基于組件式GIS的森林火災管理系統開發研究

支偉峰

（南京大學 地理與海洋科學學院，江蘇 南京 210046）

森林作為寶貴的資源，在生態系統中扮演重要的角色。森林火災對森林具有很大的破壞性，現階段對森林火災的研究集中在火災環境分析、火災生態學評價、火災數據管理和火災監測預警等方面[1]。在上述研究中，森林火災數據的管理尤為重要。傳統森林火災數據以文件管理系統的方式進行管理，通過GIS技術支持構建的森林火災數據管理平臺可以實現森林火災數據的收集、儲存、編輯、查詢、統計分析以及空間可視化等功能，便于森林管護人員便捷高效地管理原有森林火災數據、及時研判新的火情及與原有數據進行整合分析。許多國家根據自身的實際情況制定了滿足各自需求的林火管理系統，包括加拿大魁北克的“計算機林火管理系統”、以美國為首的美洲多國基于“森林火災數字影像評估”項目開發的森林火災數據系統、中國林科院基于WINGIS平臺開發的一套林火管理信息系統以及最新的美國宇航局開發的全球火信息資源管理系統（Fire Information for Resource Management System，FIRMS）等[2-4]。

在組件技術的支持下，軟件系統被視為相互協同工作的對象集合[5-6]。組件式GIS具有可封裝、可復用、可定制、可組裝、語言無關及無縫集成等技術特，在實現有限范圍內的不同語言開發的系統功能在同一標準開發環境下集成操作的同時，還能和其他專業應用系統集成操作。

1 開發環境簡介

Visual Studio 2018是由美國微軟公司推出的整合開發環境，包括了整個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發環境等。ArcGIS Engine是一套嵌入式GIS組件庫和工具庫，其由ESRI公司于ArcGIS 9.0的版本中率先推出，支持多種開發語言，如Java、C++等，其組件庫中的組件可以分為以下5個部分：①Base Services：包括所有的GIS應用組件開發需要調用的Arc-Objects組件如Geometry等；②Data Access：包括矢量與柵格數據的存儲以及地理數據庫的所有接口和類的組件；③Map Presentation：包括數據顯示、符號化表示和地理專題圖制作等組件；④Developer Components：包括特定應用開發所需要的全部可視化控件如MapControl等；⑤Extensions：包括空間分析、網絡分析等地理數據分析處理的高級功能。

2 數據與系統開發

2.1 研究區與數據

塔河林業局隸屬于大興安嶺地區塔河縣，林業作業區域面積為9 180 km2，森林覆蓋率達90%以上，森林總蓄積達5 427×104m3[7]，擬開發的塔河林業局森林火災數據管理系統的空間數據庫主要錄入的3類數據，見表1。

2.2 系統總體設計

根據森林火災數據管理系統總體設計目標和原則，本研究將系統分為6個相對獨立的功能模塊，包括用戶登錄與注冊模塊、基本功能模塊、火點定位模塊、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計分析模塊，見圖1。

圖1 數據管理系統功能設計Fig.1 The functional design of data management system

2.3 系統功能開發

2.3.1 用戶登錄與注冊模塊

利用Microsoft Access建立一個管理員登錄信息數據庫，通過搭建應用界面與數據庫之間的連接，將應用界面中輸入的用戶名和密碼與數據庫中的數據進行驗證，驗證過程中主要涉及登錄按鈕Click事件下的ExecuteReader()方法，對于沒有獲得許可的人員，則可以采用注冊方式獲得系統登錄權限，系統注冊登錄界面見圖2。

圖2 數據管理系統登錄界面Fig.2 The login interface of data management system

2.3.2 基本功能模塊

在數據輸入與輸出過程中，采用openFileDialog，save-FileDialog 2種對話框進行交互操作，輸出操作結合Export-MapToImage()方法確定輸出數據的圖片格式；通過ToolBar-Control控件與AxMapControl控件關聯，添加地圖放大、地圖縮小、地圖漫游和全圖顯示等按鍵來實現對AxMapControl控件中空間數據的基本操作。

2.3.3 火點定位模塊

通過在Mapcontrol的OnDoubleClickS事件添加點狀元素的方式來實現，主要有2種方式，一是直接輸入火點地理坐標值，通過防火員手持GPS的精準火災區域大地坐標來定位；二是目視判別在地圖上對大致位置進行標記，根據防火員對起火地點所處林場、林班以及小班的認識，在電子地圖上標記起火點。通過上述2種方式可以獲得火點定位專題地圖。

2.3.4 林火信息錄入模塊

通過在火情錄入按鈕的Click事件下調用AddNewFeatureFromPoint()方法來實現火災詳細情況錄入并進行編輯輸入，增加到原有火災數據當中，需要輸入的數據信息主要有火災時間、經緯度坐標、火災原因、過火面積和地理坐標等。

2.3.5 最短路徑查詢模塊

由森林火點、救災物資點及輔助數據中相關道路數據構建救火最短路徑分析模塊；其中最短路徑查詢是根據網絡數據集中的拓撲關系查詢火災點與救援人員所在點到達的最短路徑，獲得的路徑結果。該功能主要使用了網絡分析中的INASolver等接口和NARoutrSolver等。

2.3.6 查詢檢索與統計分析模塊

主要使用了IFeatureSelection類下的search方法來讀取空間要素選中以及其屬性字段信息的。實現空間數據和屬性數據查詢操作和簡單的火災數據統計功能。按照系統需求，提出2種數據統計分析方式：其一是列舉出來按照年度、過火面積以及過火原因統計火災發生數量；其二是用戶輸入自定義查詢語句統計分析火災數據。

2.3.7 系統發布

通過上述功能模塊構建，利用Visual Studio 2018實現系統各部分功能的關聯，再通過整個系統運行驗證，可以實現數據管理系統最終完整開發與發布。發布的V1.0版本的塔河林業局森林火災數據管理系統的功能主菜單見圖3。

圖3 數據管理系統功能菜單Fig.3 The function menu of data management system

3 建議

基于組件式GIS開發的塔河林業局森林火災數據管理系統實現了系統功能的模塊化開發與管理，在提高系統開發的效率的同時，便于對新的數據管理需求開發擴展功能，采用用戶注冊登錄等方式提高數據管理人員權限獲取的門檻，這保障保密管理的數據的安全。在實現GIS基本操作功能的同時還實現了森林火點定位、火災數據輸入、查詢統計以及救火路徑查詢等多個功能模塊。通過運用該系統的森林火災數據管理功能，結合林相數據以及林相輔助數據，可以為林區防火以及火災救援提供重要的決策依據和參考。

4 結語

本研究開發的森林火災數據管理系統為PC端的單機版軟件系統，隨著5G技術發展與移動辦公的興起，網絡化和移動化成為數據管理系統發展的重要方向之一。因此，為滿足更加廣泛的應用需求，開發出基于Web端和手機端的森林火災數據管理系統成為今后開發研究的重點。