林业局森林防火信息化建设结构设计.doc

广州市林业局森林防火信息系统第一期建设项目技术方案林业局森林防火信息化建设结构设计1.1 广州市林业局森林防火信息化建设现状广州市林业局森林防火工程经过多年的建设，在各级党委、政府和有关部门的高度重视和大力支持下，已取得较好的成绩。在组织机构方面：已实现市、县、乡三级森林防火指挥部机构的全面落实，并实现了层层有人管，山山有人防，人员高效精干，防火设备齐全；在防火宣传方面：通过多渠道多形式对森林防火进行宣传，提高了群众的防火意识以及森林防火相关知识；在防火设施方面：市政府在森林防火资金安排上比较重视，近年来购买了一大批扑火机具，配备森林消防指挥车6台，新建森林防火瞭望台6座；在通讯网络方面：已建立了一套完整的无线通讯网络，为每个防火单位按照需要配备对讲机等通讯工具，实现全市无线通讯网络的畅通无阻；在防火人员训练方面：每年都进行多次森林防火实战演练并请经验丰富的专家进行指挥员培训，建设训练森林消防专业队。 相对于防火硬件建设而言，广州市林业局森林防火信息化建设相对滞后。目前，广州市林业局正准备筹建一个完整的网络环境，加快信息化建设步伐，森林防火信息系统的建设正是在这一背景下提出的。系统的建设将改善目前各种数据条块分割、森林火灾预测预报滞后、森林火灾监测精度低、指挥扑救不得力、指挥决策手段落后的局面，而且将建设广州市林业局防火指挥中心现代化、网络化、智能化的工作环境。系统的建成将使森林防火信息管理和防火指挥决策提高到一个崭新的层面，促进、加快广州市林业局信息化建设的步伐。1.2 项目需求1.2.1 建设目标项目的总体目标是建立先进、高效、科学的森林防火信息系统，该系统集实时监控、自动报警、指挥扑救以及防火信息的相关管理于一体。系统通过卫星地面接收系统获取遥感图像，利用3S技术、无线通讯技术、视频图像无线传输技术、以及网络技术，在进行系统的软硬件高效集成的基础上，实现对森林火灾的实时监测、自动报警、指挥扑救、火灾现场三维模拟、火灾灾后评估等工作；同时构建指挥中心的软硬件环境，实现指挥中心“现场”对森林火灾的实时监控与指挥决策。通过该项目的建设，将大大改善广州市森林防火的信息化建设状况，提高森林火灾预测的可靠性、火灾扑救的科学性和高效性、以及灾后评估的快速准确性，为全国森林防火信息化的建设提供应用示范。1.2.2 建设内容广州市林业局森林防火信息系统第一期建设项目预计在2003年8月30日完成，该项目的建设内容包括如下几个方面。 森林防火信息系统软件设计与开发； 操作系统、数据库、GIS平台以及开发工具等软件的选型与采购； 卫星地面接收站的接收方式和设备选型与实施； 防火指挥中心的网络布线、交换机、服务器、计算机、控制系统、投影系统等硬件设施的选型与布设方案； 指挥中心与火灾现场的通讯方式的设计与硬件设施采购方案和实施； 系统软硬件集成方案与实施。1.2.3 技术要求系统充分利用先进的计算机软件技术、网络技术，结合3S、4D等地理信息技术、数据库技术、图形图像处理技术、多媒体技术、Web及WebGIS技术、虚拟现实技术、数学模拟技术等进行开发。系统以数据库做后台支持，相关资料的显示和输出要与数字地图紧密结合，具有良好的可视化界面。开发成果满足安全可靠，管理维护方便、系统抗干扰能力强的要求；同时具备容错、检错、纠错能力，信息恢复和系统重建能力。总体结构使用跨平台的C/S与B/S结合的混合体系。具体要求如下： 操作系统、数据库应当稳定、安全可靠、高效和易于开发，并有可预见的长期保证； 应用软件开发。用户界面应当方便实用，简明快捷，便于操作、维护，并有相应的售后服务、升级保证及开发工具支持； 操作系统、地理信息系统平台、数据库软件及开发语言应当是成熟的、先进的、高性能的产品。数据库必须是大型的数据库管理软件。地理信息系统平台应是最成熟的系统，应该包含使本系统能顺利实施的各个模块。 卫星地面接收设备应当是性能先进、稳定，并配备有相应的配套设备和软件以及详细的说明书。 火灾现场图像传输投标人应当设计详细的方案，所选用的设备操作方便，实用。 森林防火信息系统软件应当包括：实时监测、自动报警、指挥扑救、现场图像传输、损失评估以及相关防火信息系统的管理。实时监测应当自动发现森林火灾，报告森林火灾的可靠性高，漏报率低，并能做到自动报警。指挥扑救应当能提供森林火灾的详细特征、森林火灾的行为以及最佳扑火路径等。现场图像应能实时传输到指挥中心，相关的防火信息系统应当包括防火人员、防火瞭望台、生物防火林带等等相关的森林防火设施的管理。 软件和硬件应能无缝地集成到一起。1.2.4 设计规范在设计过程中我们将遵循以下国际标准、工业标准、国家标准及行业标准：GB-8566-88计算机软件开发规范GB-8567-88计算机软件产品GB-9385-88计算机软件需求说明编制指南GB-9385-88计算机软件测试文件编制指南GB/T 12504-90计算机软件质量保证计划规划GB/T 12505-90计算机软件配置管理计划规范国标GB1526-89信息处理、数据库流程图、系统流程图、程序网络图和系统资源图的文件编制符号及约定中华人民共和国计算机信息系统安全保护条例HAVDBOOK OF SOFTWARE RELIABILITY ENGINEETING森林防火条例广东省森林防火战略与战略规划研究广东省森林防火管理规定广东省森林防火实施办法中华人民共和国消防条例广东省野外火源管理十项规定森林火灾经济损失额统计标准1.2.5 设计原则由于系统涉及与影响范围广泛而深远，是一项系统而宏大的工程，要充分利用各种信息源，广泛搜集信息资料。森林防火是涉及到国计民生的重要工作，要精心设计森林防火基础数据库，充分保证资料的的严谨与科学，同时以国家数据库建设标准为依据，保证数据库的统一规范。要以信息的利用加工为工作重点，利用数据挖掘技术、网络技术，充分发挥信息资源的潜在能量，科学、高效地完成森林火灾的预测、报警、扑救与灾后评估等工作。系统设计总体水平起点要求高，系统设计应采用当今最先进的技术和方法，既要反应当今水平，又要具有发展潜力，同时保证整个系统的安全。系统设计遵循如下原则： 开放性原则：系统应当扩展性好、兼容性强，其应用软件移植性强，易维护，生命周期长； 模块化原则：系统应严格遵循模块化的结构方式进行开发，以满足通用性，可替代性； 先进性原则：采用与技术发展潮流相吻合的产品，保证工程的可延续性，做到系统的实时响应； 保密性和安全性：必须符合国家的安全标准和要求，以保护内部信息特别是密级信息不被非法访问。 经济性原则：系统在满足功能要求的基础上，尽可能降低造价，做到系统性价比高； 软件开发原则：应用软件的开发应充分体现集成化数据管理和数据网络技术应用的特点； 兼容性好：系统应当能与省林业局、国家林业局防火信息系统共享数据，提供与区、县级市防火信息系统的接口，也要与警备区信息系统兼容； 可维护性原则：对软件开发的全过程要严格遵从软件工程的原则与要求进行管理。从需求分析、软件详细设计、代码编制、测试维护等过程都要建立完善的文档资料，以保证软件开发的正确性、健壮性。2系统总体设计2.1 总体思路近年来，随着地理信息系统（GIS）、遥感、全球定位系统等相关技术的发展进步和推广应用，许多行业与地域已开始大规模的空间信息化建设。 虚拟现实、高分辨率遥感、分布式数据库、网络技术、数据仓库、多媒体技术、海量数据处理及宽带通信等技术的突飞猛进，为GIS技术与各行业的深入结合、广泛应用展示了更加光明的前景。国家林业局“数字林业”工程已经于2001年启动，项目总体目标是建立国家级和省级数字森林资源基础数据库，构建数字林业公共应用开发平台和网络通信平台，建设国家级数据交换与系统运行管理为一体的国家数字林业中心，在集成的基础上，在数据、关键处理技术和系统应用层为数字林业其它建设项目提供技术支撑和运行管理环境。具体目标分为国家、省、地区和县四级。在这样的大环境下，广州市林业局提出建设“森林防火信息系统”工程。本项目在设计思路上充分考虑了系统的可扩展性和兼容性，充分参考了“数字林业”的项目需求，使目前的“森林防火信息系统”的建设，成为“数字林业”工程建设的一部分，数据库的设计参考了地区级“数字林业”的要求，在软件架构上设计采用开放的体系，便于和已有系统的集成，同时考虑和将来建设的系统的兼容性，使目前“广州市森林防火信息系统”成为“数字林业”建设的一部分，避免重复建设。在此思想下设计森林防火信息系统，针对森林防火行业需求，面向实际情况，将原来条块分割的信息按照空间位置统一整合管理，提供更直观、高效的查询与表达，在内网和广域网络支持下建立融合森林防火监测与管理自动化的分布式信息系统。此系统提供多层操作界面以满足不同层次管理者以及公众用户的需求，有关机构可基于空间进行信息查询、办公管理、综合分析、辅助决策等工作，使森林防火工作水平提高到一个崭新层面。2.2 总体结构与技术路线2.2.1 总体结构 “广州市林业局森林防火信息系统第一期建设项目”整体目标是建立森林防火信息系统，建设先进的防火指挥中心硬件设施，实现对森林火灾的预测预报、监测与自动报警、决策支持、指挥扑救。系统需要利用3S技术、网络技术、空间数据库技术等先进技术，涉及卫星地面接收站、指挥控制中心、视频无线传输等硬件设备，是大型综合集成的软硬件系统。系统功能需求子系统如下： 森林防火基础数据库管理子系统。该子系统管理有关森林防火的基础信息，包括卫星地面遥感信息、基础地理信息、森林资源林业基础信息、气候气象信息、森林火灾现场视频信息、森林火灾历史信息等。基础数据库管理子系统提供数据导入、管理、更新维护、查询、统计报表输出等功能。考虑到系统的可扩展性，提供数据共享接口，与已有的信息系统实现数据共享，并与将来的森林资源管理信息系统、林政资源管理系统、林业局电子政务系统等实现数据共享。 瞭望台等防火设施最优选址评价子系统。利用GIS的资源匹配功能，以及基础地形信息，设计瞭望台以及其他防火设施的布设方案，根据其服务半径，达到整个林区无盲点监测，同时减少成本投入，提高效益。 森林火灾预测预报子系统。实现森林火灾的预测预报，包括森林火灾天气预报和森林火灾火险预测预报。 森林火灾监测与自动报警子系统。主要实现森林火灾监测与自动报警功能。包括遥感卫星森林火灾监测与自动报警、瞭望台森林火灾监测与报警、地面巡护森林火灾报警。 森林火灾指挥扑救子系统。通过指挥中心的大屏幕，利用卫星遥感信息、火灾现场视频信息，以及基础地形、气象、风向、风速、防火设施等的基础数据以及专家知识库，利用GIS的三维模拟功能实现森林火灾发生、发展、蔓延仿真功能。实现森林火灾扑救方案的制定、指挥调度、最佳扑火路径辅助决策等功能。 森林火灾灾后评估子系统。对火灾灾后损失进行评估，包括森林火灾面积测定、森林火灾灾害经济损失调查与评估、森林火灾灾害环境影响评估等。 危险品及保密设施防火以及扑救子系统。对于危险品及保密设施当火灾发生时进行特殊处理，制定火灾扑救方案。 信息服务子系统。实现信息查询与发布，网上论坛与信息反馈等功能。根据系统的功能需求，设计“森林防火信息系统”的总体方案如图1。图1：系统总体体系图 系统利用遥感、遥测、全球定位系统(GPS)等现代化手段及传统手段采集基础数据，通过微波、超短波、光缆、卫星等快捷传输方式实时采集和维护森林防火监测信息。 系统设计在考虑满足第一期工作的同时，充分考虑了后续工作的相关性，使一期的工作作为二期工作的一个基础。无论从软件、硬件，还是从网络上，包括业务上的处理、模型的接口，都留有扩展余地，以满足今后业务规模发展的需求。 系统采集的信息严格按共享规范和标准进行规范化统一入库，规范作业方法，标准化数据，有效地存储管理与分发图形、图像等海量数据、实现多层次信息资源共享。为系统建成后进一步提升系统的应用奠定基础。 充分利用计算机网络技术，采用Client/Server和Browser/Server相结合的体系结构，保证系统的可伸缩性、可扩展性和开放性。系统针对不同的用户，给予不同的功能和信息服务。 在信息共享的信息基础设施的基础上，开发形象直观、易于操作、易于管理的应用系统。 遵循主流的接口规程和协议标准，不基于特定机型、操作系统或厂家的体系结构，从而保证将来系统扩充与升级以及与其他系统互联的方便可行，避免“今天的投资成为明天的浪费”。采用集成度高的软、硬件产品，减少自行开发的工作，尽量在已有基础软件上进行应用系统开发。2.2.2 技术路线在已有先进成熟的技术基础上，参考借鉴新一代GIS的设计思想与理念，深入研究森林防火的需求，确定系统的数据源，设计数据采集的入口与建库方案，建立森林防火信息系统基础数据库，采用前端采集更新与分布式共享的机制，以及基于元数据的数据管理方式实现数据共享。在基础数据库的设计上提供数据接口，提供与省林业局、国家林业局防火信息系统以及区、县级市防火信息系统、警备区信息系统的接口，也要为将来森林资源管理信息系统、林政资源管理系统、林业局电子政务系统等提供共享数据接口。同时数据库的设计上强调数据的维护、更新、安全、海量、支持多平台。充分考虑数据的安全性，包括硬件、软件、网络带来的数据的安全性。在数据需求与数据流分析的基础上，规划建立森林防火信息系统数据标准体系。重点建设数据的编码体系，在充分利用已有编码体系的基础上，对于目前还没有统一编码的数据，结合实际需求与先进的数据编码方法，确定数据编码体系，力争使其成为行业或国家编码标准。在森林防火信息系统基础数据库的基础上实现瞭望台、防火设施规划管理子系统、森林火灾预测预报子系统、森林火灾监测与自动报警子系统、森林火灾指挥扑救子系统、森林火灾灾后评估子系统、信息服务子系统功能。从而实现建立先进、高效、科学的森林防火系统的总体目标。系统的整体体系结构形成三层结构，即数据服务层、GIS应用服务层和表现层。数据服务器采用Oracle 9i，并利用ArcSDE访问和操纵数据的接口；GIS应用服务器利用ArcInfo8.2建立基于DCOM构件模型；客户端根据具体的需求，在ArcIMS的基础上，采用Win32或Browser方式，在实现Browser方式时，利用JSP或ASP进行网页编程。系统采用C/S与B/S结构结合的方式、组件化的GIS软件技术，便于模型嵌入信息系统，赋予其GIS可视化功能，采用分布式组织结构和WEBGIS技术，使应用系统的开发具有伸缩性、开放性、系列化和标准规范化的特征。在软件集成上，采用ArcSDE for Oracle 9i管理系统数据，利用ArcInfo 8.2作为GIS应用服务平台，图像处理软件选择Erdas IMAGE 8.5，同时集成火灾灾害现场无线传输系统，在防火指挥中心的网络环境下，进行系统的无缝集成，实现系统的各项功能。在硬件集成上，建立卫星地面接收站，利用GPS、视频信息无线传输系统软硬件设备、防火指挥中心的大屏幕以及网络环境，构建森林防火先进、高效、完善的硬件环境。在系统的安全机制方面，考虑网络安全、硬件安全、软件安全、数据安全四方面。网络安全是指信息的保密性、完整性、可用性和可控性的保障。硬件安全指硬件所处的安全状况、运行可靠性和资源管理方面的安全措施；软件安全指各种软件应用系统能够按照设计有序地正常运行；数据安全指数据本身的存储、生产与备份方面的安全。各方面的安全机制系统予以相应的处理。2.3 关键技术2.3.1 3S技术3S技术包括地理信息系统(Geographical Information System，简称GIS)，遥感技术(Remote Sensing，简称RS)，全球定位系统(Global Position System，简称GPS)。GIS指在计算机与软件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供对规划、管理、决策所需信息的空间信息系统。森林火灾每年会造成大量森林、人员、财产、珍稀物种的损失，准确地确定森林火灾发生的方向、地点、蔓延速度、强度及过火面积，对于森林火灾长期管理规划与制定有效的扑救策略是至关重要的。GIS技术可以帮助森林火灾管理者有效地规划资源，可以用于森林防火信息管理及其制图输出，更为重要的是GIS可以用于火灾发生前的防患规划、森林火灾监测与扑救策略上。由于森林资源分布、森林防火工作的时空特征，GIS技术成为“森林防火信息系统”的应用技术基础，利用GIS的空间管理分析功能，监测和预测森林火灾的动态变化，辅助防火部门在森林防火工作中进行决策，主要应用有：数据管理、森林火灾监测、预测预报、森林火灾行为分析、森林火灾损失评估等。GPS是以空中卫星为基础的无线电导航系统，能全天候、全方位、连续、快速、及时地提供高精度的三维距离、三维速度值以及高精确度的时间信息，它的出现标志着全球定位和导航能力技术上的一个飞跃。GPS能在全球的任何地点、任何时间提供用户静止的和动态的地理位置和时间信息，这一功能为森林火灾发生时指挥扑救带来极大方便，同时还可以用于灾后火场边界和火场面积的调查，方便地测定过火林地面积、森林火灾受害面积、估计森林火灾的损失。RS技术利用遥感器从空中来探测地面物体性质，根据不同物体对波谱产生不同响应的原理，识别地面上各类地物，具有遥远的感知事物的意思。利用航天、航空遥感器收集地面数据资料，并从中获取信息，经记录，传送、分析和判读来识别地物，它有着可获取大范围数据资料，获取信息的速度快、周期短，获取信息受条件限制少，获取信息的手段多，信息量大等特点。近几年来卫星监测技术得到了很大发展，通过卫星监测技术，可以在森林防火期，利用气象卫星FY-1、FY-2、NOAA等的遥感信息，通过专门处理形成森林火灾监测图像，对地面森林火灾发生和蔓延行为进行监测。卫星遥感技术的特点是：探测范围广、搜集数据快、能得到连续性资料，反映出森林火灾蔓延的动态变化。2.3.2计算机网络技术计算机网络是利用通信线路把分布在不同地点上的多个独立的计算机系统，通过各种通信手段，按不同的拓扑构型连接起来的一种技术，其目的是使广大用户能够共享网络中的所有硬件、软件和数据等资源。从网络范围和计算机之间互连距离来划分，计算机网络可以划分为广域网(WAN)和局域网(LAN)两大部分，其中广域网一般使用公用通信网或邮电部门提供的设备和线路，而局域网一般使用一个部门或一个大楼内的通信系统。森林防火信息系统依托林业局内部局域网络，采用Client/Server结构，运行主要的系统功能。技术和管理层次的用户在这种模式下工作，实现对数据库的共享访问。同时，信息发布模块采用Browser/Server结构，在广域网(WAN)上发布森林火灾信息。2.3.3 数据库技术数据库是计算机中存放数据的仓库。数据库技术是对数据库进行管理的一门技术。第三代以面向对象模型为主要特征的数据库系统，与网络通信技术、人工智能技术、面向对象程序设计技术、并行计算技术等互相渗透，互相结合，呈现出以下特征：1) 面向对象的方法和技术对数据库发展带来深远的影响。2) 数据库技术与多学科技术的有机结合成为当前数据库技术发展的重要特征。3) 面向应用领域的数据库技术的研究，如数据仓库、工程数据库、科学数据库、空间数据库、地理数据库等。森林防火信息系统采用数据库技术，管理各类基础地理信息、遥感信息、森林火灾专题信息。利用数据库的访问权限管理机制，实现对数据库的授权共享访问。同时数据库的建立，满足了Client/Server架构的系统应用要求。2.3.4 Web GIS技术WebGIS是Internet技术与GIS技术相结合的产物，是通过互联网技术扩展和完善GIS的一项新技术。WebGIS改变了传统的数据采集、分析处理和共享的方法，利用Internet在Web上发布空间数据，以供用户浏览、查询、分析应用，WebGIS已经成为当前GIS的一个发展趋势。与传统的基于桌面的GIS相比，WebGIS具有以下的优点： 广泛的访问范围。 独立的平台。 简单的操作性能。 平衡高效的结构模式。 WebGIS是GIS应用的一个发展方向，也是森林防火信息系统的一个重要发展方向。森林防火信息系统采用WebGIS技术，设计了系统信息发布功能，在Internet上发布与森林火灾有关的基础地理信息、带有空间特征的森林火灾专题信息，可以动态查询与显示地理空间和属性数据，同时提供了基本的数据操纵功能。2.3.5 COM开发技术COM(Component Object Model)，即组件对象模型，是关于开发可重用软件组件和组件之间相互通信的一组标准的描述。COM不是一种计算机语言，也不是函数模块，它实质上是一个连接软件组件或模块间的协议。利用该协议，组件与应用、组件与组件之间可以互操作，极其方便地建立可伸缩的应用系统。概括的说，COM具有如下一些优越性： 编程技术难度和工作量下降，开发周期变短，开发成本降低。 可以实现分层次的编程，从而促进软件的专业化生产。 可以使各个方面的人员协作进行软件的开发，充分利用了各种人力资源。 软件的复用率提高，使软件的使用效率得到提高并延长了使用寿命。森林防火信息系统应用开发采用COM技术，利用ArcGIS的二次开发功能完成C/S结构下的系统开发。这项技术的采用，将极大提高系统的可扩展性，可维护性。2.3.6 空间数据共享平台地理空间信息具有基础性、区域性、共享性、综合性和分布性，已得到广泛的重视和应用。由于缺乏协调和管理，各个系统之间是独立的，对基础数据进行了重复采集和数字化，系统间缺乏交流和共享，不能适应信息化和网络化的要求，限制了地理信息的广泛应用。因此需要建立作为各部门共同使用的基础信息，避免部门重复建设问题，提高信息化标准程度，为信息共享和网络下的协作扫除障碍。空间数据共享平台由通讯网络、空间信息资源、空间信息处理服务和用户操作界面构成，实现各专业部门对基础信息和处理功能的共享，以及各专业部门信息和处理功能间的集成和融合的框架。空间信息基础设施的通讯网络把空间信息收集平台、空间信息资源数据库、空间信息处理计算机和用户终端计算机连接起来，使空间信息流按照需要在各组成部分间流动。空间信息资源包括各种类型的数字地理空间信息和空间参考信息，具体有电子地图、数字遥感图像、三维空间图形和多媒体信息等，另外还有具备空间参考属性的属性信息和各种统计信息。空间信息资源存储在各种级别和规模的分布的数据库、数字资料馆和数据仓库中。空间信息处理服务器是连接在计算机网络上的计算机(包括超级计算机、大规模并行分布处理计算机、各种工作站和服务器)，他们完成对数据库的操作和各种空间信息处理和查询要求，提供各种计算模型和决策支持系统。用户终端计算机提供对用户友好的操作界面，使用户不仅能通过键盘，还能够通过语音和虚拟现实工具来同数字世界交互，提供对空间信息的查询和访问，为用户提供决策支持，为公众提供信息查询。实现地理数据共享的必要性和优点 整合分离的数据源是GIS及相关工具的主要特征之一。 通过地理数据共享可以使更多的人使用和更充分地利用已有的数据，减少重复劳动和费用。 使大家有可能基于一个公共框架工作，既节约金钱，又产生更大的协作利益。 GIS系统更容易集成。 GIS应用开发可以把重点放在开发新的应用程序，而非仅仅是支持不同的数据格式。 虽然数据共享标准也会随时间变化，但它为用户提供了一个相对稳定的产品环境，即使旧标准过时，新出台的标准通常会保持兼容。至少在理论上，保护了用户在数据上的投资，从长远来看，也有利于GIS的发展。2.3.7 空间数据仓库过去25年，人们使用GIS、CAD、RS等系统构建了数量惊人的数字化空间数据，并为此付出了上百亿美元。如何充分有效地利用这些资源是一个重要的课题。 今天，空间数据管理的需求有三种趋势，一是组织内部访问需求的扩大；二是一些组织开始在地图数据中集成自己的核心业务数据并且将空间分析加入到业务流中；三是越来越多的人希望通过因特网来访问已有的地图数据。但是由于GIS软件提供商多采用文件格式或自己定义的数据格式来保存地图数据，开放式访问地图数据受到了严重的阻碍。数据仓库(Data Warehousing)指“支持管理决策过程的，面向主题的、集成的、随时间而变化的、持久的数据集合”(Harjinder 1996)。它是管理分布式、大数据量的、面向主题的系统，可以跨越不同数据模式、不同版本，并对数据可进行多种面向决策的处理。它是一个把多个异构的原始数据集合融合在一起以支持结构式查询、分析和决策支持的技术系统。以数据仓库的思想来管理空间数据的系统就构成了空间数据仓库，它有机地将数据的空间属性和时间属性紧密结合起来。2.4 方案的可行性、先进性、创新性2.4.1 先进性与创新性 面向实际需求，以及未来的发展，设计的森林防火基础数据库，既保证了近期项目的需求，又考虑了远期的发展（建立森林资源管理信息系统），以及与“数字林业”的兼容，使目前的建设成为后期建设的一部分。 实现多维可视化与直观表达，便于森林防火总体调度、治理管理、规划建设、森林火灾预测、指挥扑救与灾后损失评估等。 森林火灾火场三维模拟模块叠加了森林火灾行为预测结果，可以动态分析，便于森林火灾指挥决策。 以C/S和B/S相结合的方式实现信息前端采集动态更新与包括广州市林业局内外乃至公众用户的广域共享。 指挥中心与森林火灾现场无线视频图像传输方案先进、合理、性价比高。 利用卫星地面接收站、GPS、视频信息无线传输系统软硬件设备、防火指挥中心的大屏幕以及网络环境，构建了森林防火先进、高效、完善的硬件环境。2.4.2 技术方面的可行性 3S技术的发展已经为人类获取、管理和应用海量的空间数据提供了可能； 计算技术的发展和计算机应用的普及为人们处理海量的空间数据提供了可能； 计算机图形技术特别是虚拟现实技术的发展为人类生产生活的方方面面的虚拟表示乃至整个星球的虚拟表示提供了可能； 计算机和通信网络的发展为人类通过网络共享空间数据和开发应用提供了可能； 广州市林业局已经积累了一定的基础的数据，通信网络的发展也已经具备了一定的规模，建立森林防火信息系统的时机已经成熟。2.4.3 管理制度(管理模式)方面的可行性目前，广州市林业局业务管理所涉及的业务管理模型已比较成熟和趋于完善，具备了良好的基础。系统的设计开发，将按照软件工程规范进行管理，借鉴CMM等质量标准体系，始终把最终用户放在软件产品供应优化和质量控制的中心，最大限度提高性能，降低成本，以适合林业防火部门的管理要求。2.4.4政策与国家导向国务院已明确要求各政府部门进行“三网一库”信息化建设，按照国家制定的有关信息管理和计算机应用的方针政策，严格贯彻信息技术的标准、规范以及发展规划，这就为森林防火信息系统的实现打下了坚实的基础。国家林业局已经启动数字林业建设工程，其总体目标是建立国家和省级数字森林资源基础数据库，构建数字林业公共应用开发平台和网络通信平台，建设国家级数据交换与系统运行管理为一体的国家数字林业中心，在集成的基础上在数据、关键处理技术和系统应用层为数字林业其它建设项目提供技术支撑和运行管理环境。项目在2001年已经启动，建设期为5年。森林防火信息系统是数字林业应用子系统，数字林业的大环境，为规划建设广州市森林防火信息系统奠定了基础。2.5系统的技术质量指标2.5.1技术指标 系统容量：达到TB量级的空间数据 响应速度：事务处理型系统5秒以内响应，辅助设计分析型子系统视数据量有所不同，一般在2-3分钟以内 系统安全性：参照依据我国信息技术安全标准和美国橘皮书(orange book)C2安全级别标准（orange book是美国国家安全局(NSA)的国家计算机安全中心(NCSC)于1983年8月颁发的官方标准，其正式名称是“受信任计算机系统评量基准（trusted computer system evaluation criteria）,其封面为橘黄色,以此得名。）2.5.2 质量指标系统要经过白箱黑箱测试，使出错概率、死机概率控制在一定范围之内。系统还要按ISO9002软件质量体系认证建立质量体系，形成文件并加以保持。系统编制覆盖本标准要求的质量手册。质量手册应包括或引用质量体系程序，并概述质量体系文件的结构。（注：按ISO 10013 提供了质量手册编制。）3系统详细设计3.1森林防火信息系统3.1.1 森林防火基础数据库管理子系统森林防火基础数据库管理子系统管理有关森林防火的基础信息，是森林防火信息系统各子系统实现的基础。森林防火基础数据库管理子系统实现对各类数据组织建库、管理、更新维护、查询、并发控制、灾难恢复、安全授权和用户管理功能等。系统采用分布式的数据管理，即按照广州市林业局、区、县林业局空间划分进行数据组织，形成自下而上的分布管理。区、县林业局管理具体的、详细的数据实现数据库的建库、更新、维护，而广州市林业局实现数据汇总，集成管理。区、县林业局需要维护的数据包括：森林资源基础数据、防火人员及设施信息、森林火灾历史信息，除进行数据维护更新外，定期上传数据到林业局，实现局级资料的更新汇总。广州市林业局对卫星地面遥感数据、基础地理数据、气候气象数据、森林火灾现场视频数据以及区、县林业局上传的数据进行集中管理。该子系统拟采用在ArcSDE for Oracle9i系统上开发。Oracle和ArcSDE 的数据管理机制可以使系统的数据管理做到高效、可扩展、可维护和严格的用户权限管理。3.1.1.1 系统数据源以及采集方式根据森林防火的需求，森林防火基础数据库包括如下数据源：卫星地面遥感数据、基础地理数据、气候气象数据、森林资源基础数据、森林火灾历史数据、防火机构、人员及设施数据、森林火灾现场视频数据、专家知识数据等。系统的基础地理数据采集范围为广州市所辖范围，其他数据采集范围为广州市白云区林业局所辖范围。 卫星地面遥感数据。利用卫星地面接收系统，获取卫星遥感图像，该数据是森林火灾预测、火灾现场扑救以及灾后评估的基础数据。根据目前的现状，拟采用“极轨气象卫星VSAT小站应用系统”，卫星遥感图像的空间分辨率为1公里。利用系统待建的卫星地面接收站接收卫星遥感信息，并进行图像处理获取卫星遥感图像。 基础地理数据。按照森林防火的需要，基础地形图的比例尺为1：5-10万。基础地理信息包括：等高线、交通、水系、居民地、行政区划、通讯以及注记等部分。利用已经建成的数据库，进行格式转换，然后导入、建库。 气候气象数据。包括日或月平均温度、湿度、降雨量，极端最高、最低温度、10度的年积温、风向、风速数据。利用已有数据，经过整理、格式转换，然后建库。 森林资源基础数据。包括：（1）森林资源调查数据及森林分布图。森林分布图比例尺1：5-10万。森林资源调查因子包括：地类、权属、海拔、地貌、坡向、坡位、坡度、可及度、土壤名称、土壤厚度、起源、林种、优势树种、树种组成、平均年龄、龄组、平均胸径、平均树高、地位级或立地指数、郁闭度、出材等级、林分蓄积、散生蓄积、四旁株数、四旁蓄积、枯倒蓄积、采伐蓄积、毛竹株数、散生竹株数、杂竹株数。（2）小班数据及林相图。林相图是以林场（乡、村）为单位，用基本图为底图绘制，比例尺为1：5-10万。根据小班调查因子注记与着色，凡森林小班以优势树种确定色标，以龄组确定色层，用分子式表达主要调查因子。其他小班只标记小班号和地类符号。在已有数据的基础上进行补充，然后建库。 森林火灾历史信息。该信息包括火灾发生时间、地点、起火原因、火灾级别、火灾损失等，通过森林火灾历史信息可以对森林火灾的发生规律进行挖掘，实现有针对性的森林火灾监测。利用已有数据，进行补充，然后建库。 防火机构、人员及设施信息。防火机构、人员信息包括机构、人员、扑火队伍及驻地等，防火设施信息包括瞭望台信息、报警点、消防车、生物防火林带信息、扑火器械及存放地等。该类信息是制定森林火灾扑救方案必要信息。利用已有数据资料，进行补充，然后建库。 森林火灾现场视频信息。森林火灾现场视频信息指当森林发生火灾后，为监控指挥森林火灾现场，通过无线传输方式发回指挥中心的视频图像信息，要求20帧/秒。通过本系统提供的视频传输设备进行数据采集与传输，然后建库。 专家知识信息。包括专家知识，火灾扑救预案等信息，组织建库。3.1.1.2 系统数据组织方式根据系统数据源的特点，以及“数字林业”的工程规划，在设计时考虑同未来“数字林业”的兼容，对各类数据独立组织，使数据库的组织既能满足目前森林防火信息系统的需求，又能与将来的森林资源管理系统等兼容。具体组织建立如下数据库： 影像库。管理遥感影像数据； 基础地理数据库。管理基础地理数据； 气象气候数据库。管理气象气候数据； 森林资源基础数据库。管理森林资源基础数据； 森林火灾专题数据库。管理森林火灾历史数据、防火机构、人员及设施数据、火灾现场视频图像数据、灾情统计数据、分析处理结果数据等。 知识库。存储专家知识、火灾扑救预案等信息。 模型库。存储森林火灾预测预报、森林火灾行为模拟、森林火灾指挥扑救、森林火灾灾后评估所需要的模型。系统数据库总体结构如图2。图2：数据库总体结构图3.1.1.3 数据库结构设计各数据库的结构依据具体的内容不同，其结构也不同。在已建成的数据库的基础上，进行补充，设计各类数据库的结构。在进行数据库设计时，遵循以下原则： 空间数据采用ArcSDE进行存储和管理； 各种专题信息分不同数据表进行管理，在设计时严格满足第三范式的要求； 为了提高数据检索和处理的效率，编写相应的存储过程和触发器，内置于Oracle数据库中。 保证数据编码标准化、规范化。代码设计和标识符设计应遵循国家标准、林业局标准以及项目中制订的标准。数据进行统一编码，与上述标准一致。3.1.1.4 数据库功能设计1、数据编辑和处理功能包括数据的存储、输入/输出、修改、增加、删除、备份、恢复。空间数据的编辑和更新基于ArcInfo 8.2实现。2、查询和显示功能。能够为决策者、管理者和有关人员提供对数据库信息的查询和显示功能；能够直观显示图形、图像数据和相应属性数据。在进行数据检索时，采用标准的SQL+空间数据访问接口扩展进行，检索数据的结果以图像、图形和XML文档的方式返回客户端，也可在浏览器和Win32应用中被表现出来。3、并发控制、灾难恢复功能。并发控制、灾难恢复功能基于Oracle实现。4、安全授权和用户管理功能安全授权和用户管理功能基于Oracle提供的基本功能实现，并提供基于浏览器的管理工具。5、元数据管理元数据（Metatdata）是针对数据进行描述的数据，它提供了对空间数据进行检索的支持，元数据的内容包括数据精度、比例尺、范围、时效性等。在本系统中利用ArcInfo8.2的元数据管理功能实现。6、系统接口功能基础数据库管理子系统提供数据共享接口，包括与省林业局、国家林业局防火信息系统，与区、县级市防火信息系统，警备区信息系统共享数据，同时与将来的森林资源管理信息系统、林政资源管理系统、林业局电子政务系统等实现数据共享。 图3：森林防火基础数据库管理信息子系统与外部系统接口示意图3.1.2 瞭望台、防火设施规划子系统瞭望台、防火设施规划子系统是以基础地理数据、瞭望台、防火设施数据为基础，利用GIS的空间分析功能，对瞭望台、防火设施的布局进行优化，降低防火成本，提高瞭望台、防火设施的利用效率，使瞭望台、防火设施的布置科学化、合理化。本子系统主要包括三部分的内容，瞭望台布局规划模块、林道网布设规划模块、生物防火林带的布设规划模块。3.1.2.1瞭望台布局规划瞭望台监测是我国林区及时发现森林火灾火源和报警系统的重要措施之一，本模块根据各林区火灾出现的频率和森林火灾等级的原则，结合GIS技术，采用监测覆盖率指标计算林区设置瞭望台的数量；对瞭望台的位置进行比较分析，根据各瞭望台可视覆盖区图层叠加后的覆盖率，以覆盖率最大为原则，最终确定瞭望台的数量和位置。尽量扩大可视覆盖区的范围，使瞭望台真正起到及时发现森林火灾火源，监测森林火灾蔓延状况、报警等作用。1、瞭望台观测覆盖区的计算瞭望台观测覆盖区的计算可以使用ArcGIS的三维扩展模块开发。基础数据需要两个图层：以栅格或TIN格式存储的数字高程模型（DEM）和观测点图层，除此之外还需所在地的海拔高度，瞭望台的高度，被观测目标的高度增量，观测区域的水平和垂直方向角度等。利用这些数据可计算生成 “瞭望台可视覆盖区”图层。2、瞭望台辅助规划根据瞭望台规划的一般原则，初步确定候选的瞭望台位置，对它们按上述方法进行覆盖率计算，取其中最大的几个瞭望点进行最终分析。对各覆盖率图层进行叠加操作，对比叠加后的覆盖率，选择覆盖率最大的瞭望台组合即为最合理位置。3.1.2.2林道网布设规划林道网是构成森林防火工程体系的重要组成部分，在森林火灾监测、阻隔以及扑救中起到了重要的作用。林道网为森林火灾的监测提供便捷的交通条件，提高护林员地面巡护的工作效率；配置合理的林道网在发生森林火灾时，可以起到阻隔地面火蔓延的作用；当发生森林火灾时，林道网提供快速运送扑火人员和扑火机具的运输线路，缩短扑火人员到达扑火现场的时间，减少森林火灾所造成的损失。将目前的道路分布图、森林火灾火险分布图、森林资源基础数据进行叠加，利用GIS的叠加分析功能，生成火险等级交通分布图。对于森林高火险地区，结合城市规划的交通规划信息，规划建设等级公路；对于偏远森林高火险地区，城市规划的道路体系不能到达，也要具体规划路网建设，同当地的现有路网相连，保证森林火灾扑救人员及设施的顺利、快速到达。利用GIS的地理信息可视化功能、空间分析功能，可以避免路网的盲目建设，扩大路