森林火灾具有突发性强，破坏性大，处置救助极为困难等特点；森林火灾不但造成了人民生命财产的巨大损失，而且也造成了巨大的生态损失；森林防火相关部门为扑救林火耗费了大量人力、物力和财力，森林火灾对森林资源和生态环境的破坏所造成的损失难以估量。因此，建立科学、高效、先进的森林防火信息化管理系统，集实时监控、自动报警、指挥扑救、森林火灾灾后评估及防火信息管理于一体，解决森林火情发现不及时、信息不准确、扑火路径不合理、信息化管理程度低等问题，将森林火灾扑灭在萌芽阶段，已成为森林防火工作的一项迫在眉睫、亟待解决的重大课题。

一、系统建设目标

森林防火信息化管理系统建成后，将提高火险等级的预测预警能力，确保森林防火的指挥畅通，提高森林防火预测的可靠性、火灾扑救的可靠性和科学性、灾后评估的快速准确性；同时可改善基础设施，增强信息安全保障能力，提升资源共享和应用水平，实现森林防火监控预警电子化、数据信息化、决策科学化，为建设现代森林防火提供强大支撑。

二、系统的需求分析

（一）业务需求

本系统旨在对火灾前期的预警、中期的处置、后期的分析的指挥管理工作进行开发，首先调用视频监控结合三维地图进行火灾精准定位功能，实现火灾前期的预警，其次在中期的火灾处置业务方面，结合视频监控、三维地图，对火灾发生时的扑救路线、火场范围、地形地貌等信息进行综合分析，按应急方案要求进行火灾标准化指挥，把火灾处置流程体现在指挥环节中。做到从火灾的发现，发生时的处置指挥，火灾结束后的总结分析，整体火灾的处置及全部指挥过程记录的一体化操作。

（二）功能需求

通过收集各方反馈意见，拟开发一套能够调用视频监控图像，并补充火场精准定位、最优路径规划、物资检索展示、态势图、火灾回放等相关功能模块；增加火灾指挥、火情管理、规划设计、数据管理、授权管理等功能的森林防火指挥管理系统。

（三）数据需求

森林防火涉及到的数据需求包括：卫星地面遥感数据、基础地理信息数据、气候气象数据、森林资源林业基础数据、森林火灾现场视频数据、森林火灾历史数据、防火机构人员设施数据、专家知识数据等。

三、系统的主要技术方案

系统利用网络技术、空间数据技术、二三维一体化地理信息系统等先进技术，集监控预警、火场指挥处置、火情管理、规划设计、森林防火资源等为一体，为森林防火和远程指挥决策提供辅助信息。同时设计卫星地面接收站、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。

系统采用 ArcGIS 系 列的 ArcInfo、ArcEditor、3D Analyst、ArcSDE、ArcIMS、ArcView、ArcObjects等软件，构建三种混合运行模式，即技术和管理层面上的Client/Server体系结构，应用层面的Browser/Server体系结构和火场前指Client/Server一体化的单机运行模式，并形成数据服务层、GIS应用服务层和客户端网络资源层。

系统采用C/S与B/S结构相结合的方式、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。在软件集成方面，以GIS服务器为核心，安装基于ArcInfo的森林防火地理信息系统软件并装载ArcSDE空间数据引擎，实现海量地理信息数据的数据库管理。在技术和管理层面，通过基于ArcGIS的客户端软件与ArcSDE空间数据引擎之间建立TCP/IP连接，构成C/S体系架构。可实现在客户端进行系统资源的检索、查询、编辑、制图、统计、分析等数据管理工作。在应用层面，网络客户端通过HTTP协议构成B/S架构，用户通过浏览器向ArcIMS提出请求，获取ArcSDE中的空间数据进行查询分析，将结果返回到相应的浏览器终端。在硬件集成方面，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。

四、系统功能架构

森林防火信息化管理系统可实现自动报警和智能显示火点位置、火场位置信息同步标会、指挥扑救方案制定、智能辅助决策、森林火灾灾后评估及历史档案查询、统计和分析等功能，同时可实现省—市—县多级管理层次的森林防火信息指挥系统的信息互换，图像数据、流媒体数据、森林防火信息系统数据、地理信息系统数据的共享。

（一）森林防火基础数据库管理

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：烟火视频监控图像、卫星遥感影像数据、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等。系统的基础地理数据采集范围为市所辖范围。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。

（二）火情监控预警子系统

该系统与二三维一体化GIS挂接，实现基于GIS的视频监控，在电子地图模式下能够在地图上定位监控点，并能在地图上直接点播监控点的实时图像等功能。以GIS方式的操作使监控点监控、设置、报警联动等操作更加形象化。

报警自动定位系统借助精密的GPS全球定位系统，及高清三维的GIS系统。当接到报警时，定位报警火点位置，同时弹出周边监控点的图像。操作者可以并通过三维智能定位功能快速定位，监看周边场景，并在GIS系统里面嵌入指挥车的位置，以便统一协调指挥。同时，在电子地图上划定区域，系统自动标识该区域内的前端监控点，可直观地调用监控点视频。该子系统具有自定义搜索，能够快速定位监控点，实现资源的高效利用。系统接收报警后，报警的地点能够自动在地图上突出显示。

（三）指挥扑救子系统

接收到森林火灾监测与自动报警子系统的火点自动报警信息后，进行火点定位、火势发展行为预测，获取火场蔓延趋势图，然后进行三维仿真模拟，在此基础上结合二三维一体化地理信息系统，进行扑救方案的制定和最佳前进路线的规划，并通过森林火灾火场实时监控模块指挥森林火灾扑救。

1.火点定位

包括卫星遥感图像火点定位、瞭望台火点定位以及现场巡护森林防火定位。卫星遥感图像火点定位是利用卫星遥感影像，经配准后，提取出火点中的经纬度，同时与行政区划图、森林小班数据叠加，可确定出火场的具体位置即所在的林场或行政村。瞭望台火点定位是利用两个瞭望台的瞭望员提供的森林火灾方位信息，采用前方交会方法可以计算出火点的具体位置。同时叠加行政区划图、森林小班数据即可确定出火场的具体位置，即所在的林场或行政村。现场巡护森林防火定位一是在重点监控区域或火险等级比较高的地区，给地面巡护人员配备手持GPS，一旦发生火灾，即可将该地的经纬度数据或大地坐标数据和火灾规模报告给指挥中心，叠加行政区划图、森林小班数据即可确定出火场的具体位置，即所在的林场或行政村。二是在非重点监控区，如无GPS，可以给指挥中心报告当地所在的行政位置（村、乡、县），利用模糊查询的功能也可在系统中确定出火灾发生地点。

2.森林火灾行为预测

森林火灾行为预测对扑火指挥决策十分重要。只有对未来火场做出较为正确的估计，才能合理地组织人力、物力，并采取恰当的措施进行扑救。森林火灾的发生?发展是一个复杂的动态过程，涉及诸多的因素，既有自然因素，如可燃物分布、地形地貌、气象等，又有社会因素。系统可通过多种数据为基础计算预测火灾蔓延的趋势，依托实时的气象信息和计算机数据传输网络提供的各种码值和数据来计算林火行为参数。

火势蔓延趋势的分析依据本地自然数据，包括本地的高程数据（DEM数据）、坡度数据、坡向数据以及可燃物指数因子数据，并结合天气因子（当天当地的相对湿度、温度、风向、风力、风速等）对火势蔓延速度进行分析。完成上述参数设置后，可以在地图上标会起火点或者起火区域进行火势蔓延预测。支持动态分析和预测火势蔓延的方向、火场面积、火场边界、火势蔓延速度等功能。同时，可实时动态估算当前过火面积和范围的动态数据以及蔓延火势对火烧地区的摧毁时间。

3.扑救方案制定

根据火灾位置、规模、森林火灾行为预测结果，基础地理数据库中的地形、交通、水系等数据，火灾现场视频数据、防火人员及设施数据，知识库中的知识，自动制定出最佳灭火方案。包括扑救战场确定、阻火隔离带位置及兵力、机具配制、扑火战场所需兵力及机具、以及扑火最佳路径分析等。

4.最佳路径分析

利用二三维一体化地理信息系统，使用经纬度结合DEM数据来计算两点之间的地表距离，以一定距离间隔提取点高程以及经纬度坐标计算，转换为直角坐标系坐标，用经纬度坐标计算地表上两点间的距离。在GIS地理信息系统中标会火点发生实际位置，选择最安全、最短路径，并查看林火周边的林火扑救队伍、扑救设施，根据林火发生、发展的状况调派队伍和设施，使周边资源得到最大化的利用，减少人员伤亡，降低物资损耗。

5.实时监控

森林火灾实时监控涉及卫星地面接收系统、无线视频传输与控制系统、大屏幕视频转换系统。利用森林防火信息系统对上述系统进行软硬件集成，实现森林火灾的实时监控。

指挥中心工作人员利用卫星影像和火灾现场视频信息，以及森林防火信息系统的辅助决策信息为参考，进行指挥调度，将指令通过无线设备传到火灾现场扑火指挥员，指挥森林火灾扑救。同时，根据火灾现场传回的视频图像信息，及时调整森林火灾扑救方案并反馈给火灾现场扑火指挥员。

（四）森林火灾灾后评估子系统

森林火灾灾后评估子系统指对森林火灾灾害的规模及火灾破坏损失程度的估测与评定。及时、准确和全面的进行森林火灾灾后评估，能使灾害管理工作者正确掌握有关森林火灾的背景，现场破坏情景和灾害损失等个方面的信息。该子系统通过灾情统计数据、森林防火基础数据，结合适宜森林火灾灾后评估指标体系，运用计算机技术完成森林火灾的灾后评估。包括森林火灾面积测定、经济损失评估、抗灾救灾措施评估、减灾效益评估测定、生态环境评估、森林火灾历史数据库更新等功能。

森林火灾灾后评估子系统可为决策部门提供可选择的辅助决策方案，制定恢复重建总体规划和单项计划的基础，为即将开展的灾后恢复和重建工作提供行动依据。亦可为研究林火灾害积累历史资料。

1.森林火灾面积测定

一是用GPS测定森林火灾过火面积。当火灾过火面积较小时，利用GPS实地获得火场周边的地理坐标，工作人员利用通讯设备将坐标数据传输到系统数据库，火灾面积测定模块从系统数据库获得坐标值后，生成封闭的多边形，最终计算森林火灾的过火总面积。二是用遥感图像测定森林火灾过火面积。火灾过火面积大时，可通过对遥感卫星图像的过火像元计算、求出面积，来评估火灾过火面积。子系统从防火基础数据库中获得该区域的灾后遥感图像，提取图像信息确定森林火灾过火区域，读取该区域内的像元数，乘以该图像的空间分辨率，得到过火总面积。

2.历史林火灾害数据库更新

对结果数据库中的灾情统计数据进行整理，并对森林防火基础数据库中历史灾情数据库更新，录入本次林火灾害的各项数据，为今后的森林火灾预测预报，制定扑救方案，为减少森林火灾以及森林防火工程的建设提供依据。

（五）森林火灾信息服务功能

系统对外发布与森林防火有关的政策法规和森林防火相关知识，同时发布防火机构、人员及设施信息，火险天气预报、森林火险等级预报、历史林火灾害信息、热源点的监测情况和一些辅助决策信息。该子系统同时具有文本信息的查询显示功能。具体如：图形信息的图层选择、图形区域选择，比例尺设定，图形放大、缩小、漫游、查询，以及其他交互功能：建立网上论坛功能；用户权限及注册管理等功能。

五、结论

该系统利用网络技术、空间数据技术、二三维一体化地理信息系统等先进技术建立的森林防火预警之后指挥管理系统是数字林业的一个重要内容，是当前森林防火的主要发展趋势，对林业可持续发展和森林多种效益的发挥具有重要的理论和实践意义。系统建成后，可提高森林防火预测的可靠性、火灾扑救的可靠性和科学性，灾后评估的快速准确性。同时可为林业防火部门提供信息化解决手段，解决森林火灾预警不及时，火情发现晚、周边部门调配和救火路线规划不合理、火场综合指挥效果差等问题，对提升森林公安的执法的突击性和效率有很大的帮助。