森林防火智能指挥平台技术方案书v101.docx
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森林防火智能指挥平台技术方案书v101
森林防火智能监测指挥平台
技术方案书
V1.01
2011-1-1
广东赛能科技有限公司
第1章前言
作为世界性的林业重要灾害之一，森林火灾具有突发性、灾害发生的随机性、短时间内能造成巨大损失的特点，会造成森林资源的重大损失和全球性的环境污染。
面对森林火险，能否及时发现险情、能否准确合理进行分析、快速制定应急方案、及时采取扑救措施、采取得当的应对措施等等成为如何预防和减少森林火灾损失的关键所在。
为此，如何有效预防、减少和控制森林火灾，国内外都在积极和努力寻找和建设既合理有效而又经济实用的系统解决方案。
森林防火一直也是我国森林管理工作的重点和难点，它关系着国家林业安全、环保护、生态旅游以及人民生命财产安全等国计民生的方方面面。
为了实现森林防火工作的科学化、信息化、规范化，贯彻“预防监控为主，积极扑救的方针”，真正做到灾情早发现，早解决。
需要一套能够完成森林防火监测和应急指挥工作的先进解决方案，以满足新时代林业管理信息化建设过程中的各种需求。
第2章
概述
2.1引言
面对森林防火的需求，作为专业的研发厂家，广东赛能科技有限公司基于森林防火监测和应急指挥系统建设的需求，结合国际林业特点和国内外先进技术，投入大量人力物力研发了森林综合管理智能化的全面解决方案——《赛能森林防火智能监测指挥平台》。
本平台利用地理信息（GIS）、遥感（RS）、全球定位系统（GPS）、信息技术、远程集中监控、数字微波技术、精确定位摄像技术和林火智能识别技术，结合专业森林管理知识、森林防火经验和计算机网络技术，建立了森林防火预警和应急指挥系统。
实现了远程视频智能监控、气象数据自动监测、林火智能预警、预警信息发布、应急指挥辅助决策、办公信息管理、森林防火预案、远程视频会议、监控检测数据存储查询、信息安全和授权管理等森林防火和应急指挥需求的功能，并完成了各级林业系统间信息的快速流转、森林防火安全的实时管理的要求。
实现森林防火业务的数字化、网络化、可视化和智能化，实现信息的规范管理和共享利用。
2.2森林防火技术一览
2.2.1.国际森林防火技术
国际通用的森林防火技术主要有：
陆地数字化远距离观察系统：
是一种采用数码摄像技术的森林火灾自动预警系统，典型系统代表：
目前在德国投入使用的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。
护林飞机和红外遥感火灾预警飞机巡逻：
利用护林飞机、无人驾驶预警飞机配合遥感技术对地面的高温地区、浓烟地带进行探测，配合。
典型使用代表：
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。
卫星巡回监测系统：
利用卫星探测地面上的高温地区、浓烟地带以及火灾遗址，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。
典型使用代表：
加拿大。
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。
2.2.2.国内森林防火技术
人工监测：
采用地面巡护和瞭望台监测相结合的方式：
地面巡护人员进行群众宣传，控制人为火源，深入了望台观测的死角进行巡逻。
对人员及车辆，野外生产和用火进行检查和监督。
通过瞭望台来观测和监控大范围的森林情况，确定火灾发生的地点，报告火情。
航空监测：
利用巡护飞机进行林火的探测。
国内有不少省市都购置了轻型飞机或消防直升飞机定期、定时按照规定路线对林区进行航空巡查，排除或监测火险状况。
卫星遥感监测：
利用极轨气象卫星、陆地资源卫星、地球静止卫星、低轨卫星对规定区域进行林火探测。
通过卫星遥感来发现热点，监测火场蔓延的情况、及时提供火场信息，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。
林火视频监测：
采用在林区布点进行视频录像，并将图像信息传回监控中心。
通过对实时林区图像的监测达到行林区防火监测的目的。
这种方式在近年来得到越来越多的应用。
2.3方案选型分析
目前，我国森林林区火险监控预警的方式主要有卫星监测、人工监测、航空监测、远程林火视频监测等四种方式。
采取哪一种方式作为森林防火监控的最佳方案，需要对这四种方式进行一一的分析：
卫星监测：
我国目前建有四个卫星林火监测地面站，分别是国家林业局卫星监测中心、西北卫星监测分中心、东北卫星监测分中心和西南卫星监测分中心，适用于对我国全境的林火监测，对于较大的森林火灾具有很好的监测效果，但对于面积较小的火灾以及天空有云雾遮挡等情况则无法监测。
其优点是：
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。
其不足是：
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。
当热点达到3个像素时，火已基本成灾。
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。
人工监测：
最普遍的林火监测方式，采用的地面巡护和瞭望台的模式，林区建有林火监测了望塔，监测人员在了望塔上对周边森林进行观察，发现火情后通过电话、电台等通信方式报告火情。
人工巡护的不足在于：
地面巡护的巡护面积、视野受限，确定着火位置时，易因地形地势造成误差；在交通不便、人烟稀少的偏远山区，无法进行地面巡护。
瞭望台监测方式在无生活条件的偏远林区难于设立，观察效果受地形地势的限制，覆盖面有死角和空白，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；必须依靠瞭望员的经验来预判火情，准确率低，误差大。
另外巡护员劳动强度大，在偏远林区内人身安全难以得到保障。
航空巡护：
利用巡护飞机进行林火的探测。
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。
不足之处在于：
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，飞行成本高，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。
远程林火视频监测：
近年来兴起的一种林火监测方式。
它主要运用视频监控技术和网络传输技术，通过安装在不同位置的摄像机将山林的影像信息实时传输到森林防火指挥中心。
与卫星林火监测相比，远程林火视频监控监测具有火情发现速度快、大火小火都可以监测、不受天气因素影响等优势；与人工监测相比，远程林火视频监控监测具有监测范围广泛等优势。
近两年在远程林火视频监测的基础上，又发展出更新的森林火灾智能监测方式。
森林火灾智能检测方式主要运用视频监控技术和网络传输技术，GIS地理信息技术、3S技术、图像智能识别技术等，通过安装在不同位置的大型户外摄像系统将林区的影像信息实时、清晰地传输到森林防火指挥中心、智能识别软件自动分析处理，一旦发现烟、火等疑似警情，自动触发报警并联动相关单位。
与第三种方式相比，森林火灾智能远程监测具有火情自动识别、响应速度快、昼夜都可以监测等优势，并能有效降低监控管理人员的劳动强度。
通过对以上四种国内主要采用的森林防火检测方式的综合分析，可以得知，根据我国的林业现状以及技术发展、林业防火投入综合性价比上来看，最好的监测方式是在远程林火视频监测基础上发展的森林火灾智能监测方式，是实现林火监测和应急指挥工作的最佳选择，也是森林防护工作建设的趋势。
第3章
用户需求分析
3.1森林防火建设现状分析
近年来，全球气候异常，干旱少雨的气候日益增多、范围扩大，森林火险等级随之增高；同时，随着造林面积的扩大和林区经济发展步伐的加快，森林面积增加，森林防火战线加长，入山人员增多，火源管理难度加大，森林防火形势日趋严峻。
针对森林防火的具体工作，面临着以下需求：
如何提高火险等级预测、火灾损失评估、火灾日常管理、火灾遥感监测等方面的科学化和信息化的决策分析水平；
在加强防火期间林区的日常检查和管理工作的同时,如何采用先进的现代信息技术,建立高效、可靠、实用的林火监控监测预警系统；
火灾一旦发生,如何能够迅速查明火情,分析火势,科学的制定灭火方案和调度现场灭火力等。
建设一个能够充分、妥善解决以上关键需求，具有综合性、系统性、功能性的森林火险监控预警和应急指挥系统，成为我国森林系统建设工作的迫切需求。
3.2设条件分析
森林防火工作的两大业务需求是火险预防的日常值守和突发事件的应急指挥，可分为常态业务（日常工作）和非常态业务（应急指挥）。
常态业务指没有发生森林火灾时的日常工作管理业务，主要是预防和应急准备工作，包括防火值班、林火监测、平台建设与维护、防火预案管理、火险预报、防火报表、人员和物资管理等；
非常态业务则反映了发生森林火灾时的应急指挥业务，涉及火情的监测、火灾扑救指挥、火灾的评估与重建等过程，包括突发森林火灾时的应急值班、火情实况监测、分析研判、火情报告、辅助决策、指挥调度、紧急信息发布、资源保障、火灾评估等业务。
3.3能需求分析
林区状态实时图像监控：
系统监控的林区图像清晰可辩，可以实时监控到林区的各种活动。
监控角度无死角，视距范围可变。
火险因子的气象数据监测：
系统要能够监测小环境内的森林火险因子的实时动态气象数据，从而为森林防火和应急指挥提供监测和辅助手段。
林火、烟雾的识别和定位：
能够智能识别林火、精确定位火点位置，并能自动报警。
火情推演：
能够根据当前火点的位置、风向、温度、湿度、地表温度、植被等火线因子的信息动态推演火灾蔓延的方向、面积、速度及强度，为扑火指挥提供科学的决策依据。
扑火预案：
一旦火情确认，指挥人员可通过大屏幕实时查看现场实时视频，借助系统辅助预案，结合现场实际情况，产生一套切实可行的扑火方案，可以联动相关的单位、人员以及扑火物资，得出扑救具体措施和最佳的切实可行的方案。
灾后评估：
林火发生后，系统能对灾区森林资源损失、生态环境影响做出相对准确的评估。
甚至能对灾后重建提供辅助决策的数据。
GIS：
二维地图与三维电子地图联动，管理人员可任意切换。
地图显示可任意放大缩小，支持鹰眼。
专题绘图：
林业管理工作人员可通过本系统的GIS地图进行专题绘图，专题遵循国家标准，包含森林资源、地形地貌、防火力量、社会资源等几个大类，要符合林业局的应用需求。
数据存储：
图像和其他数据可以实现不间断存储和传输。
能够实现不同要求的查询。
管理数据的存储要求安全保密，数据库的配置能满足系统运行。
日常办公：
林业防火管理工作人员可通过本系统实现日常防火工作的自动化办公，并能根据相应权限对系统信息进行管理和维护。
3.4环境分析
前端设备与自然环境：
林区所处自然环境随季节、昼夜、气候的变化而复杂多变，温差变化大，风雷雨雪气候变化多端。
要求前端设备能够适应复杂的环境状况，并能有效防雨防雷。
供电和传输网络：
林区范围区域广袤，地形复杂，不利于铺设地面线路，因此，前端设备的供电方式地设计不但要保证全年无间断可靠运行，还要节省成本；数据传输的网络设计也要量身订造，用以保证基站与各级监控指挥中心之间的数据传输流畅无阻、不易中断。
林区设备防盗：
前端设备大多数安装在无人值守的密林深处，因此须具有自动防盗报警功能。
3.5建设目标
森林防火预警和应急指挥平台的工程建设应满足以下几个要求：
高性价比、建设快速：
工程建设应充分考虑设备选型的性价比，既满足需求，保证技术先进性、专业性，又要投资合理，能够快速实现
功能齐全，易学易用：
系统要既能满足用户各种复杂功能需求，同时又要求系统操作简单，界面清晰，流程符合行业习惯，易学易用，并能提供在线帮助和技术支持。
最好具备一键开机功能。
高度安全、系统稳定：
系统要充分考虑复杂多变的地理和气候因素，信息安全有保证，防雷技术可靠，防盗方法可行。
系统能满足7×24无间断工作，无论是前端设备，还是整个系统，都能稳定运行。
全模块化、容易扩展：
系统设计必须基于全模块化设计，具有可扩展性，可以根据客户的需求和建设情况进行各功能模块灵活的增减和搭配，系统搭建好后要具有可升级功能，适合森林防火防护监控系统的发展要求。
3.6森林防火需求综述
建设一套可以实现林火监控、监测、预警及应急指挥的智能化平台是实施“加快林业发展”战略的重要组成部分；是全面提升各地林业局森林防火的现代化管理水平、促进城市林业建设和森林防火信息化建设实现可持续发展和跨越式发展的积极手段；是加速森林防火宏观决策科学化、监测预警智能化、指挥通信现代化的有效方式；是全面提高森林火灾的预防和扑救能力，切实保障林区人民群众的生命财产安全，保护国家宝贵的森林资源，巩固和发展生态建设成果，促进经济社会全面协调可持续发展的有效保障。
平台的设计应当采用当前先进、成熟的技术，要充分参考我国各省市森林火灾监控监测预警以及应急指挥的各种手段，结合各地的自然情况和市森林防火工作实际情况，以合理的投资实现对森林火灾的智能监控、智能火险预警、信息通信和应急指挥等。
平台搭建后应当能够极大地消除森林火灾的监控盲区，大大缩短发现火灾的时间，并能在必要时为森林火灾的扑救指挥提供强大的通信支持和辅助决策服务，从而为有效遏制森林火灾的发生、提高综合防控能力、改善防火基础设施、完善防火信息标准化体系、加大森林防火工作的科技含量打下良好的基础。
同时，该平台地建设还应当通过认真研究和论证，能满足建设规模适宜，资金投入适当，后期运行费用少的要求。
森林防火智能监测指挥平台，应当是一套将智能监控、资源管理、应急预案、指挥扑救、灾后评估等功能模块无缝融合，整合了地理信息（GIS）、大型集中监控技术、智能图像识别技术、森林火险气象因子监测、无线通讯传输技术的综合性森林防火联网智能监控系统，它将单一的森林防火系统提升到数字林业的综合管理高度，能够和省一级统一安排的防火应急指挥信息系统进行无缝衘接。
第4章
平台设计
4.1设计依据
赛能科技的森林防火智能指挥平台，在设计、施工、验收、维护时，严格执行以下规范：
《中华人民共和国森林法》全国人民代表大会1998年4月
《中华人民共和国森林法实施条例》国务院，2000年1月
《中华人民共和国森林防火条例》国务院，1988年3月
《中华人民共和国环境保护法》
《中国人民共和国公共安全》
《全国生态环境建设规划》国务院，1988年10月
《中共中央国务院关于加快林业发展的决定》中发[2003]9号
《全国森林防火“十五”计划及2015年规划》2001年12月
《国务院办公厅关于进一步加强森林防火工作的通知》国办发[2004]33号
《国务院办公厅关于切实加强当前森林防火工作的紧急通知》
《中华人民共和国无线电管理条例》中华人民共和国国务院、中央军事委员会令（第128号）
《林业局森林防火实施办法》
《林业局市县级森林防火指挥中心建设标准》
《林业局林业发展“十一五”规划》
《森林防火发展“十二五”规划》
《森林防火条例》
《森林重点火险区综合治理工程项目建设标准》
《安全防范工程技术规范》（GB50348-2004）
《安全防范系统验收规则》（GA308-2001）
《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）
《安全防范系统通用图形符号》（GA/T74-94）
《安全技术防范产品管理办法》国家技术监督局公安部令第12号
《视频安防监控系统技术要求》（GA/T367-01）
《报警图像信号有线传输装置》（GB/T6677-96）
《电气装置安装工程施工及验收规范》（BGJ232.90.92）
《无线局域网标准》IEEE802.11
《建筑物防雷设计规范》GB50057-94
《钢结构工程施工质量验收规范》GB5025-2001
《森林资源非空间数据》DF01-1110
《林业数字矢量基础地理数据标准》DF01-1311
《林业政策法规数据标准》DF01-1410
《林业文献资料数据标准》DF01-1430
《数据库建库标准》DF01-4100
《数据库软件规范》DF01-4710
《数据库管理规范》DF01-4200
林业局林业监控工程的相关具体要求
以及其他相关政策文件及建设标准
4.2设计原则
平台根据各市林业局的实际情况出发，以森林防火监控指挥系统结构配置的合理性、科学性和经济性为基础，严格遵照以下原则进行设计：
规范性原则本系统基于规范性原则，其设计与施工过程中严格执行国家标准和行业规范，设计、设备选型与施工均按照标准化进行，并遵从各项技术规定。
先进性原则软件配置和硬件选型都力求做到技术先进，安全可靠防范严密。
兼容性原则系统设计合理，从硬件的匹配到系统与特定环境的适应性，都有良好的兼容性。
模块化原则系统采用先进的模块化思路进行设计，用户可以灵活选择搭建系统，可根据需要，随时增加所需的功能模块，便于系统升级，节省投资。
前瞻性原则系统的设计充分考虑森林防火工作的发展需要，能充分适应科技的快速进步，预留了可扩展的接口和技术空间以满足和支持系统的扩展性。
易用性原则精心设计的系统遵循易用性原则，系统操作易学易用，监控管理高效快捷。
第5章
森林防火智能监测指挥平台综述
5.1主要业务需求分析
根据森林防火的需求，依据林业管理的工作流程对功能需求作了如下的功能划分。
1、非防火期
●日常信息管理：
信息录入与查询、报表制作、统计分析、专题制图等。
●防火设施规划：
监控点位置的合理规划和优化，确保监视范围完整覆盖林区。
对林区防火设施和扑火队伍进行规划，合理配置森林防火资源。
●林火扑救决策训练：
通过向指挥者提供各种图文资料，使其能针对各种模拟火场制定扑救方案。
2、防火期
●防火准备：
依据气象部门的火险天气预报与火险等级预测结果，或者自己的森林火险气象监测站的监测结果，及时做好防火准备。
●防火监测：
着重注意防火的监测工作
●防火准备辅助决策：
根据各地区的火险天气预报和火险等级预报，为各地提供相应的火灾预防措施、火源管理措施、扑火队伍战备措施等辅助决策意见。
3、林火发生时
●火情实时监测：
密切监测火情的实时动向。
●火情行为预测：
向决策者提供林火区位、蔓延速度、火场扩展趋势、火线强度等重要的火险行为数据。
●扑火辅助决策：
根据林火发生地的动态信息，利用本系统实现对扑火指挥工作的决策辅助。
4、林火发生后
●灾后评估：
林火发生后，对受灾面积、灾害损失做出相对准确的评估。
●灾后重建：
利用资源管理系统对灾后重建提供辅助决策的依据。
5.2系统平台简介
赛能科技推出的森林防火智能监测指挥平台，是基于地理信息技术、全球定位技术、遥测遥感技术、数字视音频技术、视频监控技术、图像智能识别技术、自动气象监测技术、无线数字通讯技术、网络技术等多种先进的技术于一体而开发出来的智能化系统。
该系统可以实现对林区的火情险情进行准确及时的监测和监控；对预警信息进行准确的定点定位；监控、监测和指挥信息在各级应急指挥中心之间的远距离、即时和无障碍传输；应急指挥管理和林业系统日常工作管理。
同时，考虑到各地政府相关部门对森林火灾预防和处理的高度重视的情况。
系统平台实现了多层级设计，通过多层级平台的联网管理架构，可以实现由省到地市到区县之间上下级各部门之间的管理、联动以及指挥等工作的互联互通。
5.2.1.平台总体构成
森林防火智能监测指挥平台的总体构成包含四大系统，11个功能模块构成，形成了一套综合了森林防火监测、现场监控、应急指挥预案、办公自动化、智能分析、地理图像、报表输出、专题图输出等功能，可以完整实现森林防火预警和应急指挥的综合解决方案。
森林防火智能指挥平台由以下子系统构成：
森林防火全时域监控系统
⏹森林防火远程视频智能监控系统
⏹森林火险气象因子监测子系统
森林防火预警和应急指挥系统
⏹智能林火识别报警系统
⏹森林防火预警信息发布系统
⏹森林防火应急指挥系统
⏹森林防火办公信息管理系统
⏹森林防火报表与专题图输出子系统
⏹灾后处理子系统
⏹信息安全及授权管理系统
森林防火视频会议及指挥中心系统
⏹森林防火视频会议及指挥中心系统
森林防火地理信息系统
⏹森林防火地理信息系统
系统构成如下图所示：
平台总体框架结构图：
从总体框架结构土可以大概了解赛能森林防火智能监测指挥平台的主要结构、功能和应用。
5.2.2.
多层级系统平台
基于林业系统森林防火工作的各地联动需求，本系统被设计成一个可以实现多层级联网监控管理的平台，具有远程集中控制以及多层级多元化联网管理的特点。
在平台的统一管理之下，所有林业系统的指挥中心、监控设备、报警设备、传输存储设备、外部设备、主机、系统等所有被管理对象都被整合为一个有机体，协同一致地高效运行。
各级部门都能对烟火、灾情、特殊情况和异常事件进行智能监控、实时查看；远程集中控制各林区、监测点设备工作；即便远程也能做到如同亲临现场般对异常事件的处理进行指挥，大大提高了森林异常事件的处理效率。
多层级结构示意如下图：
本平台从物理环境的组成来说，由省林业局监控指挥中心、地/市/州林业局监控指挥中心、区县林业局监控指挥中心、林区前端设备等组成，并经由专用网络联结，组成一个有机的整体。
以下简要介绍各级系统的构造和功能
省林业局监控指挥中心
主要功能：
远程监视：
可远程监视属下所有林区前端基站上传至本中心的监控信号和数据，电视墙可根据需要设置显示方案，实现图像显示组合和任意切换。
数据存储：
对于各基站上传至本中心的“报警”数据实时集中存储，视频数据存储量按照客户要求而定，至少满足3个月的记录需求。
报警处理：
实行远程7×24无间断布防，系统可对各林区的硬盘录像机进行报警设置，同时接收各林区发出的报警信号，GIS地图上动态显示相应的地理位置。
一旦火情确认，第一时间联动相关单位和人员。
扑救指挥：
指挥中心可根据电视墙动态显示的现场火情视频、通过GIS地图进行的智能火情推演，利用即有的网络体系，联动相关单位和人员，对全域范围内的扑火工作进行复杂指挥。
视频会议：
本中心可与下属各指挥中心实现远程视频会议。
报警系统自检：
报警系统能显示故障地址和状态（如线路中断、硬盘录像机死机、短信报警、传感报警等）。
智能检索和回放：
本系统支持图像智能检索，管理者可根据时间、网点、报警类型等条件搜索视频图像并回放。
此外，系统也可对各网点按时间、操作员、操作类型进行日志查询。
用户权限管理：
本系统具有多用户权限管理功能，可以设置不同等级权限，不同权限的工作人员在不同的权限范围内进行林业管理工作。
视频图像传输策略：
本系统具备前端报警视频图像的实时上传功能，远程监控软件具有网络断线后自动联接功能，网络带宽拥堵时优先保证业务数据上传的功能。
办公信息管理：
本系统完成本级系统部门的办公信息管理功能
预警信息发布：
完成预警信息发布功能
报表输出与专题图输出：
输出规定格式和自定格式的报表和专题图
地/市/州林业局监控指挥中心
主要功能
具有上级监控中心所具有的所有功能，在数据存储方面与上级监控中心有所区别，对于各基站上传至本中心的“报警”数据实时集中存储，同时，对于林区各基站上传至本中心的所有数据实时集中存储，数据存储满足90天图像回放的最低要求。
此外，本中心还具有以“参数设置”和“专题绘制、维护”两个功能：
参数设置：
系统可对各下属所有机构和前端设备进行录像机参数、摄像机参数、云台参数、报警参数等进行远程设置。
专题绘制、维护：
可通过GIS地图对下属林区的林业资源、防火资源、自然
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