森林扑火辅助决策指挥系统解决方案

森林扑火辅助决策指挥系统解决方案前言随着信息技术的迅猛发展和越来越高的森林防火工作要求，新时期的森林防火工作需要建立一套完善的森林防火辅助决策支持系统，因此，将“3S”技术（遥感技术RS、地理信息系统GIS、全球定位系统GPS）和网络技术、通讯技术进行有机地整合，建成一个提供日常林火管理和扑火指挥的辅助决策工具，提高森林防火工作信息化和现代化水平。一、指导思想及建设目标要将卫星遥感（RS）、卫星定位（GPS）、地理信息系统（GIS）等3S技术进行集成，结合森林防火管理信息系统（MIS），创建基于地理信息系统（GIS）为平台的，集地理信息、森林资源信息、防火管理专题信息和跟踪、监控、定位、调度指挥为一体的，具有信息化、智能化的“森林扑火辅助决策指挥系统”。该系统能够查询全区自然状况、社会状况、林业状况等综合信息；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，提供辅助扑火方案等。要使森林防火指挥部在进行扑火指挥时，能够迅速得到信息化、智能化的辅助决策支持。整体系统实现的目标：集成为十四个子系统：综合信息查询系统、森林防火专题信息查询与管理系统、林火预测预报系统、卫星林火监测管理系统、扑火调度指挥系统、队伍跟踪系统、电子沙盘系统、阻隔带管理系统、火灾档案管理系统、火灾损失评估系统、火情推演和模拟系统、航空护林调度系统,森林防火网站及办公管理系统,WebGIS查询系统。各子系统集成后将更加具有针对性和适用性，操作员根据具体工作需要选择进入相应的子系统，操作简便灵活，每项功能都立足于日常管理工作和扑火调度指挥的实战应用。二、森林扑火辅助决策指挥系统在防火工作中的作用该系统按照规划建成后能够进一步实现森林防火工作的信息化和智能化，将在日常的机关内业管理和扑火指挥工作中发挥重要作用。该系统的用途可以简单地概括为以下几方面：一查：查询、浏览各类综合信息。如本地区的政治、经济、社会、自然、环境、地形、地貌、交通、水系等公共信息；本地区的林业管理、森林资源分布、林相、防火设施设备、扑火力量分布、火险预报、卫星林火监测等专题信息。二图：电子地图功能。在计算机上使用和操作各类专题地图，如行政区划图、森林分布图、森林防火区划图、森林火险预报图、防火设施分布图、扑火队伍分布图、卫星监测热点云图等，能够查图、看图、标图、定位、量算和打印，能够二维操作平面图，也能三维立体地观看地形地貌（电子沙盘）。三跟：扑火队伍跟踪。实时采集GPS信息，把扑火队伍的动态位置显示在电子地图上，跟踪监控扑火队伍的动态，“可视化”地调度指挥扑火队伍。四辅：辅助决策支持。在扑火调度指挥工作中综合利用该系统的各项功能，为指挥员提供图文并茂的全方位信息，使指挥员能够方便快捷地在电子地图上查询火场环境信息、扑火力量情况和防火专题信息，分析火场发展态势，评估火灾损失，制定扑火方案，科学地决策指挥。三、建设内容及规模（一）数据库建设：在现有数据的基础上，增加森林防火工作必须掌握的相关信息数据，建立比较详尽和实用的数据库。1、地图数据库1：25万数字地形图（矢量数据）1：25万等高线高程模型（DEM矢量数据)1：5万电子地形图（DRG数据、彩色全要素）2.5米分辨率的卫星影像图（SPOT5彩色影像数据）2、属性数据库林业施业区区划情况（县、区、局、林场施业区界）各类道路网情况（包括林道、乡村道路、冻板道、支叉线等）河流水系分布情况阻隔系统分布情况（防火线）各类居民点分布情况森林资源分布情况（1：10万土地利用分类数据库）林相分布情况（林场的林相图）防火了望塔分布情况防火检查站、管护站分布情况扑火队伍分布情况历史火灾情况（二）各应用子系统建设：（1）综合信息查询系统该系统主要用于查询本地区的各类综合信息（概况），通过浏览地图查询标志点的属性数据库，反过来选择数据库的某条记录可以在地图上显示查询的位置结果。主要实现的功能：1、自然情况的浏览和查询，如自然环境概况，主要自然资源简介等。2、社会情况的浏览和查询，如行政机构、土地、人口、经济等。3、林业情况的浏览和查询，如林业概况、产业概况等。（2）森林防火专题信息查询与管理系统该系统主要用于查询本地区的森林防火专题信息，通过浏览地图查询相关森林防火标志点的属性数据库，反过来选择数据库的某条森林防火专题信息记录可以在地图上显示查询的位置结果。另外，具有对属性数据库维护的功能，便于及时更新森林防火专题信息。操作时，类似管理地图册，使用者可以创建分类专题地图册，可以对专题地图册内的地图数据和属性数据进行修改，可以打印输出。既有查询功能还有管理功能，利用系统数据库中的专题属性数据库结合电子地图，查询和创建专题地图，其特点突出表现在专题地图的制作功能包括：行政区划图、森林分布图、森林防火区划图、森林火险预报图、防火设施分布图、扑火队伍分布图等。（3）林火预测预报系统具有气象数据采集接口模块，配合气象因子要素采集系统，根据火险预报数据模型，将火险预报结果反映在地图上。历史气象资料数据库，具有查询和统计、分析功能。林火气象站点观测实况（气温、风速、风向、相对湿度、降水量），以分布图和统计表的形式体现。森林火险预报，包括天气预报和火险等级预报，以分布图和统计表的形式体现。利用地理信息专题数据库，结合地形因子、林区物候、可燃物特性等数据，调用相应区域天气实况和天气预报数据库，建立森林火险预报模型，完成火险等级预报。（4）卫星林火监测管理系统具有与“卫星热点监测系统”接口模块，云图配准后，可在卫星监测热点云图上叠加地形图（境界、道路、河流、林相），用来判断热点性质和属地关系。也可以通过录入热点坐标，在图上进行定位显示热点位置。如果能从“卫星热点监测系统”读取热点相素的范围坐标，可以对应地叠加在地形图上，显示热点范围。同办公管理系统结合起来（MIS），对监测和反馈的信息能够进行管理。（5）扑火调度指挥系统主要用于发生火灾后，将调度上来的火场情况采取符号化的办法，标绘在电子地图上。主要实现查询和快速标绘的功能：火场定位：输入火场的中心坐标，在图上进行定位，并查阅周围的相关信息。根据了望塔观测的方位和距离定位火点位置并以林火图标叠加于数字地图上。快速查询基本地理信息：属地、地形（方位、高度、坡度）、地类等快速查询重要信息：火场周围的居民点、重要设施、阻隔系统（防火线）、防火设施（了望塔、专业队等），快速图上量算：距离量算、火场面积测算、火线长度计算，队伍到达时间估算、最短路径分析等。火情标绘：在地图上进行扑火行动标绘，进行图上指挥作业，标绘的方法有2种，一是从符号库中选取符号，二是利用鼠标或手写笔随机标绘。火场标绘后生成专题图（火场态势图），有标题、时间、图例、比例尺等，存储指定位置，方便修改和查找、传输、打印。影象叠加：定位叠加火场数码照片和录象片段，形成多媒体的火场动态专题图。查看火场态势图时，点击特殊的定位点显示回放火场影象。（6）队伍跟踪系统具有可与GPS通讯设备接口的模块，为扑火队伍GPS跟踪监控系统提供配套显示平台，并具有对监控的GPS数据对象进行跟踪显示和属性管理功能。配置两种运行版本，A型系统软件具有接收和转发GPS数据功能；C型系统软件不具有转发GPS数据功能，只能接收和网上下载GPS数据。在林业局级指挥中心可以安装A型软件，应用软件系统与GPS无线传输系统连接，能够读取GPS数据，显示扑火队伍位置；同时将GPS数据转发到当地指挥中心GPS服务器中（或省防火办指挥中心GPS服务器），建立GPS数据库。在各级指挥中心调度终端安装C型软件，通过互联网访问GPS服务器，下载GPS数据，然后在电子地图上显示扑火队伍位置。（7）电子沙盘系统依据数字高程模型数据（DEM）、矢量地形数据、正射影像数据，创建三维立体图形（电子沙盘），具有多种灵活操作的浏览、查询、量算功能，并能够跟踪显示GPS定位信息，实现在三维场景下的扑火队伍GPS跟踪监控。与平面系统功能一样，也配置A、B两种运行版本。（8）阻隔带管理系统在基础地形图或林相图上绘制防火阻隔系统的建设情况，创建专题图：防火线开设规划图、计划烧除规划图。具有简便灵活的修改、更新维护功能，即动态管理。因为每个防期都要进行规划设计和开设、隔离带维护，规划和实际开设情况的专题图要存档和查阅管理。设计“防火阻隔系统”专用的成图模板，生成统一格式的、图文并茂的“计划烧除申请报告”，便于日常进行计划烧除时的审批管理。（9）火灾档案管理系统利用办公管理系统（MIS）的林火登记数据，建立火灾档案库，把数据库管理数据的功能和电子地图结合起来，能够将火灾案例查询和分类统计查询的结果在电子地图上定位显示，生成专题图表。（10）火灾损失评估系统根据国家规定的火灾损失评估标准和计算方法，将勾绘的火场范围，通过林相图和资源档案核算出林木损失。采用高分辨率卫星遥感图像、航测图片、地面GPS圈定火场区域，依据火烧程度和《全国森林火灾经济损失额计算方法统计及行业标准》，利用地理信息专题数据库建立火灾损失评估数学模型，估算综合经济损失。（11）火情推演和模拟系统：将多次标绘的火场态势图按时间顺序排列，有连续播放功能，显示火情发生、发展的变化过程。根据火险等级预报和火行为分析模型，在给定假设参数后，进行火行为模拟分析，能够模拟未来时间段火场蔓延结果，预测火情发展态势。（12）航空护林调度系统：创建飞机巡护航线专题图，标注航线代号、巡查范围。利用机载GPS数据（或蓝牙GPS）跟踪飞机飞行动态（位置、高度），结合火情标绘功能，为观察员提供操作方便的、能在飞机上观察火场时使用的电子地图工作平台。（13）森林防火网站及办公管理系统:建立森林防火网站,通过专门设计的防火业务管理模块，实现全区各级防火部门网上办公，达到日常工作管理的信息化。系统包括包括最新信息、文献管理、报表管理、调度值班、规划投资、装备管理、收文管理、信息专递、个人办公等。充分发挥信息系统的资源优势，建立高质量、高效率的管理信息网络，为领导决策和机关办公提供服务，实现信息资源化、传输网络化、决策科学化。（14）WebGIS查询系统建立网络版的地理信息系统，实现在互联网上对各种电子地图的基本查询，利用网络平台将全区的各类综合信息以电子地图的方式建立远程的查询系统。该系统使电子地图扩大了应用范围，在传统的上网查询文字信息的同时，还能够查看信息在地理空间的位置，实现了电子地图信息资源的共享，方便了各级防火工作人员对电子地图的使用，只要能上网就能浏览地图。系统结构设计（一）系统运行环境1．软件环境（1）以MicrosoftWindowsXP作为操作系统。（2）采用SQLServer数据库软件，建立森林防火专题属性数据库。（3）采用ArcEngine9.1，ArcSDE9.1，ArcIMS9.1软件，建立森林防火图形数据库和卫星影像数据库。（4）采用ARCGIS3D9.1软件，建立三维电子沙盘数据库。（5）安装“森林扑火辅助决策指挥系统”应用软件（V2.0）。（二）系统运行方式结构系统结构：三种结构配套使用，即单机结构、C/S结构、B/S结构，这三种版本根据使用条件和功能需求有机结合、配套使用。单机结构的版本主要用于野外使用（如火场前指、扑火队长、飞机观察员），C/S结构的版本主要用于局地办公使用（如各级防火办在局域网内使用），B/S结构的版本主要用于在互联网上使用（如基于WEBGIS的森林防火政务信息管理，使用者上网浏览查询电子地图、政务信息、火情通报、火险预报等）。（三）模块设计系统功能采取模块化设计，每个子系统内的功能模块具有相对独立性和可扩展性。功能模块分为通用模块和专用模块，通用模块是指在每个子系统中都具备的功能，专用模块是指该子系统中特有的功能。通用模块主要是指“电子地图管理模块”，包括以下功能：（1）地图检索查询根据需要，有多种途径和方法调阅查找数据库中的地图及相关信息。可根据地理坐标检索显示目标区域；可根据经营管理单位检索显示目标区域，可根据地名检索显示目标区域；可根据系统提供的导航图确定显示