森林防火及资源管理信息系统

森林防火及资源管理信息系统方案1前言森林资源是我国非常重要的自然资源，需要我们大力保护。

为此，加强森林资源管理和森林防火科学研究，增加科技含量，迅速提高预防和扑救森林火灾的综合能力，将森林火灾损失降到最小程度，切实有效地管理好国家的森林资源，保护好森林资源，是林业管理部门的核心任务。

森林火灾是森林的主要灾害之一，森林火灾不仅严重破坏森林资源，造成巨大经济损失，而且造成灾区及周边地区环境的严重污染。

1997年印尼、马来西亚的森林火灾不仅严重破坏了森林资源，而且造成东南亚地区严重的空气污染。

我国 1987年大兴安岭火灾及今年春季的内蒙古火灾都造成森林资源的严重损失。

因此，森林防火问题已引起世界各国的广泛关注，也是林业部门重要的基础工作之一。

森林火灾是林业生产的重大灾害之一，及时的火险预警在林业生产中具有十分重大的意义。

森林火险预警包括火情发现与观察，火险预测报告和林火扑救组织等。

在GIS中，结合森林资源图和地形图，提供合适的观察点和有效的观察控制区域，达到最大的观察范围。

及时对火险进行预报。

另外森林火灾往往具有突发性的特点，这就需要森林扑火工作应该具备快速反应的能力，争取把森林火灾扑灭在萌芽状态，可以及时地查出火灾发生的地点、分析扑火最短路径及最近水源分布等情况，节省了大量的宝贵时间，大幅度地减少了火灾损失，节约了人力、物力和财力。

因此森林防火指挥系统的快速、准确、高效对有效地组织森林扑火显得尤为重要。

21世纪将是信息化的世纪。

全球计算机技术和网络技术取得了突飞猛进的发展，数据库、地理信息等技术已日趋成熟，为系统建设创造的良好的条件。

建立森林防火信息管理系统对林业整体管理的现代化水平具有深远的影响。

2项目总体目标本项目拟结合3S技术（地理信息系统GIS、全球定位系统GPS、遥感RS）、计算机技术、网络技术，通过对森林资源信息及森林防火信息进行数字化，建立林业数据空间平台包括：（1）建立防护站、基础设施、森林资源信息等数据库。

实现对监测地区的林区面积、林种、归属、树龄等概况数字化显示、快速显示；能够标注监控地点的方位、距离、面积、地形地貌等信息。

（2）具备地图管理、图层控制、查询及量算等基本功能：管理各种比例尺的矢量图和遥感图，可以对基础数据图层及专业数据图层控制，可以任意增加、删除基础数据图层；能对不同比例尺的矢量图进行各类地理信息和属性信息的查询，能根据图名、行政区划、地名、地理坐标等信息查询，能对矢量地图上的任意两点之间的距离进行量算，计算任意区域的面积；（3）提供数字三维模拟功能：在三维电子地图实现漫游，二维、三维可调速飞行俯视，飞行路线可由鼠标控制，亦可按事先编制路线飞行；（4）可以实现热点管理功能：能准确定位火点，并将火点周边的相关信息显示在地图上以便用户查询。

3项目建设所应用的关键技术3.1 “3S”系统集成技术“3S”是指遥感（Romote Sensing）、地理信息系系统（Geographic Information System）和全球定位系统（Global Positioning System）。

目前在世界范围内其应用方兴未艾。

由于“3S”技术具有自动化、实时化、动态化、数字化等特点，在地学的研究和应用中已成为热点，在土地资源、农业、林业、地质、测绘等行业有关资源、环境、灾害调查、监测、成图等方面成为不可缺少的手段。

在林业应用中，“3S”是数字林业的重要技术支撑。

通过“3S”集成，建立对地观测系统，可以从整体上解决一切与地学相关的资源与环境问题，实现“定性、定位、定量”的统一。

3.1.1地理信息系统（GIS）技术地理信息系统是在计算机软硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、存储、管理、操作、模拟、显示和综合分析的计算机技术系统。

国际互联网（Internet）和地理信息系统（GIS）改变着地理空间信息的获取、共享、发布与分析。

网络与地理信息系统结合成Internet GIS /Web-GIS是GIS软件发展的必然趋势。

互联网已经成为GIS的新的操作平台。

Internet GIS应是一个交互式的、分布式的、动态的地理信息系统。

它不仅为全球用户提供分布式地理信息数据，而且还提供在线分布式地理信息处理与分析的工具。

3.1.2遥感（RS）技术RS（Remote sensing）卫星遥感系统。

广义地说，是在不直jie接接触的情况下，对目标物或自然现象远距离感知的一种探测技术。

狭义而言，是指在高空和外层空间的各种平台上，应用各种传感器（如摄影仪、扫描仪和雷达等等）获取地表的信息，通过数据的传输和处理，从而实现研究地面物体形状、大小、位置、性质及其环境的相互关系的一门现代化应用技术科学。

当前遥感形成了一个从地面到空中，乃至空间，从信息数据收集、处理到判读分析和应用，对全球进行探测和监测的多层次、多视角、多领域的观测体系，成为获取地球资源与环境信息的重要手段。

遥感有如下主要特点：（1）感测范围大,具有综合、宏观的特点。

（2）信息量大，具有手段多、技术先进的特点。

（3）获取信息快，更新周期短，具有动态监测特点。

3.1.3全球定位系统（GPS）技术全球定位系统（Global Positioning System - GPS）是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。

经近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS 以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。

全球定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点，是迄今最好的导航定位系统。

随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。

3.2异质、多源、多比例尺空间数据融合处理基于“3S”技术的森林防火信息系统建设需要建立统一的地理空间框架，在此基础上，构建多尺度基础地理信息数据库，为林业信息提供统一的空间载体。

主要关注的内容有：基于统一参考椭球体的林业空间定位框架；适于从宏观到微观切换的地球椭球体三维坐标向二维坐标投影(转换)的理论方法及自适应模型、算法；统一的陆海基准面的基本模型；多尺度基础地球空间数据框架的构建、实现技术等；不同比例尺林业地图的空间属性数据库结构、数据组织，林业专题地图与基础地图融合和处理。

3.2.1栅格数据之间的融合本系统基础地理及林业专题数据源将用到不同来源、不同精度、不同内容的栅格图像数据进行复合而生成新的栅格图像。

图像融合一般要经过图像配准、图像调整、图像复合等环节。

（1）遥感图像之间的融合。

主要包括不同传感器遥感数据的融合和不同时相遥感数据的融合。

来自不同传感器的信息源有不同的特点，如用TM与SPOT遥感数据进行融合既可提高新图像的分辨率又可保持丰富的光谱信息；而不同时相遥感数据的融合对于动态监测有很重要的实用意义。

（2）遥感图像与地图图像的融合。

一是遥感图像与栅格化的DEM融合生成立体的三维景观图像，显现逼真的现实效果；二是借助遥感图像的信息周期动态性和丰富性，经过与各种地图图像融合，可以从遥感图像的快速变化中发现变化的区域，进行数据的更新和各种动态分析。

3.2.2矢量数据之间的融合矢量数据是GIS和数字制图中最重要的数据源。

矢量数据之间的融合是应用最广泛的空间数据融合形式，也是空间数据融合研究的重点。

对矢量数据最主要的、应用最广泛的方法是先进行数据格式的转换即空间数据模型的融合，然后是几何位置纠正，最后是重新对地图数据各要素进行的重新分类组合、统一定义。

对于相同坐标系统和比例尺的数据而言，由于技术、人为或者经频繁的数据转换甚至是由于不同软件的因素，数据的精度会有差别。

在融合过程中，需要进行几何位置的统一。

融合后的空间矢量数据，应重新对要素分层、编码、符号系统、要素取舍等问题进行综合整理，统一定义。

3.2.3矢量数据和栅格数据的融合目前，很多的GIS系统平台能够对矢量和栅格结构的空间数据进行统一管理，两种数据结构的融合也在广泛应用。

主要包括：栅格图象与数字线划图融合。

是两种结构数据简单的叠加，是GIS里数据融合的最低层次，如遥感栅格影像与数字线划图叠加，遥感栅格影像或航空数字正射影像作为复合图的底层，数字线划图可全部叠加，也可根据需要部分叠加，如水系边线、交通主干线、行政界线、注记要素等等。

这种地图具有一定的数学基础，有丰富的光谱信息和几何信息，又有行政界线和其他属性信息，可视化效果很好。

遥感图像与DEM的融合。

DEM代表精确的地形信息，用它来对遥感影像进行各种精度纠正，可以消除遥感图像因地形起伏造成图像的像元位移，提高遥感图像的定位精度；DEM还可以参与遥感图像的分类，在分类过程中，要收集与分析地面参考信息和有关数据，为了提高分类精度，同样需要用DEM对数字图像进行辐射校正和几何纠正。

3.3遥感影像预处理技术在栅格数据的加载前，对各类影像栅格数据集，需要进行数据的整理、组织和不同类型的预处理工作，包含几何校正、统一坐标和投影系统、数据格式的转换和统一等方面的处理。

遥感影像预处理为遥感影像进一步应用（如信息提取和模拟真彩色正射影像图制作）提供基础，可对用户选定的兴趣区进行遥感影像预处理。

遥感影像预处理包括以下几个子功能模块：图像配准、图像的几何精校正、图像融合、数据增强、图像拼接、图像裁剪等。

图像配准基本流程：图1 图像配准流程图图像的几何精校正图像的几何精校正是通过读取遥感图像头文件中的参数信息建立轨道初始模型，通过地面控制点信息优化轨道参数模型，最后通过轨道模型和DEM逐象素地校正遥感图像。

图像融合遥感图像融合就是图像合成技术,将不同平台(卫星)上的同一或不同传感器获取的不同空间与光谱分辨率图像按特定的算法进行处理，以使所产生的图像同时具有原来图像的多光谱特性以及高地面分辨率，来实现不同的应用需求。

融合的操作过程比较简单，关键是融合前两幅图像的配准以及融合过程中融合方法的选择。

数据增强数据增强是将原来不清晰的图像变得清晰或突出某些特征，同时抑制某些特征的图像处理方法。

数据增强主要包括空间增强、辐射增强、光谱增强、高光谱增强等。

空间增强技术是利用像元自身及其周围像元的灰度值进行运算，达到增强整个图像之目的；辐射增强是对单个像元的灰度值进行变换达到图像增强的目的；光谱增强处理是基于多波段数据对每个像元的灰度值进行变换，达到图像增强的目的；高光谱增强处理是通过补偿大气对光谱的混淆来增强图像。