森林防火及资源管理信息系统Word格式文档下载.docx
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能准确定位火点，并将火点周边的相关信息显示在地图上以便用户查询。
3项目建设所应用的关键技术
3.1“3S”系统集成技术
“3S”是指遥感（RomoteSensing）、地理信息系系统（GeographicInformationSystem）和全球定位系统（GlobalPositioningSystem）。
目前在世界范围内其应用方兴未艾。
由于“3S”技术具有自动化、实时化、动态化、数字化等特点，在地学的研究和应用中已成为热点，在土地资源、农业、林业、地质、测绘等行业有关资源、环境、灾害调查、监测、成图等方面成为不可缺少的手段。
在林业应用中，“3S”是数字林业的重要技术支撑。
通过“3S”集成，建立对地观测系统，可以从整体上解决一切与地学相关的资源与环境问题，实现“定性、定位、定量”的统一。
3.1.1地理信息系统（GIS）技术
地理信息系统是在计算机软硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、存储、管理、操作、模拟、显示和综合分析的计算机技术系统。
国际互联网（Internet）和地理信息系统（GIS）改变着地理空间信息的获取、共享、发布与分析。
网络与地理信息系统结合成InternetGIS/Web-GIS是GIS软件发展的必然趋势。
互联网已经成为GIS的新的操作平台。
InternetGIS应是一个交互式的、分布式的、动态的地理信息系统。
它不仅为全球用户提供分布式地理信息数据，而且还提供在线分布式地理信息处理与分析的工具。
3.1.2遥感（RS）技术
RS（Remotesensing）卫星遥感系统。
广义地说，是在不直jie接接触的情况下，对目标物或自然现象远距离感知的一种探测技术。
狭义而言，是指在高空和外层空间的各种平台上，应用各种传感器（如摄影仪、扫描仪和雷达等等）获取地表的信息，通过数据的传输和处理，从而实现研究地面物体形状、大小、位置、性质及其环境的相互关系的一门现代化应用技术科学。
当前遥感形成了一个从地面到空中，乃至空间，从信息数据收集、处理到判读分析和应用，对全球进行探测和监测的多层次、多视角、多领域的观测体系，成为获取地球资源与环境信息的重要手段。
遥感有如下主要特点：
（1）感测范围大,具有综合、宏观的特点。
（2）信息量大，具有手段多、技术先进的特点。
（3）获取信息快，更新周期短，具有动态监测特点。
3.1.3全球定位系统（GPS）技术
全球定位系统（GlobalPositioningSystem-GPS）是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。
经近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。
全球定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点，是迄今最好的导航定位系统。
随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。
3.2异质、多源、多比例尺空间数据融合处理
基于“3S”技术的森林防火信息系统建设需要建立统一的地理空间框架，在此基础上，构建多尺度基础地理信息数据库，为林业信息提供统一的空间载体。
主要关注的内容有：
基于统一参考椭球体的林业空间定位框架；
适于从宏观到微观切换的地球椭球体三维坐标向二维坐标投影（转换）的理论方法及自适应模型、算法；
统一的陆海基准面的基本模型；
多尺度基础地球空间数据框架的构建、实现技术等；
不同比例尺林业地图的空间属性数据库结构、数据组织，林业专题地图与基础地图融合和处理。
3.2.1栅格数据之间的融合
本系统基础地理及林业专题数据源将用到不同来源、不同精度、不同内容的栅格图像数据进行复合而生成新的栅格图像。
图像融合一般要经过图像配准、图像调整、图像复合等环节。
（1）遥感图像之间的融合。
主要包括不同传感器遥感数据的融合和不同时相遥感数据的融合。
来自不同传感器的信息源有不同的特点，如用TM与SPOT遥感数据进行融合既可提高新图像的分辨率又可保持丰富的光谱信息；
而不同时相遥感数据的融合对于动态监测有很重要的实用意义。
（2）遥感图像与地图图像的融合。
一是遥感图像与栅格化的DEM融合生成立体的三维景观图像，显现逼真的现实效果；
二是借助遥感图像的信息周期动态性和丰富性，经过与各种地图图像融合，可以从遥感图像的快速变化中发现变化的区域，进行数据的更新和各种动态分析。
3.2.2矢量数据之间的融合
矢量数据是GIS和数字制图中最重要的数据源。
矢量数据之间的融合是应用最广泛的空间数据融合形式，也是空间数据融合研究的重点。
对矢量数据最主要的、应用最广泛的方法是先进行数据格式的转换即空间数据模型的融合，然后是几何位置纠正，最后是重新对地图数据各要素进行的重新分类组合、统一定义。
对于相同坐标系统和比例尺的数据而言，由于技术、人为或者经频繁的数据转换甚至是由于不同软件的因素，数据的精度会有差别。
在融合过程中，需要进行几何位置的统一。
融合后的空间矢量数据，应重新对要素分层、编码、符号系统、要素取舍等问题进行综合整理，统一定义。
3.2.3矢量数据和栅格数据的融合
目前，很多的GIS系统平台能够对矢量和栅格结构的空间数据进行统一管理，两种数据结构的融合也在广泛应用。
主要包括：
栅格图象与数字线划图融合。
是两种结构数据简单的叠加，是GIS里数据融合的最低层次，如遥感栅格影像与数字线划图叠加，遥感栅格影像或航空数字正射影像作为复合图的底层，数字线划图可全部叠加，也可根据需要部分叠加，如水系边线、交通主干线、行政界线、注记要素等等。
这种地图具有一定的数学基础，有丰富的光谱信息和几何信息，又有行政界线和其他属性信息，可视化效果很好。
遥感图像与DEM的融合。
DEM代表精确的地形信息，用它来对遥感影像进行各种精度纠正，可以消除遥感图像因地形起伏造成图像的像元位移，提高遥感图像的定位精度；
DEM还可以参与遥感图像的分类，在分类过程中，要收集与分析地面参考信息和有关数据，为了提高分类精度，同样需要用DEM对数字图像进行辐射校正和几何纠正。
3.3遥感影像预处理技术
在栅格数据的加载前，对各类影像栅格数据集，需要进行数据的整理、组织和不同类型的预处理工作，包含几何校正、统一坐标和投影系统、数据格式的转换和统一等方面的处理。
遥感影像预处理为遥感影像进一步应用（如信息提取和模拟真彩色正射影像图制作）提供基础，可对用户选定的兴趣区进行遥感影像预处理。
遥感影像预处理包括以下几个子功能模块：
图像配准、图像的几何精校正、图像融合、数据增强、图像拼接、图像裁剪等。
图像配准
基本流程：
开始
显示图像文件
DisplayImageFiles
启动几何校正模块
StartGeometricCorrectionTool
采集地面控制点
RecordGroundControlPoints
计算转换模型
ComputeTransformation
图像重采样
ResampletheImage
检验校正结果
VerifyRectificationResult
结束
图1图像配准流程图
图像的几何精校正
图像的几何精校正是通过读取遥感图像头文件中的参数信息建立轨道初始模型，通过地面控制点信息优化轨道参数模型，最后通过轨道模型和DEM逐象素地校正遥感图像。
图像融合
遥感图像融合就是图像合成技术,将不同平台（卫星）上的同一或不同传感器获取的不同空间与光谱分辨率图像按特定的算法进行处理，以使所产生的图像同时具有原来图像的多光谱特性以及高地面分辨率，来实现不同的应用需求。
融合的操作过程比较简单，关键是融合前两幅图像的配准以及融合过程中融合方法的选择。
数据增强
数据增强是将原来不清晰的图像变得清晰或突出某些特征，同时抑制某些特征的图像处理方法。
数据增强主要包括空间增强、辐射增强、光谱增强、高光谱增强等。
空间增强技术是利用像元自身及其周围像元的灰度值进行运算，达到增强整个图像之目的；
辐射增强是对单个像元的灰度值进行变换达到图像增强的目的；
光谱增强处理是基于多波段数据对每个像元的灰度值进行变换，达到图像增强的目的；
高光谱增强处理是通过补偿大气对光谱的混淆来增强图像。
图像拼接
图像拼接处理是要将具有地理参考的若干相邻图像合并成一幅图像或一组图像，需要拼接的输入图像必须含有地图投影信息，或者说输入图像必须经过几何校正处理或进行过校正标定。
虽然所有的输入图像可以具有不同的投影类型、不同的像元大小，但必须具有相同的波段数。
在进行图像拼接时，需要确定一幅参考图像，参考图像将作为输出拼接图像的基准，决定拼接图像的对比度匹配以及输出图像的地图投影、像元大小和数据类型。
图像裁剪
在实际工作中，经常需要根据研究工作范围对图像进行分幅裁剪，可将图像分幅裁剪分为两种类型：
规则分幅裁剪和不规则分幅裁剪。
规则分幅裁剪是指裁剪图像的边界范围是一个矩形，通过左上角和右下角两点的坐标，就可以确定图像的裁剪位置，整个裁剪过程比较简单，此外，还可以通过应用查询框的方式裁剪。
不规则分幅裁剪是指裁剪图像的边界范围是个任意多边形，无法通过左上角和右下角两点的坐标确定图像的裁剪位置，而必须事先生成一个完整的闭合多边形区域。
对于不规则裁剪我们同样采用通过查询框的方式，只是查询框形状为多边形。
4项目总体架构
4.1系统物理结构
整个森林防火及资源管理系统包括分布在各处的监测点、各相关单位处室、中心机房等组成。
监测部分由分布在建筑物或森林制高点搭建的云台上的摄像设备、微波传输设备、多媒体显示设备组成。
各单位相关处室工作人员通过网络处理有关业务和数据信息。
中心机房提供数据服务和协同办公平台。
系统可以通过有线和无线等方式进行联网通信，对外发布客户端以B/S模式通过专线、VPN等方式浏览和上报信息。
系统物理结构示意如图：
图2系统物理结构
4.2系统框架结构
整个系统主要采用B/S结构，可实现多种信息的发布、查询、统计和分析功能，以及多源、多比例尺数据的整合、复杂图形数据的生成和处理。
热点管理
林火信息监测和定位
林火扑救辅助决策
森林防火统计分析
森林防火信息发布
空间属性一体化数据库
Oracle9i+MAPGIS
矢量数据数字化
影像数据预处理
监测数据接收
多媒体数据上传
元数据
GPS数据导入
林业数字矢量基础地理数据标准
卫星遥感影像数据标准
数据库管理规范
元数据标准
系统管理
地图管理
浏览查询与统计分析
森林资源数据库管理
三维模拟
MAPGIS
MAPIMS+.Net
专题图
统计报表
图表
多媒体信息
与数字林业的接口
图3系统总体结构
5系统功能介绍
5.1基础建设
5.1.1数据库建设
（1）建立地形数据库：
1：
25万数字矢量地形图数据库
5万栅格地形图数据库
5万等高线高程模型矢量数据库
5万或1：
2.5万森林资源专题图（林相图）矢量数据库
25万资源卫星正射影像图数据库。
（2）森林资源数据库：
森林资源连续清查数据
森林资源规划设计调查数据
（3）林业局专题信息数据库
森林经营管理专题数据
森林防火专题数据
5.1.2电子监控系统定位及监测系统建设
（1）电子监控系统定位
在重点林火区域设置电子监控系统，通过全天候全方位电子摄像监控，将监控采集的影像信息通过微波传输方式传入指挥中心，指挥中心将接收到的监控视频信息显示出来，并可根据监控摄像机的方位角和仰角计算出监测点在电子地图上的位置并标识出来，并根据各参数进行相关分析。
整个系统计划安装六个火灾监测站点和一个指挥中心站点，并可以根据需要追加新的火灾监测站。
使用电子监控系统进行参数回传，并与DEM曲面相交，其原理如图，在已知摄像机的仰角和方位角的情况下，跟据其高度和位置信息可求得其和DEM高程数据的交点位置并显示在平面地形图上。
图4监控点定位示意图
求交点的方法我们使用MAPGIS本身自带的计算函数进行计算，每个监控设备所在的三维位置包括X、Y坐标和高程值为已知，其中XY坐标值为80坐标系下坐标，以空间数据方式保存在数据库中，高程值以85黄海坐标系为基准面，数值为监控摄像头距地面高度加上该点在DEM中的高程值的和，监控设备当前状态的仰角和方位角以微波方式由接收装置接收并通过串口或网卡方式传递给发布服务器。
通过求得DEM曲面和监控设备发出的直线的交点获得当前监测的位置。
可在地图上显示监控设备位置点、监控位置点以及二者之间的连线。
如果摄像机观测不到火情着火点位置，但可以观测到着火引起的烟，这时可判断出着火点位置在监测点位置和与DEM交点位置之间，在电子地图平面图上表现为着火点在二者连线之间的某个位置，可大致估计出着火点范围，可辅助确定着火点位置。
如果摄像机所观测的位置可被多个监测点覆盖，可通过已知观测点使多个摄像机位置同步，多方位对该位置进行监测，并提高定位精度。
图5两个监控点定位及校正示意图
多监测点定位的方法为，如图，监测点A的摄像头观测到某火情点并根据前面的方法获得该点的XY坐标及高程，同时监测点B位置的XY坐标及高程为已知，通过两点空间位置可求得B点的监控设备能观测到该火情点时的方位角和仰角，对B点监控设备回传的实际参数和求得的参数进行差分，可对定位监测点的实际位置进行校正。
（2）电子监控系统控制
电子监控系统控制部分是上述定位计算的逆过程，通过两点位置计算能观测到该点的监控设备的仰角和方位角，并将仰角和方位角参数通过微波方式传递给该设备，对其进行控制。
5.2软件系统功能简介
5.2.1系统维护
主要包括如下几方面的功能：
（1）用户权限管理：
管理系统用户，维护及规定系统操作人员的岗位及其对本系统的操作权限。
（2）系统初始化设置：
设定系统运行的基本初始环境，包括基本的数据结构的建立。
（3）系统数据源配置：
配置系统的数据源，即实现系统与空间数据库、各业务数据库之间的集成，确保系统顺利运行。
（4）系统功能设置：
根据用户的权限和实际需要，配置协同办公平台的基本功能，以满足相关操作人员的职责需要。
（5）系统环境设置：
可根据工作需要和个人喜好，对系统的显示、地图配置与显示条件、系统界面要素等进行定制。
（6）数据字典维护：
维护系统运行所需要的一些基本设置和参数。
5.2.2地图管理
主要是地图管理的一些基本功能：
（1）图层控制：
可以对基础数据图层及专业数据图层控制，可以任意增加、删除基础数据图层；
（2）多源地图数据管理：
可以实现对矢量图、影像图、DEM数据等进行管理，并进行可视化处理，能够对不同比例尺的地图进行显示设置，方便查询。
（3）查询及量算等基本功能：
能对各种矢量图进行各类地理信息和属性信息的查询，能根据图名、行政区划、地名、地理坐标等信息查询，能对矢量地图上的任意两点之间的距离进行量算，计算任意区域的面积；
（4）基本的地图数据编辑功能。
5.2.3浏览查询与统计分析
（1）基本的地图浏览包括：
放大、缩小、自由缩放、漫游和全幅显示等常用浏览功能。
（2）基础属性信息查询：
用于对图中各种基础空间数据、森林资源数据、森林防火专业基础数据等按属性进行查询，系统提供精确匹配、模糊匹配、高级多条件查询等多种查询方式，将满足条件的地理要素从海量空间数据中快速检索出来，并列表显示，同时在列表中关联本地理要素的图片、图像、影像等多媒体信息供用户查阅。
同时系统自动完成地理数据的定位功能，当前图形窗口放大到查询结果所在的区域，并高亮显示查询结果
（3）用户使用本功能，对当前地图图层要素进行点击、圈选等方式进行图形方式查询，查询结果将列表显示所选区域中所有地理要素的属性信息，并列表显示，同时在列表中关联本地理要素的图片、图像、影像等多媒体信息供用户查阅。
（4）历时火情查询：
系统在当前火情查询基础上提供历史火情查询功能，对于当前正在扑救的林火，系统以时间序列的方式列表显示火情从接警、发生、发展变化的所有历史信息，使指挥员可以全面的了解一场火的全过程。
（5）地图量算功能。
使用鼠标点取两点，系统直接显示两点之间的直线距离，多点可显示距离之和。
简单的双击操作就可直接显示出当前对象如林班、小班、行政范围或火场的面积[测量精度符合森林资源调查规范标准。
图6地图量算
（4）森林防火专题信息的统计，防火信息统计，火灾档案统计和地形信息的统计。
（5）火灾发生地形地势分析、缓冲区分析、可视域分析、最短路径分析，等等。
5.2.4三维模拟
森林火灾发生的突发性和地区的不确定性，对防火指挥的决策造成很大难度，仅仅在二维地图上无法了解实际地区的情况，很难制定合适的扑救方案。
利用DEM可以生成三维电子沙盘，并可以叠加遥感影象、数字地图如林相图等，可以进行漫游、飞行以立体动态方式直观为防火指挥进行服务。
（1）DEM数据
根据全市1：
10000基础地理等高线数据生成全市全景三维电子沙盘及各分县（区）三维电子沙盘。
（2）表面覆盖
在三维底图上叠加：
行政设施、水系、交通状况、影响火灾要素、森林资源分布、防火地面设施、重点火险区域、林火热点等空间数据。
提供三维浏览接口，可以根据操作员的选择及输入经纬度在三维地图上查找当前模拟火场位置并可以进行全方位旋转，在三维地形上叠加森林资源分布数据后，可以浏览当地的地形地貌，为扑火指挥提供感性直观的认识。
3、飞行浏览
系统提供三维电子沙盘的浏览视角俯仰、远近缩放、三维环视、平移、全景等浏览功能；
系统提供点击查询、属性查询、目标定位等查询功能；
4、视频输出
系统提供三维自由飞行功能及可定制飞行路线功能，并根据定制的飞行路线生成三维飞行的场景动画供B/S用户下载播放。
图7三维电子地图飞行浏览
5.2.5数据库管理
对于系统所涉及的各个空间数据库、影像库等数据库提供一个管理和维护的平台，提供数据编辑修改、建立数据索引、数据库优化、数据入库、更新、转换、发布的功能。
5.2.6热点管理
按照系统提供给用户的不同功能分为林火热点态势图、林火热点信息表、热点邻域分析三个子模块。
（1）林火热点态势图
林火热点态势图的作用是使用GIS专题图显示当前全市林火热点数据，并可由用户进行查询，并对防火设施、居民点、邻近水源进行缓冲查询；
系统叠加行政设施、森林资源信息等空间数据作为底图；
在其上叠加防火地面设施、居民地信息、水系等防火相关数据；
然后由数据库中取出林火热点数据并由其中经纬度生成点状空间要素在图上标绘并与属性数据建立关联，以醒目的颜色和图标进行表示；
支持用户的点击查询和对发生林火热点的邻域进行分析，即热点信息查询和进行热点邻域分析；
能够响应用户在浏览器端发出的点击查询、放大、缩小、测距等基本功能。
（2）林火热点信息表
以表格形式显示当前全市林火热点数据，并可由用户进行查询。
（3）热点邻域分析
用户点选一个林火热点或在地图上点击，系统接受用户的点击处地理坐标，并在当前所有图层中按照用户设定的林火影响半径对林火态势图中的防火设施、居民点、邻近水源进行缓冲查询；
查询结果空间数据变色表示；
属性数据以弹出窗口的形式显示。
5.2.7林火监测与定位
林火监测由各个观测站工作人员提供火场位置，通过GPS定位设备或其他方式对确定火场具体位置，并在地图上标绘出来。
以方便指挥部指定扑救方案。
5.2.8林火扑救辅助决策
（1）实时信息输入：
利用GPS技术，将所采集的数据，分别使用自动或手动方式（根据数据类型，或直接读取GPS上的数据，或根据异地人工报送录入），定位在电子地图上，利用WEBGIS技术来产生林业基本图、地形图，如火灾点、过火区边缘、交通道路、生物防火林带、林火隔离带等，并与相关的林相图、行政区划图、居民地信息进行叠加或单项显示和打印输出，为林火扑救方案的制定提供数据支持。
（2）图上标绘
包括林火热点标绘、扑救队伍标绘、扑火路线标绘、隔离带标绘等，可以清除直观地反映救火态势，帮助指挥员做出正确的决策。
（3）空间分析
系统将提供强大的空间分析功能，这可以向救火指挥人员提供更多、更直观、更为详尽的辅助信息，有利于指挥员做出正确判断：
热点邻域分析
用户在界面上设定当前林火影响半径；
用户点选一个林火热点或在地图上点击，系统接受用户的点击处地理坐标，并在当前所有图层中按照用户设定的林火影响半径对林火态势图中的消防队伍、物资以及生物防火林带、隔离设施、居民点、邻近水源进行缓冲查询；
最优路径分析
系统提供最优路径分析功能，对扑火指挥时队伍在山地通行的可行性提供帮助，在本系统中最优路径仅考虑地形坡度对人员通过的影响。
升级会员 