GPS定位系統(tǒng)在森林防火中的應(yīng)用

馬云超

（東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱150040）

1 引言

森林火災(zāi)是指失去人為控制，在林地內(nèi)自由蔓延和擴(kuò)展，對(duì)森林、森林生態(tài)系統(tǒng)和人類帶來(lái)一定危害和損失的林火行為，是一種突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大、處置救助較為困難的自然災(zāi)害。由于我國(guó)森林火災(zāi)的頻繁發(fā)生，對(duì)如何防治森林火災(zāi)一直以來(lái)是一個(gè)難題。1987年5月我國(guó)經(jīng)歷了大興安嶺特大森林火災(zāi)，森林火災(zāi)就引起我國(guó)政府的高度重視。隨著高新技術(shù)不斷出現(xiàn)，在森林火災(zāi)的防治工作中應(yīng)用了這些技術(shù)，這就在防范和保護(hù)我國(guó)森林資源方面起到積極作用，極大的減少森林火災(zāi)帶給我們的損失。

本系統(tǒng)的研究目的就是從森林火災(zāi)的預(yù)防、撲救和災(zāi)后損失統(tǒng)計(jì)三個(gè)方面考慮，采用先進(jìn)的GPS、地理信息、網(wǎng)絡(luò)通訊和多媒體等高新技術(shù)，建立一個(gè)功能完善、操作方便、實(shí)用性強(qiáng)的森林防火GPS定位子系統(tǒng)，從而輔助防火工作人員進(jìn)行森林火災(zāi)預(yù)防、撲救和管理。

2 定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要由GPS移動(dòng)終端，監(jiān)控中心局域網(wǎng)和地面通訊網(wǎng)絡(luò)三部分構(gòu)成。如圖1所示。

圖1 總體結(jié)構(gòu)圖

GPS移動(dòng)終端：由GPS定位數(shù)據(jù)獲取，基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)的采集和編輯、視頻采集、移動(dòng)導(dǎo)航、無(wú)線電呼叫報(bào)警和通話以及無(wú)線電通訊等功能組成。

地面通訊網(wǎng)絡(luò)：主要用來(lái)解決GPS移動(dòng)終端和指揮中心之間信息交流的數(shù)據(jù)傳輸問題。

監(jiān)控中心局域網(wǎng)：主要用來(lái)協(xié)助指揮者制定各種森林防火的方案，更新基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過Web發(fā)布預(yù)警信息，在火災(zāi)過程中協(xié)調(diào)調(diào)用各個(gè)防火隊(duì)和防火設(shè)施，通過從終端接受的數(shù)據(jù)及時(shí)顯示火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的情況，以及歷史數(shù)據(jù)的訪問等。

本系統(tǒng)主要由三大功能模塊組成：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集模塊、GPS移動(dòng)單元的監(jiān)控和定位跟蹤模塊、數(shù)據(jù)處理和分析模塊。

（1）GPS移動(dòng)終端主要組成部分。GPS移動(dòng)終端結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要包括通訊模塊，語(yǔ)音呼叫終端，視頻錄制模塊（攝像頭），GPS定位信息獲取，語(yǔ)音呼叫，目標(biāo)點(diǎn)導(dǎo)航等。

（2）地面通訊網(wǎng)絡(luò)。選擇有線網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式。有線網(wǎng)絡(luò)主要用于監(jiān)控中心局域網(wǎng)的建設(shè)。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)主要用于監(jiān)控中心和GPS移動(dòng)終端的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊方式有兩種：專用無(wú)線通信網(wǎng)和公眾無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。專用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)：主要是利用林業(yè)部門已有的頻率波段來(lái)建立，利用此方式的優(yōu)點(diǎn)是由于進(jìn)行中繼的基站是由我們自己根據(jù)需要來(lái)建立的在一定程度上能解決山區(qū)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋差的問題。但費(fèi)用可能較高。公眾無(wú)線網(wǎng)絡(luò)：GPRS和CDMA這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)我就不說(shuō)了，但從經(jīng)濟(jì)和實(shí)用角度來(lái)看選擇這兩種網(wǎng)絡(luò)最適宜，但從我們的系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境來(lái)看。因?yàn)檫@系統(tǒng)主要運(yùn)作在人煙稀少的山區(qū)，因此這兩種網(wǎng)絡(luò)是否覆蓋了這個(gè)區(qū)域。對(duì)這個(gè)系統(tǒng)的實(shí)施有很大影響。

問題：網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率和信號(hào)的穩(wěn)定性如何解決？

系統(tǒng)的最終實(shí)現(xiàn)有線網(wǎng)絡(luò)上選擇了基于TCPIP協(xié)議的局域網(wǎng)，無(wú)限網(wǎng)絡(luò)選擇了EDGE網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)樵谶@一研究林區(qū)內(nèi)，EDGE網(wǎng)絡(luò)信號(hào)相對(duì)比較穩(wěn)定而且價(jià)格相對(duì)比較合理。其它網(wǎng)絡(luò)不是成本過高就是信號(hào)不穩(wěn)定。

（3）系統(tǒng)監(jiān)控中心。系統(tǒng)監(jiān)控中心結(jié)構(gòu)如圖3，主要包括與移動(dòng)終端通訊模塊、GIS終端、電子顯示屏、主控計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)、Internet網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)等。

圖2 移動(dòng)終端結(jié)構(gòu)圖

圖3 監(jiān)控中心結(jié)構(gòu)圖

3 系統(tǒng)運(yùn)行的工作原理

火災(zāi)預(yù)警階段：根據(jù)監(jiān)控中心的火災(zāi)預(yù)報(bào)信息，利用GPS移動(dòng)終端指引防火工作者去火災(zāi)高發(fā)區(qū)進(jìn)行實(shí)地考察，并時(shí)時(shí)（2分鐘）通過GPS移動(dòng)終端向監(jiān)控中心返回防火隊(duì)員的位置數(shù)據(jù)和周圍的環(huán)境信息，并在地圖上顯示，供監(jiān)控中心工作人員實(shí)時(shí)了解GPS移動(dòng)終端人員的情況，防災(zāi)害于未然。考察結(jié)束后，將采集到的有用信息導(dǎo)入監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫(kù)，做前期的數(shù)據(jù)積累。如果發(fā)現(xiàn)火災(zāi)立即通過GPS移動(dòng)終端向監(jiān)控中心進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警，并傳回火災(zāi)位置和現(xiàn)場(chǎng)掌握的信息。

火災(zāi)撲救階段：當(dāng)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)后，監(jiān)控中心立即根據(jù)目前掌握的火災(zāi)情況，制定應(yīng)急方案。并通過監(jiān)控中心的呼叫功能向附近的森林防火隊(duì)下達(dá)滅火通知，滅火隊(duì)員配備GPS移動(dòng)終端根據(jù)實(shí)時(shí)接收到得指令進(jìn)行滅火任務(wù)，并根據(jù)接受到的數(shù)據(jù)需求向監(jiān)控中心實(shí)時(shí)發(fā)送所需的信息數(shù)據(jù)。指揮人員通過接受到的數(shù)據(jù)，再結(jié)合前期設(shè)計(jì)好的各種模型，做出科學(xué)的分析和合理的指揮，在對(duì)最短的時(shí)間內(nèi)以最小的損失撲滅大火，并防止在滅火過程中的突發(fā)事件、預(yù)防現(xiàn)場(chǎng)防火隊(duì)員無(wú)法預(yù)測(cè)的危險(xiǎn)。

災(zāi)后重建階段：林火工作人員利用GPS移動(dòng)終端的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集功能，通過記錄一些特征點(diǎn)的坐標(biāo)，將這些點(diǎn)的坐標(biāo)從WGS84坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)換成西安80坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，傳回監(jiān)控中心，監(jiān)控中心用這些轉(zhuǎn)換后的點(diǎn)生成面狀要素和其它空間數(shù)據(jù)進(jìn)行疊置分析，如小班數(shù)據(jù)等，進(jìn)行快速、精確的計(jì)算，獲取詳盡的損失預(yù)算和重建數(shù)據(jù)信息報(bào)告。

4 系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

本系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境為Visual Studio.Net 2005，并集成了Windows Mobile 6.0 SDK、ArcGISMobile SDK和ArcGISEngine SDK開發(fā)包，分別用于開發(fā)運(yùn)行在移動(dòng)終端上的功能和監(jiān)控中心的功能。本系統(tǒng)使用的語(yǔ)言為C#。數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL server2005和ACCESS 2003(移動(dòng)終端)，量空間數(shù)據(jù)的要求。

4.2 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境

本系統(tǒng)的移動(dòng)終端運(yùn)行于Windows Mobile 6.0的Pocket PC上，并且此Pocket PC集成了視頻拍攝、GPS定位信號(hào)接受、無(wú)線上網(wǎng)、被動(dòng)呼叫等功能模塊。監(jiān)控中心可運(yùn)行在Windows XP和Windows 2000操作系統(tǒng)環(huán)境下。移動(dòng)終端與服務(wù)器端通過中國(guó)移動(dòng)EDGE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

5 結(jié)束語(yǔ)

GPS是近年來(lái)發(fā)展比較快的一項(xiàng)新技術(shù)，它以其自身具有的定位準(zhǔn)確，信息傳遞快，不受地理，氣候條件限制等優(yōu)點(diǎn)，已得到了廣泛的推廣，本系統(tǒng)就是從GPS的以上優(yōu)點(diǎn)出發(fā)再結(jié)合一些其他先進(jìn)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，在森林防火工作中能高效率、高效益的保護(hù)森林資源和人民生命財(cái)產(chǎn)安全，推進(jìn)森林防火管理的現(xiàn)代化，具有較大的推廣實(shí)用價(jià)值。

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