基于ＧＩＳ空间分析的公交线网规划对策论应用模型研；作者：；作者单位：；周立；淮海工学院,空间信息科学系,江苏,222001；本文读者也读过(10条)；1.王学峰.洪燕君.WANGXue-feng.H；3.王志宏.祁国宁.潘旭伟.顾新建.WangZh；5.赵玉霞.赵俊琳.刘鹤对策论在距区域水环境管理；6.雷建平.丰淑云.LEIJian-ping.F；8.刘洋.
基于ＧＩＳ空间分析的公交线网规划对策论应用模型研究８１基于ＧＩＳ空间分析的公交线网规划对策论应用模型研究周立（淮海工学院空间信息科学系，江苏２２２００１）摘要探讨了现代空间信息系统支持下的对策论多元合作对策费用分摊策略问题。首先，从对策论基本原理出发，分析了费用分摊对策模型。针对公共交通线网规划中多元决策问题。提出了采用ＧＩＳ空问分析技术确定公交线网最优设计路径、路网最小营运费用预算、营运费用分摊分析模型与方法。介绍了模型在公交线网规划中多元决策领域中的应用实例。ＧＩＳ技术为对策论模型提供科学决策数据，有效的解决对策论应用中的瓶颈问题。关键词公共交通线网规划对策论费用分摊地理信息系统空间分析１引言设局中对象集合为Ｎ＝ｌ，２，…，竹各局中对象的策略集Ｘ１，…，ＸＩ‘城市公共交通线网规划问题是一个复杂的社会几个支付函数Ｐ。，Ｐ。，…，只其中Ｐ；（Ｘ１，…，系统工程，它不仅与人民生活密切相关，而且关系到弦）表示当局中对象ｌ采用策略Ｘ１，局中对象，ｌ用城市经济的可持续发展。城市公共交通线网规划建策略Ｘ一时局中对象ｉ所得到的支付。设处处存在矛盾、冲突、合作、共生等现象，研究处理Ｎ的任意子集为联盟，记为１１（Ｎ）。１１（Ｎ）上的这些现象是人类进步和城市发展的基础。对策论便一个实函数Ｖ（ｓ），若使联盟Ｓ通过协调其对象成员是一种采用科学语言处理各类带有矛盾因素的模型的策略所能保证得到最大赢得（最小支付），即定义的数学工具，这一年青的数学分枝，已成为人们分析为特征函数：复杂系统与作重大决策时的有力工具。其研究的方Ｖ（ｓ）一ｍａｘｍ，ｉｎ∑ｐ，（ｚ?ｙ）（１）法是从大量的同类现象中抽象出基本要素，进一步构造出能描述这类现象的模型。ＧＩＳ是理想的空间其中Ｘｓ表示Ｓ中全部成员的联合混合策略的信息管理和分析工具，它能模拟和分析预测客观世全体，ｙＮ—ｓ是Ｎ—Ｓ中全部成员的联合混合策略的界，快速提取相关城市海量信息，两者有机结合，在全体。合作对策的局中对象都应从联盟收人中分得各ＧＩＳ空间信息系统支持下，建立公交线网规划对策论应用模型，可望解决各种复杂矛盾，为人类作重大自的分额，用支付向量Ｘ一（Ｘｌ，．．．’Ｋ）∈Ｒ“表示，其中Ｘｉ表示第ｉ个局中对象所得份额，满足：决策提供一个理想的技术平台。本文试图在ＧＩＳ空间技术平台支持下，（如ＧＩＳｆⅪ≥Ｖ（｛ｉ｝）ｉ—ｌ，２，…，ｎ（２）量测分析、统计分析、网络分析、叠置分析、缓冲区【∑ｚｉ＝Ｖ（Ｎ）（３）分析等）探讨对策论中多元合作对策费用分摊模型的支付向量称为对策Ｖ的分配，分配全体用Ｅ（Ｖ）在公交线网规划中应用与实现，分析处理综合考虑表示，（２）式称个体合理性条件，它表明每个局中对费用最小目标公交线网规划，为达到每项固定需求象所得至少有它单独决策所得那么多，（３）式称为条件线网规划影响因素的综合影响比独立影响小的群体合理性条件，相当于假定大联盟Ｎ形成。分配目的，如何“合理地”分配费用这一棘手问题。集Ｅ（、，）中不被任何分配优超的分配，其全体称核心，记Ｃ（Ｖ），可表示为２对策论的基本原理满足２．１对策论基本概念ｆＳ（Ｘ）≥Ｖ（Ｓ）ＶＳ∈Ｎ【４）根据研究的背景和角度，在下文的叙述中仅针１ｘ（Ｎ）＝Ｖ（Ｎ）（５）对多对象对策中合作情形（合作对策）。的支付向量ｚ的全体，核心中的分配即为合作对策８２数字测绘技术与数字交通建设的解。其中优先考虑最不满意的联盟分配解称为核子，考虑局中对象优先进入联盟次序分配解称为Ｓｈａｐｌｅｙ值。２．２费用分摊对策模型在现实世界中，一些人或机构联合从事某项活动，希望通过这种方式使每个人应支付的费用比单独从事这项活动费用少，联合活动中“公平地”分摊费用是关键一环，设想有一个生产过程，产出旭种不同产品，若要生产Ｘ；个单位第ｉ种产品，生产者承担生产费用ｆ（ｚ。…Ｘｎ），假设第ｉ种产品产量为口；向各产品分摊费用的费用分摊规则为：ｒｌ３，＜ｃ（知），口＞２，（口）一Ｊ。盟３ｘｉ（ｔａ）ｄｔ（６）定义，：Ｒ牟一Ｒ为费用函数（，（Ｏ）＝ｏ）记Ｐ，ｌ为所有，ｚ阶费用分摊问题的全体，再令Ｐ＝ＵＰ”，函＾＝ｌ数Ｃ：Ｐ—Ｕ印如果满足：（厂，口）∈Ｐ４、Ｃ（ｆ，口）∈Ｐ”ｎ糕ｌ—Ｃ（．厂，口）∈Ｒ”。如果费用函数是可分的，即（，（ｚＩ’．．．’Ｘｎ）一九（ｚ。）＋…＋＾（ｚ。），则产品ｉ的单位费用一（ａｉ）／ａｉ。３ＧＩＳ支持下的公交线网规划对策论应用模型某城市主城区划分为东、西、南、北、中５大片区，公交专项规划需要从主城区中心向外围Ｎ个片区中心规划ｎ条公交线路。根据城市公交系统规划原则（王炜等，２００１）．以公交乘客分布量［０（０ｒｉｇｉｎ）一Ｄ（Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ）矩阵］为依据，以方便市民出行为目的，并兼顾公交企业效益。需考虑以下目标对公交网络进行优化。①为更多的乘客提供服务；②使全体乘客的总出行时间更小，这要求尽可能地缩短出行距离，减少换乘数次等；③路线／线网的效率最大；④保证适当的公交线网密度，即良好的可达性；⑤保证线网的服务面积率，减少公交盲区。可见，城市公交线网优化是一个非独立多目标规划的问题。处理这个多目标问题有多种方法，常用的有将多个目标合并成为一个目标函数，对所有目标采用多目标综合决策方法等。为了应用对策论费用分摊对策模型，采用将多个目标合并成为一个目标函数的处理方法，如八Ｎ．Ｂａｎｓａｌ（１９８１）提出的一个典型的费用最小目标函数，目标形式是在已知固定需求条件下所有乘客的乘车和等车时间费用和车辆运营费用之和最小，即：ｍｉｎＣＲ５岛，邑争，＋镀；．善，“。玛?磷＋专白，，善，（劬。爵‘若’（７）Ｚｆ，』∈Ａｒ～’ｔｏｆ式中，ＣＲ——公交线网系统的总费用（元Ｉｈ）；ｃＢ——运营费用单价（元／ｈ）；ＣＰ——乘车时间单价（元／ｈ）；ＣⅣ——等车时间单价（元／ｈ）ｓＱＪ——路线Ｊ的最大断面流量（人）；口ｆ厂一节点Ｊ，Ｊ间的公交需求Ｏ—Ｄ量；Ｃ——车辆的平均载客能力（人）；ＶｒＲ——车辆的平均运行速度（ｋｍ／ｈ）；Ｉｔ——路线Ｉ的长度（ｋｍ）；玛——路线Ｊ站点ｆ，．，间的距离（ｋｍ）；（醚——经过节点ｉ，ｊ的客运。一Ｄ需求量在路线ｊ上分配的比例；Ｒ——路线集合；Ａ广一路线Ｊ的节点（站点）集合。综合规划建立一个公交网络，可分析决策费用最小目标的规划方案。由于规划中目标函数需求条件随交通阻抗值的不同而变化，需要评价Ｍ个已知固定需求条件下费用最小目标方案经济指标一一营运费用，判断费用最小的最优公交网络规划方案，分析策略如下：３．１公交线网优化设计，选择最隹路径方案在ＧＩＳ网络分析功能支持下，通过建立共享的Ｎ个城市区域空间数据库和属性数据库，如图１．依据城市规划、公交出行时间、票价、道路条件、车辆条件、客流量等约束条件，建立障碍要素约束图层，以营运费用成本为网流量（资源容量），主城区中心为始结点，各片区中心为终结点，模拟生成公交网络图层，并进行最佳网络路径选择，即：设从主城区中心０至Ｊ片区中心的路网网络有Ｎ条，则应有：ＩＭＰＥＤ＝ｍｉｎ［ＩＭＰＥＤｌ（Ｏ，Ｎ）］ｉ≤Ｎ（８）式中ＩＭＰＥＤ为最小营运费用，ＩＭＰＥＤ，（０，Ｎ）为第ｉ种路径所产生的营运费用。基于ＧＩＳ空间分析的公交线网规划对策论应用模型研究８３公交线网优化设计建立公交线罔规划ＧＩｓ数据库空问数据库属性数据库，’’——————、，，———————、卜ｈ——＿——————１ｒ’、－————————１基础地理ｌＩ城市交通Ｉｌ社会经济发展Ｉ城市规划ｌＩ城市交通规ｌ城市交通流量信息敷据库ｌｌ路网数据库ＩＩ信息数据库ｌ、、－＿．．．．．．—．．—一，、－——．．．———．．．，／数据库｝ｌ划数据库Ｉ信息数据库ＧＩＳ建立公交线网规划障碍约束圈层缓冲区分公交线同规划选线设计析ｉ＜：＝＝＝＝＝＝：：＝］嶷策支生成公交线网规触Ｍ图层持计算路网阻强参敷ＧＩＳ网路嘲最小营运费用璜算络分析决生成量优路网圈层策支持杓建最傥路网费用矩阵公交线网规划营运费用分摊对镶分析圈ＩＧＩＳ支持下的公交线网优化设计梗型例如：从城市中心０至城市片区中心Ｐ的约束ｉ与．『公交线路所需营运费用。对任一联盟Ｓ∈Ｎ，路网路径有三条，第一条是经０１和０２号链弧，其营以ＳＵ｛０）为顶点集的最小费用生成树，记为：运费用ＩＭＰＥＤＩ（０，Ｐ）＝８＋３＝１１；第二条路径０３Ｅｓ一（ＶｓＢ）（８）和０４号链弧，其营运费用ＩＭＰ阢（ｏ，Ｐ）一４＋１５式中Ｋ为顶点集，即Ｖｓ＝ＳＵ｛０｝，Ｂ是ｎ边的集一１９；第三条是经０５、０６和０７三段的链弧，其营运合。ｎ的费用∑Ｇ，（ｉ，ｊＥＥｓ）。即把Ｓ中诸成员费用ＩＭＰＥＤ３（０，Ｐ）一３＋７＋３＝１３。因此，取连接到城市中心点所需的最小费用记为Ｃ（Ｓ），若考ＩＭＰＥＤ—１１，即第一条路径为在城市中心。至片虑大联盟Ｎ的最小费用生成树对策ＦＮ一（、，ＮＥＮ），区中心Ｐ间规划公交路网的最佳路径。对于每一ｉ∈Ｎ，记∥＝（ｉ，．ｆ（ｉ））为．ｈ中连接ｉ与０将满足式（８）的Ｓ条线路作为城市公交营运费的唯一路径中与ｉ相邻的边，引人向量Ｘ（１＇ｓ）＝（Ｘ。用分摊基础，构建出城市公交营运费用分摊模型的（ｎ）’．．?，墨（ｎ）），其中Ｘｉ（ＦＮ）为∥的费用，即Ｘｉ决策树。即依据此网络自动生成最优费用矩阵，支（ｎ）＝Ｃ／，歹（ｉ），ｘ（ＦＮ））显然是个分配，且可以从最持营运费用分摊决策。小费用生成树中直接读出，联合３．２营运费用分摊对策分析Ｘ一（９，８，１）设Ｎ＝｛１，２，３…靠）为公交线网集合，ｏ是城市（下转第８８页）中心区，假设Ｃ—Ｇｆ，是一个费用矩阵，其中Ｇ表示８８数字测绘技术与数字交通建设５。，最大升沉土２ｍ，误差影响大于１０ｍ。３．５定位几何图形的影响（５０ｋｍ）上可以实现的重复精度好于５ｃｍ。参考文献当卫星的最大高度角为９０。时，即测站在卫星轨迹的地面投影线上（也叫星下线），双曲面的交角很小，几何图形差，误差增大。一般认为，卫星的最大高度角在３０。一４０。之间所得的双曲面交角最好，定位误差最小。无论航速、航向误差，天线高程误差，船只摇摆和升沉的误差，引起的定位误差都与最大高度角有关。当最大高度角为３０。一４０。时，这些误差引起的定位误差较小；当最大高度角超过７０。时，引起的误差急剧增大。但是，当卫星的最大高度角过小时卫星临空的时间短，可获得的多普勒计数太少。同时，电磁被穿过电离层和对流层的路径增长，大气延迟影响增大，定位精度降低。兼顾这两种相反的几何图形较差情况，一般ＧＰＳ卫星海洋定位最大高度角为１０。一７０。最佳。［１］刘基余，李征航等．全球定位系统原理及其应用．北京：测绘出版社，１９９９［２］徐绍拴，张华海等．ＧＰＳ测量原理及应用．武汉：武汉测绘科技大学出版社，１９９８［３］李征肮，何良华，吴北平．全球定位系统（ＧＰＳ）技术的最新进展［Ｊ］．测绘信息与工程，２００２，２７（２）；２２—２７［４］陈永奇，李裕忠，杨仁．海洋工程测量．北京：测绘出版社，１９９１［５］谢世杰，奚有根．ＲＴＫ特点与误差分析ＥＪ３．测绘工程，２００２，１１（２）：３４—３８［６］张邦宁．ＧＭＳＫ信号相干扰解调及载波同步方法［Ｊ］．微波与卫星通信．１９９８（３）［７］秦冠峰，周世东．消除ＧＭＳＫ信号符号间串扰的迭代译码技术［Ｊ］．电子学报．１９９９（４）［８］周立．ＧＰＳ网约束平差基准可用性指标研究口］．测绘通报，１９９７（８）４结语ＧＰＳ实时动态载波相位差分系统的数据是在船上实时可用的，其所带来的精度的改进会大大提高施工作业的效率，这一点在工程中随时可以得到证明。则应用证明了使用该系统可以任何时间、任何速度下在航道的任意位置获得正确的高程。该系统的精度显著地优于验潮系统，在航道上最大距离．－４－－－－，Ｉ－－－－ｔ．－－－４－－▲－－４－－－．Ｉ－－－＋－－［９］周立ＧＰＳ－ＲＴＫ数据链误差特性的研究［Ｊ］．全球定位系统，２００５（１）Ｅ］０３Ｙ．Ｇａｏ，Ｊ．ＥＭｃＬｅｌｌａｎ，ａｎｄＪ．ＲＳｃｈｌｅｐｐｅ（１９９８）．”ＩｎｔｅｇａｔｉｎｇＧＰＳｗｉｔｈＢａｒｏｍｅｔｒｙｆｏｒＨｉｇｈ——ＰｒｅｃｉｓｉｏｎＲｅａｌ－－ＴｉｍｅＫｉｎｅｍａｔｉｃＳｅｉｓｍｉｃＳｕｒｖｅｙ，’’ＳｕｒｖｅｙｉｎｇａｎｄＬａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｓ，ＶｏＬ５８，Ｎｏ．２，ｐｐ．１Ｉ５一１１９．一＋一＋一—●一－－＋－－－４－－－ｔ－－（上接第８３页）对于Ｓ∈Ｎ，记Ｘｓ一｛ｅｉＩｉ∈ｓ），一Ｘｓ—ＥＮ—Ｋ，对于任一边的集合Ｂ，记ｒｅ（Ｂ）＝∑（ｚ，．ｆ）ＥＢＣｉ＂于是：用分摊，道路收费等问题，对策论应用模型将在ＧＩＳ空间信息系统的支持下广泛推广应用。参考文献Ｃ（Ｎ）一优（恐）＋ｍ（一Ｘｓ）（９）４结语基于ＧＩＳ空间信息平台的相关信息集成管理和可视化分析，为对策论在公交网络规划中的应用提供了基础平台，打破了常规表格和数据组成的数字屏幕格局，使研究数学模型不再是抽象，孤立的，而将研究对象和自己置于计算机模拟的自然和社会环境中，直观分析数据，得出更为科学合理的决策，本文探讨的公交营运费用分摊策略，除可处理交通工程建设费用分摊问题外，还可用于交通工程建设费［１］刘德铭，黄振高．对策论及其应用ＥＭ］．长沙：国防科技大学出版社，１９９５，２５—１１０［２］马智民，俞全宏，姜作勤．应用地理信息系统设计与实现ＥＭ３．西安：西安地图出版社．１９９６，９２—１４９［３］王炜，扬新苗，陈学武等．城市公共交通系统规划方法与管理技术ＥＭ］．北京：科学出版社．２００２，６０～１４７［４］郭仁忠．空间分析ＥＭ３．武汉：武汉测绘科技大学出版社．１９９７，１０８－－２００［５］周立．数字城市空闻管制动态信息采集研究ＥＭ３．北京：中国大地出版社．２００２，２０一６７基于GIS空间分析的公交线网规划对策论应用模型研究作者：作者单位：周立淮海工学院,空间信息科学系,江苏,222001 本文读者也读过(10条) 1. 王学峰.洪燕君.WANG Xue-feng.HONG Yan-jun 设备管理系统的排队论分析[期刊论文]-兵团教育学院学报)2. 朱承元.肖杨.ZHU Cheng-yuan.XIAO Yang 航空器地面运行优化研究[期刊论文]-交通运输工程与信息学报)3. 王志宏.祁国宁.潘旭伟.顾新建.Wang Zhihong.Qi Guoning.Pan Xuwei.Gu Xinjian 同级供应网络中产品的协同调剂研究[期刊论文]-中国机械工程)4. 李川 基于组件的网络流模型仿真[学位论文]20015. 赵玉霞.赵俊琳.刘鹤 对策论在距区域水环境管理中的应用分析[会议论文]-19986. 雷建平.丰淑云.LEI Jian-ping.FENG Shu-yun 对策论在工程施工中的应用[期刊论文]-水科学与工程技术. 杨立峰 上海公共交通,想说爱你不容易[期刊论文]-交通与运输2005(5)8. 刘洋.徐梦洁.孙雁.夏敏.胡亚明.Liu Yang.Xu Mengjie.Sun Yan.Xia Min.Hu Yaming 南京市公共交通用地利用强度分析[期刊论文]-中国发展. 李鸿.吴嗣亮.杨春山.LI Hong.WU Si-liang.YANG Chun-shan 对策论在雷达反干扰作战中的应用[期刊论文]-现代雷达)10. 胡光明.雷红尧.HU Guangming.LEI Hongyao 博弈论在公交枢纽规划布局方案评价中的应用研究[期刊论文]-中南公路工程)
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模型库的林业地理信息平台设计与实现
基于组件 GIS 和领域模型库的林业地理信息平台 设计与实现王佳 张冬有 李亚东 （1 北京林业大学测绘与 3S 技术中心）摘要：为了满足当前基层林场生产任务和业务管理的实际需求，针对其生产中面临着的一些问题，提 出了以组件式 GIS 和林业领域模型库为基础，建立林业地理信息系统平台的思想，实现森林资源的信 息化管理。林业地理信息系统平台包括森林资源数据管理功能模块、造林决策支持模块、林火管理功 能模块和林业专题图制作等功能模块，这些功能与林场日常管理业务高度集成。同时本文还对平台建 设的关键技术、开发平台以及功能实现效果作了详细介绍。 关键词：组件 GIS、领域模型、地理信息平台1 1 1我国共有 8000 多个国有林场，数以万计的乡镇、民营林场。随着森林资源开发利用， 人类生存环境保护之间矛盾的日益突出， 林场作为林业行业生产和管理的第一线， 在扩大森 林面积，提高森林质量，充分发挥林地生产潜力，改善生态环境，培育后备用材资源，改变 森林分布、改造自然面貌、满足林产品消费等方面具有重要作用。传统的管理方法在数据的 精度、 可靠性和现势性上都满足不了现代林场森林资源经营和管理的要求， 应用新的管理手 段代替传统管理方法势在必行。 建立森林资源信息管理系统是实现科学管理森林资源、 集约 经营、提高森林经营水平和森林可持续发展的重要手段。 传统的地理信息系统平台是以独立软件平台的方式运行， 它的地理信息管理功能强大而 完善， 但操作复杂， 软件价格昂贵， 很难适应当前我国林场一级森林资源经营与管理的需要。 面向基层林场设计开发的林业地理信息平台是一种满足小型化、桌面化要求，易操作的，能 与林场各种日常管理业务高度集成的地理信息系统平台[1]。 1 林场生产中面临的主要问题 1.1 森林资源档案管理 林场作为林业行业生产和管理的第一线，在日常生产和管理中积累了大量的数据资料， 目前基本上以数据库为主, 以小班为最基本的统计单位, 建立森林资源档案管理库, 并利用 台账资料, 通过有关的生长模型, 每年对数据进行一次更新, 来实现森林资源的动态管理。 这种管理只能对森林资源的数据状况进行统计, 各种相关图件(如林相图等)的制作还是采用 手工绘制, 或采用脱离数据库的计算机辅助制图, 统计信息与空间位置信息基本脱节,很难 保证小班的属性数据与图形数据的一一对应，这种“半自动化”的管理方法难以对空间数据 进行分析和实现真正意义上的数据可视化[2]。 1.2 造林规划设计 人工造林一直是基层林场生产经营活动的主体， 造林工作各环节中首要的， 也是最重要 的环节是造林规划设计，即造林决策。不同的地区、不同的立地、不同的人工林培育目标决 定选用合适的造林树种或种源(纯林)或者树种组(混交林)；采用合适的造林密度、整地方式、 种植点配置模式、种苗选择等等，是影响人工造林成效的关键因素。这里需要解决的主要问655题是如何科学、合理的选择造林地块和造林方式，提供植树造林所需要的各种背景资料等， 使经验主导转为科学决策。 这一工作对森林资源管理、 生态环境建设和实现林业可持续发展 具有重大的意义，迫切需要用新的技术手段来提高工作效率和质量，减少盲目性[2]。 1.3 林火管理 森林防火是林场生产中始终关注的一个方面， 林区对火灾的预报预测工作, 主要是以天 气预报和人工巡逻为主, 但是天气预报仅仅能够从气象的角度来进行预报, 而森林火灾发生 的原因是多方面的, 如植被本身的原因和地形的原因等。而且由于林区的面积太大, 地形复 杂等, 人工很难对所有的林区进行全面的监测, 同时, 人工监测在人力、财力和物力上都是 极大的浪费, 并且在资源上也难以保证。一旦发生火警，林区防火要求迅速地掌握火警、火 情、防火设施、人员分布及森林情况等，从而制定出应急措施。如何快速有效地获取各种空 间信息并利用这些空间信息来辅助决策，具有重大现实意义[3]。 1.4 林业专题图制作 林业专题图能直观地反应各种林业信息, 实用性强, 在林业生产中发挥着极其重要的作 用。传统的林业制图成图周期长、精度低、投入高，比例尺固定，成果单一难以保存，小班 数据库资料和图面材料是分离的， 不论今后资源数据如何变化图面资料都不会随之变动， 一 般都以地形图作为制作专题图的基本图， 在一些无地形图的地区更是无法进行。 并且在基层 林场中问题更加突出，多采用手工绘制，没有实现系统化和自动化。林场作为林业行业生产 和管理的第一线，只有规范、标准、经济、快速地制作各类林业专题图才能准确、及时的为 上级决策及管理部门提供科学的决策依据[4,5]。 2.设计思想 2.1 平台设计原则 林业地理信息系统平台应面向林场、面向基础，因此在具体的设计过程中，要严格遵守 以下几个原则： (1) 系统的完备性 (2) 系统的针对性 源管理的实际需求； (3) 系统的高效性 (4) 系统的易用性 (5) 系统的规范性 地理信息系统设计要合理的考虑属性数据和空间数据等，合理的组 由于本平台是面对基层林场，大部分业务人员不是专业的计算机人 林场地理信息系统平台的建设涉及到一系列的法规、政策、标准、 织数据，最大限度地减少数据冗余； 员，文化程度参差不齐，因此，操作界面的方便性将极大地影响到系统的顺利运行； 规范，系统的提供的功能必须满足相关的规定，保证数据、操作符合相关标准、规定。 2.2 林业地理信息平台开发关键技术 （1）组件技术 传统的地理信息平台作为一个独立完整的系统，各项功能不再是独立、无联系的，提供 了强大的处理和分析空间数据的功能，但它的缺点是系统复杂、庞大，使用户难以掌握, 且 费用昂贵，只能为少数用户所使用，与其他应用系统集成难度高，这在一定程度上限制了 林场地理信息系统平台的功能应尽可能齐全、 完备。 具备数据修改、 因该平台针对林场的森林资源管理，因此要充分考虑到林场森林资 显示、查询、制图、输出等功能，以满足林场生产经营的需要；656GIS软件的在基层林场中的推广应用。基层林场大部分业务人员作为平台的使用者并不是专 业的计算机和地理信息系统人员，他们熟悉自己领域内的业务，对于复杂的GIS算法和数据 模型并不熟悉，但仍需要在应用中实现复杂的GIS逻辑[6~9]。 林业地理信息平台的开发要遵循专业性、实用性、可推广性原则。组件式地理信息系统 开发技术为林场地理信息平台的建立注入了新的活力,带来了新的构建系统的思想和方法。 组件式GIS是在组件技术的基础上发展起来的。基于组件的开发(Component Based Development一种软件开发新范型，它是在一定组件模型的支持下，复用组件库中的一个或 多个组件，通过组合手段高效率、高质量地构造应用软件系统的过程。组件技术完全体现了 面向对象的原则和思想。 组件式GIS的基本思想就是在标准的组件式平台的基础上,将GIS 的 功能模块分为多个组件,每个组件完成不同的功能。各个GIS组件之间以及GIS组件与其他非 GIS组件之间不仅可以进行自由、灵活的通过重组，而且具有可视化的界面和使用方便的接 口通过可视化软件开发工具集成起来形成最终的GIS应用。林业地理信息平台基于GIS组件 开发，是针对基层林场日常管理业务定制的地理信息系统平台，充分利用组件GIS的优点， 这必将迅速地促进GIS软件在基层林场中的应用[8,9]。 （2）数据库技术 数据是系统运行的基础，只有在完备数据的基础之上才能使得系统的功能得到充分发 挥。数据库是组织、存储和管理数据的最为有效的手段。数据库可以采用数据模型来表示复 杂的数据结构，具有较高的数据独立性，可提供方便的用户接口，同时又很强的数据控制功 能，可大大增加系统的灵活性。 林场地理信息系统平台运行需要的数据，按照数据类型的不同可分为空间数据（Spatial Object） （包括：矢量图形数据（Vector）和图像数据（Raster） ）和属性数据（Attribution） ， 同时还会涉及到文档数据（Document）以及为实现数据共享和无数据管理而需要的元数据 （Metadata） 。按照数据的用途又可分为：基础数据和专题数据，如林区的基本图和小班数 据属于基础数据，各类专题图和防火资源数据、造林决策支持数据属于专题数据。 数据库设计包括三个层次：数据层，就是林场地理信息平台所需的所有空间数据、属性 数据的集成，是所有数据的物理层，它基于一定的标准和规范而建立的。同时元数据和文档 数据也不可缺少；数据管理层，就是针对数据采集、数据维护、数据交换、数据管理而开发 的数据维护系统；应用层，就是针对不同功能需求利用数据层数据开发的应用功能。 林场地理信息系统平台的数据库部分主要包括一下数据： 森林资源数据， 以二类调查数 据为基本信息源，同时包括一类、三类调查数据，以及林业工程专题数据；森林防火专题信 息数据，包括组织机构数据，工作人员数据，防火物资数据，防火线生物防火带数据，道路 桥梁，水域属性数据；造林专题信息数据，包括树种数据、造林专家知识数据，提供决策支 持；空间数据，包括矢量图形和栅格图像两类数据，数据内容包括行政区划图，基础地理信 息图，森林资源和森林防火专题信息图。 （3）三维可视化技术 传统的 GIS 空间信息一般只局限于平面信息，即 2D GIS。它提供给用户的仅为二维平 面图形， 缺少把基础地理数据及其分析成果直接转换为用户可理解信息的有效手段， 不能满 足人们的视觉要求。随着 GIS 应用领域的不断扩大，普及程度不断提高，人们对 GIS 的操657作界面和结果的可理解性提出了越来越高的要求。 可视化技术是改善操作界面、 提高结果可 理解性的有效手段。因此，三维可视化技术在 GIS 中的应用，一直是 GIS 开发人员和技术 专家们所关心的问题。 林业地理信息系统平台基于组件 GIS 的三维可视化模块开发三维显示、浏览及飞行功 能可以大大增强平台的可视化效果，也使平台更直观和容易接受。 2.3 开发平台的选择 本系统的组件式软件采用的是北京超图地理信息技术有限公司研制的大型全组件式 GIS 开发平台—SuperMap Objects 2008。 SuperMap Objects 是 SuperMap GIS 系列软件中的基础开发平台，是一套面向 GIS 应用 系统开发者的新一代组件式 GIS 开发平台。SuperMap Objects 基于 Microsoft 的 COM 组件 技术标准，以 ActiveX 控件的方式提供强大的 GIS 功能，适用于用户快速开发专业 GIS 应 用系统。SuperMap Objects 具有以下几种优点: （1）便于开发。SuperMap Objects 采用标准的组件技术， 目前流行的开发语言 （如 VB、 VC、Delphi、CB、PB 等）都支持这些规范，所以只要对这些开发语言熟悉，就可以进行开 发，不用去学习专门的 GIS 开发语言，使得开发变得更加简单。 （2）易于集成。SuperMap Objects 使用 ActiveX 技术的组件具有良好的亲和力（聚合 力） 。可以在程序设计阶段与其它功能的组件进行集成，使不同的功能组件在程序级别上就 无缝的集成在一起，形成紧凑的、一体化的可执行程序。 （3）性价比高。由于 SuperMap Objects 灵活的可裁减性，用户可根据应用需求仅选择 购买必要的组件，大大降低了使用的成本，可以获得更高的性价比，适合中小型地理信息系 统软件的开发。 MicroSoft Access 是当今流行的关系型数据库管理系统，它操作简便、功能强大，主要 用于中小型数据库，非常适合林场 GIS 数据库的建设。 MicroSoft 的.net 2005 是目前技术非常成熟的可视化集成开发环境，在这样的环境下我 们可以快速地开发，集成 GIS 功能和数据库应用，最终形成一套稳定的系统。 3．领域模型库构建 3.1 森林资源更新模型 （1）空间数据的叠加处理 SuperMap Objects 的对象库中提供了矢量图层叠加分析所需的 soOverlayAnalyst 对象 接口。 提供了基本的空间数据处理的方法和属性， Interset （叠加求交） 、 Union （叠加求和) 和 Update(区域更新)。本系统通根据用户选定的不同业务逻辑合理组织调用了 Interset、Union、 Update。函数实现了森林资源空间数据统计中的业务需求。658图 1 空间数据处理过程示意图（2）属性数据的叠加处理 根据森林经理学公式确定单个小班属性表的相关字段的值。以下是蓄积与面积计算方 法，其他字段的计算方法类似。 蓄积计算方法： V=VS×S；V 为小班蓄积，VS 为林分公顷蓄积，S 为小班面积。 面积计算方法：取 GIS 系统产生的多边形面积属性值或通过用户面积字段计算等两可 选种方式。 根据 SuperMap Objects 对象库中相关接口和方法遍历整个图层， 对每个对象进行多图层 拓扑查询确其算公式，从而实现属性表的更新。 3.2 林火蔓延边界预测灰色模型 灰色系统理论从 1982 年由邓聚龙创立到现在，已获得了飞速的发展，已渗透到自然科 学和社会科学的许多领域。 本系统的林火蔓延趋势预测是将灰色模型 GM(1， 1)模型与 MODIS 数据结合进行林火蔓延预测的相关理论研建的。 具体数学公式如下： 设X(0)= ( x (0) (1), x (0) (2), ???, x (0) (n)) 为非负序列，即 x (0) (k ) ≥ 0, k = 1, 2, ???, n ；kX (1) = ( x (1) (1), x (1) (2), ???, x (1) (n)) ，其中 x (1) (k ) = ∑ x (0) (i ), k = 1, 2, ???, n ；i =11 Z (1) = ( z (1) (2), z (1) (3), ???, z (1) (n)) ，其中 z (1) (k ) = ( x (1) (k ) + x (1) (k ? 1)), k = 1, 2, ???, n 2则称dx (1) + ax (1) = b 为灰色微分方程 x (0) (k ) + az (1) (k ) = b 的白化方程；将灰色微分方程 dt? ，如式(1): x (0) (k ) + az (1) (k ) = b 写成矩阵形式则为 Y = B ? a? x 0 (2) ? ? ? z1 (2) ? 1 ? 0 ? ? z (3) x (3) ? ? 其中 Y = ，B = ? ???? ???? ? ? ? ? 0 1 x n ?? ( ) ? ? ? z ( n) ? ?据的值。1 ? ? 1 ? ?b ? ?=? ? 。 ，a ? ??? ?a ? ? ? 1 ?式（1）通以上公式不难看出， 只要我们得到 3 个以上的数据序列， 我们就可以求出下个序列数6593.3 扑火辅助决策模型 （1）火点三角定位模型 首先通过三角函数求出两个瞭望塔 1、2 距火点的距离分别分 A、B，瞭望塔 1 的坐标 ，瞭望塔 2 的坐标为（x2，y2） ，待求火点的坐标为（x3，y3） ，解方程组可得到 为（x1，y1） 火点的坐标。如式(2):A 2 = ( x3 ? x1 ) 2 + ( y 3 ? y1 ) 2 B 2 = ( x3 ? x 2 ) 2 + ( y 3 ? y 2 ) 2（2）扑火战场预测模型 扑火战场的预测，是根据火点位置，选择的主攻扑火队位置并输入其它相关参数，根据 预测模型来确定扑火战场位置（即预测主攻扑火队与火前锋交汇位置） ，其中需要输入的参 数包括有速度参数（林火蔓延速度，扑火队伍前进速度） ，时间参数（发火时间，扑火队伍 出发时间） ，地形更正系数，扑火队伍与火前锋相对位置（在前，在后） 。 式（2）主风方向 OAD BC 图 2 火场预测示意图 图 4 中 O 点火点位置，C 点是扑火队伍位置，B 点是预测扑火战场位置，A 点是扑火 队伍所在位置 C 到火场椭圆长轴的垂足，D 点是扑火队出发时火前锋已到达的地点。 ， （如式 3） ： 预测扑火战场位置，首先要计算火前锋由 D 点蔓延到 B 点的时间 t3（c）t3 =2 2 2 2 2 L2 R + L2 2 R ? (V ? R )( L1 ? L2 )V 2 ? R2式（3）： 如果扑火队位置在火前锋前方，则计算 t3 公式（如式 4）t3 =2 2 2 2 2 ? L2 R + L2 2 R ? (V ? R )( L1 ? L2 )V 2 ? R2式（4）式中，R 为林火蔓延速度（米/分） ，V 为扑火队赶赴火场的行进速度（m/c） ，L1 是图中660AC 的长度（m） ，L2 是图中 AD 的长度（m） 。 再求火点到扑火队伍与火前锋的交汇点的距离 BO（如式 5） ： BO=[(t2-t1)+t3]R λ 为火前锋蔓延至预计火场的时间。 最后根据三角函数求解 B 点坐标即可。 （3）扑火最短路径模型 Dijkstra 算法用于求解一个有向图（也可以是无向图，无向图是有向图的一种特例）的一个点（称之为原点）到其余各点（称之为周边点）的最短路径问题。算法求解从原点出发的各有向 路径的从小到大的排列，但是算法最终确实得到了从原点到图中其余各点的最短路径。式（5）式中， λ 为地形更正系数 1.2-1.35 之间选择，t1 发火时间，t2 为扑火队伍出发时间，t3具体实现是分析预测扑火战场与选择的扑火队位置进行的。 （4）扑火资源配置模型 错误！未找到引用源。按可投入的扑火兵力，计算扑救时间（如式 6） ：t=P ( J 1 D1 + J 2 D2 ) ρ式（6）式中：J1 为扑火队 2 号工具数量（把） ，D1 为二号工具灭火定额（m/把分） ，J2 为扑火 ， ρ 为风力灭火定额系 队所带风力灭火机数量（台） ，D2 为风力灭火机灭火定额（m/台分） 数见表 1，P 为火场周长（m） 错误！未找到引用源。限定扑救时间，计算所需兵力及机具（如式 7） D2=8D1 每台灭火机需要 2 个人，每把 2 号工具需要 1 人 灭火机数量：扑救总兵力=1：n 一般情况下是大于 7 的整数J1 =(n ? 2) P （把） (n + 6)tD1 ρ P （台） (n + 6)tD1 ρZ=J1+2J2 式（7）J2 =限定时间进行扑救所需兵力 Z （5）阻火隔离带模型计算阻火隔离带的横长 L，阻火隔离带的顺风蔓延方向长度（带宽度）及阻火隔离带的 面积 S，计算公式如下： 错误！未找到引用源。 阻火隔离带横长 L（如式 8） L=a*C C=K*D式（8）式中：L 为阻火隔离带横长（m） ，C 为火头横长（m） ，a 为可靠系数 1.2-1.3 之间，K 为风力更正系数，风力 1-2 级时 K=0.8 风力 3-4 级时 K=0.6 风力 5-6 级 K=0.5 风力大于 7 级时 K=0.3，D 为起火点到阻火隔离带距离661错误！未找到引用源。 阻火隔离带顺风蔓延方向长度 l（如式 9） l=b*H式（9）式中：l 为阻火隔离带顺风蔓延方向长度(m)，H 为火焰高度（m） ，b 为可靠系数，风力 1-2 级时 b=3 风力 3-4 级时 b=5 风力 5-6 级 b=8 风力大于 7 级时 b=10 （如式 10） 错误！未找到引用源。 阻火隔离带面积 S（m2） S=L*l 4．功能模块设计与实现 4.1 功能模块设计 （1）数字地图基本功能 地图的基本操作功能：放大、缩小、平移、识别、量测距离，比例尺，坐标显示等，图 层的基本操作功能：显示、隐藏、移除、填加、集中到放大到当前图层等，属性查图，图查 属性，浏览属性表属性数据操作功能。 森林资源管理 森林资源二类调查数据的维护功能， 包括对图形数据及属性数据的维护操作， 包括对于 图形数据的添加，删除，修改、添加、删除图形结点，合并、分割旋转图形数据，二类调查 数据的更新，包括三种方式：一是输入外业 GPS 坐标点进行更新，二是输入 PDA 采集小班数 据进行更新，三是扫描林相图的数字化手动更新。林业专题图制作功能，可以提供单值专题 图、范围专题图、图表专题图，标签专题图等，专题图打印功能，可以将做好的专题图进行 打印输出，可以根据要求添加比例尺，图例，指北针，图名，图廓线等制图元素。报表输出 功能包括林业管理要求的常用的报表，可实现与小班数据的同步更新。 （2）林火管理功能 该模块主要实现了林火扑救决策中的火点定位，包括三种方式，一是遥感图像判读，二 是输入 GPS 坐标， 三是了望塔交会、 预测扑火战场、 扑火最短路径分析、 扑火资源有效配置、 阻火隔离带的正确设置等功能。另外可实现林火蔓延边界的预测功能。 （3）造林决策功能 平台将坡度图、坡向图、土壤图、DEM 图和森林区划图进行迭加、合并，最后生成进 行立地分析的面状图层， 图层中每个多边形地块具有各种主要造林立地因子的属性， 将此图 形作为立地分析的复合因子图层。 在适地适树分析中， 通过林业地理信息平台的造林决策支 持功能， 根据造林复合因子图层中的任一多边形地块的属性数据与专家知识库中相对应的复 合因子字段进行匹配，匹配的结果将得出该地块的适宜造林树种，供生产人员决策。 （4）三维可视功能 遥感图与 DEM 图叠加实现三维显示的效果，本平台提供林业三维图的三维浏览功 能，包括三维放大、缩小、自由缩放、漫游、平移旋转、绕 Z 轴旋转、场景恢复。三维飞 行功能包括设计飞行路线，飞行高度，飞行演示等。 图 3 为主要功能模块图： 式 （10）662造林决策支持 造林台帐管理 造林类型库管理 造林调查设计管理 权限管理 GIS通用功能 数据管理 专题图与符号 造林 基础模块 资源 资源消长统计 二类调查管理 一类样地管理 防火 火点定位 火场蔓延预测 最佳路径分析 防火隔离带设置 扑火资源配置 统计报表 打印输出图 3 平台功能模块图4.2 功能实现效果 下面是系统界面和几个特色功能的演示图片：图 4 系统运行主界面663图 5 扑火最短路径分析图 6 林火蔓延边界预测664图 7 三维飞行 5.结论与讨论 基层林场生产管理复杂， 但其关键的几个问题却与空间位置有关， 可适于地理信息系统 解决。我国的森林资源并不丰富，数以万计的林场管理着宝贵的国有森林资源，合理的利用 和保护这些资源始终是林业部门的重大课题， 提高林场这一基层生产单位的生产管理水平和 效益是这一切工作的基础， 解决其生产中面临着的一些问题对于提高其管理水平， 提高经济 效益有重大现实意义[10]。林业地理信息平台是针对基层生产经营林场的实际情况，满足基 层林场当前需求研制的地理信息系统， 为基层林场的数字化建设提供技术支持， 减少了大量 野外清查工作， 提供林场经营管理所需的一切数据和信息， 为林场森林资源管理和决策提供 准确、及时、全面的信息和依据，实现了对基层林场森林资源高质量、高水平、高效率、低 成本的经营和管理。作为现代林业的重要组成部分的基层数字林场建设有其广阔的应用前 景，基于组件 GIS 的林业地理信息平台必将成为现代林业的有力工具和必然选择，并将为 林业更大、更好地发挥生态、资源、环境效益做出重要的贡献。 参考文献[1] 杨 53 [2] 黄晓全 , 欧阳勋志.地理信息系统在森林资源管理与监测中的应用.森林工程.） ：9－11 [3] 李 红 舒立福 田晓瑞等.林火研究综述Ⅳ——GIS在林火管理中应用现状及发展趋势.世界林业 研究.） ：20－24 [4] 庾 晓 红 , 李 贤 伟 , 白 降 丽 .“3S” 技 术 在 林 业 上 的 应 用 现 状 及 发 展 趋 势 展 望 . 林 业 调 查 规 划 设 计.） ：1－3,7 毅,周汝良,李 靖等.基于 GIS 的营林信息系统的研究与开发.林业资源管理，2003,（2） ：50－665[5] 吴 [7] 刘浩 , 邓杰 , 帅艳林.GIS 在森林资源管理中的应用.林业调查规划.） ：4－7 丹,郑 坤,彭黎辉等.组件技术在GIS 系统中的研究与应用.中国地质大学学报.2005,27 （3） ： 263[6]张正祥,张洪岩. ArcObjects 组件在地理信息系统二次开发中的应用.GIS 技术.2004（2） ：46－49 －266 [8] 张宏群 , 史 悦 , 安裕伦等 .Com GIS 技术的资源环境信息系统研究与开发 . 贵州师范大学学报， ） ：72－75 [9] 林 菁.基于 MAPOBJECTS 控件的地理信息系统的开发.微计算机应用.)：108－113 [10] 史继军，张志平，刘宇等.3S技术支持下的林场生产管理系统的设计与实现.科技简报，1996（2） ： 19－21666基于组件GIS和领域模型库的林业地理信息平台设计与实现作者： 作者单位： 王佳， 张冬有， 李亚东 北京林业大学测绘与 3S 技术中心本文链接：http://d..cn/Conference_7163639.aspx
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