GPS定位系統在森林防火中的應用

馬云超

（東北林業大學，黑龍江 哈爾濱150040）

1 引言

森林火災是指失去人為控制，在林地內自由蔓延和擴展，對森林、森林生態系統和人類帶來一定危害和損失的林火行為，是一種突發性強、破壞性大、處置救助較為困難的自然災害。由于我國森林火災的頻繁發生，對如何防治森林火災一直以來是一個難題。1987年5月我國經歷了大興安嶺特大森林火災，森林火災就引起我國政府的高度重視。隨著高新技術不斷出現，在森林火災的防治工作中應用了這些技術，這就在防范和保護我國森林資源方面起到積極作用，極大的減少森林火災帶給我們的損失。

本系統的研究目的就是從森林火災的預防、撲救和災后損失統計三個方面考慮，采用先進的GPS、地理信息、網絡通訊和多媒體等高新技術，建立一個功能完善、操作方便、實用性強的森林防火GPS定位子系統，從而輔助防火工作人員進行森林火災預防、撲救和管理。

2 定位系統的設計

該系統主要由GPS移動終端，監控中心局域網和地面通訊網絡三部分構成。如圖1所示。

圖1 總體結構圖

GPS移動終端：由GPS定位數據獲取，基礎空間數據的采集和編輯、視頻采集、移動導航、無線電呼叫報警和通話以及無線電通訊等功能組成。

地面通訊網絡：主要用來解決GPS移動終端和指揮中心之間信息交流的數據傳輸問題。

監控中心局域網：主要用來協助指揮者制定各種森林防火的方案，更新基礎數據，通過Web發布預警信息，在火災過程中協調調用各個防火隊和防火設施，通過從終端接受的數據及時顯示火災現場的情況，以及歷史數據的訪問等。

本系統主要由三大功能模塊組成：基礎數據采集模塊、GPS移動單元的監控和定位跟蹤模塊、數據處理和分析模塊。

（1）GPS移動終端主要組成部分。GPS移動終端結構如圖2所示，主要包括通訊模塊，語音呼叫終端，視頻錄制模塊（攝像頭），GPS定位信息獲取，語音呼叫，目標點導航等。

（2）地面通訊網絡。選擇有線網絡和無線網絡相結合的方式。有線網絡主要用于監控中心局域網的建設。無線網絡主要用于監控中心和GPS移動終端的網絡建設。無線網絡通訊方式有兩種：專用無線通信網和公眾無線網絡。專用無線網絡：主要是利用林業部門已有的頻率波段來建立，利用此方式的優點是由于進行中繼的基站是由我們自己根據需要來建立的在一定程度上能解決山區網絡信號覆蓋差的問題。但費用可能較高。公眾無線網絡：GPRS和CDMA這個網絡的優勢我就不說了，但從經濟和實用角度來看選擇這兩種網絡最適宜，但從我們的系統運行環境來看。因為這系統主要運作在人煙稀少的山區，因此這兩種網絡是否覆蓋了這個區域。對這個系統的實施有很大影響。

問題：網絡的覆蓋率和信號的穩定性如何解決？

系統的最終實現有線網絡上選擇了基于TCPIP協議的局域網，無限網絡選擇了EDGE網絡，因為在這一研究林區內，EDGE網絡信號相對比較穩定而且價格相對比較合理。其它網絡不是成本過高就是信號不穩定。

（3）系統監控中心。系統監控中心結構如圖3，主要包括與移動終端通訊模塊、GIS終端、電子顯示屏、主控計算機局域網、Internet網絡、數據庫等。

圖2 移動終端結構圖

圖3 監控中心結構圖

3 系統運行的工作原理

火災預警階段：根據監控中心的火災預報信息，利用GPS移動終端指引防火工作者去火災高發區進行實地考察，并時時（2分鐘）通過GPS移動終端向監控中心返回防火隊員的位置數據和周圍的環境信息，并在地圖上顯示，供監控中心工作人員實時了解GPS移動終端人員的情況，防災害于未然。考察結束后，將采集到的有用信息導入監控中心數據庫，做前期的數據積累。如果發現火災立即通過GPS移動終端向監控中心進行火災報警，并傳回火災位置和現場掌握的信息。

火災撲救階段：當發現火災后，監控中心立即根據目前掌握的火災情況，制定應急方案。并通過監控中心的呼叫功能向附近的森林防火隊下達滅火通知，滅火隊員配備GPS移動終端根據實時接收到得指令進行滅火任務，并根據接受到的數據需求向監控中心實時發送所需的信息數據。指揮人員通過接受到的數據，再結合前期設計好的各種模型，做出科學的分析和合理的指揮，在對最短的時間內以最小的損失撲滅大火，并防止在滅火過程中的突發事件、預防現場防火隊員無法預測的危險。

災后重建階段：林火工作人員利用GPS移動終端的基礎數據采集功能，通過記錄一些特征點的坐標，將這些點的坐標從WGS84坐標系下轉換成西安80坐標系下的坐標，傳回監控中心，監控中心用這些轉換后的點生成面狀要素和其它空間數據進行疊置分析，如小班數據等，進行快速、精確的計算，獲取詳盡的損失預算和重建數據信息報告。

4 系統的開發與實現

4.1 系統開發環境

本系統的開發環境為Visual Studio.Net 2005，并集成了Windows Mobile 6.0 SDK、ArcGISMobile SDK和ArcGISEngine SDK開發包，分別用于開發運行在移動終端上的功能和監控中心的功能。本系統使用的語言為C#。數據庫采用SQL server2005和ACCESS 2003(移動終端)，量空間數據的要求。

4.2 系統運行環境

本系統的移動終端運行于Windows Mobile 6.0的Pocket PC上，并且此Pocket PC集成了視頻拍攝、GPS定位信號接受、無線上網、被動呼叫等功能模塊。監控中心可運行在Windows XP和Windows 2000操作系統環境下。移動終端與服務器端通過中國移動EDGE網絡進行數據交互。

5 結束語

GPS是近年來發展比較快的一項新技術，它以其自身具有的定位準確，信息傳遞快，不受地理，氣候條件限制等優點，已得到了廣泛的推廣，本系統就是從GPS的以上優點出發再結合一些其他先進技術的優點設計實現的，在森林防火工作中能高效率、高效益的保護森林資源和人民生命財產安全，推進森林防火管理的現代化，具有較大的推廣實用價值。

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