东北森林航空消防地理信息系统介绍

 一、系统功能概述

    针对东北森林航空系统的业务要求，东北航空护林中心地理信息系统包含三个子系统：指挥中心子系统、WebGIS子系统和移动前线指挥子系统。

    1、指挥中心子系统

    指挥中心子系统包括：地理要素查询、航护专题数据管理、中心态势信息管理、航管调度管理、飞行航线管理、热点分布、火灾定位、火灾分析、三维飞行模拟。

    2、WebGIS子系统

    WebGIS子系统包括：地理要素查询、航护专题数据查看、态势信息查看、飞行动态实时监控、热点分布查询和飞行航线查看。

    3、移动前线指挥子系统（简称“移动前指子系统”）

    移动前线指挥子系统包括：地理要素查询、航护专题数据查看、移动态势信息管理、飞行实时跟踪、飞行航线查看、热点分布、火灾定位、火灾分析和移动数据同步。

    业务应用功能
 
    基础应用功能
 
    基础平台
 
    应用数据

    二、基础平台    采用ESRI ArcGIS套件作为系统的基础平台，其中包括ArcEditor、ArcView、ArcIMS和ArcSDE等基础空间数据应用和数据管理软件。

    1、ArcEditor、ArcView

    ArcInfo、ArcEditor、ArcView把传统的空间数据编辑、查询、显示、分析、报表和制图等功能集成到一个简单的可扩展应用框架上，它承担着以地图为核心的应用。其支持广泛的地理数据源，如Coverages、Shapefiles、GeoDatabase等，提供最基本的空间数据的操作和应用，同时它又是一个可扩展的、开放式的应用软件框架，可根据用户的具体应用需求，用标准的开发环境如VBA、VC++等扩展其功能。本系统中包括指挥中心和前线指挥系统的基础开发平台都基于ArcMap。

    2、ArcObjects

    ArcObjects是一组供开发应用人员使用的制图与GIS功能组件，使用支持com的编程语言（如Vb、Vc++等）扩展空间数据的应用，使用ArcObjects可以开发出更实用更具特色的应用系统。

    3、ArcIMS

    ArcIMS是一个基于Internet的GIS，它允许集中建立大范围的GIS空间数据，并将数据应用的结果提供给内部和广大Internet上的用户。其包括客户端和服务器两方面的技术，扩展了普通站点，能提供GIS数据和应用IP服务，是本系统中的WebGIS开发的基础平台。

    4、ArcSDE

    ArcSDE是ESRI公司推出的一种高效率的空间数据引擎，用它可以与多种商业大型数据库如Oracle, SQL Server连接,　并指导DBMS存储和管理空间数据。ArcSDE提供对海量数据的存储与管理，利用商业关系型数据库在数据存储、数据完整性等方面的先进手段，将海量数据有机的组织和管理起来。同时，ArcSDE支持多用户并发访问。

    5、Oracle9i 9.2

    综合信息系统使用ArcSDE 地理数据库(GeoDatabase)模型存储地理信息数据，GeoDatabase是一套先进的使用面向对象的方法存储地理信息要素的方法，空间数据及其属性数据在物理上统一存储在大型关系型数据库中。Oracle9i数据库是业界领先的关系型数据库，对GeoDatabase地理信息数据库有很好的支持，可满足最具挑战性的业务可靠性和可扩充性的要求。

    三、空间数据的组织与管理

    空间数据分为五类，分别是：空间基础信息、空间专题信息、航护专题信息、航护业务信息和元数据。

   1、空间基础信息

   空间数据地图范围包括东北三省（黑龙江省、吉林省、辽宁省）、内蒙古自治区东部地区、部分华北地区（北京、天津、河北、山西）。1:400万、1:100万和1:25万比例尺的基础地理数据。数据以要素种类分层存放，包括行政区、居民地、道路、铁路、等高线、水系等要素。1:10万比例尺的道路、水系地理数据，以要素种类分层存放，包括公路、水系。

    2、空间专题信息

    1:25万比例尺的数字高程数据（DEM）。1：25万DEM数据由1:25万矢量数据中的等高线、水系、地貌等多种要素计算生成，是进行三维地貌显示、高程计算和地形分析的基础数据。数据的栅格值表示地面的高程值。文件格式为Arcinfo GRID格式。

    TM卫星图像。采用陆地卫星TM/ETM影像数据的2、3、4或3、4、5波段合成，利用地形图进行几何纠正，分省镶嵌、行政边界叠加、分县切割等处理制作而成。图像分辨率为30米，文件格式为TIF。

    3、航护专题信息

    1:400万、1:10万比例尺的土地利用数据。该数据采用LANDSAT  TM遥感图像信息源判读解译，结合野外抽样调查，严格按照土地资源分类系统分类标准，目视解译制作而成。文件格式为Arcinfo Coverage，数据以要素种类分层存放。

    林业基础设施数据。林业基础设施信息包括航站、机降点、加油点、物资储备库、防火机构、防火指挥部、扑火专业队基地、了望塔、防火检查站、防火通讯基地、防火气象站、蓄水池等信息。这类信息均为点状空间数据，利用对应的简单表单，通过网络地理信息子系统中的基础设施数据管理功能，进行数据维护。

    航护管制数据。航护管制信息包括国境线10km警告线、禁飞区、限制区、穿云图和机场信息（跑道方向、坐标等）。

    4、航护业务信息

    防火监测信息。防火专题信息包括监测热点信息、火场信息、火场遥感影像等信息。这类信息通过森林防火信息系统里的林火监测模块进行数据更新。

   态势信息。态势信息包括扑火力量分布图、防火设施设备资源图、火场态势图、重点火险区图、重点火险区预案图等。这类信息通过地理信息系统的态势管理进行制作和维护，并可以发布到管理信息系统上供更多用户查看。

    航管信息。航管信息包括机场航线图、航空飞行路线图、航路宽度图、航护高程标记、航路最高标记、飞行实时动态、飞行指挥预案等。

   5、元数据信息

    所谓元数据是对数据的描述数据，元数据标准的制定、存储管理和发布应用，是本系统应用的重要数据源，也是系统信息查询和应用的向导，每一类信息都有其元数据，必须根据各类信息的内容和应用方向制定本系统的元数据标准，其中空间基础地理信息元数据可参照国字标准，其余的各类信息的元数据内容和结构可根据实际情况制定。

   6、数据组织

   本系统数据管理统一以数据库的方式进行组织管理和存储，对于空间数据（空间基础地理数据和空间专题数据）应用ESRI提供的ArcSDE管理存储或PGDB方式存储，其余信息直接用关系数据库的方式管理和存储。

    ArcSDE管理存储。ArcSDE是一个连续的空间数据模型，应用这一个模型，用矢量数据库管理空间数据，并且ArcSDE可以提供对空间、非空间数据进行等效率的操作和数据服务，ArcSDE采用客户/服务器的计算体系结构，支持多用户并发地对同一数据进行操作。ArcSDE既支持矢量型空间数据，也支持栅格型的空间数据。

    PGDB管理存储。用小型关系数据库管理空间数据，并提供对空间、非空间数据进行等效率的操作和数据服务。

    关系数据库管理存储。对于非空间数据，直接应用关系数据库（本系统采用Oracle关系数据库管理系统）进行管理，其数据结构根据各类数据的内容和结构建立关系表，并对各关系表建立索引，提高检索效率。

    四、系统功能

    有效的管理多种比例尺矢量图和栅格图，满足海量数据的查询检索，并实现地图量算、态势制作、航管调度、航线管理、跟踪监测、热点分布查询、火灾定位、火灾分析、三维飞行模拟等业务功能。

   1、二维地图基础功能

   地图检索。系统提供了三种地图检索方式，方便地图的管理及查询 。用户可以指定所要检索的图种/图层，查询结果自动调整为适合的比例尺显示。用户通过设置的经纬度范围得到所要显示的地图。用户须输入要检索地图的左上角和右下角的经纬度，即可得到所要查询的地图。根据用户输入的地点名称检索对应地图。根据用户输入的中心点坐标和范围检索对应地图。

    制图符号化及配色方案控制。基础矢量地图的制图符号显示及配色方案控制和热点图的制图符号显示及配色方案控制。系统中的热点图上的制图符号显示及配色方案由系统按照《森林防火指挥系统符号标准》自动生成，无须用户干预。标绘成果图和态势图的制图符号显示及配色方案控制，标绘成果图、态势图使用系统的标绘符号库生成。

    图层控制。鉴于系统所使用的地图文档类型众多，本系统使用分级图层组(LayerGroup)来增强对图层的控制与管理。包括图层叠放顺序控制、图层的可见性控制、按比例尺自动切换调图、焦点控制、图层透明度控制、临时图层控制。

    标注控制。用户可以选择指定某个字段的图层属性信息对该图层进行标注。如：对省界图层，可以通过指定字段为标注字段。对标注的文字显示，用户可以有两种方式进行控制。用户可以对标注文字信息设置锚点，强迫标注文字信息的位置调整只能围绕该锚点进行。用户可以设置任意形状的一段曲线（仅对屏幕可见），标注文字信息按该曲线的方向/走向排列。

   图例控制。图例的控制由系统自动完成。系统可以根据当前地图文档中的每层地图的配色及符号化显示相应的图例。

    地图功能。放大/缩小/平移/全图。。基于面状行政界线图层制作鹰眼图(Overview)，帮助用户在地图漫游时确定当前所在区域。二维地图上的鹰眼图有两种：ArcMap自带的鹰眼图和用来显示最临近区域鹰眼图。

   地图量算。当打开地图文档后，任何时刻用户鼠标所在位置坐标均可自动在状态栏处显示。连续点击地图上所要量测的线段的两个端点，即可看到距离量算结果。通过空间要素选择工具选择要参与计算面积的地图范围，面积量算包括指定要素面积量算和自定义区域面积量算。可以在地图上动态添加地图经纬格网，并可以设置格网间隔。

    地图信息查询。针对一些专题数据可以进行属性查询，包括热点信息查询、火场信息查询、物资储备库查询、防火机构查询、防火指挥部查询、扑火专业队基地查询、航站查询、了望塔查询、防火检查站查询、轮勤点查询、防火通讯基地查询、人工蓄水池查询等。

    2、三维地图基础功能

    三维地图的检索    。系统提供两种三维地图检索方式，方便地图的管理及查询 。用户可以指定所要检索的图种/图层，查询结果自动调整为适合的比例尺显示。初始化时系统自动载入1:400万三维地图，可通过放大缩小等基础功能进行三维地图的检索。通过指挥中心子系统、前线指挥子系统二维应用的地图管理，根据当时二维应用的地图显示范围生成三维地图。

    图层控制。三维地图的图层控制功能与二维地图的图层控制相同。包括图层顺序调度、图层叠放顺序控制、图层的可见性控制、焦点控制、图层透明度控制、临时图层控制。

    地图功能     。三维放大/缩小/漫游/全图、模型翻滚/旋转、高程夸大系数设置、三维模型光照角度选择。

    地图信息查询。针对所有可见矢量图层featurelayer，查看制定位置的属性信息。系统提供选择区域的方式（矩形），显示选择区域内的要素属性信息。

    3、航护专题数据管理

    航护专题数据包括土地利用、林业基础设施和航护管制信息。其中林业基础设施信息均为点状空间数据，可以进行数据更新；土地利用和航护管制信息仅可用来查看。

    林业基础设施类别管理。林业基础设施类别包括航站、机降点、加油点、物资储备库、防火机构、防火指挥部、扑火专业队基地、了望塔、防火检查站、防火通讯基地、防火气象站、蓄水池等。维护人员可以维护（增加、修改、删除）其类别信息，并可为各类别指定对应的地图符号、颜色。

    林业基础设施数据维护。这类信息均为点状空间数据，利用对应的简单表单，通过网络地理信息子系统中的基础设置数据管理功能，进行远程数据维护。

    航护专题数据查询。用户可以通过设置多种条件组合查询专题信息，系统将满足条件的信息标绘到地图上。

    4、态势标绘管理

    在二维地图功能的基础上实现标绘功能，用于制作各种航护业务图。业务图种类包括航线图、基础设备资源图、火场态势图、火灾分布图、火险等级预报图、重点火险区图、重点火险区预案图等，信息种类可以有管理员进行增加和修改。

    标绘符号管理。用户可根据需要在标绘图层上选择添加相应的标绘符号，所有的标绘符号均可依比例尺的变化而自动设置/保持符号大小。标绘符号主要分为以下五种类型：点状符号、线状符号，面状符号（多边形）、文本符号及标绘箭头符号。

    标绘符号调整。本系统的符号均针对固定的森林防火标绘元素建立，可以自动根据地图的显示比例尺调整大小/线宽度，并有固定的颜色，故用户不需进行通常的对标绘符号的颜色，比例，线宽度等符号元素的修改。

    创建态势图。创建一个新的标绘图层（即用于承载客户绘制的标绘符号的图层），开始进行态势图的标绘。信息包括：类型、状态、名称、说明等，系统自动将创建人、创建时间、最终修改人、最终修改时间、上次修改时间保存在态势图的信息中。态势图类型包括：扑火力量分布图、防火设施设备资源图、火场态势图、火灾分布图（春防、秋防、全年）、火险等级预报图、重点火险区图、重点火险区预案图等，管理员可以进行维护。

    态势信息动态演示。根据态势图上各信息的生命周期，以动画的方式演示态势的变化过程，实现火势蔓延，扑火力量的调动，扑火过程的模拟回放。此外，通过录制按钮还可以将态势动态演示的过程录制成视频文件保存在本地磁盘。

    5、航管调度管理

    飞行指挥预案。根据每天的飞行计划（起飞时间、飞行航线）和飞机具体情况（飞机机型、飞行速度等），在地图上模拟指定时间段内飞机（单架或多架）的飞行情况。通过飞行指挥预案，可以直观地预先了解飞行航线制定的是否合理，查看飞行计划中有无重复航行巡视的区域，以便减少飞机飞行的浪费。

    飞行航线变更。临时改变航线时，结合原计划航线，生成新的飞行计划航线。通过飞行指挥预案可以对新航线进行飞行模拟。

    飞行动态实时监控。利用北斗双星定位系统实时监控所有飞机的飞行动态，并将飞机动态显示在地形图上，监控人员可以随时查询所有被监控飞机的实际情况，包括机型、机号、坐标、高度、速度、角度等。

    6、飞行航线管理

    飞行航线制作。每航期开航前，可以预先制作的固定巡护航线，设定每个航线的名称、各转点，以及航线预使用的颜色等。具有复制功能，可以将其他航期的航线全部复制到当前航期，从而提高工作效率。

    飞行航线分析。根据航路宽度值制作航路图，计算航路内最高高程点，并可查询各高度层内的高程标记。通过对指定航线的分析，可以进一步掌握航线的周边情况，以保证飞机飞行的安全。

    飞行航线查阅。将预先制作好的飞行航线显示在电子地图上，其目的是查看制定的飞行航线中有无重复航行巡视的区域，以便减少飞机飞行的浪费。

    7、热点分布

    热点查询。用户可以通过设置多种条件组合查询监测热点信息，系统将满足条件的热点标绘到地图上。

热点定位。可从地图上直接定位到指定的监测热点，系统将自动地图显示范围以保证最佳的显示效果。

    热点详细信息。通过查看功能，可以查看指定热点的详细信息，包括热点经纬度、要素面积、所处地类，以及热点所在的监测图像原件、热点反馈信息等信息。

    8、火灾定位

    利用火灾监测信息、GPS定位信息、双星系统定位信息等，实现火灾现场的地点定位。

    9、火灾评估

    用1:10万土地利用现状图和林业基础设施等信息，对火灾受害地区进行灾后分析，计算火灾的过火面积和过火林地面积，分析各种林地的损失面积、各类林业基础设施的损坏情况等，实现火灾直接损失情况的快速评估。

    10、三维飞行模拟

    鼠标控制飞行。通过鼠标的操作进行飞行模拟，飞行控制包括：飞行速度控制、飞行方向控制、飞行高度控制。

   利用二维地图制作飞行路线。通过二维地图手工制作飞行路线，并设置好飞行高度，在三维地图上根据该路线进行模拟飞行。

    飞行路线的记录与回放。可将飞行过程中的路线记录下来，并通过回放功能进行飞行模拟的再现。

    11、系统接口

    GPS接口。取GPS数据流/数据文件中的经纬度坐标；在二维基础地图上以GPS点符号显示所加载的GPS数据。

    双星定位系统接口。在二维基础地图上以跟踪点符号显示所监控的双星各普通终端。向双星各普通终端发送短报文。