基于组件式GIS的森林火灾管理系统开发研究

支伟峰

（南京大学 地理与海洋科学学院，江苏 南京 210046）

森林作为宝贵的资源，在生态系统中扮演重要的角色。森林火灾对森林具有很大的破坏性，现阶段对森林火灾的研究集中在火灾环境分析、火灾生态学评价、火灾数据管理和火灾监测预警等方面[1]。在上述研究中，森林火灾数据的管理尤为重要。传统森林火灾数据以文件管理系统的方式进行管理，通过GIS技术支持构建的森林火灾数据管理平台可以实现森林火灾数据的收集、储存、编辑、查询、统计分析以及空间可视化等功能，便于森林管护人员便捷高效地管理原有森林火灾数据、及时研判新的火情及与原有数据进行整合分析。许多国家根据自身的实际情况制定了满足各自需求的林火管理系统，包括加拿大魁北克的“计算机林火管理系统”、以美国为首的美洲多国基于“森林火灾数字影像评估”项目开发的森林火灾数据系统、中国林科院基于WINGIS平台开发的一套林火管理信息系统以及最新的美国宇航局开发的全球火信息资源管理系统（Fire Information for Resource Management System，FIRMS）等[2-4]。

在组件技术的支持下，软件系统被视为相互协同工作的对象集合[5-6]。组件式GIS具有可封装、可复用、可定制、可组装、语言无关及无缝集成等技术特，在实现有限范围内的不同语言开发的系统功能在同一标准开发环境下集成操作的同时，还能和其他专业应用系统集成操作。

1 开发环境简介

Visual Studio 2018是由美国微软公司推出的整合开发环境，包括了整个软件生命周期中所需要的大部分工具和组件接口，包括UML工具、代码管控工具和集成开发环境等。ArcGIS Engine是一套嵌入式GIS组件库和工具库，其由ESRI公司于ArcGIS 9.0的版本中率先推出，支持多种开发语言，如Java、C++等，其组件库中的组件可以分为以下5个部分：①Base Services：包括所有的GIS应用组件开发需要调用的Arc-Objects组件如Geometry等；②Data Access：包括矢量与栅格数据的存储以及地理数据库的所有接口和类的组件；③Map Presentation：包括数据显示、符号化表示和地理专题图制作等组件；④Developer Components：包括特定应用开发所需要的全部可视化控件如MapControl等；⑤Extensions：包括空间分析、网络分析等地理数据分析处理的高级功能。

2 数据与系统开发

2.1 研究区与数据

塔河林业局隶属于大兴安岭地区塔河县，林业作业区域面积为9 180 km2，森林覆盖率达90%以上，森林总蓄积达5 427×104m3[7]，拟开发的塔河林业局森林火灾数据管理系统的空间数据库主要录入的3类数据，见表1。

2.2 系统总体设计

根据森林火灾数据管理系统总体设计目标和原则，本研究将系统分为6个相对独立的功能模块，包括用户登录与注册模块、基本功能模块、火点定位模块、林火信息录入模块、救火最短路径分析模块和查询检索与统计分析模块，见图1。

图1 数据管理系统功能设计Fig.1 The functional design of data management system

2.3 系统功能开发

2.3.1 用户登录与注册模块

利用Microsoft Access建立一个管理员登录信息数据库，通过搭建应用界面与数据库之间的连接，将应用界面中输入的用户名和密码与数据库中的数据进行验证，验证过程中主要涉及登录按钮Click事件下的ExecuteReader()方法，对于没有获得许可的人员，则可以采用注册方式获得系统登录权限，系统注册登录界面见图2。

图2 数据管理系统登录界面Fig.2 The login interface of data management system

2.3.2 基本功能模块

在数据输入与输出过程中，采用openFileDialog，save-FileDialog 2种对话框进行交互操作，输出操作结合Export-MapToImage()方法确定输出数据的图片格式；通过ToolBar-Control控件与AxMapControl控件关联，添加地图放大、地图缩小、地图漫游和全图显示等按键来实现对AxMapControl控件中空间数据的基本操作。

2.3.3 火点定位模块

通过在Mapcontrol的OnDoubleClickS事件添加点状元素的方式来实现，主要有2种方式，一是直接输入火点地理坐标值，通过防火员手持GPS的精准火灾区域大地坐标来定位；二是目视判别在地图上对大致位置进行标记，根据防火员对起火地点所处林场、林班以及小班的认识，在电子地图上标记起火点。通过上述2种方式可以获得火点定位专题地图。

2.3.4 林火信息录入模块

通过在火情录入按钮的Click事件下调用AddNewFeatureFromPoint()方法来实现火灾详细情况录入并进行编辑输入，增加到原有火灾数据当中，需要输入的数据信息主要有火灾时间、经纬度坐标、火灾原因、过火面积和地理坐标等。

2.3.5 最短路径查询模块

由森林火点、救灾物资点及辅助数据中相关道路数据构建救火最短路径分析模块；其中最短路径查询是根据网络数据集中的拓扑关系查询火灾点与救援人员所在点到达的最短路径，获得的路径结果。该功能主要使用了网络分析中的INASolver等接口和NARoutrSolver等。

2.3.6 查询检索与统计分析模块

主要使用了IFeatureSelection类下的search方法来读取空间要素选中以及其属性字段信息的。实现空间数据和属性数据查询操作和简单的火灾数据统计功能。按照系统需求，提出2种数据统计分析方式：其一是列举出来按照年度、过火面积以及过火原因统计火灾发生数量；其二是用户输入自定义查询语句统计分析火灾数据。

2.3.7 系统发布

通过上述功能模块构建，利用Visual Studio 2018实现系统各部分功能的关联，再通过整个系统运行验证，可以实现数据管理系统最终完整开发与发布。发布的V1.0版本的塔河林业局森林火灾数据管理系统的功能主菜单见图3。

图3 数据管理系统功能菜单Fig.3 The function menu of data management system

3 建议

基于组件式GIS开发的塔河林业局森林火灾数据管理系统实现了系统功能的模块化开发与管理，在提高系统开发的效率的同时，便于对新的数据管理需求开发扩展功能，采用用户注册登录等方式提高数据管理人员权限获取的门槛，这保障保密管理的数据的安全。在实现GIS基本操作功能的同时还实现了森林火点定位、火灾数据输入、查询统计以及救火路径查询等多个功能模块。通过运用该系统的森林火灾数据管理功能，结合林相数据以及林相辅助数据，可以为林区防火以及火灾救援提供重要的决策依据和参考。

4 结语

本研究开发的森林火灾数据管理系统为PC端的单机版软件系统，随着5G技术发展与移动办公的兴起，网络化和移动化成为数据管理系统发展的重要方向之一。因此，为满足更加广泛的应用需求，开发出基于Web端和手机端的森林火灾数据管理系统成为今后开发研究的重点。