基于3DGIS的森林防火应急指挥系统研究

白雪 郭晓丽 许一铭 陈佳妮 杜志成 夏雪超

摘要：基于3DGIS的森林防火应急指挥系统主要将计算机、GPS、通信等技术集于一体应用于现代森林防火中，为消防安全应急指挥中提供准确的火灾信息。由于我国森林火灾频发，各界部门都开始重视。将3DGIS的森林防火应急指挥系统应用于森林防火技术势在必行，经过研发人员的设计研究3DGIS的森林防火应急指挥系统已经成为计算机应用领域热门的研究方向，并且在业界得到了广泛应用。

关键词：森林火灾;防火;应急指挥系统;3DGIS

中图分类号：S762.3       文献标识码：A       文章编号：2096-1227（2021）03-0048-02

森林是最重要的资源之一，我国森林资源十分缺乏，全国森林面积不超过1.5亿，森林覆盖率只有百分之十三，分布十分不均，人均占有森林面积也低于全球人均水平[1]。森林环境受到地形地势和天气的影响，很容易发生火灾，而且火灾蔓延迅速且很难控制。3DGIS的森林防火应急指挥系统将成为森林防火的主要力量。3DGIS的森林防火应急指挥系统能够迅速准确确定森林火灾发生地点、对火灾范围进行的预测、预报火灾发展趋势，从减少不必要的时间，为消防工作人员提供更长的扑救的时间[2]。目前我国3DGIS的森林防火应急指挥系统已基本全面应用于森林防火指挥中心，且随着科学技术的不断发展森林防火应急指挥系统也已经达到了一定的技术水平，并在不断完善，可基本满足应急指挥的需求，模块清晰，内容丰富，界面互动，视频成像，方便使用，为指挥者决策者提供了可靠的信息，为森林火灾的预防及扑火提供可靠的平台支持与技术保障。

一、森林防火应急指挥系统的发展

森林防火系统的发展有着很长的历史。近些年来，我国森林防火系统主要朝着事物自化网络化，可视化和自动化方向研究，取得了很大的进步[3]。森林防火系统最先应用于国外，开始的时候称之为野外林火管理辅助决策系统。我国森林防火系统起步较晚，大兴安岭火灾发生后，我国逐渐建立了森林防火计算机系统，这标志着我国森林防火系统正式走向自动化。近些年来森林防火系统不断升级引进了3DGIS，其综合应用了全球定位系统，采用可视化的场景界面，并且录入了地理信息。这套系统在操作过程中能够精准定位火点信息，并且具有可视化，还可以通过技术进行火灾走势分析。相比于传统的防火系统，它能更加精准高效并且判断相对缜密[4]。3DGIS的森林防火应急指挥系统运用先进的可视化技术、GPS定位技术、网络连接技术等，大大提升了我国森林防火的应急能力。

二、基于3DGIS的森林防火应急指挥系统架构分析

（一）系统需求分析

森林火灾发生的原因并不是单一的，而是一个多变复杂的过程。火灾的发生原因有很多，想要得到准确的预警，就必须综合利用现代科学技术[5]。将系统内融入数据库和网络技术，还有大量的地理位置信息。运用三维的场景计算火灾蔓延的趋势。通过系统的可视化，监控火场内的情况以及火场的面积，然后根据特点实施灭火部署。本着早发现早扑救的原则。因此3DGIS的森林防火应急指挥系统要具有实时性，可互动，可视性。所以整个3DGIS的森林防火应急指挥系统要有足够的数据进行支持，首先需要的就是地形地貌数据。可以通过三维场景定制模型，在场景的基础上添加相应的数据，做到真正的大规模可视化[6]。其次系统还应该重视其交互性，指挥人员可以在地图上进行标记和编辑，以便后期查询工作。森林防火应急指挥系统也需不断提高智能化水平，這依赖于三维场景中数据分析能力的优化，及对数据信息整理的快速响应能力的提升。

（二）系统的功能架构分析

森林防火应急指挥系统的功能结构如下图所示，主要包括以下几个构架：三维地形浏览图层管理，火点定位，扑救路径显示，林火蔓延模拟，扑救资源查询。其中三维地形浏览，包括可以放大和缩小的浏览，并且能对浏览进行旋转;火点定位要求系统定位准确详细到经纬度的查询;火点定位包括经纬度的查询和地名的查询;扑救路径是系统根据所包含数据进行快速分析，描绘出最佳路径，并且指挥人员可以对路径进行修改;林火蔓延模拟器主要包含了面积预测和着火区域的显示，他是通过系统做最精准的模拟。扑救资源查询包含地理资源查询和队伍分布查询，地理资源查询是可以借助外界环境对火灾地点进行支援，队伍分布查询能有效防止队伍失联失控，保障救火队伍安全性。

（三）系统体系架构分析

首先整个森林防火系统是一个大的数据库，引入3DGIS能够有效地建立起三维模型，增加火灾环境的可视化程度[7]。3DGIS模型的建立需要大量的数据。如DEM数据、矢量数据、影像数据、三维模型数据、地理数据和XML文件。另一部分是三维数据引擎，它主要包含了地形地貌、飞行浏览、专题要素、GPS定位还有一些重要的标号显示。通过数据整理，实现数据输出。并且设定专门的编辑操作，提供可编辑区域。这就是整个3DGIS森林防火系统的架构。

三、基于3DGIS森林防火应急指挥系统的实现

（一）主要功能及其实现

3DGIS的森林防火应急指挥系统主要功能是视频联网功能和视频采集和存储功能还有林火智能识别功能，并且3DGIS的森林防火应急指挥系统还能进行绘图工作、火点定位、火灾推测、扑救方案、对火灾规律进行总结等。

1.视频联网功能

3DGIS的森林防火应急指挥系统拥有强大的数据库。在指挥器终极显示屏上可以展现实时画面。视频联网可以监控起火地点以及起火发生的时间。联网功能能自动存储日期，时间和历史图像。

2.视频采集和存储

这项功能是通过视频转化为数字进行存储。数字图像可以通过计算机网络进行远距离的传输。一条视频采集和存储周期大概30天左右。通过在森林内部设定林区监控站有效地对整个林区进行监控，并进行图像视频的采集和存储。

3.智能识别功能

3DGIS的森林防火应急指挥系统最主要的功能莫过于智能识别起火地点。智能化有利于尽早发现起火点。他比人类探测更加准确迅速。系统检测出起火地点，可以迅速拉响警报，提醒消防值班人员进行探查。消防人员根据视频显示画面，可以及时了解到森林火情与具体位置。

4.绘图功能

消防管理工作人员可以通过系统进行专题绘图。专题绘图主要包含了森林的资源，相应的地形地貌，频发起火点，以及防火力量和环境，社会资源。

5.GIS地图

GIS地图是三维地图和二维地图相结合的产物。它可以放大缩小旋转地图上的每个位置。并且支持鹰眼功能，可以将扑火指挥的过程转换为视频。并且图层清晰，管理人员可以直观地看到数据统计信息。在地图上可直观清晰地明确起火点的地理位置、地理名称以及起火范围大小。

6.火灾推测

火灾推测主要是系统根据数据显示，通过地形地貌地势与天气环境进行多方面数据分析，得出一个火灾蔓延。进行三维模式的火情推演。为扑火灭火提供有效的数据支持。

7.火点定位

火点定位主要是通过智能的监控设备对起火点的每个位置进行数据统计。当林区有火灾发生时，系统可以根据前端控制设备进行参数统计。准确定位起火的经纬度，海拔高度，并结合GIS地图进行标注。

8.扑救方案

3DGIS的森林防火应急指挥系统运用数据库里的信息及数据制定最佳的扑救方案与扑救路线[8]。结合火灾的实际情况，可以迅速通知相关单位和人员进行准确的灭火。并及时补充灭火物资。运用系统的智能化能够缩短制定预案的时间，并且路线相对精准。

9.火灾总结

系统可以根据数据总结出此次火灾受害面积以及损伤程度，通过多次火灾发生的数据，总结相应的规律。为指挥防火的工作人员提供参考。

（二）界面设计

依据友好、简约、安全的设计原则，系统的界面根据指挥者所掌握知识情况进行各相关功能的设计，在指挥者界面操作过程中提供有效的辅助和及时的提示，保证操作失误可返回原点，切实提高图上作业和指挥任务的执行效率，进而提高森林火灾扑救工作的效率。

四、结语

综上所述，要充分利用3DGIS技术，加强对林地火灾的监控工作，尽量减少火灾的发生。遇到火灾发生能够尽早发现，及时扑救。要完善3DGIS的森林防火应急指挥系统，建立健全林地林木、森林信息管理系统，在实践中及时发现系统中的漏洞，制定更合理的林地保护计划，有效保护我国森林资源。实践表明，在森林火灾灭火的过程中，只有把握先机，才能最大程度地挽回损失，减少林地和人员的伤亡。森林防火应急指挥系统，它是一个管理收集，数据查询，灾情分析，灾情预测集一身的自动化系统。森林防火应急指挥系统也是现代森林防火中重要的研究领域，系统能有效地运用地理信息数据，通过3DGIS技术实现森林火灾实情的可视化，可以高度还原火灾场景，并做到精准定位，对火灾危险点进行细致分析和预测，并根据系统数据进行扑救方案制定。扑救工作最重要的是时机，3DGIS应急防火指挥系统为扑救人员赢得了火场扑救的时机，是当代消防工作必不可少的辅助系统，值得广泛推广和使用。

参考文献：

[1]石安委.基于北斗卫星的森林防火应急指挥调度系统研究[J].建筑工程技术与设计，2015，（18）：2175.

[2]陈继军.浅谈森林防火应急指挥工作的开展[J].吉林农业C版，2012，（9）：203.

[3]郭志華，武高洁.森林火灾应急指挥管理三维GIS平台技术[J].科技成果管理与研究，2014，（1）：70.

[4]洪涛，陈克伟，张志坚.三维森林资源管理与防火应急指挥系统设计与实现--以国家级昆明经济技术开发区为例[J].城市勘测，2014，（6）：82-86.

[5]张民侠，栾大跃.“四网合一”在森林防火工作中的应用[J].森林防火，2020，（2）：14-20.

[6]张江，廖葵.基于GPRS和3S技术的森林火灾事故预警与应急指挥系统[J].电脑知识与技术，2011，7（21）：5250-5252.

[7]乔春阳.浅谈森林防火指挥系统的主要技术及功能[J].中国新通信，2019，21（12）：211.

[8]曾庆峰.森林防火应急指挥系统的网络安全设计[J].森林防火，2012，（4）：34-36.