基于GPRS和3S技术的森林火灾事故预警与应急指挥系统

　　摘要：森林火灾事故预警与应急指挥系统是一个集空间数据库、无线数据通信、地理信息系统(G IS)技术于一体的综合性管理系统。系统采用3S技术、GPRS通信技术和无线传感技术，实现了对林区相关气象参数的实时采集、救援力量的监控调度和林火扑救的应急指挥。文章对该系统的具体工作流程，主要结构和功能进行了详细的介绍。
　　关键词: GPRS；地理信息系统；森林火灾；传感；应急系统
　　中图分类号：TP393.09文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)21-5250-03
　　1 绪论
　　森林火灾是危害森林资源的主要灾害，防范和控制森林火灾是林业工作的重要组成部分，是保护森林资源和人民群众生命财产安全的重要措施。当森林火灾发生时，如何及时掌握火场实况和救灾资源的分布情况，如何高效的统筹规划及合理部署救援力量，采取科学有效的方案迅速扑灭林火、减少损失，已成为当今国内外森林防火领域的一个重要研究热点。本系统综合运用了GPRS和3S技术，将移动目标定位技术和GIS空间分析功能有机地结合起来，根据实时采集和接收的相关数据得出科学合理的林火扑救方案，并通过GPRS网络进行实时指挥，为林业部门高效地指挥救灾工作提供了有力的技术支持。
　　2 系统概述
　　2.1 系统目标
　　系统以GIS为基本框架，接收来自Internet和GPRS网络的实时数据，是一个集成空间信息和非空间信息的综合性系统。系统实现了对森林火灾的实时监测和预警，突发性林火的事故预测、实时监测、扑救指挥等功能，并能对救援分队和车辆进行实时监控和调度；系统综合分析气象因子和卫星遥感数据，结合GPS终端的精确定位，实时显示火场现状和救援力量分布、模拟分析林火蔓延趋势，为指挥员组织林火扑救提供了辅助决策支持。系统采用B/S和C/S混合模式，选取VS.NET为开发平台，采用组件式GIS开发技术，使用Oracle 9i作为底层数据库。
　　2.2 系统总体结构
　　系统的主要架构由林区参数采集模块、遥感及气象信息监测模块、车辆实时监控指挥模块、救援分队监控指挥模块及中心软件平台5部分构成，通过GPRS和Internet网络相联系，如图1所示。
　　2.2.1 林区参数采集模块
　　林区参数采集模块由信息采集传感器组和GPRS 通信模块组成，传感器组负责信息采集，GPRS通信模块负责信息传输与交换。采集模块利用安装在林区特定位置的各类传感器组，对传感器所在位置的温度、湿度、气压等参数进行实时监控，数据采集发送终端通过GPRS网络将相关参数传到中心软件平台进行处理，并存入林区历史信息数据库中。该模块的拓扑结构如图2所示。
　　2.2.2 GPS车辆实时监控指挥模块和救援分队监控指挥模块
　　车辆实时监控指挥模块由车载终端、GPRS通信模块以及GPS接收机构成。1) GPRS 模块通过GPRS网络实现车载终端和中心软件平台之间的双向信息传输。2 )车载终端是该模块的核心部分，完成GPS定位信号和时间同步数据的提取，通过GPRS模块完成与中心软件平台之间的数据交互与通信应答。3) GPS接收部分，采GIJPOpTneIF7Y572rUjKiV77CSG0kWXCXKOp0slNnPk=用OEM板实现，集成在车载终端上，为终端提供定位信息和时间数据。救援分队监控指挥模块构成和车辆实时监控指挥模块基本类似，不同的是终端设备由分队指挥人员或专人携带。
　　2.2.3遥感及气象信息监测模块
　　该模块主要完成对卫星遥感图像和气象数据的接收和处理。系统通过Internet连接到遥感卫星地面站，实时地获取相关区域的遥感数据，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，得到的图像可以用于定位起火点，也可以从图像本身来分析和发现火情，并通知决策指挥人员进行扑救指挥。来自于各林业局气象站的气象信息则通过GPRS网络传送到气象数据接收接口，由该接口进行预处理之后再由中心软件平台进行统一管理和综合分析。
　　2.2.4 中心软件平台
　　中心软件平台由一系列应用组件组成，在逻辑上主要包括连接外围终端的GPRS通信模块、接收遥感和气象信息的数据接口、以及作为核心部分的事故预警系统和应急指挥系统。
　　2.3 系统工作流程
　　应急指挥模块是整个系统的工作重心，系统通过多方面信息来源确认火情后，对接收到的各种数据进行综合分析，结合GIS的空间分析和图形显示功能，将火场情况和救援力量分布统一在态势图上标识供指挥员决策；之后指挥员结合现场火情实况显示和周边情况的查询结果，综合考虑火场周围的各种重要信息，并通过系统提供的路径分析功能和救援预案，确定救援力量的行进路线和救援力量的合理布局；最后指挥员直接以图形化操作的方式通过GPRS网络对扑救现场的救援力量进行实时指挥。应急指挥系统的逻辑结构如图3所示。
　　3 系统功能的设计与实现
　　系统由一系列应用系统及相关硬件设施组成，按照具体功能可以划分以下几个主要部分(如图4所示) 。
　　3.1 林区实时监测子系统
　　林区监测子系统对接收到的卫星遥感图像进行处理和校正后，结合来自GPRS网络的气象信息和传感数据进行综合分析，实现对整个林区或是指定地点的相关情况的实时显示。系统还能通过对遥感图像的分析，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。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。
　　3.2 林火事故预警子系统
　　事故预警子系统将卫星遥感图像、气象信息和传感数据进行统一处理，采用“801”森林火险等级模型[6]进行综合分析，结合GIS空间分析功能，显示和输出火险等级分布图，实现了火险等级预报的可视化；同时该系统还可通过将当前各种实时信息和火灾历史数据进行比对，推理分析火灾风险的大小，从而有利于指挥者迅速采取防范措施，减少损失。
　　3.3 林火应急指挥子系统
　　林火应急指挥子系统按功能划分为火场实况显示模块和指挥扑救模块两部分，其中指挥扑救模块是整个系统的核心。
　　3.3.1 火场实况显示模块
　　火场实况显示模块可以让指挥员实时、直观地了解现场的火情。系统以卫星遥感图像为分析基础，结合来自火场周边GPS终端定位的坐标，实现对火场的范围和形状的精确确定；同时系统根据来自救援车辆车载终端和救援分队手持终端的GPS坐标信息，将火场实况、车辆和救援分队的分布情况统一显示于大屏，让指挥员对火场情况和救援力量分布有一个总体的把握，直观地了解火场情况，从而有助于做出正确的统筹规划和指挥决策。
　　3.3.2 GIS指挥扑救模块
　　1) 火势预测预报子模块系统结合近几天、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，为指挥员确定合理的扑救方案提供决策依据。
　　2) 指挥扑救决策子模块系统根据交通道路的分布情况、火场的位置以及救援力量的实时坐标等信息，自动计算出最佳行进路线，并估算最短到达时间，指挥员根据上述信息结合系统提供的处置预案和历史案例，对火场救援力量的使用进行合理的统筹规划并做出最终决策[5]。
　　3) 指挥扑救实施子模块除了通过传统的无线对讲方式进行指挥之外，指挥员还可以使用图像化操作方式，通过GPRS网络对火场的车载终端和手持终端发送文字信息，而现场人员也可以通过终端将情况实时反馈，从而实现了对火场救援力量的垂直指挥，达到高效利用现有资源扑灭火灾的目的。
　　
　　3.4 档案管理
　　信息维护主要包括预案管理、监测数据归档和火灾历史信息维护三个模块:
　　1) 预案管理实现对各种处置预案的管理和维护。
　　2) 监测数据归档系统对收到的气象和传感实时信息除了转发到各应用模块做分析之外，同时将相关信息归档到数据库，一方面是因为林火蔓延模型需要用到几天前的数据，另一方面是进行数据挖掘的需要。
　　3) 历史灾情档案管理除了在建立系统时录入的历史数据，系统在每次事故发生之后都会要求录入该次火灾的情况，包括起火原因、起火时间、气象情况、受灾面积、扑火时间和主要责任，作为将来的防火扑救提供依据和参考。
　　3.5 数据库管理和用户管理
　　数据库管理主要对林区基础数据、空间基础数据、防火专题数据、防火业务数据和实时检测信息数据进行管理和维护，同时系统提供了数据备份与恢复的功能。
　　用户管理用于增删用户和设置用户的权限。
　　4 结束语
　　本文介绍了一种基于GPRS和3S技术的林火预警与应急指挥系统，构建了结合Internet与GPRS网络的系统框架，对系统各组成部分的功能和设计进行了详细描述，并重点分析了应急指挥系统的实现流程。与传统的森林防火管理系统相比，本系统具有更先进的通信方式、更广泛的信号覆盖面、更直观的图形化界面和更高效的指挥体系，随着GPRS技术的广泛应用，系统将会有更大的应用前景和空间。
　　参考文献：
　　[1] 王金海.基于GIS的森林火灾扑救指挥辅助决策系统[J].森