支偉峰

（南京大學(xué) 地理與海洋科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210046）

森林作為寶貴的資源，在生態(tài)系統(tǒng)中扮演重要的角色。森林火災(zāi)對森林具有很大的破壞性，現(xiàn)階段對森林火災(zāi)的研究集中在火災(zāi)環(huán)境分析、火災(zāi)生態(tài)學(xué)評價、火災(zāi)數(shù)據(jù)管理和火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警等方面[1]。在上述研究中，森林火災(zāi)數(shù)據(jù)的管理尤為重要。傳統(tǒng)森林火災(zāi)數(shù)據(jù)以文件管理系統(tǒng)的方式進行管理，通過GIS技術(shù)支持構(gòu)建的森林火災(zāi)數(shù)據(jù)管理平臺可以實現(xiàn)森林火災(zāi)數(shù)據(jù)的收集、儲存、編輯、查詢、統(tǒng)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(zāi)數(shù)據(jù)、及時研判新的火情及與原有數(shù)據(jù)進行整合分析。許多國家根據(jù)自身的實際情況制定了滿足各自需求的林火管理系統(tǒng)，包括加拿大魁北克的“計算機林火管理系統(tǒng)”、以美國為首的美洲多國基于“森林火災(zāi)數(shù)字影像評估”項目開發(fā)的森林火災(zāi)數(shù)據(jù)系統(tǒng)、中國林科院基于WINGIS平臺開發(fā)的一套林火管理信息系統(tǒng)以及最新的美國宇航局開發(fā)的全球火信息資源管理系統(tǒng)（Fire Information for Resource Management System，F(xiàn)IRMS）等[2-4]。

在組件技術(shù)的支持下，軟件系統(tǒng)被視為相互協(xié)同工作的對象集合[5-6]。組件式GIS具有可封裝、可復(fù)用、可定制、可組裝、語言無關(guān)及無縫集成等技術(shù)特，在實現(xiàn)有限范圍內(nèi)的不同語言開發(fā)的系統(tǒng)功能在同一標準開發(fā)環(huán)境下集成操作的同時，還能和其他專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)集成操作。

1 開發(fā)環(huán)境簡介

Visual Studio 2018是由美國微軟公司推出的整合開發(fā)環(huán)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(fā)環(huán)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(fā)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(yīng)用組件開發(fā)需要調(diào)用的Arc-Objects組件如Geometry等；②Data Access：包括矢量與柵格數(shù)據(jù)的存儲以及地理數(shù)據(jù)庫的所有接口和類的組件；③Map Presentation：包括數(shù)據(jù)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(yīng)用開發(fā)所需要的全部可視化控件如MapControl等；⑤Extensions：包括空間分析、網(wǎng)絡(luò)分析等地理數(shù)據(jù)分析處理的高級功能。

2 數(shù)據(jù)與系統(tǒng)開發(fā)

2.1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)

塔河林業(yè)局隸屬于大興安嶺地區(qū)塔河縣，林業(yè)作業(yè)區(qū)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(fā)的塔河林業(yè)局森林火災(zāi)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)庫主要錄入的3類數(shù)據(jù)，見表1。

2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計

根據(jù)森林火災(zāi)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)總體設(shè)計目標和原則，本研究將系統(tǒng)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(tǒng)計分析模塊，見圖1。

圖1 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)功能設(shè)計Fig.1 The functional design of data management system

2.3 系統(tǒng)功能開發(fā)

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(shù)據(jù)庫，通過搭建應(yīng)用界面與數(shù)據(jù)庫之間的連接，將應(yīng)用界面中輸入的用戶名和密碼與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)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(tǒng)登錄權(quán)限，系統(tǒng)注冊登錄界面見圖2。

圖2 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)登錄界面Fig.2 The login interface of data management system

2.3.2 基本功能模塊

在數(shù)據(jù)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(jié)合Export-MapToImage()方法確定輸出數(shù)據(jù)的圖片格式；通過ToolBar-Control控件與AxMapControl控件關(guān)聯(lián)，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(xiàn)對AxMapControl控件中空間數(shù)據(jù)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(xiàn)，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(zāi)區(qū)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(jù)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(diào)用AddNewFeatureFromPoint()方法來實現(xiàn)火災(zāi)詳細情況錄入并進行編輯輸入，增加到原有火災(zāi)數(shù)據(jù)當中，需要輸入的數(shù)據(jù)信息主要有火災(zāi)時間、經(jīng)緯度坐標、火災(zāi)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(zāi)物資點及輔助數(shù)據(jù)中相關(guān)道路數(shù)據(jù)構(gòu)建救火最短路徑分析模塊；其中最短路徑查詢是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集中的拓撲關(guān)系查詢火災(zāi)點與救援人員所在點到達的最短路徑，獲得的路徑結(jié)果。該功能主要使用了網(wǎng)絡(luò)分析中的INASolver等接口和NARoutrSolver等。

2.3.6 查詢檢索與統(tǒng)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(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)查詢操作和簡單的火災(zāi)數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能。按照系統(tǒng)需求，提出2種數(shù)據(jù)統(tǒng)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(tǒng)計火災(zāi)發(fā)生數(shù)量；其二是用戶輸入自定義查詢語句統(tǒng)計分析火災(zāi)數(shù)據(jù)。

2.3.7 系統(tǒng)發(fā)布

通過上述功能模塊構(gòu)建，利用Visual Studio 2018實現(xiàn)系統(tǒng)各部分功能的關(guān)聯(lián)，再通過整個系統(tǒng)運行驗證，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)最終完整開發(fā)與發(fā)布。發(fā)布的V1.0版本的塔河林業(yè)局森林火災(zāi)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的功能主菜單見圖3。

圖3 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)功能菜單Fig.3 The function menu of data management system

3 建議

基于組件式GIS開發(fā)的塔河林業(yè)局森林火災(zāi)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)實現(xiàn)了系統(tǒng)功能的模塊化開發(fā)與管理，在提高系統(tǒng)開發(fā)的效率的同時，便于對新的數(shù)據(jù)管理需求開發(fā)擴展功能，采用用戶注冊登錄等方式提高數(shù)據(jù)管理人員權(quán)限獲取的門檻，這保障保密管理的數(shù)據(jù)的安全。在實現(xiàn)GIS基本操作功能的同時還實現(xiàn)了森林火點定位、火災(zāi)數(shù)據(jù)輸入、查詢統(tǒng)計以及救火路徑查詢等多個功能模塊。通過運用該系統(tǒng)的森林火災(zāi)數(shù)據(jù)管理功能，結(jié)合林相數(shù)據(jù)以及林相輔助數(shù)據(jù)，可以為林區(qū)防火以及火災(zāi)救援提供重要的決策依據(jù)和參考。

4 結(jié)語

本研究開發(fā)的森林火災(zāi)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)為PC端的單機版軟件系統(tǒng)，隨著5G技術(shù)發(fā)展與移動辦公的興起，網(wǎng)絡(luò)化和移動化成為數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)發(fā)展的重要方向之一。因此，為滿足更加廣泛的應(yīng)用需求，開發(fā)出基于Web端和手機端的森林火災(zāi)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)成為今后開發(fā)研究的重點。