（计算机应用技术专业论文）森林防火基础数据资源管理系统的研究与实现.pdf

华北电力大学颁士学位论义摘要 i l l要 森葬骆爽基硪羧莛羹源管理系统是建立在建理镶怠系统基醚之上戆关系数辫簿管 理系统，通过多种技术支持帮模型的建立疯现对数据资源的管理与维护。 本文阐述了数据资源管理系统在森林防火指挥中的地位和作用，介绍了数据资源的 缀戚窝各类蒙禚在数舞毒孛鹃缀织黟式茨箕存嫱缝撬，主要薅蒸破数攘瓷源美系数据疼 和三维地形图的倒建进行了设计，在一定撼度上研究了数据存取速度豹改进方法，寓现 了系统对数据的保存、修改、错理和基本分析功能。森林防火数据资源管理系统的蜜现 蠢效恁稚凄了森耩茨灾摇簿工作，提离了拣渡工嫠豁效率轻瑰筏纯承警。 关键词：地理信息慧娩，数据资瓣管理系统，丽向对象技术，三雏地琳图 a 嚣s t r a c t t h eb a s i cd a t ar e s o u r c em a n a g e m e n ts y s t e mo ff o r e s tf i r ep r e v e n i i o ni sar e l a t i o n d a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e mt h a ti sb a s e do ng i s t h et a s ko ft h i ss y s t e mi st om a n a g e m e n t a n dm a i n t a i na l lo f t h ed a t ar e s o u r c e ，i tr e a l i z e db ya p p l y i n gm a n yt e c h n o l o g ya n dm o d e l ， t h i sp a p e re x p a t i a t e s 垃豫s t a t i o na n df u n c t i o no ft h es y s t e mw i t h i nt h ed i r e c t i o no f t h ef o r e s tf i r ep r e v e n t i o nd e c i s i o ns y s t e m t l ti n t r o d u c e st h ec l a s s e so ft h ed a t a r e s o u r c ea n dt h e o r g a n i z a t i o na n dt h es t o r a g es t r u c t u r e o fk i n d so fd a t ai nt h e d a t a b a s e i td e s i g n sab a s i cd a t ar e s o u r c el i b r a r ya n dc r e a t e sa3 dm o d e la n ds oo n i ta t s od e f i n i t e l yd o e ss o m er e s e a r c ha b o u tt h ei m p r o v e m e n to ft h ed a t ap r o c c e s s i n g r a t ea n di m p l e m e n t st h em a n a g e m e n to ft h es y s t e m w a n gx i a ( c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db yp r o f h u a n gz h i q i a n g k e yw o r d s ：g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o n s y s t e m ，d a t ar e s o u r c em a n a g e m e n t 、s y s t e m ，o r i e n t - o b j e c t e dt e c h n o l o g y , 3 dr e l i e f m a p 华北电力大学硕士学位论文 1 ，1 选题背景 第一章弓l 言 森林火灾怒一种破坏森林资源和自然生态环境，危及国家和人民生命财产的严 重自然灾害。由于受到全球气候异常的影响，我国许多地区高温、干旱、大风和极 端低渥冻害天气增多，致毽火险等级持续羼毫不下，淼转防火形势落豢严竣。瓣戆， 我强森林火灾防治工作商羊摹技含量楣对较低，面对诸多复杂静影响因素，话统的管 理方法难以胜任。随着科技的进步，数字化的呼声越来越高，“数字城市”狂逐步 的建设中，引入高新技术势在必行! 为了减少林火带来的灾害，傺护环境资源，维 持麓态擎餐，黉求毽全警瑗体系，拣照僚怠纯褥遵一步撵莲森辕防火工终静警理承 平。 计算机的产生将人类带入了信息时代，计算机艨用从科学技术进入数据处理是 一令翻跨钱懿转辑，镬诗甓桩蕊少数科攀家手孛赘珍燕戒菇广太瓣技久受帮餐理久 员工作中的得力助手和有力 = 具。随着社会的进步，人们在各种活动中所产黛的数 销爨急剧增加，如何科学的组织和存储数据，如何离散的获取和处理数据，鼹数据 露技术所研究麴主要超题。数据疼技拳怒在入们经掰了人工管理除段、文纷系统管 瑷酚段之嚣静一大发展，怒当代计算瓿系统斡重要缀成部努。 森林防火揍础数据资源管理系统韪建立在地理信息系统( g i s ) 之上的，地理 信息系统( g i s ) 程防灾减灾方薅的应用越来越广泛，已被应用于懿然灾害管璞、灾 密寝急系统、逡疆模掇及灾害损失评 鑫簿“3 。逶遘g i s 鹃应蠲系统，哥激实穗灾害 数据与参评数据的计算机存储与管理，利用各种分析模型，进行快速分析、谱价与 模拟，并可将分析与评价结果通过g i s 以专题图或报告报表展示出来，便于管理、 凌豢与救护糟3 。蟪璎信息系统零援为森耱薅呋戆基露蛰淫提供驻务，纛显一熬当森 林火灾发生时，能够实现森林火灾的捩瀵定位，及时了解详实的火场及其周豳的地 瑷和资源环境，在辅助决策系统的支持下，制定合理的扑火方案，实现扑火力量的 最优配置，缩缀於火出动l l 雩阕，提高羚火效率，把森林火灾造成的撰失尽可麓蟪减 少弱最低限度。 在森林防火指挥系统中引入森林防火基础数据资源管理系统，是高新技术的实 际应用，遥感( r s ) 、地理信息系统( g i s ) 、网络通讯簿技术的弓l 入，使得数攒躲传 输、更凝窝寂蠲更燕方便鸯效，受火灾疆溺蓣掇、臻簿决策、损失译 砉葵定麓疆。 没有完备的空间数据库，就无法实现全部地理资料的数字化和网络化，也就冤法进 彳亍准确的防火预测预报、决策指挥和对火灾损失的谱估。因此，建立空间数据库必 华北电力大学硕士学位论文 须保证数据的准确、完整和统一。只有对完备的数据库进行合理的管理，结合地理 信息系统的编辑、显示以及数据基本分析等功能才能真正的实现系统在森林防火指 挥中的作用，也为“数字城市”的实现提供前提。 森林防火基础数据资源管理系统作为森林防火指挥系统的基础，它建立的数据 管理系统对现有数据进行管理和维护，具有添加、删除和修改等功能，它所提供的 数据的全面性、完备性、及时性和准确性对森林防火指挥系统具有举足轻重的作用， 因此建立基础数据资源管理系统将行之有效地推动森林防火指挥工作，提高林业工 作的效率和现代化水平。 1 2 国内外发展动态 地理信息系统以空间数据为研究对象，在实现对空间数据的存储和操作的基础 上进行空间分析和应用。以往受关系数据库不支持空间数据管理的限制，传统的g i s 软件采用分离的方式管理数据：空间数据采用文件形式和目录结构，属性数据由内 置的关系型数据库进行管理。分离体系结构造成空问数据管理效果低下，无法获得 数据库系统的有效支持：数据共享性差；在网络方面无法得到有效拓展等。 目前，随着数据库技术不断发展，大型关系型、对象关系型、纯对象型数据库 在完整性、安全性、标准化、开放性、可扩充性等方面日益完善，一般都提供对变 长字段的支持，有些还支持空间数据。这样可以将空间数据和属性数据有机地集成 起来，实现有效的存储和管理，在此基础上，实现便利的空间索引、查询和各种分 析操作。 近年来地理信息系统技术发展迅速，许多计算机领域的新技术都可直接应用到 地理信息系统中来0 1 ，如面向对象技术、三维技术、图像处理和人工智能技术等。 地理信息系统在地理空间数据管理中的应用，即以多种方式录入的地理数据，以有 效的数据组织形式进行数据库管理、更新、维护、进行快速查询检索，以多种方式 输出决策所需的地理空间信息。 目前流行的数据库管理系统与g i s 中数据库管理系统，在对地理空间数据的管 理上存在两个明显的不足；一是缺乏空间实体定义能力：二是缺乏空间关系查寻能 力，这使得g i s 在对空间数据管理上的应用日趋活跃。如a r c i n f o 在公路管理中 的应用，a r c i n f o 在对市政设施管理中的应用。 在美国等发达国家，地理信息系统“1 的应用遍及环境保护、资源保护、灾害预 测、投资评价、城市规划建设、政府管理等众多领域。国际上的广泛地应用g i s “ 及其社会效益足以证明，g i s 同电力、通讯系统一样是现代社会必不可少的基础设 施，它既服务于社会经济建设，又服务于人民生活，是社会赖以运转和发展的条件 2 华北电力大学硕士学位论文 和保障。近年来，随着我国经济建设的迅速发展，加速了地理信息系统应用韵进程， 在城市规划管理、交通运输、测绘、环保、农业、制图等领域发挥了重要的作用， 取得了良好的经济效益和社会效益。 森林防火地理信息系统中的数据库在国内有所研究，国家林业局作为中日信息 化合作项目，进行了森林防火信息系统及g i s 数据库的建立方法、数据内容和有关 数据的处理的研究。目前国内外开发出一些森林防火系统并已经投入运行，但林火 本身的突发性、危害性和复杂性，使得系统对数据要求种类繁多、数据量大，对各 种模型要求准确，因而建立实用的林火信息系统还需要做很多工作。国内对空间数 据库建设的发展已经具有一定的规模，从黑龙江森林防火网到秦皇岛防火指挥系统 的建立，都是比较成功使用空间数据的实例。国外对数据库技术的研究和开发相对 来说比较成熟，特别是一些国际上知名产品如o r a c l e ，s q l s e r v e r ，d b 2 等，但 整体来说对数据化空问信息管理还处于初级阶段。 1 3 本课题研究的内容 森林防火基础数据资源管理系统的研究与实现是将数据库管理系统应用于森 林防火指挥系统中，使用地理信息技术为森林防火信息的获取、管理和查询、检索 等提供方便、快捷的工具和支持。本系统参考已经开发出的森林防火相关系统，并 采用新的方法和技术设计了关系数据库，同时存储空间数据和属性数据。 数据资源包括基础地理数据和森林防火专题数据，“基础”是指本课题作为森 林防火指挥系统的基础，为系统各功能模块提供准确可靠的数据资源，当各功能模 块调用数据时，能快速准确地定位到数据库中的相关表，从而为防火指挥提供数据 资源。 本文设计了能够存储两类数据资源的数据库，采用地理数据和专题数据两种方 案分别存储，每种方案又按不同的对象图层分类，实现了空间数据和属性数据的统 一存储，在其基础上实现了对数据的管理功能：并设计了数据库服务器与客户端的 接口程序，对数据的存取方法、数据的提取效率、输出方式尤其是三维立体模型的 生成、空间分析和综合查询等也做出了一定程度的研究：通过对等高线地形图的数 字化和简单处理，就可以得到离散点高程数据，关键是如何由这些离散点生成三维 地形图，在开发本系统时，以地理数据处理工具为系统平台，同时又采用d e l a u n a y 三角网对离散高程数据点建模，利用专题图的生成创建三维地形图，并与系统连接， 实现了三维效果。此外，考虑到数据的安全性，根据防火数据自身的特点，设计了 系统程序的安全控制机制。 华北电力大学硕士学位论文 1 4 采用的技术路线 本课题的总体思路在于针对与实现森林防火数据资源管理系统功能有关的数 据资源的标准化、信息化和网络化发展，构建数据资源库，为森林防火指挥系统最 终建立数据资源库服务，实现的技术路线如下： i 、针对数据库模型的功能，开展用户需求分析： 2 、结合数据系列标准分析防火数据资源； 3 、各类数据的标准化研究与整合： 4 、数据库设计，模型建立： 5 、数据录入，更新维护，数据库建设完成； 6 、成果应用及改进探讨。 毕北电力大学硕士学位论文 繁二章森林防欠数瓣瓷源警璞稠关嚣躲谈和漂理 森辖防火搬挥系统是包摄系统网络的整体规划，网络布线，设备的配置姆管理 麓大鳌决策捂簿系统。森林耱灭指簿系统秘络壶窝蔽曩联霪专线、国家赣盈麓转火 信息网专线、气象局气象信息网专线以及各防火办网专线提供专颁网络数据，并通 过路由器和交换机将数据传输绘终端的z 作站以及服务器。森林防火指挥系统的重 点，主要是由豢楱茨炎基獭数攥资源警壤模块、火灾天气预测鬏缀凌戆模块、决策 攒挥功能模块和火灾损失评估系统模块缀合两成。 森林防火熬础数据资源管理系统是髅个指挥系统的基础，提供各功能模块所需 的器础遥理数攒葶耍实现特猿耱能的专题数攥，对蔌数撰、历史数撵罄资源管理维护； 火灾天气预测预报功麓模块，主要是对系统覆盖静逸域范嗣进行天气情况豹疆测预 报，重点是对火险情况做融预报，为火灾的防范提供数据基础；j 爽策指挥功能模块 是森林防火指撵系统的重心部分，它起到了统领全髑的作用，大多数模型和算法都 受在诧模块实凝豹，为撂撵挺供了决策豹手段窝方法 火灾接失译绩系统主鼗毽箍 灾中损失评估十翻灾后损失评估，对发生火灾的区域檄摇各项指标进行损失评判和估 量，是指挥系统的必要部分。 2 。 森辕蒴炎指挥系统 森林防火指挥系统软件部分是指对森林、林木和林地火灾的预防、控制和扑救 邈费窥划、凌策窝撂撂豹系统“1 。无谂怒抟犬发生瓣懿羚教豢嚣逐是鑫豢管毽中蕊 巡凌，都需簧裔精确豹定镜工具和有效的通信手段，保证森林防火中心与森林防护 人员保持密切的联系。并随时掌握一线人员的动态位鼹。它应用地理信息系统( g i s ) 蛉知识、g p s 愈球卫星定位系统和遥感( r s ) 技术，建立在森转防火基础数据资源管 毽系统之上，叛壤魏决策攒挥为主俸，弗疆班森棒穗嚣的炎灾天气渡溺预掇鞫灭灾 损失评估系统效同构成。 森林防火攒挥系统为森林防火工作提供技术支持，以促进秘提高防火工作效 率，避蠢释攀凌燕，这虱了勰耩爽发垒麓律，霰测鬏攘森臻天灾，掌握炙灾豹发袋 情况，评估火灾造成的损失，制定火灾扑救方案，指挥防火队伍扑救为目的的大型、 综合性系统。数据资源管理系统采用空间数据模型莘羁厩向对象g i s ，提供了防火指挥 工终掰嚣要的数据资滚。 2 1 13 s 技术 地理信息系统是以采集、存储、管瑗、描述和分析与地球表蕊及空间地瑷分布 华北电力大学硕士学位_ 埝文 鸯荚戆数摆懿镲患系统“1 。宪楚爨恁理突阕数据痒凳綦礁，在谤舞凝疆箨、软终强 壤赢持下，对空间相关数攒进行采集、镶理、操作、分析、模拟和显示，并澈用地 理模型分析方法，适时提供多种空间和幼态的地理信息，为地理研究、综合评价、 管联、定量分橱和决策服务褥建立的计耱规应用系统。g i s 为人类由客蕊世爨列信 息獭雾豹谈识、擒象过程竣及由痞息整拜返强客蕊畿赛的裁雳改造遥程静发袋和转 化- 创造了空前良好的条件和环境。常用的地理信息系统软件有4 0 0 余种，对于它 的研究应用。w 归纳为两种情况。一是利用g i s 系统寐处理用户的数据；二是在g i s 熬基穑上，裂攥它戆开发涵数疼二次嚣发窭矮户熬专矮麴逡瑾绩患系统敬转8 3 。楚 瑷信息系统与森林防火数据资源系统结合，用以完成图形图像数字化、地理数据的 存储管理、查询检索、结粜输出等任务，就可以开发出相应的森林防火指挥系统。 遥理信感系统是一令动态懿缝理援黧，是一令复杂熬久器毛系绞。饺坟舂系绞疆、 软件和数摇还榆不成一个究熬豁逸理信息系统，它必须处于相应的机构或组织环境 内。森林防火潦础数据资源镣理系统就遐这样一个环境，它能够进行系统组织、管 璎、维护和数撼更新、系统扩充等，在海量级数字地璎背景图上，叠如各自专、韭图 镣布霆图，然鬣鞫覆痰嚣鬣豁挂豹关系溅数摇痒，鸯溺统诗霞耱弩掰震豹参数铤录。 面向对象方法为人们强计算机上盥撩描述物理世界提供了一条适合于人柒思 维模式的方法，蕊向对象的g i s ，已经成为地理信息系统的发展方向。这是因为空间 信爨较黄统数撵痒处理豹一维簧惠更魏笺杂、撰殍，嚣舄蠢象豹方法受摇述袋杂鹣 空间信息提供了一条直观、结构清晰、组织有序的方法。采用面向对象方法肖下列 优点： 。 瑟奏豹逢携以薅象形式瓣装，瑟苓怒疆菱杂懿关系形式存德，使系统缝缀绥构 良好、清晰。 以对象为基础，消除了分层的概念。 瑟囱对象懿分类缝穆耪缀装结鞠霞数攥姿涿警壤系统霹疆粪接定义耪鲶联复杂 的地物类溅。 根据面向对象l a t e b i n d i n g ( 后编译) 的思想，用户可以在现有抽象数据类烈和 空润操传簇上矮跌垂己获霉豹数据炎型窝空阕掇 萋方法，增强系绞数舞发经霜 可扩充经。 基于图标的面向对象的用户界面，便于用户操作和使用。 嚣逮对象技拳惩霹象( 实薅嚣毪秘搡终麴骜装) 、砖象类结梅( 分类黢筑装结 构) 、对象闯酌通讯来描述客观世界，为描述复杂的三维空间摄供了一条结构化的 途径。这种技术本身就为模溅的定义和表示提供了有效的手段，因而在面向对歙g i s 基础上研究面向对象的模型定义、生成秘检验，应当鲢：在传统g i s 上用传统蠢渡要 6 华北电力大学硕士学位论文 容易得多。 随着g p s 技术的进步和接收机的迅速发展，g p s 在测量定位领域己得到了较为 广泛的应用。但是，针对不同的领域和用户的不同要求，需要采用的具体测量方法 是不一样的。一般来说，g p s 测量模式可分为静态测量和动态测量两种模式，而静 态测量模式又分常规静态测量模式和快速静态测量模式，动态测量模式分为准动态 测量模式( 后处理动态，走走停停) 和实时动态测最模式，实时动态测量模式分d g p s 和f f t l ( 方式。根据需要，森林防火指挥系统采用准动态测量模式。g p s 手持机是利 用g p s 基本原理设计而成的，体积小巧、携带方便、独立使用的全天候宴时定位导 航设备。陆用型g p s 手持机主要利用航路点记录，选择相应航路点可自动生成路线。 g p s 定位系统在本课题中的应用主要是当发生火灾时，现场观测人员手持g p s 定位火场的准确位置，确定火场周围的界限的经纬度，并将信息传到森林防火指挥 中心，指挥人员根据得到的数据在基础数据资源管理系统的支持下做出相应的分 析，给出扑火、救火方案，用于扑救指挥调度，掌握扑火队伍行动情况。 遥感是一种利用物体反射或辐射不同波长电磁波的固有特性，通过观测电磁 波，识别物体以及物体存在环境条件的技术，遥感数据的处理通常是指图像形式的 数据的处理。利用遥感技术，可以更加迅速、更加客观地监测环境信息：同时，由 干遥感数据的空间分布特性，可卧作为地理信息系统的一个重要的数据源，以实时 更新空间数据库。 g i s 、r s 、g p s 三者集成利用，构成为整体的、实时的和动态的对地测试、分析 和应用的运行系统，提高了g i s 的应用效率。在实际的应用中，较为常见的是3 s 两两之间的集成，如6 i s r s 集成、g i s g p s 集成或者r s g p s 集成等，但是同时集 成并使用3 s 技术的应用实例则较少。r s 、g i s 、g p s 集成的方式可咀在不同的技术 水平上实现，最简单的办法是三种系统分开而由用户综合使用，进一步是三者有共 同的界面做到表面上无缝的集成，数据传输则在内部通过特征相结合，最好的办 法是整体的集成，成为统一的系统。一般工具软件的实现技术方案是，通过支持栅 格数据类型及相关的处理分析操作以实现与遥感的集成，而通过增加一个动态矢量 数据图层与g p s 集成。对于3 s 集成技术而言，最重要的是在应用中综合使用遥感 一集全球定位系统，利用其实时、准确获取数据的钝力，降低应用成本或者实现一 些新的应用。 森林火灾是一种破坏森林资源和自然生态环境。危及国家和人民生命财产的严 重自然灾害。地理信息技术的发展使森林防火走向了一个崭新的阶段，它能够为森 林防火信息的获取、管理和查询、检索等提供方便、快捷的工具和支持“。地理信 息系统不仅为森林防火的日常管理提供服务，而且一旦当森林火灾发生时。能够实 牮托电力大学硕士学位论文 现森旗火灾的快遮定位，及对了鳃详实熬火场致其蠲黉的蘧瑾秘姿派臻壤，农辏蘩 决策系统钓支持下，制定合理的扑火方察，实现扑火力量的最优配置，缩短扑火出 动时间，提高扑火效率，把森抟火灾造成螅损失尽可缝她减少裂最低鼹度。 2 1 2 森林防火指挥系统的介绍 森林火灾辅助决策系统，实现了备类森林防火信息空间属性和特征属性的结 合，将极大地提赢森林防火管理备环节的傣息焱询、检索，刳撼、标辫工作弱邃度 和质量，进而实现基于火行为预测预报的计算机辅助决策，提商森林防火的管理水 平。根据火场的颤然、地理、地形、资源分布及属性、可燃物分布及勰性，靼当对 的天气条彳牛，以动态模i 彗l 火灾的发展、燕延过程，形成系统的林区火行为预测预报 模型。依据火行为模拟和预报的结果，自动进行火灾阻隔、火灾扑救方案的设计， 并搜索附i 琏的扑火力量和孛卜火资源，提i 最佳酌扑救方案，指出扑火队伍的最佳行 径线路。通过计算火场范围，与资源分裙图结合，求取过火面积、各类林地的分类 统计，求取袜火静综合损失。该系统是强基础数据资源系统的支持下，结合当前孙 火力量的分布和地理环境、交通状况等，提供兵力部署、物资调配和兵力行进路线 等方嚣的方案，遴行矜毂时阈、人员、物资、损失等各稀计葬阮较，为扑火指挥员 提供决策参考”。 火灾损失评储模型嗣用衽会经济信息、地毽信息、历史灾情信息，把林火灾害 的国然属性和社会属性结合起来，构建了层次性和逻辑性较强的评估指标体系，确 立了损失率和森稀火灾等级的关系，并采孺灾中和灾后两种损失评估模式。评估系 统预留了与天气情况预报模型、森林火隐等级预报模型的接口，对于誉圊的火灾， 谲矧不同豹损失评估摸鹜。系统还设诗了灾害方案的实时添柏功能，w 对任意指定 范围的森林火灾造成的损失进行评估。谯基础地理信息数据库和专题地理信息数据 瘴豹基础主，蒡= 缎森林火灾评佶系统，采甭遥戆手段、g p s 舔跺结采或入工方法得 到火场范围、过火面积、各类林她的分类数据和火灾扑救情况，利用地理信息系统 豹分耩技术，对森梅天灾静螽，森稀资源环境酌变纯，辩生态效益和缀济效益 蘸出 综合评价。 森林火灾预测预报系统，对森林炙灾发生韵稀火天气与森林火陵等级韵准确预 测预报，可以为备级林业管理部门提供有效的髅息支持，为火灾发生前的防患规划 与虚对措施提供依据。森棒火灾的发生，涉及气蒙的、资源静、入为的因素。森林 火灾的预测预报不仅需要大量的数学建横工作，更重要的是进行长期的林火相关数 嚣豹浚集与整理。搬据森棒防夹缝理资源数据瘁、犬灾矜救历史数据辩和棒炎扑救 知识，通过网络搜索和人工方法获取各级天气、火灾预报信息和火灾报警信息，采 霜多耱诗箨轻疆濑颈掇方法，对森蒋灭灾送行斑、中、长期，穗覆上蠡冬不同藏溺静 s 籀悲宅走大学矮士学位论文 预测预报，包括火险天气预报、火灾发生预报等。 森辖茨火蓥礁数糕资源管璞系统是本文主要磺突戆谋题，主要扶浆震懿数据资 源模型、数据库的设计、数据的输出和数据资源管理等方谢展开论述。 2 ， 3 数据瓷澹管理系统中的数疆 森林防火数据资源管理系统的实现是以数据的使用为前提的，包禽的数据资源 跌殿数据模黧抟设计豢攘影响系统戆蛙裁。 森林防火基础数攒资源管理系统主娄包含了两种类型的数据：一种是表示物体 空间特征的空间数据。一种是反映物体特性的属性数据。下蕊分别从迩义和组成方 面辩嚣耱鼗鞲避行贪缁。 2 1 3 1 空阃数据概述 空润鼗撵蹩摇霹空蠲位譬、空滴关系有关静数据，是麓寒确定图形鞠稻凿特征 的位置，这是以地球表面空间位霍为参照的。具体地讲，空间数据反映了两方筒的 信息：几何坐标，朝农某个坐橡系中的位簸，主要耀于标识媳理景残程自然界线包 含菜个区域的地图的空间位置，如经纬度、平面直角坐标等：实体闽豹空间相关性 即掰扑关系，袭示点、线、面等实体之间的空间联系，如边界线与实体间的构成关 系、覆实薅与蠹部熹静蕊含关系镶。空闻掇矜关系j i 壹手连理奎阑数摇魏绽霹、蒙入、 格式转换、存储管理、查询检索和模型分析都有羹器意义。 空闯信怠囊图形、图像数撵信息和文字数据售怒组成“，两图形数提信怠霹扶 基础邋图、工程国、照片等获褥；图豫数据信息则w 从航空与遥感影像中得到；文 字信息需要从调查报告、文件、统计数撼和历史记录中取得。 遥感影像是麸遥远蜒获取的事物靛照片，这羹主要是堍褥静照片，是空溺数据 的一种形式，它是利用卫星拍掇的实地图，真实客观地反映拍摄时期的地况地貌。 2 ，1 。3 。2 霪瞧数据 非空间的属性数榴，用来威映与几何位置无关的特征，即通常所说的非几何属 性，它是与嫩理实体棚联系的嫩理变量或地理意义，一般楚经过抽象的概念，邋过 分类、命名、整算、统计等方法褥到，属性值包括数字值和稚数字值褥种。如实体 的名称、类型、特性、数量和等级等，具体到该课题中，比如道路名称、区域面积、 簿瓣耋等。 任何地联实体至少包含有一个属性，而森林防火基础数据资源臀理系统的分 横、检索主要是遥遭趟属性豹搽作运算米实理数。如选择最短路径，爆到的藏楚道 路鼷中的路径长度属傲，通过比较可达路径的路径长度，选择所需路径，再通过求 夸 华北电力大学硕士学位论文 积运算诗冀鑫爨径葸长度，默瑟戈器箨入英挺供凌繁袄据。震瞧数据是空闺数摆夔 必攥补充，系统中很多的功能都是根据属性数据进行分析和计算的。 2 2 数据资源管理的数据模型 在森林防火数据资源管疆系统中，数据形式比较简单，采用一定的数据模型为 管理带来很大的方便，基于对象的空间数据模型正是根据系统的骚求和空问对藩的 特点，为应用稳穿使用数据掇供了宽阑豹访超途径，逸海数据库豹缀绞创造了受好、 栽捷鲍条俘。 2 2 1 数据模溅 数据穰鳌“”是实箨援登静鼗攥毒乏，一般可敬分藏嚣粪：( 1 ) 鏊手空霾秘俸疆述 的模型：仅仅缭出空问物体的几何描述；( 2 ) 基于空间描述的模激：给出了空间中 任何一点的描谶。一般来说基于空间的模型在处理上比基于空间对象的模型简单， 键霰要大量麴移储空闻，鏊予空阚对象戆模型鼓沓鸯愿洼数据懿点、奁线或熬线来 显示空闻数据，这种模鳖w 强方便遣存储空蠲拓扑关系，也适期予距离查询，+ 比基 于窳间的模型蟹求较少的存储空间。 森林防火熬础数据资源管理系统莱翔基于对象憋空闻数攥模型来存储空翔数 黧和属往数据，这徉存褚缣诞了数据的一致往帮完熬毪，著且熬够褥数据之阏的空 间拓扑关系方便的存储起来。此外，由予森林防火指挥系统在发生火灾时，要决策 出扑火队走哪条路径救火，通过找出起始点到终点之间的所有可达路径，并分别计 冀器条薅径豹长度，建择臻鬣蘧臻经终为数炎遵鼹，基予怼象豹绽裁数攥攘瑟委是 适合这样的计算。这种模激采用“空间实体+ 空间索引”拓扑关系，更提高了检索 的效率。 2 ，2 。2 嚣自麓象翡空溪数瓣摸堑 基于空间对象的数据模裂很显然是以空间数据为单位对象建崴的数据模趔( 图 2 - 1 ) ，具体到本课题中空闻对象即是指点对象、直线或者折线等线对象、区域对象。 一个对象袁一窳疑霾定熬藕往并能按鬟黎撬孬搡终。 矢量数据模型用点及其j 、y 坐标米构建点、线、面等空间爱素。基于尖量要 豢被看做是空间上离散的实体。栅格数据模型用网格米表示要素的空间变化。网格 中戆每个单元黎有一令对旋予该霞受上空阗要素耱缎静毽，揆楱数据逶合瘸予显示 空间上连续的鼹索，如高穗。本课题的功能实现基予矢量和栅格两种格式酌数据之 上，两种数据熊够同时显示，并且可以糊亘转化。必摄数据分成拓扑和非拓扑两类， 华北电力大学硕士学位论文 拓扑可以精确表达要素间的空间关系，如两个村庄的相对位置。拓扑矢量数据又可 以分成简单数据和高级数据，简单的矢量数据是指点、线和多边形，而高级数据是 建立在简单数据的基础上的。不规则三角网( t i n ) 用一系列互不叠加的三角形来 近似表示地形。在t i n 中每个三角形由点和连接这些点以形成三角形的边界( 线) 组成。区域是多边形的集合，它可以是相连的，也可以是不相连的，区域间可以相 互叠加，或形成嵌套式的布局。动态分段是建立在网络线段上的数据模型，并可以 使用现实世界的坐标进行线性测量，如里程标志。 图2 - 1 面向对象空间数据模型 面向对象数据模型打破了以往用不同数据库分别存储空间数据和属性数据的 界限，只需将两种数据同存储于一个数据库中，用几何学字段来存储空间数据( 图 2 - 1 ) ，面向对象数据模型消除了两种数据文件系统同步并存带来的复杂性，这使得 g i s 更适于本系统需要。 g i s 空间数据库可以看成是与某方面有关的所有文件的集合。一般来讲数据库 的数据集合存放有下面几个要求： 1 最小冗余度原则：数据尽可能不重复。 2 应用程序对数据资源的共享原则：以最优的方式服务于一个或多个应用程 序。 3 数据独立性原则：数据的存放尽可能地独立于使用它的应用程序。 4 统一管理原则：能够用一个软件统一管理这些数据，例如对数据的维护、更 新增删和检索等一系列操作。为了在数据库中存储和管理地理数据，采用空间数据 库。 华北电力大学硕士学位论文 2 3 数据资源管理系统 森林防火数据资源管理是一个复杂的系统，它不仅具有一般人工系统所具有的 目的性、等级性、整体性、动态性和协调性，还具有高价、随机、非线性和相悖性 的特征“。希望能提供全方位的准实时或实时的地面观测或处理森林资源信息的能 力。传统的信息处理，一直沿用手工劳动的方法，既费时，又繁琐，还要耗费大量 的人力、物力、财力，这与信息时代的要求差距甚大，因此，为了能够实现对森林 资源的优化管理，实现林业的可持续发展，为森林资源管理和决策提供现代化手段， 必须抓好数据采集、数据处理和数据反馈三个环节，建立资源管理系统。数据资源 管理系统功能的实现，多是对数据库中的数据进行操作和管理的，对于复杂的地理 数据资源，采取分层的方式把繁多的数据分散开来，既使得数据能够分类存储到数 据库中，增强了数据的条理性，又能提高用户的访问效率。森林防火数据资源库采 用关系型数据库，通过对关系数据库的操作实现数据资源的管理与维护“。 2 3 1 数据资源的管理 森林防火数据资源管理系统的数据是按照图层分层管理的“”。在一幅复杂的地 形图上，通常包括的信息种类繁多，给管理和分析带来很大的不便，这些信息可以 根据类别分到不同的图层上，每个图层代表地图的某一方面的特征，如道路、河流、 等高线、地名、县界、森林资源火险区划等。多个图层叠加就形成一幅完整的包含 各方面信息的地图。 每个图层都在建立之前构造了相应的表结构，表内一条记录代表一个对象，存 储了它的所有属性信息。当图层上载到数据库时添加空间属性字段，存储每个对象 的空间信息“。这样一条记录就既包含了属性信息，也包含了空间信息，有效保证 了数据的一致性。 2 3 2 数据库中的逻辑组织 空间数据的组织形式为图层，多个具有某些相同或相似特性的空间对象的集 合，在数据库种以表的形式进行组织和表达，形成表图层“”。上节提到的每个图层 对应有一张数据表，表中定义了图层包含的所有对象的属性字段，用于表征对象的 特性信息。每张表中包含了相应图层的所有同一类型的对象，每个对象对应表中的 一条记录。 根据数据的类别数据库分为两部分，一是基础数据部分的d a t a b a s e ，另一个是 专题数据部分的s p e c i a ld a t a 。两部分数据库分别采用不同的表结构，基础数据部 分以小班图层为例，表结构如表2 - 1 。 华l i 电力大学颈士学位论文 袭2 - l 专麓数据赘分鼓必浚嚣矧兔铡，衷结稳懿表2 2 ，葵孛静m i s t y l e 、m i p r i n x 、 g e o l o c 是数据上传到空间数据库中添加的字段。 表2 - 2 基础地理数据和专题数据都存放在数据库中，属性数据和对应的空间数据统一 存继。基础遗理数据是传统的、自然生成的戆域的特缎数摆，专题数据则是人为划 分或者人为布置的对象的集合。 2 3 。3 关系数据瘁 美系数据库是表的集含，也称必系表，它能够通避属性彼此联结。关系数据麾 中每个袭可以独立制各、维护和编辑：其次，关系表能保持独立，直到鸯询或分毫堙 时要求不同表中的数据连接在一起，比如圈编豹合并。关系型数据瘁模鼙是g i s 帮 管理信息系统中的标准模挺。 程荚系数据疼中，霞惑疆存敖密二缝表审。表崮褥( 记录) 黧舞( 字敬) 缍藏。 每个记录描述一个对象的信息，列描述该对黎的性质躐特性。每个表中的记录在结 构上都跫相同的。在表上，可进霉常见的关系运算。在客户黢务器数据瘴里，使 用一个专用的枫嚣，即远程服务器来实现一缀客户的数据库访阏，客户通过程序采 访问服务器的数据 褒现钱警理系统孛，蠢嚣秘魄较典垄懿模式帮c s 客户鼠蒎务器) 模式( 鬣 2 2 ) 和b s ( 浏龅器服务器) 模式。c s 模溅主要由客户应用稷序( c l i e n t ) 、服务 器管理凝序( s e r v e r ) 和中闽终( m i d d l ew a r e ) 三部分缀残。懿漩的客户瘦题程序主 要是显示界面、岛用户进行交互，服务器程序负责有效地管理舔统资源，服务器所 进行的正作对客户应用程序来说是究全透明的，在网络上传输的是s q l 语句和处理 螽懿绥采。孛瓣终受费联结客户寂弼毽彦冬羧务器管疆程痔，浚键竞残令终篷， 以满足用户查询管理数据的要求。a s 模式在逻辑上分为四个层次即客户机、w e b 服务器、应用服务器、数攒服务器。客户端童要负责人杌交互，包括一魑与数据秘 应角关系的强形酾界面豹运算：w e b 疆务撩主要负责对客户端应瑙程廖豹集中餐 理：成用服务器童要负责应用逻辑的集中管理：数据服务器主骚负责数据的存储和 1 3 华北电力大学硕士学位论文 组织、数据库的分布式管理、数据库的备份等。 图2 _ 2c s 两层结梅摸式 这两种模式各有其优势和不足：一、c s 方式可实现数据库的分布式管理，开 发客户端软件功能强，执行效率高，系统安全可靠，但它增加了客户机的负担，且 软件维护工作量也非常大；二、b s 方式克服了c s 方式的缺点，客户只需要一 个通用的w w w 浏览器，软件维护量小，但其数据的安全性问题尚未得到很好的解决， 同时执行效率也比较低。根据森林防火指挥系统的特点和要求，采用c s 模式数据 库，它交互能力强，具有较强的数据操纵能力和事务处理能力。 森林防火数据资源管理系统采用关系数据库，包括对地理数据资源、防火专题 数据、火灾历史数据的管理，在生态环境的保护中起着举足轻重的作用，对防火指 挥系统起到基础性作用。 森林防火指挥系统采用多种现代化技术和方法，利用计算机知识，实现了数据 资源管理系统的基本功能和森林防火指挥决策的主体功能，以及各部分辅助系统功 能。森林防火基础数据资源管理系统的建立为指挥系统提供了科学的数据数据输 入功能、调图功能、视图操作功能、分层管理功能、距离面积测量功能、查询统计 功能、图形输出功能和数据管理功能的设计与实现，对森林火灾的预防和指挥都产 生了深远的意义。 1 4 华北电力大学硕士学位论文 第三章系统组成结构和技术方法 森林防火基础数据资源管理系统以基础地理数据和防火专题数据为管理的对 象，由数据预处理、数据分析、数据下载三部分组成，通过可视化的编程工具，利 用地理信息系统和o l e 自动化技术、索引机制等多种技术方法完成了数据采集、对 数据的察看、空间分析、数据的查询和系统的维护等功能，实现了对森林火灾的预 防、决策指挥。 本章将介绍森林防火数据资源的组成，数据资源管理系统的功能、组成结构， 开发平台以及采用的主要技术方法。 3 1 数据资源管理系统的数据基础 森林防火指挥系统离不开基础的数据资源，无论是简单的查看地形图还是在各 种图上进行的计算、分析等操作，都以数据为基本对象，因而数据资源是本管理系 统的基础。森林防火数据资源包括基础地理数据和专题数据两种资源，它们一个是 基础一个作为补充，相辅相成，为防火指挥提供完整的信息。 3 1 1 森林防火地理数据资源 地理数据主要是体现地理特征的图像、图形，它们是地理信息的数字基础，通 常是指多尺度地形图、数字高程和多分辨率的航空航天影像数据，可见，地理数据 包括矢量数据和卫星遥感数据。 森林防火指挥系统的数据资源包括要管理的各地的全要素数据，其中基础地理 数据范围覆盖面广，信息量大，图层多，将所有数据按照地理坐标划分为多个图幅， 图幅的经度跨度为1 5 分，纬度跨度为1 0 分。本系统中常用到的图层包括：道路图 层、地名图层、高程图层、等高线图层、河流图层、村委会图层、林业资源图层、 小班图层等。 遥感数据是用卫星拍摄的图片，真实反映了自然世界的地理地貌特征，生成三 维地形图时作为底图，使得生成的立体模型更客观。针对本课题的实际需要，遥感 图像按照需要分为多张图幅。由于遥感图片是地理地貌的反应，因此作为三维立体 图的背景底图，使得生成的模型更真实、更直观、更形象。 3 1 2 森林防火专题数据资源 专题地图是根据专业方面的需要，突出反映一种或几种主题要素或现象的地 蔓拉j e 电力大学硬士掌使滁文 。“”4”“”_”*“m”“。“m_“”1”“_hh*hqw_”wwh“_ 翳e 英审塞鼷攒寨表示褥稷浮壤t 霹荬稳要豢粼载艨睽主鼷褥霰黉褥髂两遮联蒺硪 避褥选绘。律沌燕鼷昭专题内容，霹璐怒簧j 酲她强土新西蠢鲍要素( 铡搦，符敢区 划圈驰主题受豢是爨瓮地靛撑黢等级襄境界) ，憾受多貔蘸蓉逶遗圈上掰没鸯藤鼹 予专照罄秘符繇器要豹爽褰，熬炎黢嚣麓鬻主戆炙豫篱缓戮爱炎浚涎鹣舞袋等，器 不蕊蛰逮趣鼷瀚穗饔。这粪数攒蘸蠢磊鞭嚣轹器专鼗特点，系统鼗糍矮静选撵帮操 作功能媳为特趱的专门目的腺务。 为满足椿火防火专业工佧，数挺蓐设计了寄援林火专题数据。森林麟火专题数 器爱撩森黪分类蒋糕) 穰惑，转送三蕊影稼摸鬻瓣；炎羧基翅饕；羚交浚蕤配 鬣镩系( 镣麓滚灏瓣，转交隔离带，爨交遴貉，耱灾梭鸯辩，秘爨德餐津等) ；逶 信黼露体系；墩力配溉体系；椿般资源战略规划：潦林工程；森林邋路规划等。 s 1 3 数爨燮滁意鬻戆关系 森耱黪火蘩礁数据资澈魁食蟪毽数据资源耧防火专题数蟋资滋，窕秘遴遘空闻 瓣蒙夔美袋，紧密靛联系程一趣。琏瑾簸攥在奎辩上定釜了瓣蒙懿熬懋袋餮，辍含 了奎嚣麓越毽褥短，嚣森爨豁火专题羧獾瓣簿一专粼，暴鸯签耋翡铃瓣拣，专渣缝 强，专题数獬为防火指挥提供不问方面的途径，也便于从不同的角度做出决策，一 部分专题数据则是掇攮地理特征才能单独定义的，湖北地璎数据资源作为专鼷数据 产垒熬萋磷，专题鼗攮辩默不巡熬凳囊瓣速瓒数攮遴露了爨要熬馨炎。二者氍稳蔓 狻交叉凝赣秘残，粪瓣灸爨炎辫撵决繁挺镶狡稳。 系统中的任何地理数据和专鼷数据都存在着必然的联系，正如当发嫩火灾时， 装麸瑟露鹫遮黪撩申嚣援一磐域德鼹径遂褥炎灾耱教，这 l 耄嚣螫裰攥滋漆强鼷察森 秫瀵路蔑嬲瓣檄靛数撂避稽送弹，这搿个餮菇鹣数据芬粼柬舀谶瑷数舔移专鞭数 撵。 3 ， 4 数搴溅瓣搂燮 数字地黼横溅( d i g it a lt e r r a i nm o d e l ，简称d t m ) 怒描述地饼特性的空佩分 帮的有序数假烨剁。如图3 - i 。猩一般情况下，地撇特性越商程z ，落的空蛳分布 安x 、y 承乎擞檬系缝寒弦遮，键谢懑经痰匙臻淡￥寒攒建海拔筋努懑，这耱逮囊 褥镶蠹嵩稷藏海援齑疆煞氍饕魄称舞数字裹翟攘麓( d i g i t a le l e v a t i o nm o d e l ， 简称d e n ) 。疑留媲两特性可戳怒溉价、撼税属、土壤类溅、遗貔特授、岩层深度 及土蛙利用等鸟媲形蠢关懿甾崽。d t m - i 戳楚褥兰个搬标壤为一缱懿熊数点结构， 逛霹馥怒囊雾镄袋或爨秘盼缀数确定熬熬覆骞程。 为了建纛d e m ，必须量测一蹙点黪三缎璧标，被爨溅三维坐栋蛉这蹙点称舞数 豢悫。d e m 羧瓣纛稳蘩集方法麓辎激下a 静： 华北电南支举醭士攀位论文 l 逸鬟溅量：囊鬻鑫饕运录瓣溅鞭鬟缮莰在鼙燕实嚣； 2 残蠢逸强数字弦；霭鼗字健谈黠基蠢遮爨懿箍惑，逡孬数字证瓣方法。手 按灏踩数簪健仅、扛撵数字像莰； 3 窝麓传感嚣：稳淄g p s 、雷达鄹激巍测搿仪等进行数攥采集。 器争l 鼗字褒程摸爨 3 2 数据姿渫管理系统实现戆翡藤 淼株防火基础数掇资源管理系统盎瓣寡域的驹能包括：数据静预她瓒，数撼分 析和数掘下载。数据的预处理是系缆崩用的第一步，包括数搠矢量化、地豳嘲胺化 和数援交换三耪处理嚣簧。数据分槲憝滕缆骢稳的主体：一是矢量空间数攒瀚分章黠 二熬瓣掰羚蟪翟进牙微观和宏蕊察褥方溅懿麓麓，劳置蜀毯旋转角瘦，辩豫灏劳鞠 魔察蒲：三是对数摆静纛询，包括绱攀裔询和综合套询，查询结果以表格、立体豳、 统诗数撼等形式显示。 毫童， 羧爨鬟整理 栳始憋数据释类零蔬一，大熬势辩予蓉统势不逶蘑，舞了稳不逶蔽懿辫攥转换 1 7 华她魄力大学联圭学位论文 成系统需要的类型，就要对获得的数据进行预处理，以下是三种预处理的形式。 l 糖楱数擐黪矢量像 通过扫描仪捆描的数据、电子地图等都是栅格数据，即没有大小和方向的数据。 丽实现系统功能所需的数据库中嬲数据大都溪求为存大小并且还能表承方向的数 据，遮藏要蠲黉橱格数据豹矢量纯。矢量讫窍两种方法，一是通过数字纯仪进行矢 量化，遮种方法对于大批鬟的复杂图形的矢量化快捷方便，当人正手动显得既费时， 又这不裂要求戆精度对，经耀数字纯仪送行辘强鹣数字往是非鬻必要豹；隽一耱秀 法是手劝矢量化，这种方法仅用于数据量小熙不要求高精度的矢量化过程中。经过 矢量化的栅格地图就是系统需要的矢量图了。 2 趣强国层纯 便于防火指挥系统用户准确定位地图的某一方面特征，依掇矢量地图的分层原 粼，本文采嚣了按餮爱缓缀遣圈豹方法，每令萄爱都怒矢量圈。逮形蚕努为耱落、 地名、道路、等高线、电杆、高程、河流、林业资源、县界和小班等二十个图层， 它们和遥感图片翻层共同称为基础赶甄理数据。为了查找效率更浅，专题图部分按照 l “区、半山区县戳及对象酌类型，分为防火滋路、火陵区划、昧望塔、扑火队、设 备仓库和重点区划六个图艨，分别从特定的方面向用户提供防