模型，对林区进行火险等级分级区划，生成火险等级预测专题图和气象信息专题图，为森林火灾防控服务。

4.3火情监测定位

火情监测定位是采用视频监控、图像识别和三维单点定位技术，通过视频监控中的图像进行分析识别，如发现林区有火情，系统利用地形自动确定火灾发生位置并报警提示。火情监测定位模块与森林防火远程视频监控系统相连接，根据视频监控的水平旋转角度、俯仰角度和高程信息，利用数字高程模型和三维地理信息单点定位算法，精确计算出视频监控显示图像中心位置的经度、纬度和海拔高度。当视频监控发现火情时，火情监控定位模块自动接收报警信息，自动计算火点位置的坐标信息，并在地图上标注定位，还可将火点位置信息以短信方式发送到相关人员手机上。该模块同时提供坐标和地名定位功能，用户可以直接输入火灾发生位置的坐标进行图上定位，还可以输入火灾发生地点名称，系统利用地名查询匹配实现火点的快速定位。

图3 火点定位

4.4 火灾扑救指挥模块

火灾扑救指挥模块包含应急预案、辅助分析、地图标绘和监控定位。系统集成应急预案管理功能，在火灾发生后快速启动火场所在地区的应急预案，按照既定预案进行火灾的扑救指挥，做到应对火灾处置时能及时反应、快速决策、科学扑救。辅助分析功能是调用地理信息服务平台所发布的空间分析服务，实现了空间量算、路径查找、最近设施查找、缓冲区查询、地形分析等分析功能，为救援决策指挥提供科学的依据。地图标绘功能提供了森林防火相关的专用符号库，可以将火场态势和指挥员命令部署标绘到电子地图中，还可将标绘地图内容进行打印输出。监控定位功能能够对实时获取救援队伍、车辆的位置信息，可以在地图中显示队伍的行动位置及其行进的路线。

图4 地图标绘

4.5灾后处置模块

灾后处置模块实现了灾后对森林火灾造成的影响进行评估和统计，主要包含火灾调查和灾后损失评估统计功能。森林过火面积是衡量森林火灾影响程度最重要的评价指标，火灾调查就是要确定过火范围和面积，通过过火面积进行损失评估计算。系统支持从地图上直接标绘范围和GPS实测坐标导入生成过火区域并自动计算过火面积。灾后损失评估统计是通过林木受害范围和过火面积对森林资源数据进行提取统计，通过评估模型计算受害林木蓄积量、经济损失和森林火灾等级。

4.6系统管理模块

系统管理模块实现了对系统数据的维护管理及用户权限分配功能，数据管理维护功能实现了对系统中的森林防火专题数据进行编辑、导入、导出、备份及恢复功能，用户管理功能实现了对系统中的用户、部门、角色和权限的管理与维护。

5.结语

“天地图·山西”以丰富的地理信息数据为基础，提供标准统一的地理信息在线服务，将森林防火的各种信息进行集成和融合，有效的解决了地理信息数据采集、存储、更新、维护等诸多技术瓶颈，极大地降低了森林防火应用系统的地理信息数据使用成本和建设成本。通过地理信息服务、位置服务、视频监控等技术建立的基于天地图的森林防火应用系统，满足了森林防火工作中火险预测、火情发现、扑救指挥、灾后评估等多个阶段应用需求，实现了火灾的智能化发现定位、指挥决策的智能化分析、灾后的智能化评估，对森林防火工作向智能化管理阶段迈进有着重要的意义。

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贾晓亮（1981年10月——），男，汉族，山西榆次人，硕士，2003年毕业于山西大学计算机科学与技术专业，工程师，主要从事地理信息应用研究工作。

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2095－7319（2014）01－0056－06