森林监护移动GIS及火灾扑救设备调度关键技术研究

论文摘要

目前,随着天保工程的深入推进以及智慧林业要求的不断提高,林业工作的信息化、网络化和智能化已经成为森工企业适应新机遇、面对新挑战的前提和基础,也是加速林业现代化建设的重要手段。然而,作为林业现代化建设中最不可或缺的部分,森林监护工作由于监护面积大、监护人员监管难以及野外工作等缺陷,其现代化进展非常缓慢。因此,研究人员一直探求将先进的技术和方法应用到森林监护工作中,以提高效率,加强监督,实现监护数据的实时获取和高效传输。本文充分利用移动GIS具有的GPS卫星定位、智能终端携带方便以及无线网络互联等特点,在对其进行深入研究的基础上,将其应用到森林监护工作中,以实现森林监护工作的实时监护和数字化跟踪管理。本文研究和总结了森林监护工作的国内外发展现状,分析了目前实际工作中存在的问题,并确定将移动GIS应用到森林监护工作中；并且,针对于移动智能终端自身存在的有限带宽和计算能力与对位置的依赖性等劣势,及其在森林监护工作中的应用难点,确定了本文的研究方向和主要研究内容,即最大限度的发挥移动GIS在森林监护工作中的作用,实现森林监护工作中基于位置的各种空间信息服务。本文对基于移动GIS的森林监护空间信息服务进行研究和分析,确定适合本系统的空间信息服务体系。在移动通信网络方面,采用了卫星网络和广域蜂窝网络混合的通信网络；在移动定位技术方面,采用了混合移动定位技术；在移动GIS信息服务模式方面,采用了离线和在线两者混合的信息服务模式；在WebGIS实现策略方面,采用了客户端策略和服务器端策略相互补充配合的混合策略。为了最大限度的发挥移动GIS在森林监护工作中的作用,本文对矢量空间数据压缩、空间数据存储与管理、空间数据索引、空间数据渐进传输、空间数据缓存以及火灾扑救设备的分配与调度等关键技术进行研究。在对各矢量数据压缩算法进行比较分析的基础上,提出了基于多目标优化的Douglas-Peucker矢量数据压缩算法,以寻求在矢量数据压缩过程中压缩率和压缩误差的最优组合；在对前人研究进行总结分析的基础上,提出了去冗余动态四叉树空间索引算法,以实现移动GIS的空间数据索引；对空间数据渐进传输和空间数据缓存进行研究,以实现空间数据的优化传输,提高用户的查询效率；对森林火灾扑救设备的分配与调度进行研究,以实现多出救点多目标的森林火灾扑救设备优化调度。为了对本研究进行实际检验,本文对基于移动GIS的森林监护系统进行研究。对系统的功能需求和数据需求进行分析,并根据系统的需求进行系统的体系结构设计、功能设计和系统流程设计,再根据系统的设计进行系统功能实现。为了解决无线网络环境下的安全问题,对系统的相关安全策略进行探讨。该系统在黑龙江省塔河林业局进行实际应用,并取得了较好的效果。通过对森林监护移动GIS及火灾扑救设备调度关键技术进行研究,能够实现森林资源监护巡查过程的全方位数字化跟踪管理,极大地提高林业监护工作的效率,从根本上遏制谎报、瞒报和旷工等现象,对森林的人为破坏和自然灾害做到及时监护和报警,防止国有资产的大量流失,产生极大的经济效益和社会效益。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 森林监护发展现状
• 1.3 移动GIS的国内外研究发展现状
• 1.3.1 国外研究发展现状
• 1.3.2 国内研究发展现状
• 1.4 研究的目的和意义
• 1.5 研究的内容和论文组织结构
• 2 移动空间信息服务技术研究分析
• 2.1 移动GIS技术研究
• 2.1.1 移动GIS概述
• 2.1.2 移动GIS的特点
• 2.1.3 移动G1S体系结构
• 2.2 无线移动通信网络
• 2.2.1 无线广域网络（Wireless Wide Area Networks,WWAN）
• 2.2.2 无线局域网络（Wireless Local Area Networks,WLAN）
• 2.2.3 无线个人区域网络（Wireless Personal Area Networks,WPAN）
• 2.2.4 卫星网络（Satellite Networks,SN）
• 2.3 移动定位技术
• 2.3.1 基于网络的定位技术
• 2.3.2 基于终端的定位技术
• 2.3.3 混合的定位技术
• 2.4 移动GIS信息服务模式
• 2.4.1 离线服务模式
• 2.4.2 在线服务模式
• 2.4.3 混合服务模式
• 2.5 WebGIS技术
• 2.5.1 WebGIS概述
• 2.5.2 WebGIS的特点
• 2.5.3 WebGIS的功能
• 2.5.4 WebGIS的实现策略
• 2.6 本章小结
• 3 矢量数据压缩算法研究
• 3.1 矢量数据压缩概述
• 3.2 矢量数据压缩基本算法
• 3.2.1 垂距限值法
• 3.2.2 角度限值法
• 3.2.3 Douglas-Peucker算法
• 3.2.4 基于小波技术的压缩算法
• 3.3 基于多目标优化的矢量数据压缩算法
• 3.3.1 多目标优化理论基础
• 3.3.2 矢量数据压缩多目标优化问题描述
• 3.3.3 基于多目标优化的Douglas-Peucker矢量数据压缩算法求解
• 3.3.4 算法验证与分析
• 3.4 本章小结
• 4 移动GIS矢量空间数据组织管理和渐进传输研究
• 4.1 空间数据组织存储与管理
• 4.1.1 服务控制中心数据存储与管理
• 4.1.2 移动终端数据读取显示数学模型分析
• 4.1.3 移动终端数据存储与管理
• 4.2 移动空间矢量数据索引
• 4.2.1 空间索引技术的比较与分析
• 4.2.2 基于四叉树的空间索引算法分析
• 4.2.3 去冗余动态四叉树空间索引算法
• 4.3 移动空间矢量数据渐进传输
• 4.3.1 矢量数据渐进传输思想
• 4.3.2 矢量数据渐进传输研究现状及存在的问题
• 4.3.3 渐进传输的体系结构
• 4.4 空间数据缓存技术
• 4.5 本章小结
• 5 森林火灾扑救设备分配与调度的研究
• 5.1 森林火灾扑救设备数量确定的数学模型
• 5.1.1 火灾扑救设备数量问题数学分析
• 5.1.2 数学模型构建
• 5.1.3 数学模型求解
• 5.2 森林救灾设备调度模型的研究
• 5.2.1 多出救点多目标问题描述
• 5.2.2 多出救点多目标数学模型
• 5.2.3 基于理想点方法的模型求解
• 5.3 最短路径求解算法
• 5.3.1 Dijkstra算法描述
• 5.3.2 Dijkstra算法分析与改进思想
• 5.4 森林火灾扑救设备分配与调度的实现
• 5.5 本章小结
• 6 基于移动GIS的森林监护系统研究
• 6.1 系统需求
• 6.1.1 系统功能需求
• 6.1.2 系统数据需求
• 6.2 开发平台及软硬件环境
• 6.2.1 ArcGIS Server平台介绍
• 6.2.2 ArcGIS Mobile ADF
• 6.2.3 ArcGIS Mobile ADF开发
• 6.2.4 系统开发软硬件环境
• 6.3 系统设计
• 6.3.1 面向对象用例分析
• 6.3.2 系统体系结构设计
• 6.3.3 系统功能设计
• 6.3.4 系统主要流程设计
• 6.4 系统主要功能实现
• 6.4.1 森林监护系统主界面实现
• 6.4.2 森林巡护坐标采集的实现
• 6.4.3 移动终端地图功能的实现
• 6.4.4 巡护管理功能的实现
• 6.4.5 巡护基本信息维护的实现
• 6.5 系统安全
• 6.5.1 无线传输的安全性和完整性
• 6.5.2 系统应用安全
• 6.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢