森林草原火险因子自动监测系统

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森林草原火险因子自动监测系统

时间：2023-02-17 14:22

一、森林草原火险因子监测背景

建设生态文明，关系人民福祉，关乎民族未来。建设生态文明，树立尊重自然、顺应自然、保护自然、绿色发展的理念，坚持保护优先、自然恢复为主的方针，生态保护任务日益繁重。森林是陆地生态系统的主体，是人类生存发展的根基。森林防火是生态文明建设的安全保障，是森林资源保护的首要任务，是国家应急管理的重要内容，事关人民生命财产和森林资源安全，事关“山水林田湖生命共同体”安全，事关国土生态安全，森林防火责任重于泰山。目前，缺乏统一的森林火险预警平台，火险预报模型适用性不强，火险要素监测站密度低，建设标准不统一，设施设备运行维护管理不到位。急需加强预警监测，完善分级预警模式和响应机制。

火险预警是预防工作的先导，林火监测是实现森林火灾“早发现”的关键环节。针对预警响应机制不完善、林火监测的精度和时效性不高、瞭望存在盲区的现状，利用信息化技术和现代高科技手段，加强新技术应用，创新预警模式，强化响应措施，构建完善的森林火险预警响应体系。按照国家自然灾害应急能力规划要求，加强国家森林草原火险感知网络建设，我公司自主研发集成了“森林草原火险因子自动监测系统”,该系统能通过数据采集与智能传感技术结合，依托先进的物联网或北斗传输技术，实现对森林火险因子中的地表温度、地表湿度、可燃物含水量、枯落物含水量、腐殖质含水量、土壤含水量、可燃物物候等要素的全方位分层监测，并融合大气压力、风速、风向、雨量、光照度、空气温度、空气湿度等气象要素监测，进行森林火险等级评估，能够更全面、准确地评估森林火险，预测数据准确，预测范围广泛。依托省级应急管理综合应用平台，充分利用实时接入的森林草原火险监测预警数据，制作火险因子监测分析、火险等级评估、火险告警等数字化产品，并实现与国家森林草原防灭火信息共享平台对接。为科学指挥决策提供精准的森林草原火险感知大数据支撑，实现森林草原火险自动监测与实时精准预警，提升本地区森林草原火灾防范能力。

二、森林草原火险因子自动监测系统

传统森林草原火险因子监测依赖于气象监测数据和人工调查方式。这些监测方法主要针对影响火险等级的关键因素进行观察和记录，以评估火灾发生的可能性以及火势的蔓延趋势，这种方法存在一些局限性。

我公司自主研发集成的“森林草原火险因子自动监测系统”具有自主知识产权，完全符合国家自然灾害应急防火监测建设任务书的规范要求，满足新形势下森林草原火灾防控工作需要。该系统可野外长时间智能感知并自动测量地表凋落物含水率（综合表层、内层）、地表温度、地表湿度、地表物候状态、土壤含水率、空气温度、空气湿度、环境光照度、风速、风向、降雨量及大气压等火险因子，实现分钟级数据的加密无线传输或提供北斗短报文通讯服务，保障数据对接过程中的物理与环境安全、网络和设备安全、应用和数据安全，形成由森林草原火险因子自动监测系统与森林草原火险监测预警平台组成的火险等级预报体系，对接省级应急管理综合应用平台，为建立森林草原火险因子感知网络提供数据支撑，最终实现与国家森林草原防灭火信息共享平台对接。按照统一标准、共建共享、互联互通的原则，以高端、集约、安全为目标，在充分利用国家基础地理信息系统和“林地一张图”等森林资源信息以及其他情报信息的基础上，应用新一代信息技术，加强森林防火基础数据库及其管理系统建设，采集火险因子、视频、图像、数据等业务信息，构建全国统一的森林防火大数据平台。

三、火险监测系统建设

森林草原火险因子自动监测系统的布点需考虑气候、地形、地貌和可燃物类型的差异。依照森林火险区划标准，在具有代表性的气候、地形、森林类型分区建设一个自动监测系统。根据选址标准规范，选择靠近阳坡的最易燃的典型林分区域建设。

多因子火险感知、精细化预警等功能，提升各地区森林草原火灾防范能力。火险等级预报体系该系统的全部部件产品均为国产化产品，自主研发的数据采集器，采用加密算法对数据进行主动保护，能够保证数据存储的安全性；采用加密的数据传输协议保护，确保数据传输的安全性和完整性。目前该系统已经野外稳定运行六个月以上，数据质量良好，可靠，通过系统运行测试，具备性能稳定，精准，可靠，性价比高。可燃物含水量与气象要素之间的关系, 揭示其环境因子, 为森林草原火灾预测预报、地表可燃物的管理等提供科学依据。

四、监测指标

地表温度、地表湿度、凋落物含水率、土壤含水率、可燃物物候、气象要素（大气压力、风速、风向、雨量、日照度、空气温度、空气湿度）等组成。

五、监测指标布设

六、监测系统特点

1.测量精度高，系统工作稳定可靠，维护量少,实用性强，工作效率高，低功耗、高稳定性、高精度、可无人值守，产品技术指标符合火险因子观测规范要求;

2.不低于128位的加密算法保证感知数据安全上报，可把数据传输至监控平台实时显示前端采集点的数据，包括相关数字信息如坐标、时间等;

3.预装电脑桌面、手持终端软件实现了远程、实时监控，数据可实时无线传输至指挥中心统一平台，能够实现数据省、市、县级联网;

4.物候图像进行定期拍摄存储，并可以对以往的历史图像进行查询;防盗系统，显示定位坐标，设备损坏、被盗时可及时发送报警至后端平台;

5.涵盖了影响火灾的关键因子，如气象条件、植被状况、凋落物含水率、气象变化等，从而能够全面评估火灾风险。当测得数据符合林火特征时，系统发生报警，及时让防火值班人员掌握林区火灾隐患，及时制定灾害扑救方案，做到及时发现、及时救护，使火灾隐患消亡在萌芽状态；

6.解决林内火险因子精准、分钟级的自动采集上报难题，实现了非接触式感知，从依靠精准的监测数据对森林火灾风险预警，极大的简化了预警模型的复杂度，建立更加精准的预警模型；

7.火险预警从行政区的片区预警，升级为精细化网格预警，格点精度最高可达10米，为森林草原火灾预防、处置管理提供基础数据和精细化的辅助手段；

8.内置16G容量数据存储，支持存储容量扩展，实现数据无限量存储；

9.完善的防雷击、抗干扰设计，外部采用抗恶劣环境结构设计，在恶劣的天气条件下不影响仪器的使用，可以在雷雨、风雪、高辐射等各种极端天气环境中持续不间断工作，防尘、防潮、防雨等级达到国家标准；

10.防震结构，工业控制标准设计，适合在恶劣工业或野外环境中使用，且具有停电保护功能，断电后已存储数据不会丢失。

七、监测指标主要参数

1.系统参数

♦ 支持电脑桌面、手持终端远程设置、实时监控、标定及维护等；

♦ 采用128位加密算法保证感知数据安全上报；

♦ 内置16G容量数据存储，支持扩展；

♦ 支持GPRS/3G/4G等多种无线通信传输方式；

♦ 工作温度：工作温度：-40～80℃，湿度：0～100%(无水汽凝结)；

♦ 可在高温高湿、高辐射等极端天气环境中安全可靠运行；

♦ 防雨、防尘及防潮性能满足IP66及以上防护能力；

♦ 防雷设备性能和安装符合国家相关标准；

♦ 可燃物物候监测可设置防盗功能，被盗时可及时发送报警至后端平台进行预警。

2.数据采集器

RR-2000系列数据采集器是北京雨根科技有限公司专门为野外环境自动监测而设计的多通道通用型数据采集器。功耗低，性价比高，特别适用于野外气象、农业、林业、水文、军事、交通、工业等环境的自动监测，也可方便地应用于室内仓库、实验室环境及其它多种试验的自动监测系统中。常见的应用系统有自动气象站、TDP植物茎杆液流自动测定系统、土壤温湿度自动测定系统、森林草原火险因子自动监测系统等。目前已在中国气象局、中国林业科学院、中国农业科学院、水利局、高等院校等单位成功应用。

技术参数：

♦ 16个模拟输入通道，8个脉冲输入通道供选择；

♦ 模数(A/D)转换精度：24位高分辨率；

♦ 最快10ms采样间隔，1s～1h可选存储间隔；

♦ 支持5分钟、30分钟、1小时等多种采样频率，分钟级可调自动采集上报；

♦ 带液晶显示和按键，可实时查看数据；

♦ 2MB内存，可扩展内存，可采用SD卡下载数据；

♦ 外置microSD卡，可支持32G；

♦ USB和RS232接口，支持4G/5G/WiFI等多种无线传输；

♦ 电源电压：7～20VDC，带正负极反接保护；

♦ 电源功耗：休眠时小于0.6mA，采样时小于10mA；

♦ 具有可选择式编程设计，输入式公式运算功能；

♦ 数据格式为TXT或Excel，方便后期处理；

♦ 工作温度：-40～80℃，湿度：0～100%(无水汽凝结)；

♦ 特别适用生理生化等微信号的自动监测系统。常见的有植物水势、土壤水势自动监测系统等。

3.传感器技术参数

型号	传感器	技术指标	数量	图片
RR-6819	气象要素	空气温度 ► 测量范围：-50℃～50℃ ► 分辨率：0.1℃ ► 最大允许误差：±0.2℃ 相对湿度 ► 测量范围：0～100%RH ► 分辨率：1%RH ► 最大允许误差：±3%RH（≤80%RH），±5%RH（＞80%RH）风速 ► 测量范围：0～60m/s ► 分辨率：0.1m/s ► 最大允许误差：±(0.5+0.03V)m/s(V实际风速) 风向 ► 测量范围：0°～360° ► 分辨率：≤1° ► 最大允许误差：±3° 光照度 ► 测量范围：0～100klux ► 分辨率：10lux ► 最大允许误差:±3% 降水量 ► 测量范围：累计雨量（雨强＜4 mm/min） ► 分辨率：0.1mm ► 最大允许误差：±0.4mm（≤10mm）；±4%（＞10mm）大气压 ► 测量范围：450-1100hPa ► 分辨率： 0.1hPa ► 最大允许误差：±0.3hPa	1个
RR516	地表可燃物含水量	温度探头： ► 测量误差：±0.2°C @ 0 ~ 50°C ► 测量范围：-40 ~ +80°C ► 传感元件：10K NTC热敏电阻 ► 输出信号：模拟信号 ► 分辨率： 0.1℃； ► 最大允许误差：±0.3℃ 湿度探头： ► 测量范围：0~100% ► 供电电源：5~18V ► 耗电：运行状态65mA ；休眠状态：45μA ► 尺寸：10.16 x 6.35 x 1.91 cm ► 分辨率：1% ► 测量误差：±1.25% @0 ~ 10%，±2% @10 ~ 20% ，±3.4% @20 ~ 30% ，±4.11% @30 ~ 50%，±8% @50 ~ 100% ► 输出信号：模拟信号 ► 具备对监测因子的直接测量能力，避免间接推演	1个
RR8140	地表可燃物物候状态	► 可燃物种类：多种类型 ► 探测模式：可见光/近红外双波段模式，可定时拍摄照片 ► 400万像素（2560 × 1440） ► 识别功能：返青积雪等，可观察分析地表可燃物状态与变化情况 ► 可根据需求下发指令进行信息采集 ► 防护等级：IP66	1个
RRTME6	土壤含水率	土壤湿度 ► 测量范围：0～50%Vol ► 测量分辨率：0.1% ► 测量精度：±3% 土壤温度 ► 分辨率：0.01℃ ► 精度误差：±0.3℃ ► 工作范围：-40～125℃	1个
RR10TH	空气温湿度	地表温度 ► 测量范围：-45～80℃ ► 分辨率：0.1℃ ► 准确度：±0.2℃ （@25℃，典型） ► 最大允许误差：±0.5℃ 地表湿度 ► 测量范围：0～100%RH ► 分辨率：±0.1%RH ► 准确度：±3%，无凝结	1个

4.无线传输模块

技术参数：
♦ 采用高性能工业级无线模块
♦ 支持GPRS/3G/4G，支持多频段（移动、联通、电信）传输
♦ 低功耗设计，支持多级休眠和唤醒模式，最大限度降低功耗
♦ 采用金属外壳，保护等级IP30，金属外壳和系统安全隔离，适合于工控现场的应用
♦ 宽电源输入（DC 5~36V）
♦ 支持多种上下线触发模式，包括短信、电话振铃、串口数据触发上下线模式
♦ 支持根据域名和IP地址访问中心
♦ 内嵌标准的TCP/IP协议栈，支持透明数据传输
♦ 提供5年正常流量费用

5.太阳能供电系统

技术参数：
♦ 配置12V，64W太阳能板
♦ 配置12V，65AH免维护蓄电池
♦ 配置10A太阳能充电控制器
♦ 满足连续阴雨15天情况下正常使用
♦ 具有防浪涌功能