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GPS/GIS森林防火领域的应用(一)

发布时间:2009/4/22 14:38:42
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         进入秋冬时节,也就是森林火灾的高峰期,各地区都加大了财力和物力的投入,如果能将GPS定位仪与GIS(地理信息系统)结合起来,对您的工作将有很大的帮助。用该仪器准确的知道该地区的位置,火势燃烧的方位、速度等参数。然后利用相关的数据链将其准确信息发回指挥监控中心,指挥中心根据火灾的具体情况可以告知其他扑火专业队,以便对火情进行控制以便及时扑灭。
          GPS卫星定位技术是随着现代科学技术的发展建立起来的一个高精度、全天候和性的无线电导航定位、定时的多功能系统。它利用位于距地球2万多公里高的、由24颗人造卫星组成的卫星网,向地球不断发射定位信号。地球上的任何一个GPS接收机,只要接收到任何一个四颗以上的卫星发出的信号,经过计算后,就可报出GPS接收机的位置(经度、纬度、高度)、时间和运动状态。目前,没有任何一个传统的导航定位技术能够达到GPS这样的高精度、高速度、全天候和性的性能。
    GIS是近些年来迅速发展起来的一门新兴技术,它作为制图学、计算机技术、地理、遥感、统计、测绘、通讯、规划和管理学科交叉运用的产物而被广泛用于各个领域。在GPS多功能车辆报警定位、跟踪服务系统中,主要用于对地图的显示和管理以及对受监控的移动目标位置的显示。
一、根据通讯方式的不同,本方案的具体实施有两种情况:
    1、 GSM实时监控
     GSM通讯移动系统是目前国内覆盖范围zui广、系统可靠性zui高、话机保有量zui大的数字移动通讯系统。GSM以统一的方式向各地用户提供有所有电信业务的国内和漫游。用户身份鉴别可保护网络避免无权用户使用。GSM系统除提供话音业务外,还提供数据业务、短消息业务等多项功能。GPS多功能监控服务系统则是采用了SMS短消息功能实现固定站与移动站之间的数据传输。保证用户可以随时知道森林防火队员的所处位置。通过这种方式就能够为救援提供极其重要的数据。

        目前通过GSM通讯方式已经在全国绝大部分地区开通,但偏远地区可能还会有信号无法覆盖的情况,故实施此中方案一定要本地区的通信信号已经*覆盖才可以实行。
通过GSM来实现森林防火报警装置具有很多优点:
    1) 节省投资:可以利用中国移动现有的网络基站去实现信息传输,而不必花费高昂的投入去自己建立通讯网络。
    2) 传输距离远:目前中国移动通信已经实现了全国漫游及覆盖,因此在远的距离都可以通过该网络实现传输。
    2、集群方式监控
    集群方式可以利用林业已有频率波段建立,利用此方式虽然可以解决一定程度上的网络信号覆盖问题,但是其传输距离受到限制,而且还需要有基站来进行中继。以目前的传输情况看可以保证传输距离在40-50公里左右,但这要决定于当地中继站的数量。
二、关于监控软件
    林火信息管理
    林火发生是一个极其复杂的自然现象,它涉及的因素许多,有其自然属性,又有其社会属性。自然属性中有可燃物的类型及其分布状况、地形地貌分布状况、气象因子等等。作为森林防火工作者往往要面对错综复杂、各种各样的信息,并在此基础开展我们的林火预防、扑救、善后处理等工作。要全面掌握如此之多的信息非人力所为。特别林火发生又带其突发性,要在很短的时间判断林火的发展趋势,并及时采取决策,同时还要随时掌握现场的状况,就需要指挥者具有丰富的经验掌握丰富的知识。作为指挥者要做到这一步就必须采用*的科学技术来提高他的判断能力和现场指挥能力。目前用GIS这一工具就可以达到将所有的有关信息有机管理起来并随时调整直观现象的表现出来,做到预防工做决策得力,扑救有效。
    (1)数据库建立:可以通过不同的方法将森林防火有关的数据采集到计算机之中,建立相应的数据库。这些数据库有地图数据库、属性数据库和方法库(对空间和属性数据内在关系,以数学模型,才分生长数学模型,材积毛模型、火型为模型,有了这些模型就可以把握住客观事物的内在规律,掌握自然现象的本质)。
    (2)数据库的动态管理:对地图数据的编辑更新。可利用资源状况、社会经济状况、生产经营状况的各种数据进行及时的更新。如造林、抚育、采伐、道路建设等各种经营活动对资源的变化都可以随时利用GIS管理起来,随时都有反映现状的信息,做到决策方案的真实可靠。
    (3)数据检索和输出:利用GIS可以随时制作输出各种专题图和有关表格。

     林火扑救指挥和实时监测
    (1)与GPS的结合:
    GPS图的制作通过GPS可以将地理位置转化成GIS的数据格式并输入到GIS中,通过GIS来产生地图,如过火区边缘、交通道路、防火隔离带都可以用GPS将其采集到GIS中。GPS可以在野外采集到的地理位置转化成点、线或多边形数据。GPS与扑火队伍和运载配备GPS和相应的通讯设施后,就可以将队伍行进的位置和路线及时传输到指挥部的GIS系统之中,GIS就可以准确地定位到地图之中。从而就可 以对行动的方向,位置,到达的目标地及时的纠正和调整。
    (2)GIS了望台的结合进行林火定位:
    根据了望台的观测情况和数据传输到GIS系统后就可以采用交会方法将林火的位置定位在地图上。
    (3)现场报告与林火的定位:
    GIS具有丰富的查询功能,对于现场报告的模糊信息可以利用GIS模糊查询的功能,对森林火灾的发生位置进行定位,也可以直接报告经纬度的数据或大地坐标数据在GIS中的地图上将林火定位,并将其他相关的数据显示给指挥者。

    林火的预测预报
    接收气象数据选用火险等级分析模型综合资源气象和地形地貌数据进行综合分析得出火险等级,数据图形显示或输出火险等级分布图发出警告信息。火险等级区划有宏观和微观的不同层次,宏观预报是根据不同区域各气象台站观测的数据和区域植被的生长特点来预测火险等级指数,如省火险等级分布,全国火险等级分布,微观火险等级预报具体可落实到山头地块。预测的结果具体详细,但需要的数据量大。

    林火设施的布局分析
    (1)了望台布局分析:
    利用地形图和了望台站网的分布特点,可计算出盲区(了望台不可见的山头地块)、定位区(可以利用不同了望台定位的地块)和不可定位区(只有一个了望台可见)在需要建立或增设了望台站的地区可以利用GIS设计观察覆盖面大,盲区小的了望 台分布方案。
    (2)交通道路布设:
    根据目前的林道分布的现状和林火火险等级的分布图以其森林经营的要求利用GIS可 以设计出既有利于社会经济要求,又利于林火快速扑救的林区交通道路的设计方案。
    (3)防火隔离带的布设:
    利用GIS所表现的综合治理信息可以直观在地图上设计出经费节省效果佳的防火隔离带。

    其它应用
    (1) 火灾折算;对过火面积、蓄积损失、经济损失,以及在扑火过程中的各种经济投入能快速并准确地统计计算。
    (2) 灾后处理:火烧迹地的清理,造林规划
    (3) 火行为分析:根据林业*的应用模型可判断林火蔓延趋势
    (4) 计划烧除
    (5) 总体规划

     应用效果
    (1) 改变以往的林业调查作业方式。由于"3S"技术能快速、实时地获取地面三维信息, 省去了以往图像繁重的校正工作及手工作图的作业方式,人工劳务介入量大大减少,作业步骤变得简 单 ,周期缩短,成本成倍降低,整个过程将以自动化作业为主。
    (2) 对林火、病虫害等灾害事件监测能力大大增强。
    (3) 快速编制各种 林业专题图件。以往林业制图,由于遥感数据定位困难, 人工劳务介入量大,地形图成了编制其它图件的基本图,使得林业专题图的编制费时费力,在一些无地形的地区更 是无法进行。利用"3S"技术可以不受时间、地域的影响,利用其获取的直接地学编码图像,直接输出包括地形在内的各种专业图件,编制时间大大缩短,精度也有了较高的保证。
    (4) 有利于建立现代的国家森林资源监测体系。随着我国经济发展及社会环境意识的增强,传统的森林资源监测体系已不能*适应社会经济可持续发展的需要。利用"3S"技术建立 森林资源 监测体系易于克服传统监测体系的缺陷,做到:1)动态监测森林资源的空间分布信息;2)不仅对国家及大区域的森林资源进行宏观监测还能对局部微观区域的森林资源变化进行监测;3)在监测内容上,不仅对森林资源数量进行监测,更能加强对生态环境信息的动态监测;4)在数据更新方面,利用"3S"技术的实时或准实时功能,能更好地完成监测体系的数据更新。

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