GPS定位系统在森林防火中的应用

马云超

（东北林业大学，黑龙江 哈尔滨150040）

1 引言

森林火灾是指失去人为控制，在林地内自由蔓延和扩展，对森林、森林生态系统和人类带来一定危害和损失的林火行为，是一种突发性强、破坏性大、处置救助较为困难的自然灾害。由于我国森林火灾的频繁发生，对如何防治森林火灾一直以来是一个难题。1987年5月我国经历了大兴安岭特大森林火灾，森林火灾就引起我国政府的高度重视。随着高新技术不断出现，在森林火灾的防治工作中应用了这些技术，这就在防范和保护我国森林资源方面起到积极作用，极大的减少森林火灾带给我们的损失。

本系统的研究目的就是从森林火灾的预防、扑救和灾后损失统计三个方面考虑，采用先进的GPS、地理信息、网络通讯和多媒体等高新技术，建立一个功能完善、操作方便、实用性强的森林防火GPS定位子系统，从而辅助防火工作人员进行森林火灾预防、扑救和管理。

2 定位系统的设计

该系统主要由GPS移动终端，监控中心局域网和地面通讯网络三部分构成。如图1所示。

图1 总体结构图

GPS移动终端：由GPS定位数据获取，基础空间数据的采集和编辑、视频采集、移动导航、无线电呼叫报警和通话以及无线电通讯等功能组成。

地面通讯网络：主要用来解决GPS移动终端和指挥中心之间信息交流的数据传输问题。

监控中心局域网：主要用来协助指挥者制定各种森林防火的方案，更新基础数据，通过Web发布预警信息，在火灾过程中协调调用各个防火队和防火设施，通过从终端接受的数据及时显示火灾现场的情况，以及历史数据的访问等。

本系统主要由三大功能模块组成：基础数据采集模块、GPS移动单元的监控和定位跟踪模块、数据处理和分析模块。

（1）GPS移动终端主要组成部分。GPS移动终端结构如图2所示，主要包括通讯模块，语音呼叫终端，视频录制模块（摄像头），GPS定位信息获取，语音呼叫，目标点导航等。

（2）地面通讯网络。选择有线网络和无线网络相结合的方式。有线网络主要用于监控中心局域网的建设。无线网络主要用于监控中心和GPS移动终端的网络建设。无线网络通讯方式有两种：专用无线通信网和公众无线网络。专用无线网络：主要是利用林业部门已有的频率波段来建立，利用此方式的优点是由于进行中继的基站是由我们自己根据需要来建立的在一定程度上能解决山区网络信号覆盖差的问题。但费用可能较高。公众无线网络：GPRS和CDMA这个网络的优势我就不说了，但从经济和实用角度来看选择这两种网络最适宜，但从我们的系统运行环境来看。因为这系统主要运作在人烟稀少的山区，因此这两种网络是否覆盖了这个区域。对这个系统的实施有很大影响。

问题：网络的覆盖率和信号的稳定性如何解决？

系统的最终实现有线网络上选择了基于TCPIP协议的局域网，无限网络选择了EDGE网络，因为在这一研究林区内，EDGE网络信号相对比较稳定而且价格相对比较合理。其它网络不是成本过高就是信号不稳定。

（3）系统监控中心。系统监控中心结构如图3，主要包括与移动终端通讯模块、GIS终端、电子显示屏、主控计算机局域网、Internet网络、数据库等。

图2 移动终端结构图

图3 监控中心结构图

3 系统运行的工作原理

火灾预警阶段：根据监控中心的火灾预报信息，利用GPS移动终端指引防火工作者去火灾高发区进行实地考察，并时时（2分钟）通过GPS移动终端向监控中心返回防火队员的位置数据和周围的环境信息，并在地图上显示，供监控中心工作人员实时了解GPS移动终端人员的情况，防灾害于未然。考察结束后，将采集到的有用信息导入监控中心数据库，做前期的数据积累。如果发现火灾立即通过GPS移动终端向监控中心进行火灾报警，并传回火灾位置和现场掌握的信息。

火灾扑救阶段：当发现火灾后，监控中心立即根据目前掌握的火灾情况，制定应急方案。并通过监控中心的呼叫功能向附近的森林防火队下达灭火通知，灭火队员配备GPS移动终端根据实时接收到得指令进行灭火任务，并根据接受到的数据需求向监控中心实时发送所需的信息数据。指挥人员通过接受到的数据，再结合前期设计好的各种模型，做出科学的分析和合理的指挥，在对最短的时间内以最小的损失扑灭大火，并防止在灭火过程中的突发事件、预防现场防火队员无法预测的危险。

灾后重建阶段：林火工作人员利用GPS移动终端的基础数据采集功能，通过记录一些特征点的坐标，将这些点的坐标从WGS84坐标系下转换成西安80坐标系下的坐标，传回监控中心，监控中心用这些转换后的点生成面状要素和其它空间数据进行叠置分析，如小班数据等，进行快速、精确的计算，获取详尽的损失预算和重建数据信息报告。

4 系统的开发与实现

4.1 系统开发环境

本系统的开发环境为Visual Studio.Net 2005，并集成了Windows Mobile 6.0 SDK、ArcGISMobile SDK和ArcGISEngine SDK开发包，分别用于开发运行在移动终端上的功能和监控中心的功能。本系统使用的语言为C#。数据库采用SQL server2005和ACCESS 2003(移动终端)，量空间数据的要求。

4.2 系统运行环境

本系统的移动终端运行于Windows Mobile 6.0的Pocket PC上，并且此Pocket PC集成了视频拍摄、GPS定位信号接受、无线上网、被动呼叫等功能模块。监控中心可运行在Windows XP和Windows 2000操作系统环境下。移动终端与服务器端通过中国移动EDGE网络进行数据交互。

5 结束语

GPS是近年来发展比较快的一项新技术，它以其自身具有的定位准确，信息传递快，不受地理，气候条件限制等优点，已得到了广泛的推广，本系统就是从GPS的以上优点出发再结合一些其他先进技术的优点设计实现的，在森林防火工作中能高效率、高效益的保护森林资源和人民生命财产安全，推进森林防火管理的现代化，具有较大的推广实用价值。

[1]朱莉，郭晓刚，王巍.基于DSP木材表面粗糙度测量系统的研究，森林工程，2006，22（4）：15~17.

[2]张显悦.ERP系统的实施风险及其防范，森林工程，2006，22（6）：66~68.

[3]贾莉华.在森林防火应急处置系统中应用信息技术之探讨，森林工程，2007，23（4）：92~93.

[4]吴妍，卓丽环.地理信息系统在森林公园评价及规划中的应用，森林工程，2008，24（1）：10~15.

[5]许洋，刘兆刚，赵慧颖.基于GIS的帽儿山林场数字化管理信息系统构建，森林工程，2009，25（3）：115~120.