森林防火查询论文 - 图文

基于ArcGIS技术的森林火灾查询系统的研究及实现

——以布拖县美撒乡为例

摘要：本文以凉山州布拖县美撒村森林火险因子进行分析，对小区域森林火险区划方法进行研究，利用GIS研究方法，选取树种燃烧类型、坡度、坡向为主要林火影响因子。使用ArcGIS软件扫描并矢量化等高线和行政区划图，并结合森林资源调查数据，然后以林地区划小班为单位，提取坡度等级图，坡向等级图，树种燃烧性等级图。然后对权重因子进行叠置分析，分别设置相应权值，根据加权值划分火险等级，得到火险等级区划图。基于ArcGIS Engine和C#语言实现火灾等级查询系统的设计，能够根据某些基础属性数据实现一些简单的查询功能，方便人们管理并为森林防火提供辅助。

关键词：火险等级 ；火险因子；火险区划; 查询系统 ； ArcGIS Engine

Research and realization of the forest fires in the query system based on

ArcGIS technology

Abstract:Butuo County, Liangshan Prefecture, MeiSa village forest fire risk factor analysis study on a

small area of forest fire risk zone,the use of GIS research methods to select tree species in combustion type, slope,and aspect as the main impact factors of forest fire. Using the ArcGIS software, scanning and vectorization of contour lines and administrative map, combined with the forest resource data, and As Forest land zoning classes for a unit.extract the slope rating chart, aspect class diagram, trees burning level diagram.Overlay analysis of the weighting factor,, set the corresponding weights, divided according to the weighted value of the fire danger rating ,then get the zoning map of the fire danger rating. The fire rating Query System Based on ArcGIS Engine and the C # language, and some simple query functionality, according to some of the basic property data easy for people to manage and provide assistance for forest fire prevention.

Keywords: Fire danger level, Fire factor, Fire districts, Inquires system, ArcGIS Engine

1 引言

森林火灾是目前世界上最为严重的自然灾害和突发公共事件之一，被联合国粮农组织列为当今世界八大自然灾害之一。森林火灾不仅直接损害森林资源和生物多样性，破坏陆地生态系统，还会产生碳氧化合物和烟尘，严重污染大气环境，同时影响林区生产生活和建设发展，给人民生命财产乃至社会稳定和可持续发展都带来了严重损失和影响。我国是森林火灾比较严重的国家之一，1950年以来年均发生森林火灾1.3万起，受害森林面积664万hm2，因灾害伤亡580多人，给国家和人民生命财产带来了巨大的损失。因此，预测和

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评价森林火灾发生的潜在因素，进行森林火灾区划[1]十分重要。

火险区划是一项重要的防火技术措施，将为林火预防、林火扑救以及防火指挥员因地制宜进行防火规划和部署扑火力量、指导森林防火工作提供科学依据。森林火险区是指森林火灾发生的地区以及由此区域极易扩展到其他地域的地区。它是在森林可燃物分类基础上，结合其它影响火灾因子条件，将森林火险区分为不同的火险等级，以便分级管理。森林火险区与植被覆盖类型、地形条件、气候条件等密切相关。本文运用Microsoft Visual Studio 2008和C#编程语言为工具，借助于ArcEngine提供的二次开发平台，建立美撒乡森林火灾查询系统，方便有关部门对森林火险进行分级管理。

2 研究地区慨况

布拖县位于凉山州东南部大凉山（东经102°43′ —103°04′，北纬27°16′ —

27°56′），距州府西昌114km。与昭觉、普格、宁南、金阳等县接壤，与云南省巧家县隔金沙江相望，于1944年2月建县，是一个彝族聚居的高寒山区半农半牧县。全县复员面积1685km2，有耕地2.11 hm2，林地5.6 hm2，草地7.87万hm2。全县分5个片区，辖3个镇27乡，189个行政村。全县约有14万人口，彝族占总人口数的94%，总人口农业人口为12.9万人，占93%。美撒乡是位于布托县南部，距离县城28公里，人口0.3万人。境内地势落差大，地气候和江河气候明显，物种丰富,地矿贫乏，是典型的“鱼米之乡”，也是民主先驱陈天华的故乡。美撒乡最高海拔3380m，最低1870m。年平均气温10.2℃，年降雨量1138mm。山地地面起伏较大，山高坡陡，地势险峻，气候属于中亚热带湿润季风气候滇北气候区。

3 火险区划

3.1火险因子分析

森林的火险因子有植被因子、地形因子，人类活动影响和气候因子等，森林火灾即在上述因素的作用下发生发展的。正确分析火险因子是做好火险区规划的前提。 3.1.1 植被因子

植被是森林火灾燃烧、蔓延的主要载体，不同的森林植被类型对林火的影响是不同的。美撒乡森林资源丰富，主要树种有高山松、华山松、冷杉、云南松、栎树。其中针叶林是易燃树种，落叶阔叶林也较易燃烧。

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3.1.2 地形因子

地形是影响火险等级重要的地学因子。地形主要是坡度，坡向因子。坡度大小直接影响可燃物湿度的变化。坡度越大，地表径流越快，雨水愈不易停留地表，地表可燃物越易于干燥，林火发生的可能性越大。反之，坡度越小，地势就越平坦，雨水易于停留或侵入土壤，地表越湿润，发生林火的可能性越小。坡向是直接影响同一地区接收太阳能多少的因子，形成林火发生可能性在不同坡向上的分异。由于我国处于北半球，一年中绝大部分时间太阳位于偏南方。因此位于南面的阳坡比位于北面的阴坡接收太阳能更多，阳坡日照强温度高，可燃物易干燥，容易引起火灾，蔓延速度也快，阴坡则相反。 3.1.3 人口因子

人类活动是引发森林火灾的重要原因之一，许多森林火灾都是由人为活动引发，距离居住区越近越易引发火灾。 3.1.4 气候因子

气温、湿度、降水量、风向对森林火灾有较大影响[5]，降水量的多少与森林火灾发生的机率呈反相关，降水量越大，地被物越潮湿，植物含水量越高，火灾发生的可能性越小；反之，火险发生的可能性越大。气温在与森林火灾发生呈正相关，相对湿度与森林火灾之间存在负相关，即湿度越大火灾发生次数越少；湿度越小火灾发生的次数越多。风可以加速地被物的水分蒸发，加快干化；风对火势具有助燃、蔓延作用。因此森林火灾一旦发生，风速大小至关重要。连续无降水日数对森林火灾也有影响。连续无降水日数越多，空气越干燥、植物为维持正常生长需消耗的水分越多，同时如果旱情严重可使草本植物提前干枯，因此火险发生的可能性越大。但本研究区范围小，气候条件差异不大，因此本文不予考虑。

4 火险等级区划

4.1火险区划操作流图

林业调查资料 数 字 高 程 模 型 坡 度 图 坡 向 图

地 形 图 3 林 相 图 森林火险区划图

图1 研究区火险等级区划流程图

4.2 各因子权重赋值

4.2.1 植被因子赋值

依据二类调查数据建立美撒乡林相图如图（1），根据林相图不同植被可燃性赋予不同植被相应权重值，在研究区有云南松，冷杉，高山松针叶林，栎树阔叶林，悬钩子草被等植被，其中针叶林极易燃烧，阔叶林较易燃烧，悬钩子不易燃烧，根据这些特性赋予各小班不同植被因子燃烧性。

图 1 美撒乡林相图

4.2.2 坡向坡度因子权重赋值

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由等高线生成TIN(图2)，TIN为不规则三角网的缩写，在地理信息系统中有广泛应用，是转为建立DTM(数字地面模型）数据而设计的一种采样表示系统。TIN克服了高程矩阵中冗余数据的问题，而且能更加有效地用于各类以DTM为基础的计算。因为TIN可以根据地形的复杂程度来确定采样点的密度和位置，能充分表示地形特征点和线，从而减少了地形较平坦地区的数据冗余。TIN表示法利用所有采样点取得的离散数据，按照优化组合的原则，把这些离散点（各三角形的顶点）连接成相互连接三角面（在连接时，尽可能地取保每个三角形都是锐角三角形或是三边的长度近似相等），由TIN生成坡度图和坡向图，再由3DAnalyst Reclassify进行重分类，形成最终坡度图和坡向图。如图3、4。再求各小班的质心点（Feature To Point），利用质心点提取各小班坡度值和坡向值（Extract Values to point），最后根据不同的坡度和坡向所占权重赋予相应的权重值。

图2 美撒乡 TIN生成

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图3 美撒乡坡度图

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图 4 美撒乡坡向图

4.2.3 人口因子权重赋值

由居民区建立500m、1000m、1500m三个缓冲区，再由工具Selection中Selection by location 选择提取出相应缓冲区的小班，并根据不同的缓冲区所占权重赋予各小班权重值，离居民区越近影响因子权重值越大，相应距离越远影响权重值就越小。

专题图中不同的要素根据其对森林火险的影响程度被分别赋予不同的火险等级值，建立火险等级转换成森林火险指数建立等级评价表（表1）。采用层分析法对各因子赋予合适的权重。然后采用因子加权叠置法整合所有因子专题层，

得到森林火险指数如表2。建立森林火险区划等级图如图6 计算公式如[2]：

FI??WiXji?15

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式中，FI为森林火险指数，Wi为影响因子，Xj 为各因子权重。

表 1 火线因子及其权重等级

编号 火险因子及其权重 类别 等级值 1 植被类型（0.50） 针叶林 10 落叶阔叶林 6 草地

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2 居住区缓冲区（0.20） <500 10 500-1000 6 1000-1500

2

3 坡度（0.15） 平坡0-5 0 缓坡5-15 2 急坡15-25 6 陡坡25-35 8 急陡坡35-48 10 4 坡向（0.15） 平地 -1-0 0 阴坡0-45,315-360 3 半坡45-135,225-315 6

阳坡135-225 10

表 2 火险区划

火险等级 危险性 易燃程度 标准分值 占研究区比重 一级火险 没有危险 不能燃烧 0-1 17.5% 二级火险 低度危险 难以燃烧 1-3 13.6% 三级火险 中度危险 较易燃烧 3-6 2.2% 四级火险 高度危险 容易燃烧 6-8 34.6% 五级火险 极度危险 极易燃烧 8-10 31.8%

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图 5 美撒乡火险区划图

5 系统设计

5.1 系统总体设计

ArcEngine[3]为一个嵌入式的产品面向开发者的产品。ArcEngine既可以将GIS功能嵌入到已有的应用软件中，如自定义行业专用产品；或嵌入到商业生产应用软件中，如Microsoft Word和Excel；还可以创建集中式独立应用软件，并将其发送给机构内的多个用户。本文借助ArcEngine、Microsoft Visual Studio 2008开发软件、C#编程语言等工具进行系统的开发。按照功能的不同，分为基本功能，基本查询及坐标查询三个模块[13]。系统总体架构图，如图7所示

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火灾等级查询系统 打开 浏览 放大 缩小 保存 基本属性查询 坐标查询 图 6 系统总体框架图

5.2 详细设计

5.2.1 基本功能

基本操作模块包括对象选择、地图放大、地图缩小、地图漫游以及全幅显示等能。对象选择：对要素对象进行选择；

地图放大：当要查看更多的地图信息，可用其对地图进行放大；

地图缩小：当要显示更大的范围对地图进行全局的浏览，可用其对地图进行缩小以便查看更大范围信息；

地图漫游：如果觉得有一些地图数据被遮挡，但想查看时可用其对地图进行平滑移动； 全幅：查看整个地图数据时，可用其将所以地图数据缩放为全幅； 5.2.2 条件查询功能

基本属性查询功能：输入不同查询条件查询所输入条件的相关区域各种信息。 5.2.2 坐标查询功能

坐标查询功能：依据不同坐标，查询该坐标下相应各小班的相关属性。

6 系统的开发与实现

6.1 系统界面的实现

系统界面包括主菜单、工具条、主视窗、属性视窗和图层框。系统界面如图：

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图 7 系统界面图

6.2 系统基本功能实现

系统数据的加载、放大、缩小、漫游和存储等基本操作功能，操作界面如图9

图8 基本操作界面

6.3 系统条件查询功能实现

根据数据库图层属性，分别根据两个字段查询字段相应实体，两个字段可以两者同时满足，即逻辑“交”，也可以两个字段仅满足一个，即逻辑“或”来查询相应实体。功能界面如图10

图 9 条件查询界面

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点击属性查询按钮，弹出属性查询会话框，用户根据查询目的设置查询字段，查询出用户条件满足的空间实体，以便用户实时动态快速了解区域火险情况。

6.4 系统坐标点查询功能

依据坐标点查询该坐标点所在小班的各种属性，功能界面图如图11，点击坐标点查询按钮，弹出坐标查询会话框，用户根据查询地理位置经纬度坐标查询相应坐标下地理位置的各种属性，以便快速便捷查询指定地理位置火险情况；

图 10 坐标查询界面

6.5 成果出图

图11 查询结果图

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七 总结与展望

为了减少森林火灾，我国已经投入大量人力物力，采取了许多措施。如利用卫星观测可疑热源点监控，在森林各制高点设置瞭望台监控，增加森林区巡视防火人员，加强森林火灾防火宣传等。并取得了许多成绩，但森林火灾每年仍然有发生。因此我们应加强对森林火灾的研究与防范。本文中可以看出森林火灾险区有其规律性，高火险区一般在坡度陡，离人类轰动范围近的，针叶林区域。通过对森林区域的火险区划，使我们了解到高火险区域，以便我们队这些区域实施高强度监控，便于森林防火管理。本文把森林火险作为基础数据，通过所学知识建立美撒乡森林火险等级查询系统，方便人们查询与搜索森林火险等级，以及火险等级区域属性。将GIS技术运用于森林火险区域查询，提高了小范围森林火险情况查询，并做好火险等防范工作。

当然该系统还存在着许多的不足，比如气候因素未被考虑其中，系统的功能不够强大，不能通过网络直接的查询等。希望能在以后的工作与学习中，完善系统的各项功能，弥补不足。

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致 谢

论文是在我的导师王道模老师亲切关怀和悉心指导下完成的。王老师的睿智、对知识孜孜不倦的追求、对教育科学研究的热爱、严谨的治学态度和治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。此外，还要感谢廖邦洪老师，陈东立老师，肖海老师，唐晓红老师，李天星老师等在大学四年对我进行过指导的老师，正是他们孜孜不倦的教诲，才使得我这四年得以成长。

此外还要感谢08级地理信息系统的各位同学，与他们的交流使我受益匪浅。四年我们携手走来，经历过辛苦与收获，共同成长共同前进，四年转瞬即逝，但这份友谊我将铭记一生。

时间的仓促及自身专业水平的不足，整篇论文肯定存在尚未发现的缺点和错误。恳请阅读此篇论文的老师、同学，多予指正，不胜感激！

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/dxwr.html