森林防火指挥决策系统可行性研究报告.doc

森林防火指挥决策系统技术白皮书江西华宇科技有限公司2005年5月10日目 录1、系统概述22、系统目标33、运行框架34、系统核心技术44.1空间数据管理和表达技术44.2 ArcObjects；Microsoft Office、Media类库扩展及二次开发技术54.3 遥感影像、全球定位技术(GPS)和地理信息系统(GIS)集成技术65、系统功能简介65.1 电子图管理模块75.2 信息查询模块95.3 热点信息管理模块105.4 统计报表模块115.5 辅助决策模块135.6 火灾损失计算模块135.7 电子沙盘模块145.8 防火信息管理模块165.9 火场标绘模块165.10 小班管理模块176、功能模块使用实例186.1 火灾档案管理186.2 观察点信息管理191、 系统概述森林防火指挥决策系统是以15万或11万全要素电子地图为地理基础信息资源。以森林资源专题信息数据库、森林防火信息数据库等为森林防火的信息资源，以数字地图检索显示、数据库管理查询、统计报表、热点信息的标绘和显示查询、三维电子沙盘的生成与显示、情况标绘、多媒体火灾档案卡、观察点回放等主要功能为一体的森林防火管理和指挥决策的地理信息系统。软件平台按照国家防火办的要求，采用ArcGIS平台开发，所有数据做到国家、省、设区市、县（市）区四级相统一，除整合森林防火信息资源外，将与二类资源数据库链接，确保森林资源数据的真实性和实时性，做到资源数据共享。2、 系统目标森林防火指挥决策系统的建设目标是在GIS平台技术的支持下，整合森林地区数字地图、森林资源专题信息、森林防火信息数据，研发切合本省森林防火工作实际情况，同时又符合国家有关部门要求的森林防火指挥决策系统，为森林防火指挥提供必要的信息源和辅助工具，实现森林火灾日常信息化管理和应急指挥辅助决策。本系统的一些关键技术指标要达到国内先进水平。同时，系统确定了实现数据共享和数据动态更新的目标，在元数据层面上保证了所有数据的统一规范，实现在各级森林防火指挥决策系统之间的共享；系统可以实现与森林调查数据的实时交互，确保数据的时效性。3、 运行框架森林防火指挥决策系统采用三层结构，运行于Microsoft Windows XP操作系统之上，系统在数据库的支持下，基于ESRI ArcView 系列GIS平台、Microsoft Media和Microsoft Office进行专业功能的二次开发而实现。其三层结构和运行框架如下图所示：电子地图数据库多媒体信息数据库森林资源数据库ESRI ArcView GIS平台Microsoft Media 平台Microsoft Office 平台森林防火指挥决策系统图-1：森林防火指挥决策系统三层结构Microsoft Windows XP操作系统ESRI ArcView / Microsoft Office / Microsoft Media 平台森林防火指挥决策系统图-2：森林防火指挥决策系统运行框架4、 系统核心技术森林防火指挥决策系统的核心技术包括以下几类：4.1空间数据管理和表达技术森林防火指挥决策系统是基于15万或11万电子地图进行开发的。同时森林防火信息和森林资源信息也是以电子地图的形式进行管理和存储。因此，如何高效率地存储和管理这些空间数据，是森林防火指挥决策系统建设中的核心问题。本系统采用ESRI的地理空间数据库技术作为解决这个问题的方案。地理空间数据库技术实现了空间数据的图形属性一体化存储，使得系统对于空间数据可以按普通数据的方式进行管理，例如，可以按SQL语法进行查询等；同时基于地理空间数据库的有效拓扑规则、元数据管理等技术，使得森林防火指挥决策系统在数据质量保证、数据共享机制等方面都可以很容易地实现用户提出的要求。森林防火指挥决策系统用到的空间数据包括以矢量格式的离散数据集、以具有光谱或属性数据的像元格网（grid）或一系列三角形点拟合一个表面(tin)等。通过这三种数据在用户界面的表达，系统为森林防火指挥提供辅助决策的直观信息和依据。通常，防火信息、行政区划、水系、居民点等采用矢量数据表达；森林资源、地面状况（ETM遥感图像）、一部分高程信息采用像元格网表达；此外，本系统对于进度比较高的高程信息采用TIN表达。4.2 ArcObjects；Microsoft Office、Media类库扩展及二次开发技术 Arc Objects（简称AO）、Microsoft Office Objects都是基于COM（Component Object Model）规范的开发包，其中Arc Objects是ESRI提供、Microsoft Office Objects来自Microsoft，前者是安装Arc View附带的，通过它可以实现的GIS功能包括：空间数据的显示、查询检索、编辑和分析；创建各种专题图和统计报表；高级的制图和输出功能；空间数据管理和维护等；后者是安装Office时附带的，通过它可以实现MS Office (Excel/Word)中的大部分功能。森林防火指挥决策系统对上述两个开发包进行了扩展和二次开发，按照用户需求，实现了系统功能。此外，系统多媒体功能模块使用了Ms Media类库的部分功能。4.3 遥感影像、全球定位技术(GPS)和地理信息系统(GIS)集成技术遥感影像是一种直接获取地球表面各种特征信息的有效手段，全球定位技术(GPS)是实时获取移动目标位置和速度信息的工具，通过在GIS系统地图界面上恰当地表现遥感影像和GPS位置信息，结合GIS系统自身对于上述两类信息的分析以及其他地理信息的表达，就基本实现了遥感影像、全球定位技术(GPS)和GIS的集成。通过这种“3S”集成技术,森林防火指挥决策系统得以实时地模拟火灾现场的动态情况，基本做法是，在三维电子地图上叠加防火信息和森林资源信息，同时通过GPS动态地定位扑火队伍的位置，以扑救防线的形式标绘到电子地图上，同时将最新的ETM+遥感影像图叠加到电子地图，为扑火指挥人员提供实时的火灾现场的模拟场景和扑救进展情况，进一步地，通过对信息的综合空间分析，扑火指挥人员可以获取火灾蔓延趋势等有价值的辅助决策依据。5、 系统功能简介系统提供了电子地图管理、信息查询、热点信息、统计报表、辅助决策、火灾损失计算、电子沙盘、小班及防火信息管理、火场标绘等主要功能。5.1 电子图管理模块该模块主要为用户提供电子地图管理的各种工具，包括依据行政区、居民点、山峰、坐标等调阅地图；查阅森林小班；地图设置及打印输出等。行政区查询：体现为地市、县市及乡镇及行政村查询。以市一级指挥系统为例：用户可以通过行政区调图对话框选择某一区县或者乡镇，点击确定按钮即可调阅相应地区的电子地图。图-3 行政区调图对话框居民点查询：通过用户输入的居民点名称查阅该居民点及其邻近区域的电子地图，该功能支持模糊查询，对话框可以动态地列出所有包含当前用户输入文字的居民点名称以供用户选择。山峰查询的功能与此类似。小班查询：通过识别用户输入的小班号，实现查询森林小班的功能。用户可以手工输入小班号，也可部分输入然后再下拉列表框内选择的方法输入小班号。图-3 小班查询图-4 输入精确坐标查询 图-5 山峰查询页面设置：用于为当前地图的打印输出做页面及打印机的相关设置，这些设置包括：打印幅面、打印机选择、纸张选择、打印质量与打印速度平衡等。打印预览功能帮助用户预览准备好的打印地图，打印用于将某一比例尺的数字图，经过调整，并确定绘图范围、图名和注解等，通过绘图设备绘制成所需要的纸图。制图内容可能是1、地形图。2、热点分布图。3、制林火蔓延图、扑火力量分布图等。图-6 打印页面设置5.2 信息查询模块 该功能模块为用户提供了管理非电子地图信息的工具。主要有：可选图层设置、距离及面积量算、防火信息管理、火灾图片及视频管理等。可选图层设置：用于将需要对其操作的图层勾选，使期处于可选状态。如要对高速公路进行计算长度，即将高速公路图层勾选，在其后的操作中可以利用工具条上的图元选择工具选中某一段高速公路计算其长度。图-7 可选图层设置 图-8 距离或面积量算距离或面积量算：为用户提供四种类型的地图量算工具，其中第一项为划定路径量算长度：选择此项并点击确定后，鼠标变为十字形状，用户可以在地图上绘制需要量算的路径，完成后双击鼠标，点击计算按钮，即可计算路径长度；划定范围量算面积与此类似，只是用户可以使用鼠标在地图界面绘制多边形，并计算其面积；量算选定目标的长度，需要用户事先在地图上利用图元选择工具选中某一线状图元，如：公路等，然后进行长度的量算；同样，计算选定区域面积功能也需要事先选择相应的面状图元进行计算。图-9 划定路径量算长度当前范围防火信息：用于管理森林防火信息数据的显示，用户在对话框内勾选的防火信息将被显示到当前地图窗口，该功能通常用来打开或隐藏某些防火信息。火灾图片视频：用于集中管理多媒体火灾档案的图片和视频信息。用户运行该功能后出现地区选择对话框，可以指定相应的区域，然后对该区域内的火灾图片及视频信息进行管理，具体包括添加、删除、浏览等。一般情况下，建议用户从火灾档案卡进行火灾图片视频的管理。5.3 热点信息管理模块该模块为用户提供热点信息及其他防火信息管理的工具。主要包括：热点绘制、热点输出、防火信息维护等。热点绘制向导：提供了两种热点输入的方法，第一种是通过输入热点经纬度的方式逐个输入热点信息；另一种方式是通过读取国家林业局热点文件绘制热点。在输入经纬度对话框，中输入精确的热点经纬度图-10 热点绘制 图-11 热点坐标输入对话框坐标，点击确定后可在地图上添加一个热点。如果选择通过读取国家林业局热点文件绘制热点，在国家林火信息网上下载本地区的热点文件（Excel）存储于文件夹中，用系统打开的EXCEL文件浏览对话框中选择相应的热点文件，点击打开按钮，即可绘制该热点文件内所有的热点信息到地图上。热点信息输出：为热点信息打印输出提供地图整饰、输出预览的界面。其他防火信息维护：用于管理数据库中所有的防火信息，包括：了望台、无线电台站、火灾档案、热点档案、扑火预案、专业森林消防队、半专业森林消防队、业余森林消防队、防火物资储备库、防火办、森林防火指挥部、防火设施设备等共计13类，通常这个功能用于选定某一类防火信息进行维护，选定一类防火信息后，后续的操作可以有新添防火信息、编辑防火信息属性数据、删除防火信息等。用户也可以通过工具条的相应按钮进行这些操作。图-12 火灾档案及防火信息维护5.4 统计报表模块 统计报表模块，为用户提供了防火信息的统计管理功能，主要包括：防火信息统计、从火灾档案创建报表、下级单位上传报表汇总等。防火信息统计：用于各类防火信息的汇总统计，在防火信息统计对话框，用户可以选择所需统计防火信息的地区范围、所需统计防火信息的类别等。在完成统计后，可以点击缩放到所在区域，察看这些防火信息，也可以选定某一条防火信息，点击查找选定信息或者是双击该条防火信息，可以在地图界面察看此防火信息。 图-13 防火信息统计从火灾档案创建报表：为用户提供了自动生成本单位选定时间的火灾报表，在系统提示输入报表填表人和审核人后，按照我省火灾管理的要求，用户可以分别创建报表一和报表二。图-14 火灾报表 图-15火灾报表汇总火灾报表汇总：用于对下级上报的火灾报表进行汇总，在汇总之前，用户需将本单位所辖所有下级单位上报的EXCEL报表统一存放到一个文件夹，并统一命名为：“二级单位名称&月份&01.xls”和“二级单位名称&月份&02.xls”,例如：”永新县3月01.xls”。然后，选择对应月份，分别生成报表一和报表二。5.5 辅助决策模块该模块为用户提供林火蔓延模拟以及扑救预案检索等功能。在这一个版本中没有加入林火蔓延模拟功能。图-16 扑救预案扑救预案管理: 帮助用户查阅相应的火灾预案，并可对火灾扑救预案进行维护。5.6 火灾损失计算模块 该模块为用户提供森林火灾损失计算的功能，该模块为用户提供森林火灾损失计算的功能，损失计算的必要数据是森林小班数据以及火场范围信息。火灾损失计算:利用绘制工具条中的火场范围绘制工具按钮绘制火场范围，然后计算当前火场的损失。用户需要确保该火场范围内具有小班图斑，并且这些小班包还含火灾损失计算必需的信息，如果出现如图-17的提示信息，则按照相应提示处理。图-17 火灾损失计算错误提示5.7 电子沙盘模块电子沙盘模块为用户提供三维地形生成、隐藏功能；三维视窗创建功能，见图-18。图-18 三维地形-1 图-19 三维地形-2图-20 三维地形-3 图-21 当前地形地貌输出图-22 三维操作系统 图-23 多视角多视窗观察生成/隐藏三维地形：用于创建三维地形或者隐藏三维地形，由于三维地形的数据运算量大，所以创建时需要将当前的地图比例尺限制在1：800000或更小，该操作需要一定时间，系统左下方的进度条会显示计算的进展，见图-19，图-20，图-21。当前窗口三维操作：可以将当前窗口的基本地形地貌信息，包括：三维地形、主要水系、行政区边界、公路等导出到三维操作系统，见图-22，该三维操作系统用于展示真实的三维地形地貌，帮助指挥者直观了解火场地形地貌。三维操作系统：根据当前窗口三维操作生成的立体地图对它实现改变视角、观点、推拉及鸟瞰等操作，同时可以进行虚拟飞行、多视窗多视角地形观察等。5.8 防火信息管理模块防火信息选择工具、防火信息添加、防火信息属性编辑、防火信息删除工具是一组管理防火信息的工具，通过防火信息选择工具选定防火信息类别后，系统激活防火信息添加、防火信息属性编辑、防火信息删除工具，用户可以进行防火信息的添加、属性编辑和删除操作。火灾图片管理、视频管理工具是进行火灾图片和视频集中管理的工具，通过选择火灾档案所在地区，集中管理火灾图片和视频。光标所在地区提示工具激活后，可以在系统界面的坐下角状态栏中提示用户目前的鼠标所在地区。5.9 火场标绘模块绘制模块用于火灾扑救情况标绘：根据发生林火情况，以合适的图标将情况标绘于数字地图上，生成林火扑救决心图或方案图。以图标的显示、文字说明，模拟整个的扑火过程，进行汇报、总结。包括标绘元素选择工具、火场范围标绘工具、起火点标绘工具、扑救队标绘工具、扑火路线标绘工具、火线标绘工具、标绘图案设定工具。选定标绘工具后，鼠标变成十字