森林防火及資源管理資訊系統

2021-08-03 20:24:18 字數 4492 閱讀 7030

森林資源是我國非常重要的自然資源,需要我們大力保護。為此,加強森林資源管理和森林防火科學研究,增加科技含量,迅速提高預防和撲救森林火災的綜合能力,將森林火災損失降到最小程度,切實有效地管理好國家的森林資源,保護好森林資源,是林業管理部門的核心任務。

森林火災是森林的主要災害之一,森林火災不僅嚴重破壞森林資源,造成巨大經濟損失,而且造成災區及周邊地區環境的嚴重汙染。2023年印尼、馬來西亞的森林火災不僅嚴重破壞了森林資源,而且造成東南亞地區嚴重的空氣汙染。我國 2023年大興安嶺火災及今年春季的內蒙古火災都造成森林資源的嚴重損失。

因此,森林防火問題已引起世界各國的廣泛關注,也是林業部門重要的基礎工作之一。

森林火災是林業生產的重大災害之一,及時的火險預警在林業生產中具有十分重大的意義。森林火險預警包括火情發現與觀察, 火險**報告和林火撲救組織等。在 gis中,結合森林資源圖和地形圖,提供合適的觀察點和有效的觀察控制區域,達到最大的觀察範圍。

及時對火險進行預報。另外森林火災往往具有突發性的特點,這就需要森林撲火工作應該具備快速反應的能力,爭取把森林火災撲滅在萌芽狀態,可以及時地查出火災發生的地點、分析撲火最短路徑及最近水源分布等情況,節省了大量的寶貴時間,大幅度地減少了火災損失,節約了人力、物力和財力。因此森林防火指揮系統的快速、準確、高效對有效地組織森林撲火顯得尤為重要。

21世紀將是資訊化的世紀。全球計算機技術和網路技術取得了突飛猛進的發展,資料庫、地理資訊等技術已日趨成熟,為系統建設創造的良好的條件。建立森林防火資訊管理系統對林業整體管理的現代化水平具有深遠的影響。

本專案擬結合3s技術(地理資訊系統gis、全球定位系統gps、遙感rs)、計算機技術、網路技術,通過對森林資源資訊及森林防火資訊進行數位化,建立林業資料空間平台包括:

(1)建立防護站、基礎設施、森林資源資訊等資料庫。實現對監測地區的林區面積、林種、歸屬、樹齡等概況數位化顯示、快速顯示;能夠標註監控地點的方位、距離、面積、地形地貌等資訊。

(2)具備地圖管理、圖層控制、查詢及量算等基本功能:管理各種比例尺的向量圖和遙感圖,可以對基礎資料圖層及專業資料圖層控制,可以任意增加、刪除基礎資料圖層;能對不同比例尺的向量圖進行各類地理資訊和屬性資訊的查詢,能根據圖名、行政區劃、地名、地理座標等資訊查詢,能對向量地圖上的任意兩點之間的距離進行量算,計算任意區域的面積;

(3)提供數字三維模擬功能:在三維電子地圖實現漫遊,二維、三維可調速飛行俯視,飛行路線可由滑鼠控制,亦可按事先編制路線飛行;

(4)可以實現熱點管理功能:能準確定位火點,並將火點周邊的相關資訊顯示在地圖上以便使用者查詢。

「3s」是指遙感(romote sensing)、地理資訊系系統(geographic information system)和全球定位系統(global positioning system)。目前在世界範圍內其應用方興未艾。由於「3s」技術具有自動化、實時化、動態化、數位化等特點,在地學的研究和應用中已成為熱點,在土地資源、農業、林業、地質、測繪等行業有關資源、環境、災害調查、監測、成圖等方面成為不可缺少的手段。

在林業應用中,「3s」是數字林業的重要技術支撐。通過「3s」整合,建立對地觀測系統,可以從整體上解決一切與地學相關的資源與環境問題,實現「定性、定位、定量」的統一。

地理資訊系統是在計算機軟硬體的支援下,對空間相關資料進行採集、儲存、管理、操作、模擬、顯示和綜合分析的計算機技術系統。

國際網際網路(internet)和地理資訊系統(gis)改變著地理空間資訊的獲取、共享、發布與分析。網路與地理資訊系統結合成internet gis /web-gis是gis軟體發展的必然趨勢。網際網路已經成為gis的新的操作平台。

internet gis應是乙個互動式的、分布式的、動態的地理資訊系統。它不僅為全球使用者提供分布式地理資訊資料,而且還提供**分布式地理資訊處理與分析的工具。

rs(remote sensing)衛星遙感系統。廣義地說,是在不直jie接接觸的情況下,對目標物或自然現象遠距離感知的一種探測技術。狹義而言,是指在高空和外層空間的各種平台上,應用各種感測器(如攝影儀、掃瞄器和雷達等等)獲取地表的資訊,通過資料的傳輸和處理,從而實現研究地面物體形狀、大小、位置、性質及其環境的相互關係的一門現代化應用技術科學。

當前遙感形成了乙個從地面到空中,乃至空間,從資訊資料收集、處理到判讀分析和應用,對全球進行探測和監測的多層次、多視角、多領域的觀測體系,成為獲取地球資源與環境資訊的重要手段。

遙感有如下主要特點:

(1)感測範圍大,具有綜合、巨集觀的特點。

(2)資訊量大,具有手段多、技術先進的特點。

(3)獲取資訊快,更新周期短,具有動態監測特點。

全球定位系統(global positioning system - gps)是美國從本世紀70年代開始研製,歷時20年,耗資200億美元,於2023年全面建成,具有在海、陸、空進行全方位實時三維導航與定位能力的新一代衛星導航與定位系統。經近10年我國測繪等部門的使用表明,gps以全天候、高精度、 自動化、高效益等顯著特點,贏得廣大測繪工作者的信賴,並成功地應用於大地測量、工程測量、航空攝影測量、運載工具導航和管制、地殼運動監測、工程變形監測、資源勘察、地球動力學等多種學科,從而給測繪領域帶來一場深刻的技術革命。

全球定位系統具有效能好、精度高、應用廣的特點,是迄今最好的導航定位系統。隨著全球定位系統的不斷改進,硬、軟體的不斷完善,應用領域正在不斷地開拓, 目前已遍及國民經濟各種部門,並開始逐步深入人們的日常生活。

基於「3s」技術的森林防火資訊系統建設需要建立統一的地理空間框架,在此基礎上,構建多尺度基礎地理資訊資料庫,為林業資訊提供統一的空間載體。主要關注的內容有:

基於統一參考橢球體的林業空間定位框架;

適於從巨集觀到微觀切換的地球橢球體三維座標向二維座標投影(轉換)的理論方法及自適應模型、演算法;

統一的陸海基準面的基本模型;

多尺度基礎地球空間資料框架的構建、實現技術等;

不同比例尺林業地圖的空間屬性資料庫結構、資料組織,林業專題地圖與基礎地圖融合和處理。

本系統基礎地理及林業專題資料來源將用到不同**、不同精度、不同內容的柵格影象資料進行復合而生成新的柵格影象。影象融合一般要經過影象配準、影象調整、影象復合等環節。

(1)遙感影象之間的融合。主要包括不同感測器遙感資料的融合和不同時相遙感資料的融合。來自不同感測器的資訊源有不同的特點,如用tm與spot遙感資料進行融合既可提高新影象的解析度又可保持豐富的光譜資訊;而不同時相遙感資料的融合對於動態監測有很重要的實用意義。

(2)遙感影象與地圖影象的融合。一是遙感影象與柵格化的dem融合生成立體的三維景觀影象,顯現逼真的現實效果;二是借助遙感影象的資訊週期動態性和豐富性,經過與各種地圖影象融合,可以從遙感影象的快速變化中發現變化的區域,進行資料的更新和各種動態分析。

向量資料是gis和數字製圖中最重要的資料來源。向量資料之間的融合是應用最廣泛的空間資料融合形式,也是空間資料融合研究的重點。對向量資料最主要的、應用最廣泛的方法是先進行資料格式的轉換即空間資料模型的融合,然後是幾何位置糾正,最後是重新對地圖資料各要素進行的重新分類組合、統一定義。

對於相同座標系統和比例尺的資料而言,由於技術、人為或者經頻繁的資料轉換甚至是由於不同軟體的因素,資料的精度會有差別。在融合過程中,需要進行幾何位置的統一。

融合後的空間向量資料,應重新對要素分層、編碼、符號系統、要素取捨等問題進行綜合整理,統一定義。

目前,很多的gis系統平台能夠對向量和柵格結構的空間資料進行統一管理,兩種資料結構的融合也在廣泛應用。主要包括:

柵格圖象與數字線劃圖融合。是兩種結構資料簡單的疊加,是gis裡資料融合的最低層次,如遙感柵格影像與數字線劃圖疊加,遙感柵格影像或航空數字正射影像作為復合圖的底層,數字線劃圖可全部疊加,也可根據需要部分疊加,如水系邊線、交通主幹線、行政界線、註記要素等等。這種地圖具有一定的數學基礎,有豐富的光譜資訊和幾何資訊,又有行政界線和其他屬性資訊,視覺化效果很好。

遙感影象與dem的融合。dem代表精確的地形資訊,用它來對遙感影像進行各種精度糾正,可以消除遙感影象因地形起伏造成影象的像元位移,提高遙感影象的定位精度;dem還可以參與遙感影象的分類,在分類過程中,要收集與分析地面參考資訊和有關資料,為了提高分類精度,同樣需要用dem對數字影象進行輻射校正和幾何糾正。

在柵格資料的載入前,對各類影像柵格資料集,需要進行資料的整理、組織和不同型別的預處理工作,包含幾何校正、統一座標和投影系統、資料格式的轉換和統一等方面的處理。

遙感影像預處理為遙感影像進一步應用(如資訊提取和模擬真彩色正射影像圖製作)提供基礎,可對使用者選定的興趣區進行遙感影像預處理。遙感影像預處理包括以下幾個子功能模組:影象配準、影象的幾何精校正、影象融合、資料增強、影象拼接、影象裁剪等。

影象配準

基本流程:

圖1 影象配準流程圖

影象的幾何精校正

影象的幾何精校正是通過讀取遙感影象標頭檔案中的引數資訊建立軌道初始模型,通過地面控制點資訊優化軌道引數模型,最後通過軌道模型和dem逐象素地校正遙感影象。

影象融合

遙感影象融合就是影象合成技術,將不同平台(衛星)上的同一或不同感測器獲取的不同空間與光譜解析度影象按特定的演算法進行處理,以使所產生的影象同時具有原來影象的多光譜特性以及高地面解析度,來實現不同的應用需求。融合的操作過程比較簡單,關鍵是融合前兩幅影象的配準以及融合過程中融合方法的選擇。

資料增強

資料增強是將原來不清晰的影象變得清晰或突出某些特徵,同時抑制某些特徵的影象處理方法。資料增強主要包括空間增強、輻射增強、光譜增強、高光譜增強等。

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