基于平板的森林防火移动前指指挥系统应用研究

许忠海+向晓飞+殷德义+张志宏

【摘要】：本文主要结合森林防火移动前指指挥系统在红花尔基森林防火工作中的具体应用，探讨在“互联网+”的新时代背景下，利用移动互联网、GPS和GIS等技术，提升森林防火工作的信息化水平，提高森林防火前指人员指挥能力。本文简单介绍了系统体系结构，关键技术特点以及系统各主要功能的设计和实现。

【关键字】：森林防火： 移动指挥

【引言】：森林火灾是森林最危险的敌人，也是森林最可怕的灾害，它会给森林带来最有害，最具有毁灭性的后果。从国内外森林火灾扑救的实践来看，主要采用人工巡查和航空护林两种方式，这两种方式都需要将火场信息勾绘到地图上，传统的手工存在几个问题： 1）. 由于没有专门的观测仪器设备，观测效果与护林员的目视效果不一致，需要护林员有很高的识图、标绘技巧才能获得准确的火场信息判断，易导致火场空间信息误差，给后期的火场图的判读带来一定的困难，最终可能导致错误的灭火部署和决策。2）. 依靠人的目视和手工操作，并将观测到的火场信息标绘到地形图上，工作效率低下，势必延误扑救的时机。随着IT技术迅速发展利用移动互联网、GPS和GIS等技术，提升森林防火工作的信息化水平，提高森林防火前指人员指挥能力的森林火情电子标绘系统渐成主流。

在实际的森林防火电子标绘的实践来看，需要认真解决以下问题：

（1） 前指指挥人员随时携带的设备过于沉重，电源供应比较麻烦，现有标绘系统操作复杂，不适合野外火场操作；

（2） 前指指挥人员很难实时查询火灾周边的资源分布和地形地貌等数据；

（3） 前指指挥人员难以把绘制的火场态势图实时回传给后方人员，无法对扑火方案实时沟通交流，标绘成果共享性和实时性差。

另一方面，目前国内的一些林场一般已经建立了比较先进高清的视频监控系统，但是只有后方的值班室人员才能看到，前指指挥人员很难通过视频监控系统看到实时的火场全貌。这些问题在一定程度上制约了森林火灾扑救的正常开展和扑救决策的正确性及时性，

因此，为了有效地解决森林防火前指指挥人员在防火扑救中面临的问题，需要单独设计一套森林防火移动前指指挥系统，本文主要是针对以上问题开发出结合强大地图功能、GPS定位导航、视频数据浏览与管理于一体的基于平板的森林防火移动前指指挥系统。

1.系统介绍

1.1体系结构

森林防火移动前指指挥系统采用（C/S）结构，以GIS 服务器为核心， 利用Web Map Service方式装载地理信息数据， 前指指挥系统网络客户端访问GIS 服务器上的地理信息资料， 进行GIS通用操作，快速、准确地绘制各种火场态势图及点、线、面符号（ 起火点、火头等）。前指网络客户端访问视频监控系统，适时的把火场视频流展示和进行相关操作；网络客户端利用平板电脑内置GPS，进行火场定位。这些为决策者们快捷、科学的了解火场信息提供了可靠依据。本系统体系结构如图1 所示。

1.2系统设计和开发工具

该系统的主要开发语言为Java， 开发工具采用Eclipse + arcgis runtime sdk for android1+ Java JDK，数据库方面选用了sqlite。

2. 关键技术

2.1离线数据加载

为了保持系统能在网络不畅通的情况下正常使用，系统的使用离线地图数据，包括tpk格式的影像底图数据和.geodatabase格式的资源数据。

TPK文件和 .Geodatabase文件分别是ArcGIS10.1和ArcGIS10.2推出的一种新的数据文件类型，前者主要是用于将切片文件打包形成离线地图包，包内的栅格数据是按网格单元的行与列排列、具有不同灰度或颜色的阵列数据。每一个单元（像素）的位置由它的行列号定义，所表示的实体位置隐含在栅格行列位置中，数据组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性或指向其属性的指针； 后者是采用标准关系数据库技术来表现地理空间数据的数据包，两者都可以在ArcGIS Runtime或者ArcGIS for Android/iOS接口开发的系统中快速加载调用。

2.2火场标绘中的扑火行军箭头算法

本系统中用到的是B-样条曲线。B-样条曲线是贝塞尔曲线的一种一般化，它的优势在于：逼近特征多边形的精读更高；多边形的边数与基函数的次数无关；具有局部修改性。B样条曲线曲面具有几何不变性、凸包性、保凸性、变差减小性、局部支撑性等许多优良性质，使得我们能给更多一般的几何体建造精确的模型。本程序生成箭头形状主要受五个因数的影响分别是，头部高度、头部宽度、颈部高度、颈部宽度以及尾部宽度。由画线所得点集与五个因数相应计算可得出头部形状的箭头头部点集，箭头躯干点集，箭头尾部点集。箭头躯干点集分为左侧右侧点集是稀疏控制点集，分别通过计算B-样条曲线（B曲线因子，QuadricBSpline因子，Binomial因子）得到两侧完善密集点集，使得曲线圆滑，计算完成后将所得点集按顺序连接并绘制起来j是所画箭头。

3. 系统设计及实现

系统运行主界面由2个工具栏。图形显示窗口及地图转换按钮、GPS按钮2个按钮组成；主工具栏主要提供GIS通用功能（距离量算、面积量算等），系统数据的输入、输出、保存等功能；工具栏1包括3.1 火场标绘功能（點、线、面标绘等）；GPS按钮进行GPS定位操作；地图转换按钮实现电子地图与GIS地图之间的转换。系统运行主界面生动直观如图2所示。

3.1火场标绘功能

火场态势图绘制功能是平板系统的核心功能，系统提供符合国家标准的森林防火符号库，以供标绘人员便捷的使用各类符号信息，通过使用系统提供的点、线、文字标注和扑火行军箭头等绘制按钮，在地图上绘制具有含义的要素，生成火场态势图，标绘人员可以把态势图保存到本地或上传给后方人员，后方人员看到态势图后可以修改并回传给前指人员，方便及时沟通扑救方案。火场标绘的演示如图3所示。endprint

3.2火场定位

利用平板电脑内置设备，通过GPS、移动网络基站定位等手段，对设备快速定位。系统实时更新设备所在位置。系统通过输入经纬度定位，可以在地图上标记出该经纬度的位置。系统在地图上任意位置点击，可以查看该点的经纬度和小班因子属性。

3.3查询功能

系统可实现定位轨迹查询及回放，系统自动记录GPS定位出的点，生成一条轨迹线，前指人员可以随时查询自己行走的轨迹并回放。此外系统还提供基于空间数据和属性数据的查询，如：基于经纬度的查询定位，火情标绘历史档案的查询等。

3.4视频浏览及相关操作

系统可以连接到现有的视频监控点，查看实时的监控视频，并可以调节视频监控点的水平角、俯仰角、焦点和焦距等参数。视频浏览的演示如图4所示。

3.5应急灾备

当系统或外部环境异常导致系统退出时，系统提供自动记录当前标绘的成果，下次进入系统时自动恢复的功能。

结束语

红花尔基林业局是呼伦贝尔市以保护、培育和经营“国宝”樟子松为主要资源的地方林业局。全局施业区总面积59.8万公顷，有林地面积21.3万公顷，活立木蓄积量2526万立方米，森林覆盖率35.6%，是闻名遐迩的樟子松故乡。本森林防火移动前指指挥系统在红花尔基森林防火中的应用取得了很大成功，用户很满意。由于森林防火移动前指指挥系统部署在Android平板电脑上，火场前指指挥人员携带方便，减少了随身携带设备的重量，并且通过系统可以查看火场周边地形、资源数据分布数据，通过控制火场周边的视频监控点查看火场周边全貌，能够极其方便地绘制火场态势图，制作扑救方案并与后方指挥人员及时沟通修改，把火场前指人员、后方指挥人员及现有的视频监控系统连接成一个有机的整体。这有效地解决了森林防火前指指挥人员在防火扑救特别是火情标绘过程中遇到的一些问题，系统在日常的火灾预防，监测预警，管理决策等方面发挥了重要的支撑作用，提高了决策支持的效率，取得了较大的经济和社会效益。

【参考文献】：

[1] 王俊杰， 陈顺宝， 陈若飞. 基于掌上电脑的智能林火标绘仪的设计与实现[J]. 测绘与空间地理信息， 2006，29（2）.

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作者简介：许忠海（1974年11月3日）；性别：男；籍贯：山东省成武县；学历：本科，毕业于内蒙古农业大学；现有职称：林业中级工程师；研究方向：森林防头endprint