1、基于 3S 技术的广州市森林防火信息系统的建立第 24 卷第 2 期2004 年 4 月中南林学院joURNALOFCENTRALSOUTHFORESTRYUNIVERSITYVo1.24No.2Apr.2004文章编号10OO 一 2502(2004)O20O94 一 O6基于 3S 技术的广州市森林防火信息系统的建立张贵,曹福祥,杨志高【中南林学院理学院,湖南株洲 412006)摘要为了对森林火灾傲到以预防为主.扑救有效,使防火决策准确可行,利用遥感技术(Rs),地理信息系统(GIs),全球定位系统(GPS)以及电子技术建立了覆盖广州市的森林防火信息系统.本系统能够傲到全天候实时监测林火状
2、况,并能预测林火行为,提供关于火情的遥感图像信息以及扑救现场的实时图像信息,为森林火灾扑救指挥工作做出科学决策.关键词 森林保护 ;3S 技术;森林防火;信息系统;广州市中图分类号$762.2;TP393.06文献标识码AEstablishmentofGuangzhouSForestFirePreventionInformationSystemBasedon3SZHANGGui,CAOFuxiang,YANGZhigao(SchoolofSciencesofCentralSouthForestryUniversity,Zhuzhou412006,Hunan,China)Abstract:Usi
3、ngtheprincipleofsystemintegrationasaguide.aimingateffectivefireforecastingandprevention.andconsideringthenecessityofrealityanddevelopment,thispaperconductsastudyoftheestablishmentofGuangzhousforestfirepreventioninformationsystembasedonelectronictechnologyand3S:RemoteSensing(RS).GeographicalInformati
4、onSystem(GIS)andGlobalPositioningSystem(GPS),ItspurposeistObuildupafirepreventionandextinctionsystemthatfullycoverstheforestareaofGuangzhouCity.Withitshelp,wecanforecastfirepromptlyandpreventandextinguishforestfireeffectively.Thesystemcanwatchoutthestateofforestfireinrealtimeandforecastthefirebehavi
5、or.ItalsoprovidesUSallsortsofremotesensingpictureinformationaboutthefireandthefirestateatextinctionspots,SOwecanmakescientificdecisionsonforestfireextinction.Keywords:forestprotection;3S;Guangzhou;forestfireprevention;informationsystem广州市郊自然村落分散,道路四通八达,野外人为活动频繁,火源复杂,加上现有森林具有以下特点,森林防火任务十分艰巨.一是森林面积大,防
6、火任务重.森林成倍增加,近山,远山,高山,矮山,平原林地都是防火对象.二是树种结构单一,森林火险级高.十年绿化期间,荒山造林都以针叶松类树种为主,林内干燥,枯枝落叶难分解,树种含丰富的易燃性松脂.三是森林处于中幼龄阶段,抗火能力差.中幼林枝下高低,林草交织,一旦着火,地表火很容易发展成树冠火,极难扑救与控制.四是林下可燃物载荷大,山火易于蔓延.由于封山育林,林内积累起大量的易燃可燃物,对火环境非常有利.林火发生是一个极其复杂的自然现象,森林防火工作者往往要面对错综复杂,各种各样的信息,并在此基础上开展林火预防,扑救和善后处理等工作.林火发生常带有突发性,要在很短的时间发现林火并判断林火的发展趋
7、势,及时采取决策,就需要指挥者具有丰富的经验,掌握丰富的知识,提高判断能力和现场指挥能力.随着遥感技术和计算机技术在森林防火中的应用,林火监测技术和林火信息系统不断得到完善.从世界各国已经成功研制的计算机林火管理系统来看,功能较全,代表着时代最新技术的有加拿大魁北克的“计算机林收稿日期200311-18 修回日期 20040426基金项目 广州市林业局森林防火信息系统“项目资助.作者简介 张贵 (1964 一).男.湖南桃江人.副教授,博士研究生.主要从事林业生态工程和林业信息工程研究第 2 期张贵等:基于 3S 技术的广州市森林防火信息系统的建立 95火管理系统“和加拿大资源与环境管理系统开
8、发有限公司开发的“ 林火管理系统“L1.2000 年,国家森林防火办建立了全国森林防火信息系统,能够实现林火监测,预测预报,辅助决策,信息发布等功能,提高了林火监测的可靠性,对森林防火工作起到了很好的示范作用 L2J.广州市从 20 世纪 80 年代开始使用微机进行森林防火的信息管理工作,该系统是基于当时的发展形势和需要而开发的.随着可持续发展战略的逐步实施,林业从计划经济向市场经济转轨,迫切需要向生态管理转变,向集约经营转变.旧系统不能满足不断出现的新的需要,不得不被放弃.随着现代森林防火信息管理概念的提出和 3S 技术的成熟 ,为建立以森林火灾扑救为主体的森林防火信息系统提供了理论和实践基
9、础,国家宽带信息网络建设为森林防火信息系统提供了网络平台,森林防火信息系统的建设已远远落后于信息基础建设,这一现状迫切需要得到改善.为了预防森林火灾的发生,一旦有火情,能做到及早发现,及时有效地进行扑救,根据广州市森林资源情况,利用遥感技术,地理信息系统,全球定位系统以及电子技术,建立了覆盖广州市的森林防火信息系统,经现场运行测试,该系统情况良好.1 广州市森林资源概况广州市森林分为商品林和生态公益林,商品林经营以短轮伐期商品林基地为主,生态公益林则以森林公园,自然保护区,水源涵养林和水土保持林为主.商品林基地建设是以市(县),区林业部门或山林承包者合作的形式造林,现已建成商品林基地 3.33
10、 万 hm,在市属两个县和林业用地较多的花都 ,番禺,天河,白云 4 区规划建设了 13.33 万 hm 的生态公益林.目前,广州市已建成的森林公园和自然保护区14 个,正在建设的 7 个,到2010 年,规划建设森林公园和自然保护区将达 48 个.广州市现有林业用地 3O.88 万 hm,占全市国土面积的 41.5,其中有林地面积 29.11万 hm.,疏林地面积 0.03 万 hm,灌木林地面积 0.19 万 hm,未成林地面积 0.71 万 hm,无林地面积0.83 万 hm.;林种方面,在有林地中,用材林占 42.6,经济林占 19.5,防护林占 28,薪炭林占 3.5,特用林占 6.
11、4;树种方面,在林分面积中,杉木占 5.9,松树占 37.2,阔叶树占 39.4,针阔混交林古 17.3,其它占0.zoA;龄组方面 ,幼龄林占 36.4,中龄林占 36.5,近熟林占 17.3,成熟林占 5.4,过熟林占 4.4.全市活立木蓄积量为771.40 万 m.,其中林分蓄积量 721.O0 万 m.林分平均蓄积量为 31m./hm.,其中人工林平均蓄积量为26m./hm.,全年林木生长量 43 万 m.,消耗量 18 万 m.2 防火信息系统的设计2.1 系统总体要求对森林防火信息系统来说,技术是基础,是科学管理的立足点.合适的空间数据管理技术和方法的选择,直接决定了空间管理的效率
12、和水平.随着现代科技的发展,森林防火信息系统需满足以下要求.(1)智能化.利用知识经验制定应采取的管理措施和手段,并预测决策实施效果,提高管理控制能力,使管理更加科学化.(2)实时化.通过遥感及地面定位等先进手段,获得实时的森林防火基础信息,并进行动态更新.(3)形象化.利用多媒体技术,将森林防火信息用多种形式表达,既直观又生动,利于普通管理者掌握.(4)网络化.利用网络技术 ,既可减少重复数据量,又可为打破部门界限,实施社会化管理扫清障碍.(5)集成化.将各种先进的信息技术和方法有机地结合起来,在独立工作的同时互相支持,实现管理技术一体化.2.2 系统设计原则为更好地满足新形势下森林防火工作
13、的需要,在设计系统集成方案时应遵循如下原则.(1)明确需求. 以森林火灾扑救为中心,以防火管理,火情预测,实时监测,火场清理,灾后评估为重点,扎根应用领域,以效益促发展.,广东省林业勘测设计院.广州市森林公园,自然保护区建设发展规划中南林学院第 24 卷(2)统筹规划. 森林防火领导层的超前决策,立法,规范,对避免低级重复建设和资源浪费至关重要.建议成立专门的部门,研究发展战略,制定中长期发展规划,制定相关政策法规,协调各项计划的实施.(3)共建共享, 接受监督.根据统一的规范标准,将大量,分散的森林防火资料归一,整编,数字化,形成森林防火信息综合集成的大框架.实现资料共建共享,尽快研究和建立
14、符合我国国情的森林防火信息共享机制,制定相应的政策,法规,明确规定不同部门和单位对信息维护,提供和索取的权利,职责和义务.(4)实行“拿来主义“.我国九大网络已初步建成,网络带宽也即将扩容到 1000MG,可以充分利用这些基础设施建立森林防火信息网络.(5)在设计森林防火信息系统方案时应尽可能考虑与国际接轨,与数字林业合拍.2.3 森林防火信息系统的功能,结构与工作流程(1)森林防火信息系统功能划分见图 1.(2)森林防火信息系统的逻辑结构见图 2.(3)森林防火信息系统的工作流程见图 3.Ithff,+II 接收系统价接收帆ll 謇 I 彤闰像处理ll 火点监控l卫耀,实时监测 I 一火势预
15、测 I 蒉报林火预测预报林火指扑救火场理火估图 1 森林防火信息系统的功能结构Fig.1Thefunctionalstructurechartofforestfirepreventioninformationsystem图 2 森林防火信息系统的逻辑结构Fig.2Thelogicalstructurechartofforestfirepreventioninformationsystem人祭-地 l 譬 l 卜-+1 淼林 IJJ 火卜.火灾实况永为颅测 I-+I“H 策介乍载 GPs 定位 I-.I 通讯导航指挥车 b-I.现场散姑采1 二下持 GPs 定位 I-+l 现场扑救卜对讲通俯图
16、3 森林防火信息系统的工作流程Fig.3Theworkingdiagramofforestfirepreventioninformationsystem2.4 森林防火信息系统的组成2.4.1 卫星实时监测子系统该子系统对接收到的卫星监测信号进行图像复原,几何校正,几何变换,叠加等处理后,在屏幕上显示整个林区或指定地点的实时图像.一旦发现火情则马上报警,通知指挥中心进行扑救指挥.该子系统通过不问断接收美国 N0AA 或中国 FY 系列卫星的遥感信息数据,获得林区内相关的火情信息,植被信息和地理环境信息等重要数据.可以做到自动卫星轨道预报,天线跟踪资料计算,按轨道时间表白动接收卫星资料,按用户设
17、定的范围自动生成区域投影资料集,自动进行火情监测,生成火情图像,火情报表,植被指数,地表亮温和水情监测图像等等.能实时接收,显示,处理和存储极轨气象卫星发送的高分辨率图像传输一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一耄营第 2 期张贵等:基于 3S 技术的广州市森林防火信息系统的建立 97资料,能对所接收的卫星资料进行预处理,地标导航及各类应用处理等.卫星实时监测子系统是整个森林防火信息系统的数据和信息基础.2.4.2 林火预测预报子系统由于 GIS 能将不同的信息源进行统一管理和综合分析,因而将更有利于对林火的发生,发展进行分析,并且用形象,直观的形式将林火的火险分析情况
18、提供给管理者.利用地理信息系统(GIS)进行林火预测预报的过程是:接收气象资料,选用火险等级分析模型,综合资源 ,气象和地形地貌资料进行分析,得出火险等级资料,显示或输出火险等级分布图,发出警告信息.火险等级预报有宏观和微观两种层次.宏观预报是根据不同区域各气象台站的观测资料和区域植被的生长特点来预测火险等级指数,如省火险等级分布,全国火险等级分布等;微观火险等级预报具体可落实到山头地块,预测的结果具体详细.收集广州市各区,县及林场的 15 个火险因子数据,并进行初始分类,利用动态聚类方法建立广州市森林火险模型,运用 GIS 图形处理技术,绘制出 1:50000 的广州市森林火险区划图 ,该区
19、划图分为 3 级.2.4.3 林火指挥扑救子系统该子系统按功能划分为火场实况显示模块,GIS 指挥扑救模块,其中 GIS 指挥扑救模块是整个系统的核心,反映全市的整个宏观状况,以 1:10 万基础地图和行政区划图为背景 ,发生火灾需要更详细的信息时,调用1;50000,1:10000 的地图数据库,从而使系统根据需要逐步从宏观向微观过渡.2.4.3.1 火场实况显示模块为将现场火灾实时状况及时传递到指挥中心,以及实现指挥中心与现场通讯指挥车之间的通讯,采用数字电台构建无线网络,并利用地面通讯线路和无线传输的形式将用网络摄像机拍摄的现场实况传回到指挥中心.它可以让指挥者从总体上对火灾现场有一个具
20、体的把握,直观地判断火灾情况,做出正确的指挥决策.建成的无线网络除了可以传递视频信号以外,还可以用于指挥中心与各个林场以及通讯指挥车之间的语音通讯和GPS 定位数据的回送.2.4.3.2GIS 指挥扑救模块.(1)火势预测预报子模块系统根据近几天,当天以及未来几天的气象资料,林火情况,地理情况和植被情况进行分析预测,判断林火的蔓延方向,模拟林火蔓延的趋势,为扑救工作做出准确的预测.(2)火情情况子模块对火情的种类,火险的等级,火区边缘和相关的道路情况进行分析,并将相关的数据,图像反映在数字地图上,供指挥调度者参考.并可以根据火险等级生成上报数据,将火灾情况向上级部门汇报.(3)指挥扑救决策子模
21、块根据火场情况和位置结合扑火预备方案等做出扑救方案,并根据交通道路的分布情况以及扑火队伍的实际坐标和要到达的目的地的信息,自动计算出最佳行进路线,以及到达的最短时间,并以图形或数字的方式提供给指挥中心 L4.(4)火情实时监控子模块利用 3S 技术对林区内林火进行实时监控 ,做到监控及时,方位准确,反应迅速和快速更新.地理信息系统(GIS)利用与各个通讯数据网络进行资料交流,形成以地理信息系统(GIS)为中心的信息网,这些通讯资料包括:遥感数据通讯,气象数据通讯 ,全球定位系统(GPS) 数据通讯和林火隙望台数据通讯.还可以根据不同观测角度,高度,方向,速度进行动态漫游模拟.2.4.4 防火人
22、员管理子系统人员管理子系统分为 3 个模块:人员档案管理,人员培训管理和人员奖励惩罚管理 .(1)人员档案管理与防火相关的人员的详细情况均由本模块管理,负责人员基本信息的输入,输出,修改和查询.基本信息包括人员的姓名,年龄,性别,负责部门和业务熟悉程度等信息.(2)人员奖励惩罚管理依据过去的火情档案评议有关人员的业绩,达到一定条件后给予奖励或惩罚,为管理部门提供参考.(3)人员培训管理对林区内有关的防火人员制定培训计划,安排培训内容,并对已经培训过的人员进行管理,为森林防火工作提供参考.98 中南林学院第 24 卷2.4.5 防火档案管理子系统(1)灾情档案管理根据以往林区内发生的各次火情的情况,包括起火原因,起火时间,受灾面积,扑火时间和主要责任,为将来的防火扑救提供依据和参考.(2)防火检查档案管理根据各个下级单位的具体情况制定防火检查计划,检查内容,检查结果和整顿措
