森林草原火险因子自动监测系统

时间:2024-09-11 22:09

系统概述
        森林草原火险因子自动监测系统集成了智能传感技术 、数据采集技术及先进物联网或北斗传输技 术 , 旨在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 、土壤含水量 、 可燃物物候等火险因子的全方位分层自动监测 ,并融合气象要素中的大气压力 、风速 、风向 、雨量 、光 照度 、空气温度 、空气湿度等多因子监测 ,通过无线传输模块对监测数据定时自动传输 ,全面 、准确地 对森林火险等级进行评估 ,精准预测大范围森林火灾险情 。该系统还可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 , 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 。该系统按照《森林火险监测站技术规范》( LY/T 2579-2016 )进行设计 。

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系统功能
  • 分钟级数据无线传输 ,可选北斗短报文通讯服务 。
  • 观测数据经采集器处理 , 可利用无线通信网络定时存入现 有森林草原火险预警系统数据库 。
  • 支持传输时间间隔 、传输目标地址 、开关机等工作状态的 设置 , 能按指令向采集器发送存贮器内的观测数据 ,采集 和传送的最小间隔为1分钟 ; 同时 , 能按指令要求随时发送 即时观测成果及凋落物光谱图像等 。
  • 具有自诊断功能 , 能够对各传感器 、供电系统的自身工作 状态进行监测 , 并根据规定的编码方式上传至森林草原火 险预警系统 。
  • 视频监控设备具备人员自动识别及警示功能 , 实现远程管 理和通信 ,并能够通过网络远程实时查看雨量桶 、可燃物
  • 及土壤含水率视频监控设备具备人员自动识别及警示功能 , 实现远程管理和通信 , 并能够通过网络 远程实时查看雨量桶 、可燃物及土壤含水率等森林草原火险因子监测设备 ,所采集的观测数据及视 频监控数据 ,可直接存储在采集设备中 。
  • 音频画面图像支持可远程实时查看 。同时 ,支持按照日期时间调取森林草原火险因子监测设备的历 史视频图像数据 。
  • 数据采集器留有扩展接口, 可根据需要增加紫外辐射、能见度等传感器; 可根据用户的需求对设备 的应用功能进行调整和配置。
  • 系统可与森林草原火险监测预警平台组成火险等级预报体系。
  • 设备具有断电重启功能, 电量不足停机, 恢复电量能自动启动。
  • 整套设备采用等电位设计, 各观测传感器、电源模块、通信模块与风杆绝缘; 风杆具有良好的接 地, 符合国家野外设备防雷相关技术规范的要求, 接地电阻小于10欧姆。
  • 太阳能板具备阴天发电功能, 蓄电池能确保在连续20天阴雨天气情况下系统运行的供电。
系统配置

    该系统由风速风向传感器、温湿度传感器、雨量传感器、气压传感器、太阳辐射传感器、1小时时 滞死可燃物及土壤含水率传感器、10小时时滞死可燃物含水率传感器、视频监控设备、数据采集器、太 阳能供电系统、通讯模块等设施设备组成。

技术参数

RR10TH 空气温湿度传感器 
    该传感器使用热敏电阻作为空气温度传感元件, 使用湿敏电容作为空气湿度传感元件组成温湿度探 头。在室内或室外使用时需将温湿度探头安装在气象百叶箱或防辐射罩内, 以消除太阳辐射对空气温度 测量的误差, 并保护传感器, 以防被雨水淋坏。该传感器可应用于一般气象站、农田环境或温室监测。

温度部分 湿度部分 整体  
  • 传感器类型: 热敏电阻, 10KΩ@25℃;
  • 温度量程: -50~50℃;
  • 精度: 0.1℃;
  • 最大允许误差:±0.2℃
  • 响应时间:< 10s;
  • 长期稳定性: <  ±0.1 ℃/年。
  • 湿度量程: 0~100%;    精度: 1%;
  • 最大允许误差: ±4%RH(≤80%RH) ,
  •                           ±8%RH(>80%RH);
  • 响应时间:< 10s;
  • 长期稳定性: <  ±1% /年;
  • 输出信号: 0~1VDC。
  • 探头尺寸: 105mm长×20mm直径;
  • 探头重量: < 50g;
  • 传感器防护: 不锈钢网状过滤器;
  • 电源: 7~30VDC;
  • 功耗: <  15mA;
  • 采样时间: 10s;
  • 平均时间: 1min;
  • 标定周期: 1年。
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RRXFC2-2L风速风向传感器
    该传感器是测量水平风场风速和风向数据的标准化仪器, 采用螺旋桨式设计, 具备风阻设计小和抗 腐蚀等特点。它面向海洋领域应用而开发, 其特点是量程大、精度高、耐腐蚀;由尾翼、螺旋桨、头锥 体、风速轴、安装立柱和其他内部零件组成; 采用抗紫外线和氧化的AAS塑料材料, 杜绝塑化或黄变现 象; 产品性能品质高, 一致性好。广泛应用于海洋环境监测、交通气象监测、农林牧副气象监测、极地 气象监测、光伏环境监测、风力发电气象监测等领域。
测量原理
     通过螺旋桨带动风速轴旋转, 固定在风速轴上的测速线圈与磁钢感应产生正弦电信号, 螺旋桨每旋 转一周产生三个完整正弦电信号, 其频率与风速成正比, 因此通过正弦电信号的频率计算风速数据是稳 定且准确的。风传感器尾翼方向指示风向。尾翼带动角度传感器旋转, 角度传感器输出的反馈电压准确 地输出风向数据。
风向 风速 整体  
  • 测量量程: 0~360°;
  • 精度: 1°;
  • 最大允许误差: ±5°
  • 测量范围: 0~60m/s;
  • 精度: 0.1m/s;
  • 最大允许误差: ±(0.5 +0.03V) m/s(V实际风速) 。
  • 采样时间: 3s;
  • 平均时间: 2min、10min;
  • 标定周期: 2年。
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RRSL3-1雨量传感器

    雨量传感器采用翻斗式设计, 外壳采用304不锈钢材质, 通过记录翻斗的翻转次数来计算得到雨量 的大小, 数据采集器通过脉冲输入通道记录翻斗的翻转次数, 可实现雨量自动观测。主要用于遥测液体 降水量、降水强度、降水起止时间。
主要参数  
  • 测量范围: 累计雨量(雨强≤4mm/min) ;
  • 最大允许误差: ±0.4mm(≤10mm) ; ±4%(>10mm) ;
  • 精度: 0.2mm;
  • 采样时间: 累计;
  • 标定周期: 2年。
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RR410BP-2气压传感器
    气压传感器主要用于大气压的测量, 使用先进的传感技术, 可以准确、稳定的测量大气压力。传感 器采用电压方式输出, 并且适应的温度范围宽广。满足室外安装。
主要参数  
  • 测压范围: 500~1100hPa;
  • 测量精度: ±0.3hPa;
  • 分辨率: 0.1hPa;
  • 稳定性: 1hPa/年;
  • 工作电压: 5~12VDC; 
  • 工作温度: -40~60℃;
  • 信号输出范围: 0~5VDC;
  • 尺寸: 83mm长×57mm宽×34mm高。
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RRTBQ-2太阳辐射传感器
    
太阳辐射传感器又名太阳总辐射传感器或日射强度计, 主要用于测量180度半球面范围内的单位为 W/m2 的太阳辐射量及日照时数等数据。太阳总辐射表是根据热电效应原理, 用来测量光谱范围为0.28 ~3.0μm太阳总辐射(亦可用来测量入射到斜面上的太阳总辐射) 的感应元件。它有耐腐蚀能力强, 精度高等特点。
主要参数  
  • 光谱范围: 280~3000nm;
  • 测量范围: 0~2000W/m2  ;
  • 工作环境: -40~80℃;
  • 防护等级: IP67;
  • 额定灵敏度: 7~14μV/W/m2 。
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RR556 1H时滞死可燃物及土壤含水率传感器
    森林草原可燃物及土壤含水率传感器主要用于对森林和草原地表细小死可燃物含水率、土壤体积含 水率进行自动采集, 应采用一体化设计、配备姿态传感器, 支持北斗单模定位, 具备自定位、防盗和挪 动报警等功能。

1H时滞死可燃物含水率 土壤含水率 整体  
  • 测量范围: 0~100%;
  •  测量误差: ≤±5%(含水率≤35%时) , ≤±10%(35%<含水率≤60%) 。
  • 测量范围: 0~50%(体积含水率) ;
  • 测量误差: ≤±3%(含水率≤50%时) 。
  • 工作湿度: -40~65℃;
  • 湿热: 95±3%(40℃)   ;
  • 防尘防水: 地面以下IP68、地面以上IP65。
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RR516 10H时滞死可燃物含水率传感器
    通过监测标准松木棒的湿度, 来反映林区凋落木枝条的含水率, 该传感器可作为森林草原可燃物 及土壤含水率传感器的补充。
主要参数  
  • 湿度棒材质: 标准湿度棒样本由12~14年龄的松 木制成;
  • 湿 度 棒 尺 寸 : 直 径 13mm , 长 度 40cm , 密 度 0.5±0.1g/cm ³ ;
  • 湿度棒离地高度: 10cm; .     测量范围: 0~50%;
  • 测量误差: 0~10%时, ±2.25%; 10~20%时, ±3.00%; 20~30%时, ±4.40%; 30~
  • 50%时, ±5.11%;
  • 防水等级:  IP68。
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RR8140视频监控设备
     视频监控设备主要用于对森林草原火险因子监测站设备的安全及运行情况进行远程监控, 自动进行 人员识别告警, 并通过远程调取监控数据, 实验对雨量桶、可燃物及土壤含水率监测等传感器设备的远 程管理。


主要参数
  • 内置5000mAh可充电锂电池, 同时接入太阳能供电系统, 实现联合供电;
  • 支持本地SD卡存储, 配备视频监控同品牌专用Micro SD存 储卡, 存储容量应不小于256G;
  • 支持双向语音, 自定义语音;
  • 支持手机端、电脑端等终端查看;
  • 内置eSIM, 支持4G; 支持LTE-TDD/LTE-FDD/CDMA 4G无线网络传输, 外置双天线; .   最高分辨率可达2560×1440 @25 fps(400万像素) ;
  • 夜视类型: 支持全彩夜视; .    
  •  防水防尘性能: IP65。
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RR-2016A数据采集器(此产品获得1项发明专利, 2项实用新型专利, 2项软件著作权)
    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。
    数据采集器是由微处理器组成的测量单元, 应能在林区恶劣环境下工作, 可采集模拟量、数字量 传感器信号, 支持两路串行通讯口, 具备自检及自校正功能, 以保证测量的准确性。

主要参数  
  • 16个模拟输入通道, 8个脉冲输入通道供选择;
  • 最快10ms采样间隔, 1s~1h可选存储间隔;
  • 模数转换分辨率: 32 bit;
  •  AD转换分辨率: 24位;
  • 模数转换精度: ±0.05%;
  • 实时钟走时精度: 15s/月;
  • 设备接口: RS-232接口、RS-485接口;
  • 数据存储: 自带512K位EEPROM 支持外扩SD卡;
  • 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)。
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JGL02风杆  
     风杆主要用于安装风速风向传感器、避雷等设备。采用铝 钛合金材料制成, 高度10米, 抗风强度不小于75m/s, 带拉 纤和预埋装置, 下一节高度4米, 直径11厘米; 中一节高度3 米, 直径7.5厘米; 上面一节高度3米, 直径5.5厘米。具备防 雷、防鼠、防水和安装维修方便等特点。具有良好的机械性 能, 材料硬度高, 抗拉抗弯性能良好, 抗风性能强。自身比重 轻, 耐腐蚀, 耐酸碱。含金属钛是为了防止晶间腐蚀, 增加产 品韧性。
 
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SP128WR太阳能供电系统  
    太阳能供电系统包括充电控制器、太阳能电池板、蓄电池、电池箱、安装支架等组成, 为森林草 原火险因子监测所有设备提供电力, 所有部件共用同一电源, 确保整个监测站的观测、通信和供电系 统处于等电位状态。
主要参数  
  • 太阳能电池板: 12V 128W;
  • 免维护蓄电池: 12V 100AH;
  • 太阳能控制器: 20AH。
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DTU4G无线通讯模块 
     采用4G/5G移动公网传输, 通讯模块自适应运行商网络。通讯格式及通讯协议满足《森林火险监测 站技术规范》(LY/T 2579-2016) 要求。
主要参数  
  • 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。
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机箱、围栏及辅材  
    机箱应具备防水功能, 能满足野外环境需要。采用密封机箱设计(防雨、防尘、防辐射和防雷) , 具有防锈、防盗功能(可采用妆业防盗螺栓) ;在沿海地区, 其关键部件应有防烟雾工艺处理; 全部线 路板涂防护漆并要密封。各零部件的保护层应均匀、牢固, 不应脱落、锈蚀等缺陷。
    围栏选用具有防腐、防锈的不锈钢材料, 样式为方管, 上方配枪尖、防止攀爬; 并且采用烤漆工艺对围 栏上色, 整体框架为蓝色, 栅栏为白色。围栏尺寸: 长3m×宽3m的正方形。