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

洪涛,陈克伟,张志坚

(昆明市测绘研究院,云南昆明 650051)

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

洪涛∗,陈克伟,张志坚

(昆明市测绘研究院,云南昆明 650051)

随着科技的不断进步,目前使用三维可视化手段已经可以完美实现地形数据的三维展示和查询、统计和分析等功能应用,为防火应急指挥提供科学决策依据。系统以Skyline为展示平台进行二次开发,充分利用GIS在分析、查询等方面的成熟技术,最终设计实现集森林资源管理与防火应急指挥为一体的系统,通过应用证明该系统性能稳定、先进、实用、可操作性强,达到了系统建设的预期目标,为今后在旅游展示、地籍管理、房产管理、智能交通等行业中的应用提供了宝贵的经验。

森林资源;森林防火;应急指挥;系统建设

1 引 言

森林火灾是危害森林资源的主要灾害,防范和减少森林火灾是林业工作的重要组成部分,是保护森林资源的重要措施[1～3]。但是,由于人们在社会活动中的某些失控和异常自然因素影响等原因,森林火灾时有发生,对人类的生命财产、地球资源及生态环境造成了巨大的危害。当森林火灾发生时,如何及时掌握火点周围基本情况,采取科学有效的方法扑灭林火、减少损失,已成为当今国内外森林防火领域的一个重要研究热点。本系统以Skyline为展示平台进行二次开发,充分利用GIS在分析、查询等方面的成熟技术,最终设计实现集森林资源管理与防火应急指挥为一体的系统。

2 系统目标

系统建设目标主要包括三点:

(1)制定符合昆明经济技术开发区实际情况的森林资源与森林防火信息的标准与规范[4,5],包括信息采集标准、元数据标准、数据库设计规范和数据检索规范等。

(2)建立林业基础信息平台框架。在国家级昆明经济技术开发区(以下简称:经开区)三维地理信息系统平台基础之上,增加林业专题数据,生成全区森林资源分布电子地图。

(3)建立森林防火空间信息库。在林业基础信息平台上,实现与森林防火各要素空间信息的连续;开发经开区三维森林资源管理与防火应急指挥系统,提高日常森林资源管理和扑火决策指挥效率。

3 现状及存在问题

目前,经开区在林业专题数据、林业设施数据、扑火队伍信息等数据管理方面还停留在对传统的纸质数据管理程度,这些数据难以系统地保存、管理和维护;在防火预案制作方面仅依靠文字描述,无法实现直观的展示预案内容;火灾发生后现场扑救决策者根据现场火情凭借经验进行扑救指挥工作,无法从全局对火灾现场情况把握,决策指挥缺少科学的理论依据。因此,经开区在森林资源管理与防火应急指挥方面面临着诸多亟待解决的问题:

(1)功能方面:要能满足对森林资源的日常管理;将传统的纸质防火预案运用标绘功能在系统中生动展示;根据突发火灾现场情况,在系统中实时展现火场态势及人员部署情况,并为扑救决策者提供辅助决策分析功能。

(2)数据种类繁多:针对不同类型的数据,采用不同的存储方式,实现实时对这些数据的查询、更新、管理等。

(3)确保数据安全:只有对林业数据资料整理、入库并进行统一、安全地保存、管理、维护、共享和应用,才能满足经开区的内部管理需要并可为社会提供服务。

4 解决思路

为了保证经开区在防火应急指挥中各项工作的顺利进行以及今后经开区森林资源的建设、管理,有必要建立一个专业、科学、先进的森林资源管理系统,实时地对森林资源数据查询、更新、管理等,为经开区的防火应急指挥提供全面、准确的数据。

随着科技的不断进步,目前使用三维可视化手段已经可以完美实现地形数据的三维展示和查询、统计和分析等功能应用,为防火应急指挥提供科学决策依据。同时,在国内、省内都已经有建设森林资源管理和防火应急指挥系统的成功案例。

因此,我们提出建立基于三维可视化应用的国家级昆明经济技术开发区三维森林资源管理与防火应急指挥系统平台。

4.1 系统设计

在系统设计过程中,考虑到关键数据的安全保密性,本系统将由物理隔离的内、外网组成,防火预案管理、应急指挥管理、损失评估等构成的三维森林防火综合管理系统部署在内网上;而主要提供天气信息及防火等级的获取方式的三维防火外网系统将部署在外网上。内、外网通信由电子报盘搭建桥梁,电子报盘只能在指定的两台工作站之间传递指定的数据。

三维防火外网系统功能结构图,如图1所示:

图1 三维防火外网系统功能结构图

三维森林防火综合管理系统功能结构图,如图2所示:

图2 三维森林防火综合管理系统功能结构图

结合经开区管委会已有的软硬件资源和网络资源以及用户对系统响应需求、安全性及对系统的可扩展性、可维护性等方面综合考虑,系统基于B/S模式,采用SOA架构,数据存储采用机架式服务器加磁盘阵列的方式进行,服务器包括:应用服务器、数据库服务器和备份服务器。同时配备了防火墙和企业版网络防病毒软件作为系统安全的保证。系统部署逻辑结构图如图3所示:

图3 系统部署逻辑结构图

4.2 系统结构设计

三维防火外网系统采用内嵌权威网站的网页方式进行开发实现。

三维森林防火综合管理系统在基础软硬件环境、数据库系统的支撑之下,基于基础二维和三维GIS平台,进行二次开发,封装出具备良好可扩展性的三维接口服务集,并在此基础上不断深化系统业务,开发出面向终端用户的具有友好用户界面的应用系统,很好完成了系统的建设。整个系统结构层次图如图4所示:

图4 系统层次结构图

三维森林防火综合管理系统自下而上可划分为5个层次,即基础层、数据层、平台层、服务层和应用层。

基础层包括系统运行的操作系统、存储系统、主机设备、服务器等软件及硬件环境。

数据层采用SQLServer 2008作为数据库管理系统,用于存放和管理各类空间数据和业务数据,为系统提供必要的数据支持。

平台层主要是指系统搭建的基础地理信息平台,三维GIS平台采用Skyline 6.1中文版、二维GIS数据管理平台采用ArcSDE 10.0。

服务层通过三维接口服务集子系统、运维管理子系统和三维森林防火综合管理系统接受来自应用层的服务请求,并提供相应的响应,同时在需要地图服务和数据服务时,系统将调用二维和三维GIS平台中相应的数据内容。

应用层是用户向服务层发送请求服务,并接受系统响应。

5 系统功能实现

5.1 三维防火外网系统

该系统主要提供给用户获取经开区范围内的各种气象信息提供一种便捷的通道。通过外网系统,用户只需要在浏览器中输入系统地址,即可以实时从权威网站中获取经开区范围内的风力、风向、温度、湿度等气象信息;同时获取经开区区域范围内的高森林火险天气警报、一周火险预报、火险气象等级预报等信息,如图5所示。

5.2 三维森林防火综合管理系统

该系统主要用于对建设方林地资源进行有效管理,在管理好数据资源的基础上,充分发挥数据资源的价值,利用各类数据资源进行森林防火预案的编制,为森林防火工作及应急指挥提供直观方便的辅助决策方式,提高决策效率。

(1)基本功能

基本功能包括查询定位、量测、分析、浏览方式、运维管理等。

系统提供了灵活、操作简单的各种信息的查询及定位方式,并提供多条件模糊查询、缓冲区分析等查找感兴趣的图层数据信息内容。

提供多种量测方式,包括水平量测、空间量测、面积量测等,并对量测结果提供多种数据单位形式,例如:面积量测结果包括平方千米、公顷和亩。

分析功能包括等高线分析、坡度分析、视域分析、通视分析等,为展开扑救工作时查看地形信息和选址提供了决策保障。

浏览方式包括环绕飞行、前方浏览、后方浏览、放大、缩小等,方便用户从各个角度对感兴趣区域进行查看。

运维管理不仅包括对传统系统中用户的增、删、改等操作,还包括对用户的功能权限和数据权限的设置、查看、修改等,如图6所示。

图6 坐标快速定位和等高线分析

(2)防火预案管理

防火预案模拟是森林防火辅助决策的重要功能之一。系统实现了对各种可能性火灾扑救情况的预先模拟,并针对这次可能性的火灾(火灾热点)或者已经发生了的火灾(着火点)地点、周边环境因子、气象因子以及专家数据库中的扑救信息,辅助做出合理有效的科学扑救方案;并通过查询分析功能获取火点及其周围的重要设施、危险设施设备、周围可燃物的类型等重要信息,再根据周围道路情况查找合适的消防队,将火点位置、最短路径等信息以彩信(图片)、短信(文本)的方式实时发送给消防队员或在前端参加战斗的工作人员;通过系统的标绘功能,实现将火场情况及人员部署情况按扑救步骤进行标绘;系统还提供了对已经完成的各种预案的管理功能,如图7所示。

图7 防火预案管理

(3)应急指挥管理

应急指挥管理功能突出实时在三维场景中的辅助指挥能力。应急指挥功能可实时对火场情况和人员分布情况进行标绘,以某着火点为起始点,系统综合风力风向因素、植被及可燃物、地形地貌、阻隔物等因子,通过先进的数学分析模型分别计算出所预先设定的时间段内的林火蔓延情况,如图8所示;并可通过林火蔓延分析情况查询周边危险设备设施等信息;通过实时的风力、风向、温度、湿度等分析火场所在地的森林火险等级,为扑救决策提供决策支持;最后通过标绘功能对现场扑救情况进行部署并实施。

图8 林火蔓延分析

(4)损失评估

发生火灾后,可通过多种方法获得过火区域,例如:根据现场情况直接在地图上进行勾画出过火区域,或者使用GPS设备对过火区域的轨迹进行采集,并在地图上准确生成对应的过火区域及其面积,再结合小班信息及林木的市场价格估算林地损失情况;并将此次火灾中破坏或损坏的其他设施设备,如房屋、道路、桥梁等进行市场估价,最后初步估算得出此次森林火灾的损失情况,同时该功能还可以应用于日常管理工作中的违法破坏占用林地资源的损失评估工作,如图9所示。

图9 火灾损失计算

(5)林地资源管理

该功能主要解决林业数据资源的日常管理工作,包括对系统所涉及的各种林业数据及其对应的属性数据的输入、存储、管理、维护和更新等工作,如图10所示。

图10 林地资源管理

5 结 语

系统采用先进的三维地理信息技术,实现了火点快速定位、辅助分析决策指挥、灾后损失评估等功能,并将其部署于经开区管委会内部政务网中,使得林业管理业务在经开区管委会内部实现了透明化、公开化;并将传统的纸质防火预案和纸质图纸数据在三维系统中生动形象展示,同时实现了对数据内容的实时交互;在应急指挥方面为指挥者提供了强大的标绘功能和各种辅助决策功能。通过应用证明该系统性能稳定、先进、实用、可操作性强,达到了系统建设的预期目标,为今后在旅游展示、地籍管理、房产管理、智能交通等行业中的应用提供了宝贵的经验。

为了使经开区森林防火工作能更上一个台阶,系统的下一步开发应着力研建实现林火自动监测、报告;实现对护林人员的实时定位和管理功能;建立与国家、省、市、县间的信息联网与互动指挥;并着力解决森林防火地理信息指挥系统、火灾预测预报系统、森林防火信息管理系统等之间的信息共享与更新问题;应进一步开发以三维效果为主的显示功能,提高系统的可视化程度,使森林防火指挥更加直观[6]。

[1] 高显连,王庆杰.防灾/森林防火信息系统的主要技术[J].林业资源管理,2003,8(4):51～55.

[2] 江建生.湖北省森林防火指挥决策系统有关问题的探讨[J].湖北林业科技,2003(4):33～35.

[3] 方永池,叶速辉,丘华卫.GPS技术在森林防火指挥无线通信指挥系统中的应用[J].森林防火,2003(4):33～36.

[4] 阎正.城市地理信息系统标准化指南[M].北京:科学出版社,1998.

[5] 方陆明.我国森林资源信息管理的发展[J].浙江林学院学报,2001,18(3):302～328.

[6] 梁九姝,王唤良.基于GIS的森林资源动态变化预测[J].森林工程,2007,23(6):6～7.

Three-dimensional Forest Resource Management and Fire Emergency Command System Design and Implementation——A Case Study In Kunming National Economic and Technological Development Zone

Hong Tao,Chen Kewei,Zhang Zhijian
(Kunming Surveying and Mapping Research Institute,Kunming 650051,China)

As technology advances,the current use of visualization tools have been able to achieve the perfect terrain data applications such as three-dimensional display functions and query,statistics and analysis,and provide scientific basis for decision making fire emergency command.Skyline showcase system for secondary development,make full use of GIS in the analysis,query and other mature technology,designed to achieve the ultimate collection of forest resource management and fire emergency command system as a whole,through the application prove that the system is stable performance,advanced,practical,workable,system construction to achieve the desired objectives for future application in tourism show,cadastral management,property management,intelligent transportation and other industries provide a valuable experience.

forest resources;forest fire;emergency command;system construction

1672-8262(2014)06-82-05

P208.2

B

2014—08—13

洪涛(1971—),女,高级工程师,主要从事城市测绘及地理信息系统的研究和应用工作。