基于組件式GIS的森林火災(zāi)管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究

支偉峰

（南京大學(xué) 地理與海洋科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210046）

森林作為寶貴的資源，在生態(tài)系統(tǒng)中扮演重要的角色。森林火災(zāi)對(duì)森林具有很大的破壞性，現(xiàn)階段對(duì)森林火災(zāi)的研究集中在火災(zāi)環(huán)境分析、火災(zāi)生態(tài)學(xué)評(píng)價(jià)、火災(zāi)數(shù)據(jù)管理和火災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警等方面[1]。在上述研究中，森林火災(zāi)數(shù)據(jù)的管理尤為重要。傳統(tǒng)森林火災(zāi)數(shù)據(jù)以文件管理系統(tǒng)的方式進(jìn)行管理，通過(guò)GIS技術(shù)支持構(gòu)建的森林火災(zāi)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)森林火災(zāi)數(shù)據(jù)的收集、儲(chǔ)存、編輯、查詢、統(tǒng)計(jì)分析以及空間可視化等功能，便于森林管護(hù)人員便捷高效地管理原有森林火災(zāi)數(shù)據(jù)、及時(shí)研判新的火情及與原有數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析。許多國(guó)家根據(jù)自身的實(shí)際情況制定了滿足各自需求的林火管理系統(tǒng)，包括加拿大魁北克的“計(jì)算機(jī)林火管理系統(tǒng)”、以美國(guó)為首的美洲多國(guó)基于“森林火災(zāi)數(shù)字影像評(píng)估”項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的森林火災(zāi)數(shù)據(jù)系統(tǒng)、中國(guó)林科院基于WINGIS平臺(tái)開(kāi)發(fā)的一套林火管理信息系統(tǒng)以及最新的美國(guó)宇航局開(kāi)發(fā)的全球火信息資源管理系統(tǒng)（Fire Information for Resource Management System，F(xiàn)IRMS）等[2-4]。

在組件技術(shù)的支持下，軟件系統(tǒng)被視為相互協(xié)同工作的對(duì)象集合[5-6]。組件式GIS具有可封裝、可復(fù)用、可定制、可組裝、語(yǔ)言無(wú)關(guān)及無(wú)縫集成等技術(shù)特，在實(shí)現(xiàn)有限范圍內(nèi)的不同語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)功能在同一標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)環(huán)境下集成操作的同時(shí)，還能和其他專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)集成操作。

1 開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介

Visual Studio 2018是由美國(guó)微軟公司推出的整合開(kāi)發(fā)環(huán)境，包括了整個(gè)軟件生命周期中所需要的大部分工具和組件接口，包括UML工具、代碼管控工具和集成開(kāi)發(fā)環(huán)境等。ArcGIS Engine是一套嵌入式GIS組件庫(kù)和工具庫(kù)，其由ESRI公司于ArcGIS 9.0的版本中率先推出，支持多種開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，如Java、C++等，其組件庫(kù)中的組件可以分為以下5個(gè)部分：①Base Services：包括所有的GIS應(yīng)用組件開(kāi)發(fā)需要調(diào)用的Arc-Objects組件如Geometry等；②Data Access：包括矢量與柵格數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)以及地理數(shù)據(jù)庫(kù)的所有接口和類的組件；③Map Presentation：包括數(shù)據(jù)顯示、符號(hào)化表示和地理專題圖制作等組件；④Developer Components：包括特定應(yīng)用開(kāi)發(fā)所需要的全部可視化控件如MapControl等；⑤Extensions：包括空間分析、網(wǎng)絡(luò)分析等地理數(shù)據(jù)分析處理的高級(jí)功能。

2 數(shù)據(jù)與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

2.1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)

塔河林業(yè)局隸屬于大興安嶺地區(qū)塔河縣，林業(yè)作業(yè)區(qū)域面積為9 180 km2，森林覆蓋率達(dá)90%以上，森林總蓄積達(dá)5 427×104m3[7]，擬開(kāi)發(fā)的塔河林業(yè)局森林火災(zāi)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)主要錄入的3類數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1。

2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

根據(jù)森林火災(zāi)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)目標(biāo)和原則，本研究將系統(tǒng)分為6個(gè)相對(duì)獨(dú)立的功能模塊，包括用戶登錄與注冊(cè)模塊、基本功能模塊、火點(diǎn)定位模塊、林火信息錄入模塊、救火最短路徑分析模塊和查詢檢索與統(tǒng)計(jì)分析模塊，見(jiàn)圖1。

圖1 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)Fig.1 The functional design of data management system

2.3 系統(tǒng)功能開(kāi)發(fā)

2.3.1 用戶登錄與注冊(cè)模塊

利用Microsoft Access建立一個(gè)管理員登錄信息數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)搭建應(yīng)用界面與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的連接，將應(yīng)用界面中輸入的用戶名和密碼與數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證過(guò)程中主要涉及登錄按鈕Click事件下的ExecuteReader()方法，對(duì)于沒(méi)有獲得許可的人員，則可以采用注冊(cè)方式獲得系統(tǒng)登錄權(quán)限，系統(tǒng)注冊(cè)登錄界面見(jiàn)圖2。

圖2 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)登錄界面Fig.2 The login interface of data management system

2.3.2 基本功能模塊

在數(shù)據(jù)輸入與輸出過(guò)程中，采用openFileDialog，save-FileDialog 2種對(duì)話框進(jìn)行交互操作，輸出操作結(jié)合Export-MapToImage()方法確定輸出數(shù)據(jù)的圖片格式；通過(guò)ToolBar-Control控件與AxMapControl控件關(guān)聯(lián)，添加地圖放大、地圖縮小、地圖漫游和全圖顯示等按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)AxMapControl控件中空間數(shù)據(jù)的基本操作。

2.3.3 火點(diǎn)定位模塊

通過(guò)在Mapcontrol的OnDoubleClickS事件添加點(diǎn)狀元素的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要有2種方式，一是直接輸入火點(diǎn)地理坐標(biāo)值，通過(guò)防火員手持GPS的精準(zhǔn)火災(zāi)區(qū)域大地坐標(biāo)來(lái)定位；二是目視判別在地圖上對(duì)大致位置進(jìn)行標(biāo)記，根據(jù)防火員對(duì)起火地點(diǎn)所處林場(chǎng)、林班以及小班的認(rèn)識(shí)，在電子地圖上標(biāo)記起火點(diǎn)。通過(guò)上述2種方式可以獲得火點(diǎn)定位專題地圖。

2.3.4 林火信息錄入模塊

通過(guò)在火情錄入按鈕的Click事件下調(diào)用AddNewFeatureFromPoint()方法來(lái)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)詳細(xì)情況錄入并進(jìn)行編輯輸入，增加到原有火災(zāi)數(shù)據(jù)當(dāng)中，需要輸入的數(shù)據(jù)信息主要有火災(zāi)時(shí)間、經(jīng)緯度坐標(biāo)、火災(zāi)原因、過(guò)火面積和地理坐標(biāo)等。

2.3.5 最短路徑查詢模塊

由森林火點(diǎn)、救災(zāi)物資點(diǎn)及輔助數(shù)據(jù)中相關(guān)道路數(shù)據(jù)構(gòu)建救火最短路徑分析模塊；其中最短路徑查詢是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集中的拓?fù)潢P(guān)系查詢火災(zāi)點(diǎn)與救援人員所在點(diǎn)到達(dá)的最短路徑，獲得的路徑結(jié)果。該功能主要使用了網(wǎng)絡(luò)分析中的INASolver等接口和NARoutrSolver等。

2.3.6 查詢檢索與統(tǒng)計(jì)分析模塊

主要使用了IFeatureSelection類下的search方法來(lái)讀取空間要素選中以及其屬性字段信息的。實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)查詢操作和簡(jiǎn)單的火災(zāi)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能。按照系統(tǒng)需求，提出2種數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方式：其一是列舉出來(lái)按照年度、過(guò)火面積以及過(guò)火原因統(tǒng)計(jì)火災(zāi)發(fā)生數(shù)量；其二是用戶輸入自定義查詢語(yǔ)句統(tǒng)計(jì)分析火災(zāi)數(shù)據(jù)。

2.3.7 系統(tǒng)發(fā)布

通過(guò)上述功能模塊構(gòu)建，利用Visual Studio 2018實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各部分功能的關(guān)聯(lián)，再通過(guò)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行驗(yàn)證，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)最終完整開(kāi)發(fā)與發(fā)布。發(fā)布的V1.0版本的塔河林業(yè)局森林火災(zāi)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的功能主菜單見(jiàn)圖3。

圖3 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)功能菜單Fig.3 The function menu of data management system

3 建議

基于組件式GIS開(kāi)發(fā)的塔河林業(yè)局森林火災(zāi)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)功能的模塊化開(kāi)發(fā)與管理，在提高系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的效率的同時(shí)，便于對(duì)新的數(shù)據(jù)管理需求開(kāi)發(fā)擴(kuò)展功能，采用用戶注冊(cè)登錄等方式提高數(shù)據(jù)管理人員權(quán)限獲取的門檻，這保障保密管理的數(shù)據(jù)的安全。在實(shí)現(xiàn)GIS基本操作功能的同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了森林火點(diǎn)定位、火災(zāi)數(shù)據(jù)輸入、查詢統(tǒng)計(jì)以及救火路徑查詢等多個(gè)功能模塊。通過(guò)運(yùn)用該系統(tǒng)的森林火災(zāi)數(shù)據(jù)管理功能，結(jié)合林相數(shù)據(jù)以及林相輔助數(shù)據(jù)，可以為林區(qū)防火以及火災(zāi)救援提供重要的決策依據(jù)和參考。

4 結(jié)語(yǔ)

本研究開(kāi)發(fā)的森林火災(zāi)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)為PC端的單機(jī)版軟件系統(tǒng)，隨著5G技術(shù)發(fā)展與移動(dòng)辦公的興起，網(wǎng)絡(luò)化和移動(dòng)化成為數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)發(fā)展的重要方向之一。因此，為滿足更加廣泛的應(yīng)用需求，開(kāi)發(fā)出基于Web端和手機(jī)端的森林火災(zāi)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)成為今后開(kāi)發(fā)研究的重點(diǎn)。