白雪 郭曉麗 許一銘 陳佳妮 杜志成 夏雪超

摘要：基于3DGIS的森林防火應(yīng)急指揮系統(tǒng)主要將計算機、GPS、通信等技術(shù)集于一體應(yīng)用于現(xiàn)代森林防火中，為消防安全應(yīng)急指揮中提供準確的火災(zāi)信息。由于我國森林火災(zāi)頻發(fā)，各界部門都開始重視。將3DGIS的森林防火應(yīng)急指揮系統(tǒng)應(yīng)用于森林防火技術(shù)勢在必行，經(jīng)過研發(fā)人員的設(shè)計研究3DGIS的森林防火應(yīng)急指揮系統(tǒng)已經(jīng)成為計算機應(yīng)用領(lǐng)域熱門的研究方向，并且在業(yè)界得到了廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：森林火災(zāi);防火;應(yīng)急指揮系統(tǒng);3DGIS

中圖分類號：S762.3? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2021）03-0048-02

森林是最重要的資源之一，我國森林資源十分缺乏，全國森林面積不超過1.5億，森林覆蓋率只有百分之十三，分布十分不均，人均占有森林面積也低于全球人均水平[1]。森林環(huán)境受到地形地勢和天氣的影響，很容易發(fā)生火災(zāi)，而且火災(zāi)蔓延迅速且很難控制。3DGIS的森林防火應(yīng)急指揮系統(tǒng)將成為森林防火的主要力量。3DGIS的森林防火應(yīng)急指揮系統(tǒng)能夠迅速準確確定森林火災(zāi)發(fā)生地點、對火災(zāi)范圍進行的預(yù)測、預(yù)報火災(zāi)發(fā)展趨勢，從減少不必要的時間，為消防工作人員提供更長的撲救的時間[2]。目前我國3DGIS的森林防火應(yīng)急指揮系統(tǒng)已基本全面應(yīng)用于森林防火指揮中心，且隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展森林防火應(yīng)急指揮系統(tǒng)也已經(jīng)達到了一定的技術(shù)水平，并在不斷完善，可基本滿足應(yīng)急指揮的需求，模塊清晰，內(nèi)容豐富，界面互動，視頻成像，方便使用，為指揮者決策者提供了可靠的信息，為森林火災(zāi)的預(yù)防及撲火提供可靠的平臺支持與技術(shù)保障。

一、森林防火應(yīng)急指揮系統(tǒng)的發(fā)展

森林防火系統(tǒng)的發(fā)展有著很長的歷史。近些年來，我國森林防火系統(tǒng)主要朝著事物自化網(wǎng)絡(luò)化，可視化和自動化方向研究，取得了很大的進步[3]。森林防火系統(tǒng)最先應(yīng)用于國外，開始的時候稱之為野外林火管理輔助決策系統(tǒng)。我國森林防火系統(tǒng)起步較晚，大興安嶺火災(zāi)發(fā)生后，我國逐漸建立了森林防火計算機系統(tǒng)，這標志著我國森林防火系統(tǒng)正式走向自動化。近些年來森林防火系統(tǒng)不斷升級引進了3DGIS，其綜合應(yīng)用了全球定位系統(tǒng)，采用可視化的場景界面，并且錄入了地理信息。這套系統(tǒng)在操作過程中能夠精準定位火點信息，并且具有可視化，還可以通過技術(shù)進行火災(zāi)走勢分析。相比于傳統(tǒng)的防火系統(tǒng)，它能更加精準高效并且判斷相對縝密[4]。3DGIS的森林防火應(yīng)急指揮系統(tǒng)運用先進的可視化技術(shù)、GPS定位技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)等，大大提升了我國森林防火的應(yīng)急能力。

二、基于3DGIS的森林防火應(yīng)急指揮系統(tǒng)架構(gòu)分析

（一）系統(tǒng)需求分析

森林火災(zāi)發(fā)生的原因并不是單一的，而是一個多變復(fù)雜的過程?；馂?zāi)的發(fā)生原因有很多，想要得到準確的預(yù)警，就必須綜合利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)[5]。將系統(tǒng)內(nèi)融入數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，還有大量的地理位置信息。運用三維的場景計算火災(zāi)蔓延的趨勢。通過系統(tǒng)的可視化，監(jiān)控火場內(nèi)的情況以及火場的面積，然后根據(jù)特點實施滅火部署。本著早發(fā)現(xiàn)早撲救的原則。因此3DGIS的森林防火應(yīng)急指揮系統(tǒng)要具有實時性，可互動，可視性。所以整個3DGIS的森林防火應(yīng)急指揮系統(tǒng)要有足夠的數(shù)據(jù)進行支持，首先需要的就是地形地貌數(shù)據(jù)。可以通過三維場景定制模型，在場景的基礎(chǔ)上添加相應(yīng)的數(shù)據(jù)，做到真正的大規(guī)?？梢暬痆6]。其次系統(tǒng)還應(yīng)該重視其交互性，指揮人員可以在地圖上進行標記和編輯，以便后期查詢工作。森林防火應(yīng)急指揮系統(tǒng)也需不斷提高智能化水平，這依賴于三維場景中數(shù)據(jù)分析能力的優(yōu)化，及對數(shù)據(jù)信息整理的快速響應(yīng)能力的提升。

（二）系統(tǒng)的功能架構(gòu)分析

森林防火應(yīng)急指揮系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如下圖所示，主要包括以下幾個構(gòu)架：三維地形瀏覽圖層管理，火點定位，撲救路徑顯示，林火蔓延模擬，撲救資源查詢。其中三維地形瀏覽，包括可以放大和縮小的瀏覽，并且能對瀏覽進行旋轉(zhuǎn);火點定位要求系統(tǒng)定位準確詳細到經(jīng)緯度的查詢;火點定位包括經(jīng)緯度的查詢和地名的查詢;撲救路徑是系統(tǒng)根據(jù)所包含數(shù)據(jù)進行快速分析，描繪出最佳路徑，并且指揮人員可以對路徑進行修改;林火蔓延模擬器主要包含了面積預(yù)測和著火區(qū)域的顯示，他是通過系統(tǒng)做最精準的模擬。撲救資源查詢包含地理資源查詢和隊伍分布查詢，地理資源查詢是可以借助外界環(huán)境對火災(zāi)地點進行支援，隊伍分布查詢能有效防止隊伍失聯(lián)失控，保障救火隊伍安全性。

（三）系統(tǒng)體系架構(gòu)分析

首先整個森林防火系統(tǒng)是一個大的數(shù)據(jù)庫，引入3DGIS能夠有效地建立起三維模型，增加火災(zāi)環(huán)境的可視化程度[7]。3DGIS模型的建立需要大量的數(shù)據(jù)。如DEM數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)、地理數(shù)據(jù)和XML文件。另一部分是三維數(shù)據(jù)引擎，它主要包含了地形地貌、飛行瀏覽、專題要素、GPS定位還有一些重要的標號顯示。通過數(shù)據(jù)整理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出。并且設(shè)定專門的編輯操作，提供可編輯區(qū)域。這就是整個3DGIS森林防火系統(tǒng)的架構(gòu)。

三、基于3DGIS森林防火應(yīng)急指揮系統(tǒng)的實現(xiàn)

（一）主要功能及其實現(xiàn)

3DGIS的森林防火應(yīng)急指揮系統(tǒng)主要功能是視頻聯(lián)網(wǎng)功能和視頻采集和存儲功能還有林火智能識別功能，并且3DGIS的森林防火應(yīng)急指揮系統(tǒng)還能進行繪圖工作、火點定位、火災(zāi)推測、撲救方案、對火災(zāi)規(guī)律進行總結(jié)等。

1.視頻聯(lián)網(wǎng)功能

3DGIS的森林防火應(yīng)急指揮系統(tǒng)擁有強大的數(shù)據(jù)庫。在指揮器終極顯示屏上可以展現(xiàn)實時畫面。視頻聯(lián)網(wǎng)可以監(jiān)控起火地點以及起火發(fā)生的時間。聯(lián)網(wǎng)功能能自動存儲日期，時間和歷史圖像。

2.視頻采集和存儲

這項功能是通過視頻轉(zhuǎn)化為數(shù)字進行存儲。數(shù)字圖像可以通過計算機網(wǎng)絡(luò)進行遠距離的傳輸。一條視頻采集和存儲周期大概30天左右。通過在森林內(nèi)部設(shè)定林區(qū)監(jiān)控站有效地對整個林區(qū)進行監(jiān)控，并進行圖像視頻的采集和存儲。

3.智能識別功能

3DGIS的森林防火應(yīng)急指揮系統(tǒng)最主要的功能莫過于智能識別起火地點。智能化有利于盡早發(fā)現(xiàn)起火點。他比人類探測更加準確迅速。系統(tǒng)檢測出起火地點，可以迅速拉響警報，提醒消防值班人員進行探查。消防人員根據(jù)視頻顯示畫面，可以及時了解到森林火情與具體位置。

4.繪圖功能

消防管理工作人員可以通過系統(tǒng)進行專題繪圖。專題繪圖主要包含了森林的資源，相應(yīng)的地形地貌，頻發(fā)起火點，以及防火力量和環(huán)境，社會資源。

5.GIS地圖

GIS地圖是三維地圖和二維地圖相結(jié)合的產(chǎn)物。它可以放大縮小旋轉(zhuǎn)地圖上的每個位置。并且支持鷹眼功能，可以將撲火指揮的過程轉(zhuǎn)換為視頻。并且圖層清晰，管理人員可以直觀地看到數(shù)據(jù)統(tǒng)計信息。在地圖上可直觀清晰地明確起火點的地理位置、地理名稱以及起火范圍大小。

6.火災(zāi)推測

火災(zāi)推測主要是系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，通過地形地貌地勢與天氣環(huán)境進行多方面數(shù)據(jù)分析，得出一個火災(zāi)蔓延。進行三維模式的火情推演。為撲火滅火提供有效的數(shù)據(jù)支持。

7.火點定位

火點定位主要是通過智能的監(jiān)控設(shè)備對起火點的每個位置進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計。當林區(qū)有火災(zāi)發(fā)生時，系統(tǒng)可以根據(jù)前端控制設(shè)備進行參數(shù)統(tǒng)計。準確定位起火的經(jīng)緯度，海拔高度，并結(jié)合GIS地圖進行標注。

8.撲救方案

3DGIS的森林防火應(yīng)急指揮系統(tǒng)運用數(shù)據(jù)庫里的信息及數(shù)據(jù)制定最佳的撲救方案與撲救路線[8]。結(jié)合火災(zāi)的實際情況，可以迅速通知相關(guān)單位和人員進行準確的滅火。并及時補充滅火物資。運用系統(tǒng)的智能化能夠縮短制定預(yù)案的時間，并且路線相對精準。

9.火災(zāi)總結(jié)

系統(tǒng)可以根據(jù)數(shù)據(jù)總結(jié)出此次火災(zāi)受害面積以及損傷程度，通過多次火災(zāi)發(fā)生的數(shù)據(jù)，總結(jié)相應(yīng)的規(guī)律。為指揮防火的工作人員提供參考。

（二）界面設(shè)計

依據(jù)友好、簡約、安全的設(shè)計原則，系統(tǒng)的界面根據(jù)指揮者所掌握知識情況進行各相關(guān)功能的設(shè)計，在指揮者界面操作過程中提供有效的輔助和及時的提示，保證操作失誤可返回原點，切實提高圖上作業(yè)和指揮任務(wù)的執(zhí)行效率，進而提高森林火災(zāi)撲救工作的效率。

四、結(jié)語

綜上所述，要充分利用3DGIS技術(shù)，加強對林地火災(zāi)的監(jiān)控工作，盡量減少火災(zāi)的發(fā)生。遇到火災(zāi)發(fā)生能夠盡早發(fā)現(xiàn)，及時撲救。要完善3DGIS的森林防火應(yīng)急指揮系統(tǒng)，建立健全林地林木、森林信息管理系統(tǒng)，在實踐中及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的漏洞，制定更合理的林地保護計劃，有效保護我國森林資源。實踐表明，在森林火災(zāi)滅火的過程中，只有把握先機，才能最大程度地挽回損失，減少林地和人員的傷亡。森林防火應(yīng)急指揮系統(tǒng)，它是一個管理收集，數(shù)據(jù)查詢，災(zāi)情分析，災(zāi)情預(yù)測集一身的自動化系統(tǒng)。森林防火應(yīng)急指揮系統(tǒng)也是現(xiàn)代森林防火中重要的研究領(lǐng)域，系統(tǒng)能有效地運用地理信息數(shù)據(jù)，通過3DGIS技術(shù)實現(xiàn)森林火災(zāi)實情的可視化，可以高度還原火災(zāi)場景，并做到精準定位，對火災(zāi)危險點進行細致分析和預(yù)測，并根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行撲救方案制定。撲救工作最重要的是時機，3DGIS應(yīng)急防火指揮系統(tǒng)為撲救人員贏得了火場撲救的時機，是當代消防工作必不可少的輔助系統(tǒng)，值得廣泛推廣和使用。

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