基于3S技术的森林防火道路规划研究

第34卷第3期20116测绘与空间地理信息

GEOMATICS ＆SPATIAL INFORMATION TECHNOLOGY

Vol．34，No．3Jun．，2011

收稿日期：2010－10－25

作者简介：耿艳辉（1983－），女，云南宣威人，助理工程师，学士，主要从事地理信息系统应用等工作。

基于3S 技术的森林防火道路规划研究

耿艳辉，葛俊涛，李明哲

（河南省地质测绘总院，河南郑州450006）

摘

要：利用3S 技术得到林相图的空间数据，依据森林防火道路规划的标准要求，通过给定的约束条件、规划目

标以及评价条件，分析森林防火林道初始布局，考虑各种影响最优分布的指标，对森林道路进行优化分析与规划，

得出最优规划图，实证分析表明此方法在道路规划中有很大的优越性。关键词：森林防火；3S 技术；道路规划；林相图中图分类号：P208

文献标识码：B

文章编号：1672－5867（2011）03－0171－03

Study on Road Planning for Forest －fire Prevention by 3S Technique

GENG Yan －hui ，GE Jun －tao ，LI Ming －zhe

（Henan General Institute of Surveying and Mapping of Geology ，Zhengzhou 450006，China ）

Abstract ：Using the 3S technique to get the spatial data from stock map ，according to the criteria of road planning for forest －fire pre-vention ，through the constraint condition ，planning objective and valuation conditions ，this paper analyzed the initial geographical distri-bution of forest －road for forest －fire prevention．Considering all indicators affecting optimal distribution ，optimizing the analysis and planning of the forest road ，then it got the optimal planning map．And empirical analysis confirmed the superiority on road planning．Key words ：forest －fire prevention ；3S technique ；road planning ；stock map

0引言

森林资源是人类生存的资源支持系统的重要组成成分。森林火灾是对森林资源危害最大的自然灾害之一，森林防火道路的规划工作是森林防火工作的基础。现行的森林防火林道规划方法，往往采用实地测量和小班调查相结合的方法，使用大量人力物力，效果却不太好［1－4］

。

3S 技术在森林资源防火，道路交通规划中的应用显然已

经十分广泛，技术上也比较成熟

［5，6］

。随着地理信息系统

（GIS ）技术的发展与综合应用，以地理信息系统技术为基础的森林防火信息系统建设成为当今森林资源保护技术发展的主要方向。利用3S 技术结合少量地面调查，借助遥感图像分类进行森林资源规划和森林防火研究，已成为森林防火林道规划设计的主要方向。

1技术基础

随着计算机科学技术的发展，使用3S 技术规划森林

防火林道体系已成为可能。建立森林防火林道规划设计模型必须以计算机技术为依托。地理信息系统（GIS ）不断发展促使可作为信息平台的软件的出现，建立森林资

源属性数据库和空间数据库（图形库）并进行彼此关联，并逐项分析各要素，输出最优路线解决方案，为森林防火林道规划创造了条件

［7］

。遥感（RS ）技术得到不断发展，

为快速准确、大量获取森林资源空间和属性数据提供了方便条件。全球卫星定位系统（GPS ）迅速发展，使空间定位精度大大提高，

这为快速准确地采集空间数据提供了有效工具。在使用3S 技术进行森林防火道路规划过程中，主要使用的技术有叠置分析、缓冲区分析、网络分析和3维空间分析。在进行上述分析后，建立森林防火道路选址模型，利用防火林道分布图（线状地物），森林类型分布图（面状），

森林水资源分布图（面状）等信息来求出森林防火林道最优候选地址。该过程的技术路线如图1所示。

2基于3S 技术的空间数据获取

利用“3S ”技术对森林防火林道规划设计易于克服传

统设计方法的缺陷，

可以综合分析森林资源的空间分布信息，不仅可以对大区域的森林资源进行宏观规划，还可对局部微观区域的森林资源变化进行监测；规划内容上，不仅对森林资源分布进行优化，还可以加强对方案实施

图1森林防火林道规划“3S”技术系统

Fig．1The3S technical system for forest－fire

prevention road planning

的精确性；在数据更新方面，利用“3S”技术的实时或准实时功能，能更好地完成最新信息的数据更新。基于3S技术的空间数据信息获取主要通过RS和GPS两种技术获取。

2．1基于RS林相图获取

利用遥感数据更新空间数据库，最直接的方式就是将纠正遥感图像作为背景底图，进行矢量数据的编辑修改。而对遥感图像数据进行分类，得到的数据可以添加到GIS数据库中。在对遥感图像分类时，首先进行分类特征波段的选择，其次是选择训练样区，然后训练分类器，最后对分类精度进行评价。

遥感专题林相地图获取的工作流程。遥感专题地图在编制过程中要完成遥感图像处理、地图数字化、TM图像精校正、图形整饰、输出等一系列工作。其中最重要的一步是要对合成和处理好的图像进行准确的几何精校正，使遥感图像的多中心斜墨卡托投影转为所要求的高斯－克吕格投影，同时纠正由于卫星姿态等原因造成的几何失真与畸变，使遥感图像与专题地图严格配准，这是保证成功地编制遥感专题地图关键所在。

在进行遥感图像处理时，首先进行多波段彩色合成，然后进行图像增强。图像增强的目的在于突出目标地物（类），增加图像的清晰性和可读性，同时抑制不需要的信息，排除干扰因素，主要过程是将原图清绘、扫描，再栅格图像矢量化，建立拓扑关系和遥感图像几何精校正等几个步骤。

2．2基于GPS数据采集

我国已完成了具有多种功能、多级分辨率、精度和密度合理的国家GPS A级、B级控制网，这些控制网为林区建立和加密控制网提供了必要的起算数据。分布于林区的各级国家等级三角点、导线点是GPS定位基础控制网可利用和依靠的数据。选择C，D，E级，应考虑林区面积的大小、森林防火道路规划、管理对GPS网点精度的要求。国家GPS网中两相邻点间距一般规定见表1。

表1国家GPS网两相邻点间距单位：公里Tab．1The distance between two adjacent control

points of national GPS network（Unit：km）项目C D E

最小间距521

最大间距401510

平均间距15－1010－55－2

若每个林区的控制网最小布设为大地四边形，并取平均间距的上限。考虑到从点到林区边界的距离不超过平均间距上限之1/2，则可得出结论：当林区面积＜100km2时，选择E级控制网；当林区面积＜400km2时，选择D级控制网，当林区面积＞400km2时，选择C级控制网。至于控制网点的精度，GPS网点不同于三角网，精度分布上表现出比较好的均匀性，完全能满足各种林区测量、定位、导航、差化基准点的需要。并且要根据林区地形起伏、面积范围，已有控制点分布、现有仪器方案可布设为三角网或环形网。使用静态GPS做完控制网测量后，就可以使用动态GPS技术RTK进行方便快捷的数据采集工作。利用这些高精度的数据就可以得到林区的地形图、水系和居民地数据，并结合遥感的土地分类利用影像，可以得到林相图数据。

3森林防火道路规划设计

3．1叠置分析

叠置分析与数据库技术相结合，将信息系统中存储的多种资源与环境因素叠加起来，以研究不同资源环境因素在不同组合中的状况和变化，并进行多要素综合分析和评价。

3．2水系缓冲分析

这部分主要分析水系以及与林区原有道路的相互联系，水资源是面状或线状区域，涉及的范围比较宽广，此处设置缓冲距离为100m。基于森林防火的需要，有效的可利用的水资源必须是分布在林区道路可到达的范围内，这样才可以进行取水，进而起到防火、灭火的作用。因此，首先考虑的是分析林区水系所能覆盖的有效范围，在此范围内的水系则是有效的可以提供森林防火目的有效水资源。

3．3道路缓冲区分析

对林区原有道路做缓冲区分析，考虑大多数消防设备的有效灭火距离，设置缓冲距离为100m。选择输出缓冲区生成新图层，并选择保存路径，完成道路缓冲区建立。输出生成缓冲区新图层，并应用ArcGIS的叠置分析

271测绘与空间地理信息2011年