宇视科技森林防火方案.docx

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宇视科技森林防火方案

森林防火监控系统建设方案

第一部分、概述

1.引言

1.1概况

森林火灾是世界性的林业重要灾害之一，随着中国造林事业的不断发展，防火工作成为首要任务。

森林防火必须贯彻“预防为主，积极扑救“的方针，真正做到早发现，早解决。

目前，基于无线/有线网络技术的远程无线监控系统，已广泛应用于森林防火监控领域。

森林防火远程监控系统，由森林防火指挥部监控中心、传输系统，以及前端采集点构成。

前端采集点，一般设置在林区各消防瞭望塔制高点上。

包括彩转黑低照度全天候透雾摄像机、长焦距透雾电动变焦镜头、定位云台、网络视频编码器。

各监控点通过传输系统，将图像传输到监控中心；监控中心不仅可以获得全面的、清晰的、可录制并回放的多画面现场实时图像，而且还可以对前端摄像机焦距和云台运动进行操作和控制,通过云台的实时角度回传，结合GIS系统可以实现火灾发生点的经纬度定位；前端可选设置智能化微型气象站，可以实时的了解当前监控点的风力、风向、温湿度等数据，为森林防火指挥提供有力数据信息；满足当前森林防火的各种要求。

通过森林防火远程监控系统，森林防火指挥中心能实时监控林区现场实况，及时发现火情，起到预防火灾的目的。

火灾发生时，该系统能将现场图像实时传回指挥中心，为指挥中心的远程指挥调度提供有力的保障，最大限度地减小火灾造成的损失；该系统能真实记录火情发生、发展和消灭的整个过程，为火情的预防、治理提供真实有效的历史资料。

1.2国际通常森林防火技术

国际上现有的森林防火报警技术：

德国：

FIRE-WATCH森林火灾自动预警系统

德国投入使用的FIRE-WATCH森林火灾自动预警系统，正常监测半径10公里，安装该系统每套需7.5万欧元，而在勃兰登堡州安装需要120-130套，约1000万欧元。

美国：

护林飞机和红外遥感火灾预警飞机巡逻

美国利用“大地”卫星在离地面大约705公里的轨道上绕地球运转，探测地面上的高温地区、浓烟地带以及火灾遗址。

美国使用无人驾驶林火预警飞机进行24小时监测，虽获得了成功，但耗费了巨额资金。

加拿大：

加拿大采用卫星巡回监测系统

加拿大采用从卫星上发射电磁射线检测林区温度，当检测出某一林区局部温度上升到150℃～200℃，红外线波长达3.7微米时，便是火灾前兆，立即测定具体温度，采取措施及时防火.同时，加拿大林区采用多架配备先进的直升飞机轮流监测森林火灾，飞行费每小时需5000-6000加元。

国外的技术有的虽然可靠，但需要借助高空卫星，且施工太复杂；有的技术方案基础实施投资太大，多达几十万美元，投入成本过高，这些难以满足我国森林资源监测的实际需要。

1.3国内采用的监测方法

●地面巡护

地面巡护，主要任务是向群众宣传，控制人为火源，深入了望台观测的死角进行巡逻。

对来往人员及车辆，野外生产和生活用火进行检查和监督。

存在的不足是巡护面积小、视野狭窄、确定着火位置时，常因地形地势崎岖、森林茂密而出现较大误差；在交通不便、人烟稀少的偏远山区，无法进行地面巡护，需用各种交通工具费用及人员工资费用，只能用视频监测方法来弥补。

●瞭望台监测

了望台监测，是通过了望台来观测林火的发生，确定火灾发生的地点，报告火情，它的优点是覆盖面较大、效果较好。

存在的不足：

是无生活条件的偏远林区不能设了望台；它的观察效果受地形地势的限制，覆盖面小，有死角和空白，观察不到，对烟雾浓重的较大面积的火场、余火及地下火无法观察；雷电天气无法上塔观察；了望是一种依靠了望员的经验来观测的方法，准确率低，误差大。

另外了望员人身安全受雷电、野生动物、森林脑炎等的威胁。

●航空巡护

航空巡护，是利用巡护飞机进行林火的探测。

它的优点是巡护视野宽、机动性大、速度快同时对火场周围及火势发展能做到全面观察，可及时采取有效措施。

但也存在着不足：

夜间、大风天气、阴天能见度较低时难以起飞，同时巡视受航线、时间的限制，而且观察范围小，只能一天一次对某一林区进行观察，如错过观察时机，当日的森林火灾也观察不到，容易酿成大灾，固定飞行费用2000元/小时，成本高，租用飞机费用昂贵，飞行费用严重不足，这就需要用定点视频监测来弥补其不足。

●卫星遥感

卫星遥感，利用极轨气象卫星、陆地资源卫星、地球静止卫星、低轨卫星探测林火。

能够发现热点，监测火场蔓延的情况、及时提供火场信息，用遥感手段制作森林火险预报，用卫星数字资料估算过火面积。

它探测范围广、搜集数据快、能得到连续性资料，反映火的动态变化，而且收集资料不受地形条件的影响，影像真切。

存在的不足：

准确率低，需要地面花费大量的人力、物力、财力进行核实，尤其是交通不便的地方，火情核实十分重要。

在接到热点监测报告2小时内应反馈核查情况和结果。

卫星遥感监控森林防火的其不足是：

1.热点达到3个像素时，火已基本成灾。

2.从卫星过境到核查通知扑火队伍时间过长，起不到“打早、打小、打了”的作用。

为弥补以上手段不足，浙江宇视科技有限公司根据林业局实际情况设计了“森林防火无线数字化监控预警系统”可以实现快速、准确、实时的监控林火情况，配合林政管理、生态建设管理及林业活动等功能实现各种管理。

2.本方案的特点优势

“森林防火无线数字化监控预警系统”利用先进的智能化监控设备对林区进行全天候的远程监控、监测，避免了原始人工了望观察火情的局限，实现了林区管理数字化、科学化，大大减少了林业部门的费用支出和管理成本，提高了林区企业的效应。

该系统特点有：

超低照度夜视/透雾摄像机：

夜视像机具有0.001lux或更低的超低照度能力，配合像机本身的场积累功能在微光的情况下还可以对林区进行清晰监控；透雾像机利用透雾波滤光技术，可以穿透雾气，清除雾天对系统可视距离的影响，并具有深化云烟的能力，让林火发生的初期就很容易被系统进行识别并报警，减小损失；

定位云台：

高精度定位云台，可以让监控位置间的回转速度达到10度或更高，定位精度达到0.0125度，变速控制方式，重点部位可以设置预置点，随时进行快速切换；并可实时回传云台水平、俯仰角度数据给GIS系统，实现对火点的经纬度精确定位；

长焦距镜头：

高倍率长焦镜头的使用可以让每个监控点覆盖极大的了望空间，使设备的投资发挥最大的效用；日夜型长焦镜头还具有修正红外焦点的功能，当夜晚或打开透雾监控时修正由红外光带来的焦点偏移情况，还原系统清晰的图像；

设备防盗：

由于系统设备造价较高，又处于野外无人地带，所以设备安全至关重要，配置设备防盗报警系统可以保护用户投资，保护设备安全，并能对入侵目标触发报警，对发生的破坏事件进行全程录像，为挽回损失提供有力证据；

风光互补供电系统：

由于施工困难，所以野外设备供电采用风光互补发电系统方式逐渐被人们所青睐，我们通过对传统光伏供电系统的改进，利用风光互补发电系统转换效率，为前端设备提供稳定可靠的不间断供电系统，我们在监控GIS平台上可以实时的看到每套系统的发电情况；

无线传输：

可依据实际情况主干网络采用300Mbps远距离无线数字微波传输方式，避免野外系统施工的难度，缩短系统建设周期，移动灵活，同时可以搭配单兵巡逻系统和无人驾驶飞机系统.

网络综合视频管理平台：

对前端视频进行解码，并做视频流转发、录像、回放、设备管理、多用户权限管理等服务，实现整个系统的集中管理和维护；

GIS（地理信息系统）：

和设备间及时联动，实现地图点与实际监控位置的协调一致，可以让您快速地从地图概念切换到实际的视频图像，或者从视频图像快速切换到地图位置，并可获得各类地形、地貌等信息；

林火自动识别系统：

利用专门定制开发的林火自动识别报警软件，通过对被监测对象的视频数据流进行处理，根据森林背景图像和火灾、空间几何特征、纹理特征进行比较，选择合理方式、设定报警门限值进行判决报警，并控制云台对火点的跟踪。

识别率在85%以上；

短信报警：

可配置短信发布火情信息，让林管人员及时对报警进行确认，和及时采取抢险救灾措施；

3.与传统森林监控系统对比如下：

方式/比较

森林防火无线数字化预警系统

传统森林监控系统

部署复杂度

复杂度低

一个激光夜视透雾摄像机覆盖大面积区域

复杂度高

大面积区域需要大量摄像机，且某些地方根本无法覆盖，如港口、海湾、山林

雾天正常监控能力

通过专用的透雾成像技术，雾天也可以正常监控

雾天超出能见度无法监控

夜间监控能力

利用星光级摄像机，通过激光光源，在夜间可清晰看到远处图像

多采用一体机，照度差，无法监控，即使增加红外灯仍然距离有限

变速物体跟踪能力

适应不同距离和速度目标移动，准确跟踪

对于远距离运动物体跟踪困难

和应用软件结合能力

标准通讯协议提供和各类应用软件结合

单一的应用软件，扩展性差

GIS联动能力

整合功能，可实现双向互动

无，仅能单一的监控，无法实现视频和地图联动

林火报警能力

利用专用林火自动识别软件，识别率85%以上，并可结合人工识别

人工识别

火点定位能力

系统自动对火点经纬度进行精确定位，并在地图上进行标注，可结合人工定位

对于大面积的林区人工定位不准确，不直观

网络功能

可以通过无线数字微波可以实现林区监控点和林场管理站通信和上网

没有这个功能

气象环境接口

我们预留了，气象接口和环境探测接口

没有这个功能

第二部分系统简介

“森林防火无线数字化监控预警系统”引进国际上先进的防火技术，以国内价格水平提供国际品质的优质、稳定的森林防火监控系统。

该系统是以森林火情监测为主，将GIS技术、纳米波透雾技术、数字图像处理技术等高新技术综合应用于森林资源管理中的高科技产品。

本系统在监控森林火情的同时，还可以对森林资源、生态环境、森林病虫害及野生动物等进行有效监控。

系统构成图示如下：

系统中每个前端采集站有独立地址编码，且每个前端采集站的坐标与地理信息系统中的位置一一对应，通过安装在前端采集站的定位云台巡回监控覆盖区域的林区火情，一旦发现火情，GIS系统接收到特定地址编码的定位云台回传的位置数据，即可实现火点定位功能。

同时，启动后台的短信发布平台第一时间通知防火相关领导和人员。

系统还可以提供最近扑火队前往火情点最短路径以及通往现场的主要道路和通行能力，提供防火隔离带的位置和阻火能力，以及赶赴火场的时间等重要信息，相关领导可以在监控中心进行远程调度指挥。

系统以数字设备的监控方式，通过传输网络将采集的信息、数据传输到防火监控指挥中心，利用GIS（地理信息系统）对发生的火情、火警区域实现定位，并实时做出分析判断，确定扑救方案，将火险控制在萌芽状态。

同时对大量资料数据进行储存、处理和分析，对今后的森林防火预防工作起到指导和参考决策价值。

●获取信息：

利用建立分布在火灾易发区不同至高点的野外信息采集站，获取覆盖范围内的监控视频图像、环境信息，实现全天候不间断监控；

●动态监测：

在数字化网络平台系统的支持下，将视频图像及其它信息实时、同步传输到防火监控中心，实现真实观测林区的动态情况；

●火灾预警：

如有火情，利用GIS地理信息系统，提调相关数据了解并掌握火场的基础情况，实现准确定位，同时通过专业林业数据库分析，得出一套切实可行的扑火方案，确定扑火的人、机、物力量的配置，得出扑救具体措施和最佳路线方案；

●预报分析：

参考林区物候、可燃物特性数据,利用专家数据库模型进行综合分析,预测出相应地区的森林火灾等级数据。

“森林防火无线数字化监控预警系统”避免了原始人工了望观察火情的局限，实现了林区管理数字化、科学化，大大减少了林业部门的费用支出和管理成本，提高了林区企业的效应。

该系统在监控森林火情的同时，还可以对森林资源、生态环境、森林病虫害及野生动物和乱砍乱伐等林业活动进行有效监控。

1.前端设备

前端由采集定位系统、传输系统、设备防盗监控系统、避雷接地系统、智能太阳能供电系统等组成：

风光互补设备安装现场图

2.中继设备（适用于无线传输）

中继由无线网桥、传输天线、智能太阳能供电系统、避雷接地系统等组成；

3.中心控制设备终端由网络视频管理系统、地理信息系统、林火自动识别报警系统、短信发布平台、传输系统、电视墙系统、UPS电源等组成。

现在的视频监控系统正在向数字化方向发展，并且与地理信息系统（GIS）结合也是其发展的必然方向。

经过与地理信息开发部门的合作，我公司应用定位云台与地理信息系统无缝连接，成功的投入使用，将定位云台所返回角度将送入地理信息系统，并在林业地理信息系统上进行精确坐标定位。

4.防火指挥中心

无线远程控制与通讯是指挥中心的主要功能，即通过指挥中心可完成对林场各个地区的通讯指挥工作，同时在指挥中心可以实现对火情地区的实时监视、控制功能。

以指挥中心为核心将各个系统进行整合，实现办公的信息化网络化，通过有线、无线调度系统完成对下属部门的命令发布、工作查询、人员调配工作；同时把监控系统与地理信息系统进行无缝结合，完成对林区的监控、以及资源调查工作。

第三部分系统方案设计

“森林防火无线数字化监控预警系统”项目由防火指挥中心（监控中心），传输系统，前端视频、音频、数据采集系统，终端处理系统，铁塔，防雷接地，野外供电等组成。

各个前端视频、音频、数据采集系统包括：

视像采集、报警采集、气象数据采集、定位云台系统、太阳能供电及防雷、铁塔及接地系统及防护系统。

1.建设目标

⏹获取信息：

利用建立分布在不同至高点的野外信息采集站，获取覆盖范围内的监控音视频信息、气象信息，实现全天候不间断监控。

⏹动态监测：

在传输系统支持下，将视频图像及其它信息实时、同步传输到防火监控中心，实现实时观测林区的动态情况。

⏹预案处理：

监控中心配备林火自动识别报警系统，其主要任务是自动接收来自林火检测子系统的图像，进而根据图像上的信息来自动判断是否起火，并唤醒监测人员进行交互式的林火识别，最后做出确定的林火报警（有或无），如有火情，利用GIS地理信息系统，提调相关数据了解并掌握火场的基础情况，实现准确定位，同时得出一套切实可行的扑火方案，确定扑火的人、机、物力量的配置，得出扑救具体措施和最佳路线方案。

2.功能需求分析

“森林防火无线数字化监控预警系统”项目是以森林防火信息为重点和主要对象，以地理信息为中心基础，基于成熟的传输技术、IP技术的网络视频系统和数字定位技术的，集防火信息管理、生态建设管理为一体的，为森林防火及其它林业工作服务的综合应用系统。

该系统应具有以下特点：

A.投资省，建设快，无线传输方式特别适合无通信线路、无电能、无道路情况。

B.可实现远程图像实时图传和控制，通过前端设备实时掌握现场情况。

C.视频信息可在IP网络上传输，用户可在网络上的终端看到现场的图像。

D.系统具有可扩展性，系统具有升级功能，适合森林防火防护监控系统的发展要求。

E.界面清晰、操作简单。

F.具有森林地理信息系统等辅助系统。

G.火点经纬度定位。

H.林政资源管理及生态建设管理信息系统和其他林业信息系统。

“森林防火无线数字化监控预警系统”前端信号采集平台采用CCD透雾摄像机（大倍数夜视镜头）+野外定位云台+传输设备，由于该系统强大的数据处理和系统集成能力，可以实现在一个平台上完成数字图像监控采集、传输、防盗报警监控管理、远程控制等功能，从而降低系统的造价、提高了监控维护的效率并降低了使用难度。

采集平台可以高效的压缩处理接入的图像，通过电脑监视器就可以实现所有图像的实时动态监视，同时利用该系统可以调用存储在硬盘中的历史资料，本系统采用业内顶尖压缩技术MPEG-4/H.264算法，压缩比高达1:

500。

此外实现了自动磁盘空间动态检测功能，图像动则录，不动则不录或慢录。

另外系统还可以灵活的设置报警信号和图像的联动关系，当系统发生报警时，通过事先的设置，可以启动相应的摄像机录像及报警输出功能。

同时控制中心也可同时得到报警信号，并可通过远端控制进行实时监控观察等功能。

监控服务器提供了对前端采集工作站的分层次管理，对用户的分级权限管理；用户可以根据需要通过网络将前端音视频数据实时存储在中心服务器上；服务器数据库记录了所有视频资料信息（视频文件可以是分布在各个采集工作站或服务器）、报警信息、监控点信息、其它数据信息，一般用户通过WEB登陆服务器，可以在统一的界面查询任何对他授权的信息；对于前端和中心之间不支持多播的网络环境，服务器提供了单播到多播的数据转发，这样中心的多个人员查看前端的实时流大量节省带宽。

3.设计原则

“森林防火无线数字化监控预警系统”项目设计和功能的实施将遵循以下原则：

先进性：

所谓先进是指要求采用的产品和系统是当代先进计算机技术的应用成果，具有一定的前瞻性，特别是符合计算机和网络通信技术最新发展潮流并且应用成熟的系统。

保密性和安全性：

必须符合国家的安全标准和要求，以保护内部信息特别是密级信息不被非法访问。

系统设计时应充分考虑数据库和应用系统的安全性，建立身份认证、权限认证，彻底屏蔽内外非授权用户的非法访问。

智能化：

系统中采用的产品和系统本身必须具有智能特征，比如自主编程、记忆功能、主动检测等；前端设备与系统必须有良好而可靠的通讯能力和故障自动检测、报警功能等等。

网络化：

在计算机网络技术高度发展和广为应用的信息社会，设计完成的监控系统中所采用的产品和系统，必须与计算机网络技术相结合，实现各个子系统的信息共享，才能适应时代的前进、技术的进步，满足更广范围巡查的要求。

实用性：

我们这里讲的实用是指要求所采用的产品和技术经过了市场的考验，能满足目前监控系统的需要而无华而不实之嫌，决不搞盲目投资、浪费资金。

兼容性：

考虑到国家林业局、区林业局已建成的或在建的防火信息系统，本系统能与区林业局、国家林业局的防火信息系统接轨和共享数据；同时考虑到今后重新开展森林资源调查后资源数据库与最新卫星影像的更新问题；另外，本系统能够妥善处理好与上下级防火信息系统的连接，做到与相关已建立好的信息系统的兼容。

成功应用：

系统设计采用的产品和系统，必须是经过了一定时间市场考验的成熟产品，特别是在国内应该有成功的应用案例。

合理配置：

系统设计时，应对需要实现的功能进行合理的配置，并且这种配置应该是可以被改变的，甚至在工程完成后，功能、配置的改变也是可能的和方便实现的。

良好操作：

系统的前端产品和系统软件均具有良好的学习性和操作性。

特别是操作性，应使一般水平的管理人员，在粗通电脑操作的情况下通过培训能掌握系统的操作要领，达到能完成监控任务的操作水平。

可靠性：

设计必须遵守的原则是保证系统的可靠稳定运行。

这个原则要兼顾到两个方面：

✧系统运行可靠－✧系统的运行要求可靠。

要求从计算机的配置到系统的配置、前端设备的配置都要仔细考虑这个问题，对所有的设备进行认真的可靠性认证。

✧保存和恢复设置方便－✧在实际运行中，即使系统的故障率非常低，也会因为各种意想不到的原因而出现问题。

所以在系统设计时要考虑到系统设置数据的方便保存和快速恢复。

开放性：

即使是最先进的系统，也有随时间的推移而落后的可能。

在系统设计中，我们选用产品和系统时，应充分考虑系统的升级、扩展、维护问题，设计应全面、周到，注意预留到位并留有充分余量,以适应未来发展需要，主要体现在以下方面：

✧智能化升级－✧系统的软件是最有可能升级的，选用的系统管理软件必须有厂家的免费升级承诺。

升级的操作应该相对简单，由系统管理员即可完成，不需要繁复的操作和专门的技术。

✧模块化结构－✧为方便硬件的维护和升级，设计时采用的设备应为高度集成的模块化产品。

由其组成的系统应是模块化结构。

这样便于系统的维护和升级。

✧经济性－✧为了确保投资合理性，要在满足其它基本原则的基础上选择性能价格比最优的系统和产品，从而使系统投资物有所值，不造成盲目投资

4.设计依据

《民用闭路监视电视系统工程技术规范》（GB/50198-94）

《系统接地的型式及安全技术要求》（GB14050-93）

《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）

《安全防范工程验收规则》（GA/T308-）

《工业电视系统工程设计规范》（GBJ115）

《安全检查防范系统通作图形符号》（GA/74-94）

《火灾自动报警设计规范》（GB50116-98）

安全防范工程费用概预算编制办法（GA/T70-1994）

视频安防监控系统技术要求（GA/T367-）

用户需求

5.功能概述

“森林防火无线数字化监控预警系统”项目为监控控制人员提供监控控制功能，正常情况下摄像机在云台带动下工作在广视场自动扫描方式下时，观测人员在监控中心可观测到一定范围内的森林、道路、人员等实况图像，系统可进行全程录像；若遇异常情况，工作人员可及时将摄像机从自动状态下转为手动状态，并对有关目标进行跟踪、定位、放大，以便更加仔细全面地进行观测。

防火信息系统的主要功能如下：

1）监控指挥屏幕墙可以实时显示前端采集点的图像；

2）数字图像可以通过无线通讯和计算机网络实现远程传输；

3）所有视频图像进行全程录像存储，并可以对以往的历史图像进行查询和回放；

4）采用野外定位云台，具有实时回显角度信息功能；长焦距镜头（普通型或日夜型）配备远程可控滤色片高清晰夜视摄像机或透雾摄像机，具有全天候监控、透雾、深化云烟功能，可以通过专用操作键盘或监控软件控制云台和镜头；

5）通过设置的监测点,实现整个有林面积的监视范围达到95%以上；

6）系统安全性高，采用人员身份认证、访问控制功能和审核功能等方式保证系统安全可靠；

7）查询简便性：

采用时间流设计，可由时间、日期、前端采集点完成资料检索；

8）数字网络传输模式，方便与其他防火中心及其他森林防火管理相关部门连接；

9）防盗告警，在监控点装置红外探头，有盗窃破坏者入侵时监控中心告警，保护用户投资，或将损失降低；

10）火情识别报警：

当监控摄像机扑捉到林火时，系统具有的火情识别功能，可及时告警并联动报警录像，提醒值班人员察看显示画面，及早发现火情及火点位置；

11）GIS管理系统：

以电子地图（甲方按要求提供）为基础,实现地图基本操作功能,实现对森林火灾的分析预报,森林防火工作的动态管理，为防火提供直观的规划和决策支持。

12）火灾定位功能：

利用前端采集系统中的定位云台，在地理信息系统里将每一个监控点进行地址编码，同时将每一个监控点的坐标直接落实在电子地图上，这样地理信息系统一旦接收到特定编码的定位云台回传的位置数据，通过建立特定的位置转换数学模型，实现定位功能。

同时，系统具备实现人工定位功能。

13）辅助决策功能：

GIS信息系统提供最近扑火队前往火情点最短路径以及通往现场的主要道路和通行能力,提供防火隔离带的位置及赶赴火场的时间等重要信息。

14）电源系统:

电源供给在全天候的环境下,保证系统不间断供电；

15）防雷接地系统:

系统要有安全的防雷接地保障措施,确保系统能够安全运行；

16）系统配置设备网络管理系统，实现对各类设备的综合网络管理。

视频监控报警系统、地理信息系统（GIS）是本项目建设的核心，是防火指挥平台对整个系统的日常管理和防灾的指挥都是在这两个平台上完成。

本系统主要任务是以现有的森林资源数据库、林区资料、森林资源统计数据、防火力量的配置、人员分布情况、历史数据等标准的及非标准的资源基础上，使其数字化、规范化、矢量化。

实现森林防火信息的规范化、标准化管理，纵向达到和有关部门数据交换和信息共享，为各业务部门提供资源数据的查询、更新等相关服务，实现信息共享，充分发挥信息系统的资源优势，建立高质量、高效率的管理系统。

开发一套森林防火辅助决策系统，为领导决策和机关办公提供服务，全面提升森林火灾的综合防御和控制能力。

工程建设的主要功能是在硬件设备和远程网络的基础上，建设森林资源GIS数据库和以及基于GIS公共数据库的