WebGIS 技术在林区防火系统中的应用

第一章绪论

1.1 研究背景及意义
目前，世界森林资源日益减少，并且森林火灾仍然十分严重，使森林资源正面临着严重的危险。因此，世界各地森林火灾的预防和控制，在之前现在甚至之后一段时间都会得到普遍关注。然而，森林防火是一项复杂的系统，它涉及到人类的生存，是人类抗击自然灾害的科学和技术性很强的工作。森林防火技术是世界各国预防火灾的重要基础之一，是各国控制火灾的重要制约因素。因此，森林火灾预防技术的发展是一项紧急的任务，它不仅对保护世界的有限森林资源甚至对人类的存亡都具有十分重要的意义[1]。
由于森林火灾时常都发生的很迅速，这需要一个森林火灾的快速反应能力和抑制工作，力争森林火灾扑灭在萌芽阶段。森林防火系统的反应速度快，动作准确，高效率就显得尤为重要，使我们可以极大地提高了森林火灾的组织效率。一方面和消防设施，技术力量，人员素质，以及武器装备等多种因素有关，另一方面，各种复杂、多变的地理因素和天气因素正在影响森林地区的地形、水系、道路和植被。因此，森林防火是一个非常伟大而艰巨的任务。由于难以处理大量的信息，从而准确地确定发生森林火灾的位置，做到灾害的预测预报工作，如果不能及时做到预测、预防，将给扑救工作带来极大的难度，而且将延长组织扑救工作的时间。
在上世纪 90 年代，3S 技术在森林防火系统中的初步应用，使得以先进计算机技术为主的，结合高新技术的森林防火将成为发展的主流，它的主要技术方法是利用遥感快速发现火情，全球定位系统定位准确的空间位置的火点，地理信息系统提供和处理各种地理信息，并提供决策支持信息，是地理信息系统的核心和关键技术。目前，我国森林防火工作高科技含量相对较低，资金缺乏比较严重，面对传统的防治方法和诸多复杂的影响因素，很难有效防治森林火灾。因此，高新技术的引入已势在必行[2]。随着网络技术和计算机的高速发展而产生的 WebGIS，其优势是可以利用互联网资源发布地理信息数据，为需要的用户提供查询及浏览等功能。Web GIS 的森林防火系统，将被用来打破之前的地理信息和空间数据的区域分割的缺陷，充分发挥的 Web GIS 的优势，以形成一个物理分布，集中在大型空间数据库查询提供了大量的逻辑信息，在其提供的空间信息分析的基础上，来满足不同用户对地理信息空间数据的需求。
因此，对森林火灾的条件和规律的分析将更加科学，及时预测森林火灾和改善森林防火工作，有目的，计划和有效地减少了森林火灾预防工作，消防工作的盲目性，森林防火工作显得至关重要[3]。

1.2 国内外的研究现状
森林防火理论和应用的研究是国内和国际学者共同研究的问题，如何使用现代化高新技术来处理森林防火突发性的问题，是目前一个迫切需要解决的工作。到现在为止计算机的开发与应用已经渗透到各行各业，尤其是在森林防火中取得了有效的成果。世界上一些工业较发达的国家，森林防火通过采用现代先进的科学技术手段，在一定程度上，预防和控制森林火灾并发展森林火灾的预防，减少森林火灾危险。监测森林火灾已取得了一些成果，如澳大利亚的森林火灾监测系统。加拿大林火管理系统，早在1924年即实施专业化的森林防火，再加上近20年先进的设各和技术的应用，使他们在森林防火领域里自然而然地走向了科学的林火管理轨道。美国在森林火灾的预防、监测和扑救方面，一直走到世界前列。美国通过投入大量的人力和物力，将信息处理、通信传输和遥感监测等学科最先进的科学技术应用于森林火灾的监测和扑救工作，并取得了良好效果，形成了美国的森林消防高级系统技术，简称FFAST系统[4]。
美国计算机科学家正在开发一种新的工具，来帮助消防队员扑灭森林大火，拯救生命和减少财产损失。在美国洛斯阿拉莫斯和劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的研究人员，正在设计被认为是最复杂的野火变化的计算机模型，科学家使用了世界上最快的的超级计算机IBMASCI White，性能可以达到12.3亿万次每秒。他们的目标是开发软件可以准确地预测野火变化。有了这个工具，消防队员可以确定林火燃烧的速度和行进方向，并找到最佳的灭火方案[5 ]。我国的森林防火工作比国外发达国家起步较晚，是从50年代才开始逐渐发展起来的。1987年5月6日黑龙江省大兴安岭大火发生后，中国成立了国家森林防火总指挥部，我国森林防火保护系统的研究已开始逐步有成效。国务院在1988年1月颁发了中国首个森林防火行政法律法规——《森林防火条例》，使中国在对森林防火工作上的研究发生了根本性的变化，进入了一个全新的发展阶段。消防逐步完善的组织体系通过建立组织领导，规章制度，专业队伍，技术措施等多方面的森林防火系统的基本框架已普遍在一般和基础设施建设。
森林防火意识的加强，提高了森林火灾的预防和森林防火作战能力，取得了令人瞩目的成就，大大减少了森林火灾的损失。借助现代技术的应用，如利用太阳能森林火灾监控系统，已取得了明显的成效。近10年来，世界上的森林火灾和受灾地区的数量明显上升，但中国有林区森林火灾的数量和影响面积区域呈下降趋势，火灾预防工作已逐步转向以科学的管理型经验型，如卫星火监测网络建设，森林防火的内业建设，建设森林防火地理信息和资源信息系统的发展；以及六个现代化建设的系统：重点进行火险预测预报系统，地理和资源信息系统，决策支持系统，监测系统，通讯信息系统和森林火灾跟踪定位系统[6]。
 
   1.3 本文的研究内容 ...................12-13
第二章Web GIS 的基本原理 ...................13-23
    2.1 网络地理信息系统 ...................13-18
        2.1.1 Web GIS 的特点 ...................13-14
        2.1.2 Web GIS 的功能 ...................14
        2.1.3 Web GIS 的主要技术方法 ...................14-16
        2.1.4 Web GIS 的构建模式 ...................16-18
    2.2 基于 Web Services 的 Web 地理信息服务 ...................18-23
        2.2.1 Web Services 技术 ...................18-22
        2.2.2 Web 地理信息服务 ...................22-23
第三章森林防火系统的需求分析与设计 ...................23-41
    3.1 森林防火系统的需求分析 ...................23-24
    3.2 森林防火系统业务流程结构设计 ...................24-25
    3.3 森林防火系统的总体设计 ...................25-26
    3.4 森林防火管理信息系统设计 ...................26-33
    3.5 森林防火系统的详细设计 ...................33-41
        3.5.1 森林防火指挥信息体系结构设计 ...................34-35
        3.5.2 森林防火指挥网络设计 ...................35-36
        3.5.3 森林防火指挥系统功能设计 ......................36-41
第四章森林防火系统数据库的设计 ...................41-47
    4.1 空间数据库设计 ...................41-42
    4.2 属性数据库设计 ...................42-45
        4.2.1 基础地理数据性表 ...................42-43
        4.2.2 档案数据库 ...................43-45
    4.3 数据类型设计 ...................45-47
第五章森林防火系统的实现 ...................47-55
    5.1 系统开发环境 ...................47
    5.2 系统实现 ...................47-55
        5.2.1 地理信息浏览 ...................47
        5.2.2 地理信息的编辑 ...................47-48
        5.2.3 空间定位 ...................48-49
        5.2.4 最短路径分析 ...................49-52
        5.2.5 森林防火指挥子系统 ...................52-55

结论

本文主要介绍了一个基于 Web GIS 的森林防火系统，首先总结了森林防火系统和 Web GIS 技术在国内外的研究现状，也阐述了论文的整体思路。该系统充分体现了地理信息系统领域的 B/S 技术，基于中间件技术的 Web 开发，三维仿真可视化，使用户实时操作，大量数据的有效管理，以及方便灵活的 COM 开发，先进的地理信息完全用于森林防火业务的良好的技术和 Web 技术相结合。随着技术应用的逐步深入，此类系统将会产生更大的使用空间。
随着网络技术的不断发展，Web GIS 已成为了地理信息系统研究的重点。本文分析阐述了 Web GIS 在森林防火系统中的具体应用，并基于 Web GIS 设计和实现了森林防火系统，该系统通过 Internet / Intranet 在 Web 上公布的林业地理信息数据，为用户提供了数据浏览，查询和空间定位等功能，来满足不同用户对地理信息数据的需求。利用 WebGIS 森林防火系统，用户可以科学的分析森林火灾发生的条件和规律，能有效地减少森林防火、灭火工作中的盲目性，从而来提高森林防火工作中的计划性和目的性，这对森林防火工作意义非常重大。
系统将 WebGIS 技术应用在森林防火系统，用户不需要有 GIS 专业知识，无需安装 GIS 软件，使用 Internet/Intranet 就能够获得需要的林业地理信息数据和森林防火指挥决策支持，实现了林业森林防火地理信息系统数据共享的最大化，为森林防火工作提供了强有力的支持，具有一定的参考价值和应用价值。