基于ArcGIS森林防火地理信息系统的设计

张 岩

基于ArcGIS森林防火地理信息系统的设计

张 岩

（河北省林业调查规划设计院，河北 石家庄 050051）

该文介绍了基于ArcGIS技术的森林防火地理信息系统的概述、管理和功能。从林火补救指挥和实时监测、林火设施的布局分析、林火的预测预报、火灾处理等几个方面详细阐述了森林防火地理信息系统的解决方案。

ArcGIS；森林防火；森林防火地理信息系统

森林资源是人类共同拥有的资源，森林防火也是人类共同担负的职责，随着社会的发展，国家对林业资源和生态环境的重视，不断出台各种政策，加强对森林资源的保护，组建森林消防队伍，更新扑火设备，积极地预防和减少森林火灾的发生。森林火灾是一个极其复杂的自然现象，它涉及到可燃物的类型及其分布状况、地形地貌分布状况、气象因子等多重因素。要全面掌握如此之多的信息非人力所为，特别是森林火灾的发生又具有突发性，要在很短的时间内判断林火的发展趋势，并及时采取决策，同时还要随时掌握现场的状况，就需要指挥者具有丰富的经验和知识。作为指挥者要做到这一步，就必须采用先进的科学技术来提高判断能力和现场指挥能力。

本文利用ArcGIS将所有与林火相关的信息进行管理，建立森林防火地理信息系统，并对森林防火数据库进行动态管理与分析，森林防火地理信息系统与遥感和GPS相结合实现林火资源的动态监测，为林火预防和指挥扑救提供理论依据和实践指导。

1 森林防火地理信息系统概述

森林防火地理信息系统是以地理信息平台（目前主要为ArcGIS软件）为基础，实现森林防火指挥管理一张图，实现林火及时预警预报、及时组织扑救、现场指挥调度的信息化管理。森林防火地理信息系统能够查询全国或全省自然、社会、林业等方面综合信息；查询森林防火各类专题信息；扑火指挥过程中查询地形、地貌、交通、水系、设施等相关信息，进行火场定位、火情态势标绘，跟踪和监控扑火队伍动态等；使森林防火指挥部在进行防火指挥时，能够迅速获得准确信息，帮助指挥者形成决策。

2 森林防火地理信息系统管理

2.1 数据库的建立

将森林防火有关的数据采集到计算机中，建立相应的数据库。这些数据库有地图数据库、属性数据库和方法库。

地图数据库（图1）：以林相图（或遥感影像）和地形图为基础地理数据，从林相图中获取植被分布图、防护林带图等，依据植被的类型和特征分析地表可燃物类型（表1），从地形图中获取地形、水系、交通和行政区划信息，从交通信息中分析扑火队伍分布图和救火设施分布图。

图1 森林防火地图数据库的建立

表1 可燃物类型分级

通过ArcGIS将林相图和地形图进行数字化，处理成丰富、形象的地图，建立森林防火地理信息系统。

属性数据库：将与地图、林火有关的属性特征信息建立成数据库，其中包括小班、气象、地形、火灾记录、扑火队伍、道路、居民地、防火机构、社会经济等方面的数据。依据最高气温的森林火险指数（表2），气象信息的属性表设计为表3，地形信息的属性表设计为表4。

最终将属性数据库设计为15个参数：植被类型（X1），郁闭度（X2），龄级（X3），历年火灾受害率（X4），历年火险期内月平均气温（X5），平均相对湿度（X6），平均风速（X7），平均降水量（X8），坡度（X9），坡向（X10），海拔（X11），人口密度（X12），路网密度（X13），水网（X14），防火林带（X15）。通过建立属性数据和图形数据的关联，就可以将地图和属性信息有机的结合，达到相互调用和综合分析。

表2 最高气温的森林火险指数

表3 气象属性数据库的设计

表4 地形属性数据库的设计

方法库或模型库：对空间数据和属性数据的内在关系，采用动态聚类模型的建立方法表达出来，有了这些模型就可以把握住客观事物的内在规律，掌握自然现象的本质。

2.2 数据检索和输出

利用ArcGIS可以随时输出森林火险区划图、森林火灾历史分布图等各种专题图。可以在几分钟甚至几秒钟之内查询到需要的数据并以地图、表格、多媒体等多种形式表现出来。还可以采用仿真和虚拟现实的方式将信息直观的提供给决策者。

2.3 数据库的动态管理

对地图数据的编辑更新，可利用资源状况、社会经济状况、生产经营状况等各种数据进行及时更新，如造林、抚育、采伐、道路建设等各种经营活动以及资源的变化，都可以利用ArcGIS管理起来，随时都能查询到最新的现状信息，做到决策方案的真实可靠。

3 森林防火地理信息系统功能

3.1 林火扑救指挥和实时监测

3.1.1 与GPS的结合

通过GPS可以将火区边缘、交通道路、防火隔离带的地理位置信息采集到ArcGIS中。通过给扑火队伍配备GPS和相应的通讯设施，就可以将扑火队伍行进的地理位置和路线信息及时传输到指挥部的森林防火地理信息系统中，ArcGIS就可以将相关信息准确地定位在地图中，从而就可以对扑火队伍行动的方向、位置、到达的目的地进行及时地纠正和调整。

3.1.2 与遥感技术的结合

利用卫星搭载遥感仪器可以探察包括森林、环境、土地和其他地球资源和大气等现象。它成像面积大、成像迅速、成本低廉，能随时监测林火发生和林火的动态变化，近几年遥感技术在我国森林防火管理工作中发挥了巨大作用。但由于精度低，在某些应用中还具有很大的局限性，在具体林火扑救方面表现不足，如果结合ArcGIS就可以将这个缺陷弥补。ArcGIS可以将遥感影像与系统中已有的各种专题地图进行匹配，叠加在一起，也可以根据影像上着火点的位置在地图上准确定位，然后通过森林防火地理信息系统数据库可以查询到周边地区的资源和社会经济等状况，由此可以判断造成灾害的可能性，以及造成灾害的后果。近年来，森林防火、森林病虫害等突发情况，需要快速获取遥感数据时，卫星影像和传统的航空摄影都难以承担，随着无人机航测技术的发展，无人机逐渐地应用于林业工作中，利用无人机快速获取发生灾害地区的影像有很大的优势。

3.1.3 现场报告与林火的定位

ArcGIS具有丰富的查询功能，对于从现场报告的模糊信息，可以利用ArcGIS的模糊查询功能，对森林火灾发生的地理位置进行定位，并将火灾发生地的其他相关的信息显示给指挥部。

3.1.4 与瞭望台结合进行林火定位

根据瞭望台的观测情况和数据，传输到森林防火地理信息系统后，就可以将林火的发生位置定位在地图上。再利用ArcGIS建立林区的三维虚拟地理信息系统，基于真实地理环境浏览，能绝对真实地将着火点的精确位置显示在三维电子图上，同时还能显示着火点及周围地区的地形地貌。

3.1.5 与通讯网络的结合

通过通讯网络技术，森林防火地理信息系统可以将相关信息进行快速更新，及时传递决策方案。ArcGIS结合通讯网络技术，将变成以ArcGIS为中心枢纽的信息网，从各个方面以多种途径传递各种信息，系统可以将各种信息统一的管理协调起来，对相关信息进行快速更新，并保障决策方案能及时传递。

3.2 林火设施的布局分析

3.2.1 防火设施数据维护

定期核查、更新防火设施数据库，包括防火设施的空间、属性信息，敦促防火基层单位对防火设进行定期检修和更换，保证防火设施数据的时效性、准确性。

3.2.2 瞭望台布局分析

利用地形图和瞭望台站网的分布特点，可计算出盲区、定位区和不可定位区，在需要建立或增设瞭望台站的地区，可以利用ArcGIS的三维分析功能，从多个角度来浏览表面数据，查询表面，从表面上一选定的位置来确定什么对象可见，还可以通过叠加栅格图像和矢量数据来模拟真实的地理环境，使瞭望台的布局与定点更合理化、科学化。

3.2.3 交通道路布设

根据目前林道分布的现状和森林经营的要求以及林火火险等级的分布图，利用ArcGIS可以设计出既有利于社会经济发展的要求，又有利于林火快速扑救的林区交通道路的设计方案。

3.2.4 防火隔离带的布设

利用森林防火地理信息系统的空间信息分析能力，可以直观在地图上设计出经费节省效果佳的防火隔离带。

3.2.5 水源的布设分析

根据现有的自然和人工水源分布情况，分析水源布局的合理性，设计新增水源的布局，分析布设成本。

3.3 林火的预测预报

由于ArcGIS能将不同的信息源进行统一管理和综合分析，因而将更有利于进行林火发生及发展趋势分析，并且以最形象、直观的形式将林火的火险分析提供给管理者。ArcGIS林火预测预报的过程是：接收气象数据，选用火险等级分析模型，综合气象、资源、地形地貌数据，进行综合分析，得出火险等级数据，可以用图形显示或输出火险等级分布图，并且发出警告信息。

3.4 火灾处理

3.4.1 火灾折算

对过火面积、蓄积损失、经济损失，以及在扑火过程中的各种经济投入能快速并准确的统计计算。利用地面实测数据和遥感影像数据相结合的方法，对林火火烧面积进行量算。

3.4.2 灾后处理

火烧迹地的清理、造林规划设计。

3.4.3 灾后评估统计

通过火灾过火范围对森林资源数据进行裁切统计，可以统计出过火面积和损失的蓄积量，通过评估模型计算出林木损失，评估灾害的后果和恢复能力。

4 结论

森林火灾具有突发性、随机性，在较短的时间内能造成较大损失的特点，因此一旦有火警发生，就必须以极快的速度采取补救措施。森林防火地理信息系统的建立和应用，对森林火灾的防范和补救具有重要意义。通过构建森林防火地理信息系统，实现了林业相关信息的快速传递，有利于森林防火指挥中心及时了解详实的火场情况，制定合理的扑火方案，实现扑火力量的最优配置，把森林火灾造成的损失尽量减少到最低限度。

［1］彭振德.森林防火地理信息系统的研建［J］.绿色科技，2012（2）.

［2］杨毅，周汝良，张珍荫.基于GIS的森林防火信息系统的研究与开发［J］.计算机系统应用，2003（6）.

［3］张岩.ArcGIS在森林防火上的应用［J］.河北林业科技，2009（4）.

［4］沙宗尧，田扬戈.森林防火地理信息系统的设计与开发［J］.地理空间信息，2007（5）.

Design of Forest Fire Geographic Information System Based on ArcGIS

ZHANG Yan
（ Forestry Survey,Planning and Design Institution of Hebei，Shijiazhuang，Heibei 050051）

This paper introduces the general situation,management and function of forest fire geographic information system based on ArcGIS Technology.Forest fire rescue command and real-time monitoring,fire facilities layout analysis,forest fire forecast,fire treatment and other aspects of forest fire protection geographic information system solutions.

ArcGIS；Forest fire;Forest fire geographic information system

S762

A

1002-3356（2017）03-0061-03

2017-06-05

张岩（1975-），女，学士，工程师，主要从事资源环境与城乡规划管理。