【導(dǎo)讀】廣州市林業(yè)局森林防火信息系統(tǒng)第一期建設(shè)項目技術(shù)方案

　　

【正文】 數(shù)據(jù)安全指數(shù)據(jù)本身的存儲、生產(chǎn)與備份方面的安全 。各方面的安全機制系統(tǒng)予以相應(yīng)的處理。 關(guān)鍵技術(shù) 3S 技術(shù) 3S 技術(shù)包括地理信息系統(tǒng) (Geographical Information System，簡稱 GIS)，遙感技術(shù) (Remote Sensing，簡稱 RS)，全球定位系統(tǒng) (Global Position System，簡稱 GPS)。 GIS 指在計算機與軟件的支持下，運用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論，科學(xué)管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)，以提供對規(guī)劃、管理、決策所需信息的空間信息系統(tǒng)。 森林火災(zāi)每年會造成大量森林、人員、財產(chǎn)、珍稀物 種的損失，準確地確定森林廣州市林業(yè)局森林防火信息系統(tǒng)第一期建設(shè)項目技術(shù)方案 15 火災(zāi)發(fā)生的方向、地點、蔓延速度、強度及過火面積，對于森林火災(zāi)長期管理規(guī)劃與制定有效的撲救策略是至關(guān)重要的。 GIS 技術(shù)可以幫助森林火災(zāi)管理者有效地規(guī)劃資源，可以用于森林防火信息管理及其制圖輸出，更為重要的是 GIS 可以用于火災(zāi)發(fā)生前的防患規(guī)劃、森林火災(zāi)監(jiān)測與撲救策略上。 由于森林資源分布、森林防火工作的時空特征， GIS 技術(shù)成為“森林防火信息系統(tǒng)”的應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)，利用 GIS 的空間管理分析功能，監(jiān)測和預(yù)測森林火災(zāi)的動態(tài)變化，輔助防火部門在森林防火工作中進行決策，主要應(yīng)用有：數(shù)據(jù)管理、森林火災(zāi) 監(jiān)測、預(yù)測預(yù)報、森林火災(zāi)行為分析、森林火災(zāi)損失評估等。 GPS 是以空中衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，能全天候、全方位、連續(xù)、快速、及時地提供高精度的三維距離、三維速度值以及高精確度的時間信息，它的出現(xiàn)標志著全球定位和導(dǎo)航能力技術(shù)上的一個飛躍。 GPS 能在全球的任何地點、任何時間提供用戶靜止的和動態(tài)的地理位置和時間信息，這一功能為森林火災(zāi)發(fā)生時指揮撲救帶來極大方便，同時還可以用于災(zāi)后火場邊界和火場面積的調(diào)查，方便地測定過火林地面積、森林火災(zāi)受害面積、估計森林火災(zāi)的損失。 RS 技術(shù)利用遙感器從空中來探測地面物體性 質(zhì)，根據(jù)不同物體對波譜產(chǎn)生不同響應(yīng)的原理，識別地面上各類地物，具有遙遠的感知事物的意思。利用航天、航空遙感器收集地面數(shù)據(jù)資料，并從中獲取信息，經(jīng)記錄，傳送、分析和判讀來識別地物，它有著可獲取大范圍數(shù)據(jù)資料，獲取信息的速度快、周期短，獲取信息受條件限制少，獲取信息的手段多，信息量大等特點。 近幾年來衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)得到了很大發(fā)展，通過衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)，可以在森林防火期，利用氣象衛(wèi)星 FY FY NOAA 等的遙感信息，通過專門處理形成森林火災(zāi)監(jiān)測圖像，對地面森林火災(zāi)發(fā)生和蔓延行為進行監(jiān)測。衛(wèi)星遙感技術(shù)的特點是：探 測范圍廣、搜集數(shù)據(jù)快、能得到連續(xù)性資料，反映出森林火災(zāi)蔓延的動態(tài)變化。 計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 計算機網(wǎng)絡(luò)是利用通信線路把分布在不同地點上的多個獨立的計算機系統(tǒng)，通過各種通信手段，按不同的拓撲構(gòu)型連接起來的一種技術(shù)，其目的是使廣大用戶能夠共享網(wǎng)絡(luò)中的所有硬件、軟件和數(shù)據(jù)等資源。從網(wǎng)絡(luò)范圍和計算機之間互連距離來劃分，廣州市林業(yè)局森林防火信息系統(tǒng)第一期建設(shè)項目技術(shù)方案 16 計算機網(wǎng)絡(luò)可以劃分為廣域網(wǎng) (WAN)和局域網(wǎng) (LAN)兩大部分，其中廣域網(wǎng)一般使用公用通信網(wǎng)或郵電部門提供的設(shè)備和線路，而局域網(wǎng)一般使用一個部門或一個大樓內(nèi)的通信系統(tǒng)。 森林防火信息系統(tǒng)依托林業(yè) 局內(nèi)部局域網(wǎng)絡(luò)，采用 Client/Server 結(jié)構(gòu)，運行主要的系統(tǒng)功能。技術(shù)和管理層次的用戶在這種模式下工作，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的共享訪問。同時，信息發(fā)布模塊采用 Browser/Server 結(jié)構(gòu)，在廣域網(wǎng) (WAN)上發(fā)布森林火災(zāi)信息。 數(shù)據(jù)庫技術(shù) 數(shù)據(jù)庫是計算機中存放數(shù)據(jù)的倉庫。數(shù)據(jù)庫技術(shù)是對數(shù)據(jù)庫進行管理的一門技術(shù)。第三代以面向?qū)ο竽Ｐ蜑橹饕卣鞯臄?shù)據(jù)庫系統(tǒng)，與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、人工智能技術(shù)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計技術(shù)、并行計算技術(shù)等互相滲透，互相結(jié)合，呈現(xiàn)出以下特征： 1) 面向?qū)ο蟮姆椒ê图夹g(shù)對數(shù)據(jù)庫發(fā)展 帶來深遠的影響。 2) 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與多學(xué)科技術(shù)的有機結(jié)合成為當前數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展的重要特征。 3) 面向應(yīng)用領(lǐng)域的數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究，如數(shù)據(jù)倉庫、工程數(shù)據(jù)庫、科學(xué)數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫、地理數(shù)據(jù)庫等。 森林防火信息系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，管理各類基礎(chǔ)地理信息、遙感信息、森林火災(zāi)專題信息。利用數(shù)據(jù)庫的訪問權(quán)限管理機制，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的授權(quán)共享訪問。同時數(shù)據(jù)庫的建立，滿足了 Client/Server 架構(gòu)的系統(tǒng)應(yīng)用要求。 Web GIS 技術(shù) WebGIS 是 Inter 技術(shù)與 GIS 技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是通過互聯(lián)網(wǎng)技 術(shù)擴展和完善 GIS 的一項新技術(shù)。 WebGIS 改變了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、分析處理和共享的方法，利用 Inter 在 Web 上發(fā)布空間數(shù)據(jù)，以供用戶瀏覽、查詢、分析應(yīng)用， WebGIS 已經(jīng)成為當前 GIS 的一個發(fā)展趨勢。 與傳統(tǒng)的基于桌面的 GIS 相比， WebGIS 具有以下的優(yōu)點： ? 廣泛的訪問范圍。 ? 獨立的平臺。 ? 簡單的操作性能。 廣州市林業(yè)局森林防火信息系統(tǒng)第一期建設(shè)項目技術(shù)方案 17 ? 平衡高效的結(jié)構(gòu)模式。 WebGIS 是 GIS 應(yīng)用的一個發(fā)展方向，也是森林防火信息系統(tǒng)的一個重要發(fā)展方向。森林防火信息系統(tǒng)采用 WebGIS 技術(shù)，設(shè)計了系統(tǒng)信息發(fā)布功能，在 Inter 上發(fā)布與 森林火災(zāi)有關(guān)的基礎(chǔ)地理信息、帶有空間特征的森林火災(zāi)專題信息，可以動態(tài)查詢與顯示地理空間和屬性數(shù)據(jù)，同時提供了基本的數(shù)據(jù)操縱功能。 COM 開發(fā)技術(shù) COM(Component Object Model)，即組件對象模型，是關(guān)于開發(fā)可重用軟件組件和組件之間相互通信的一組標準的描述。 COM 不是一種計算機語言，也不是函數(shù)模塊，它實質(zhì)上 是 一個連接軟件組件或模塊間的協(xié)議。利用該協(xié)議， 組件與應(yīng)用、組件與組件之間可以互操作，極其方便地建立可伸縮的應(yīng)用系統(tǒng)。 概括的說， COM 具有如下一些優(yōu)越性： ? 編程技術(shù)難度和工作 量下降，開發(fā)周期變短，開發(fā)成本降低。 ? 可以實現(xiàn)分層次的編程，從而促進軟件的專業(yè)化生產(chǎn)。 ? 可以使各個方面的人員協(xié)作進行軟件的開發(fā)，充分利用了各種人力資源。 ? 軟件的復(fù)用率提高，使軟件的使用效率得到提高并延長了使用壽命。 森林防火信息系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)采用 COM 技術(shù)，利用 ArcGIS 的二次開發(fā)功能完成C/S 結(jié)構(gòu) 下的系統(tǒng)開發(fā)。這項技術(shù)的采用，將極大提高系統(tǒng)的可擴展性，可維護性。 空間數(shù)據(jù)共享平臺 地理空間信息具有基礎(chǔ)性、區(qū)域性、共享性、綜合性和分布性，已得到廣泛的重視和應(yīng)用。由于缺乏協(xié)調(diào)和管理，各個系統(tǒng)之間是 獨立的，對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行了重復(fù)采集和數(shù)字化，系統(tǒng)間缺乏交流和共享，不能適應(yīng)信息化和網(wǎng)絡(luò)化的要求，限制了地理信息的廣泛應(yīng)用。因此需要建立作為各部門共同使用的基礎(chǔ)信息，避免部門重復(fù)建設(shè)問題，提高信息化標準程度，為信息共享和網(wǎng)絡(luò)下的協(xié)作掃除障礙。 空間數(shù)據(jù)共享平臺 由通訊網(wǎng)絡(luò)、空間信息資源、空間信息處理服務(wù)和用戶操作界面構(gòu)成，實現(xiàn)各專業(yè)部門對基礎(chǔ)信息和處理功能的共享，以及各專業(yè)部門信息和處理功能間的集成和融合的框架。 廣州市林業(yè)局森林防火信息系統(tǒng)第一期建設(shè)項目技術(shù)方案 18 空間信息基礎(chǔ)設(shè)施的通訊網(wǎng)絡(luò)把空間信息收集平臺、空間信息資源數(shù)據(jù)庫、空間信息處理計算機和用戶終端計算機 連接起來，使空間信息流按照需要在各組成部分間流動。 空間信息資源包括各種類型的數(shù)字地理空間信息和空間參考信息，具體有電子地圖、數(shù)字遙感圖像、三維空間圖形和多媒體信息等，另外還有具備空間參考屬性的屬性信息和各種統(tǒng)計信息?？臻g信息資源存儲在各種級別和規(guī)模的分布的數(shù)據(jù)庫、數(shù)字資料館和數(shù)據(jù)倉庫中。 空間信息處理服務(wù)器是連接在計算機網(wǎng)絡(luò)上的計算機 (包括超級計算機、大規(guī)模并行分布處理計算機、各種工作站和服務(wù)器 )，他們完成對數(shù)據(jù)庫的操作和各種空間信息處理和查詢要求，提供各種計算模型和決策支持系統(tǒng)。 用戶終端計算機提供對用 戶友好的操作界面，使用戶不僅能通過鍵盤，還能夠通過語音和虛擬現(xiàn)實工具來同數(shù)字世界交互，提供對空間信息的查詢和訪問，為用戶提供決策支持，為公眾提供信息查詢。 實現(xiàn)地理數(shù)據(jù)共享的必要性和優(yōu)點 ? 整合分離的數(shù)據(jù)源是 GIS 及相關(guān)工具的主要特征之一。 ? 通過地理數(shù)據(jù)共享可以使更多的人使用和更充分地利用已有的數(shù)據(jù)，減少重復(fù)勞動和費用。 ? 使大家有可能基于一個公共框架工作，既節(jié)約金錢，又產(chǎn)生更大的協(xié)作利益。 ? GIS 系統(tǒng)更容易集成。 ? GIS 應(yīng)用開發(fā)可以把重點放在開發(fā)新的應(yīng)用程序，而非僅僅是支持不同的數(shù)據(jù)格式。 ? 雖然數(shù)據(jù)共享標準也 會隨時間變化，但它為用戶提供了一個相對穩(wěn)定的產(chǎn)品環(huán)境，即使舊標準過時，新出臺的標準通常會保持兼容。至少在理論上，保護了用戶在數(shù)據(jù)上的投資，從長遠來看，也有利于 GIS 的發(fā)展。 空間數(shù)據(jù)倉庫 過去 25 年，人們使用 GIS、 CAD、 RS 等系統(tǒng)構(gòu)建了數(shù)量驚人的數(shù)字化空間數(shù)據(jù)，并為此付出了上百億美 元 。如何充分有效地利用這些資源是一個重要的課題。 今天，空間數(shù)據(jù)管理的需求有三種趨勢，一是組織內(nèi)部訪問需求的擴大；二是一些組織開始廣州市林業(yè)局森林防火信息系統(tǒng)第一期建設(shè)項目技術(shù)方案 19 在地圖數(shù)據(jù)中集成自己的核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)并且將空間分析加入到業(yè)務(wù)流中；三是越來越多的人希望 通過因特網(wǎng)來訪問已有的地圖數(shù)據(jù)。但是由于 GIS 軟件提供商多采用文件格式或自己定義的數(shù)據(jù)格式來保存地圖數(shù)據(jù)，開放式訪問地圖數(shù)據(jù)受到了嚴重的阻礙。 數(shù)據(jù)倉庫 (Data Warehousing)指“支持管理決策過程的，面向主題的、集成的、隨時間而變化的、持久的數(shù)據(jù)集合” (Harjinder 1996)。它是管理分布式、大數(shù)據(jù)量的、面向主題的系統(tǒng)，可以跨越不同數(shù)據(jù)模式、不同版本，并對數(shù)據(jù)可進行多種面向決策的處理。它 是一個把多個異構(gòu)的原始數(shù)據(jù)集合融合在一起以支持結(jié)構(gòu)式查詢、分析和決策支持的技術(shù)系統(tǒng)。以數(shù)據(jù)倉庫的思想來 管理空間數(shù)據(jù)的系統(tǒng)就構(gòu)成了空間數(shù)據(jù)倉庫，它有機地將數(shù)據(jù)的空間屬性和時間屬性緊密結(jié)合起來。 方案的可行性、先進性、創(chuàng)新性 先進性與創(chuàng)新性 ? 面向?qū)嶋H需求，以及未來的發(fā)展，設(shè)計的森林防火基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，既保證了近期項目的需求，又考慮了遠期的發(fā)展（建立森林資源管理信息系統(tǒng)），以及與“數(shù)字林業(yè)”的兼容，使目前的建設(shè)成為后期建設(shè)的一部分。 ? 實現(xiàn)多維可視化與直觀表達，便于森林防火總體調(diào)度、治理管理、規(guī)劃建設(shè)、森林火災(zāi)預(yù)測、指揮撲救與災(zāi)后損失評估等。 ? 森林火災(zāi)火場三維模擬模塊疊加了森林火災(zāi)行為預(yù)測結(jié)果，可以 動態(tài)分析，便于森林火災(zāi)指揮決策。 ? 以 C/S 和 B/S 相結(jié)合的方式實現(xiàn)信息前端采集動態(tài)更新與包括廣州市林業(yè)局內(nèi)外乃至公眾用戶的廣域共享。 ? 指揮中心與森林火災(zāi)現(xiàn)場無線視頻圖像傳輸方案先進、合理、性價比高。 ? 利用衛(wèi)星地面接收站、 GPS、視頻信息無線傳輸系統(tǒng)軟硬件設(shè)備、防火指揮中心的大屏幕以及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，構(gòu)建了森林防火先進、高效、完善的硬件環(huán)境。 廣州市林業(yè)局森林防火信息系統(tǒng)第一期建設(shè)項目技術(shù)方案 20 技術(shù)方面的可行性 ? 3S 技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)為人類獲取、管理和應(yīng)用海量的空間數(shù)據(jù)提供了可能； ? 計算技術(shù)的發(fā)展和計算機應(yīng)用的普及為人們處理海量的空間數(shù)據(jù)提供了可能； ? 計算機 圖形技術(shù)特別是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展為人類生產(chǎn)生活的方方面面的虛擬表示乃至整個星球的虛擬表示提供了可能； ? 計算機和通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展為人類通過網(wǎng)絡(luò)共享空間數(shù)據(jù)和開發(fā)應(yīng)用提供了可能； ? 廣州市林業(yè)局已經(jīng)積累了一定的基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)，通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展也已經(jīng)具備了一定的規(guī)模，建立森林防火信息系統(tǒng)的時機已經(jīng)成熟。 管理制度 (管理模式 )方面的可行性 目前，廣州市林業(yè)局業(yè)務(wù)管理所涉及的業(yè)務(wù)管理模型已比較成熟和趨于完善，具備了良好的基礎(chǔ)。 系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)，將 按照 軟件工程 規(guī)范 進行 管理， 借鑒 CMM 等質(zhì)量標準體系， 始終把最終用戶放在 軟件產(chǎn)品供應(yīng)優(yōu)化和質(zhì)量控制的中心， 最大限度提高性能，降低成本，以適合林業(yè)防火部門的管理要求。 政策與國家導(dǎo)向 國務(wù)院已明確要求各政府部門進行“三網(wǎng)一庫”信息化建設(shè)，按照 國家制定的有關(guān)信息管理和計算機應(yīng)用的方針政策，嚴格貫徹信息技術(shù)的標準、規(guī)范以及發(fā)展規(guī)劃，這就為森林防火 信息系統(tǒng) 的實現(xiàn)打下了堅實的基礎(chǔ)。 國家林業(yè)局已經(jīng)啟動數(shù)字林業(yè)建設(shè)工程，其總體目標是建立國家和省級數(shù)字森林資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建數(shù)字林業(yè)公共應(yīng)用開發(fā)平臺和網(wǎng)絡(luò)通信平臺，建設(shè)國家級數(shù)據(jù)交換與系統(tǒng)運行管理為一體的國家數(shù)字林業(yè)中心，在集成的基 礎(chǔ)上在數(shù)據(jù)、關(guān)鍵處理技術(shù)和系統(tǒng)應(yīng)用層為數(shù)字林業(yè)其它建設(shè)項目提供技術(shù)支撐和運行管理環(huán)境。項目在 2020 年已經(jīng)啟動，建設(shè)期為 5 年。森林防火廣州市林業(yè)局森林防火信息系統(tǒng)第一期建設(shè)項目技術(shù)方案 21 信息系統(tǒng)是數(shù)字林業(yè)應(yīng)用子系統(tǒng)，數(shù)字林業(yè)的大環(huán)境，為規(guī)劃建設(shè)廣州市森林防火信息系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。 系統(tǒng)的技術(shù)質(zhì)量指標 技術(shù)指標 ? 系統(tǒng)容量：達到 TB 量級的空間數(shù)據(jù) ? 響應(yīng)速度：事務(wù)處理型系統(tǒng) 5 秒以內(nèi)響應(yīng)，輔助設(shè)計分析型子系統(tǒng)視數(shù)據(jù)量有所不同，一般在 23 分鐘以內(nèi) ? 系統(tǒng)安全性：參照依據(jù)我國信息技術(shù)安全標準和美國 橘皮書 (orange book)C2安全級別標準 （ orange book 是美國國家安全局 (NSA)的國家計算機安全中心 (NCSC)于 1983 年