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基于北斗短報文+4G的森林草原火險因子綜合監(jiān)測方案
近年來，全球氣候變暖的趨勢日益嚴重，氣溫升高導致森林火災的發(fā)生頻率和嚴重程度逐年增加，對人類社會和自然生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的危害。森林火災的發(fā)生受到植被類型、氣象條件、撲救方式和監(jiān)管方式等多種因素的影響。
因此，林業(yè)建設者需要正視氣候變暖的現(xiàn)狀，以積極的態(tài)度和有效手段應對氣候變化下的森林火災問題，切實做好林業(yè)防火工作，為我國林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展鋪就堅實的道路。在這一過程中，實現(xiàn)對森林火險的精細預測與高效防范顯得至關重要。
一、建設內容和目標
按照自然災害應急能力提升工程預警指揮項目清單，為加強森林草原火險感知網絡建設，在森林草原防滅火高危和高風險縣部署火險多因子綜合監(jiān)測站點，強化森林草原火險預警預報數據匯聚和產品制作，提高森林草原火險預報、高火險預警、火險形勢研判的精細化水平，提升本地區(qū)森林草原火災防范能力。
建設思路
本項目擬在感知網絡、通信網絡的建設基礎上，運用各類服務引擎形成應急管理信息化的儲存、運算與開發(fā)環(huán)境，基于開發(fā)環(huán)境建設面向應急管理專業(yè)領域的業(yè)務系統(tǒng)，為應急管理工作人員提供應用服務。同時，各類生產安全、自然災害以及應急響應現(xiàn)場感知數據以及業(yè)務系統(tǒng)產生的業(yè)務數據將通過應急指揮中心呈現(xiàn)給指揮負責人員，為應急響應事件的綜合指揮與統(tǒng)一調度提供保障。
二、總體框架
森林草原火險因子綜合監(jiān)測站應用方案綜合運用現(xiàn)代物聯(lián)網、云計算、人工智能、無線傳輸、智能微傳感器和多源感知信息融合技術，實現(xiàn)森林氣象、物候和可燃物信息的探測采集，通過數據自動上報，為火險感知模型提供實時數據源，為指揮決策提供應用服務，為管理部門提供數據決策的工具。
三、方案亮點
支持北三短報文+4G
在無公網地區(qū)用戶可使用北三短報文和4G進行通訊。
支持物候凋落物監(jiān)測
云平臺實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)新動態(tài)。
高溫區(qū)異常狀態(tài)識別
實時對現(xiàn)場進行識別，高溫區(qū)異常狀態(tài)快速提醒。
支持火險因子等級分析
云平臺支持火險因子等級分析，快速了解火險情況。
支持物候分析
云平臺支持物候分析，隨時了解物候情況。
支持自動定時上報
在無公網地區(qū)用戶可用北斗終端上報自身位置，更方便了解較新動態(tài)。
四、項目介紹
森林草原火險因子綜合監(jiān)測站由可燃物含水率傳感器、一體化微氣象傳感器與附件組成。其中，可燃物含水率傳感器和一體化微氣象傳感器實現(xiàn)空氣溫度、空氣濕度、環(huán)境光照度、風速、風向、降雨量、大氣壓、土壤含水率、地表凋落物含水率、可燃物物候、地表溫濕度等火險因子的立體多維感知，同時提供傾斜告警、低電壓保護等安全防護服務。
（一）通信模塊
（二）監(jiān)測站結構圖
①：多要素氣象傳感器
②：管理單元
③：避雷針
④：傾斜報警
⑤：多光譜物候相機
⑥：太陽能板
⑦：可燃物含水率傳感器
⑧：北斗數傳終端PD19
（三）重要部件
1、可燃物含水率傳感器
具備同時測量地表凋落物含水率、多光譜物候狀態(tài)、土壤含水率、地表溫濕度功能，可將數據上報至遠程服務器且上報間隔可調，并可進行遠程指令下發(fā)與參數標定。設備所有功能一體化高度集成。
2、多要素氣象傳感器
針對多領域氣象參數進行監(jiān)測的儀器，設備將氣象標準參數（空氣溫度、空氣濕度、風速、風向、大氣壓力、降雨量、光照度）通過一個高集成度結構來實現(xiàn)，可實現(xiàn)戶外氣象參數24小時連續(xù)在線監(jiān)測。
3、北斗數傳終端PD19
北斗數傳終端PD19是專門為數據傳輸而研制的機型，采用天線主機一體化設計，集成了RDSS天線、射頻收發(fā)電路、功放電路、基帶電路等，集成度高、功耗低，配有獨特的固定結構，安裝使用極為方便。
4、圖像邊緣計算終端PE30
采用國產化四核64位Cortex-A55處理器，主頻2GHz，有2GB DDR4內存與16GB存儲，具備2T算力，可進行圖片物候計算分析，支持GPRS/3G/4G/5G公網傳輸及北斗短報文協(xié)議。其感知數據上報加密算法不低于128位，在數據歸集交互時，能保障數據對接各方面安全，防止數據泄露與惡意篡改，數據可遠程傳輸至省級森林草原火險綜合監(jiān)測預警平臺。
五、平臺介紹
森林草原火險綜合監(jiān)測預警平臺是一個集成了數據采集、傳輸、處理、分析和預警等功能于一體的綜合性管理平臺。該系統(tǒng)通過對森林草原火險因子綜合監(jiān)測站所采集的數據進行集中管理和分析，實現(xiàn)對森林草原火險的實時監(jiān)測、預警和評估，為森林防火決策提供科學依據。
平臺功能
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站點管理
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火險感知告警
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火險等級評估預測
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火險專題報告
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火險趨勢研判
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歷史數據的導出與查詢
六、森林火險預測
（一）預測模型
通過一種基于人工智能技術的森林火險預測模型，實現(xiàn)了對森林火險的預測和防范，這種模型不僅可以對森林火險進行預測，還可以為相關部門提供決策支持，達到減少森林火災的目的。
（二）風險等級評估
根據氣象因子火險發(fā)生的概率模型，將計算得出的預測概率用Kriging方法進行空間分布插值，對森林火險概率進行區(qū)劃?；痣U等級劃分結果如圖所示，森林火險等級較高的地區(qū)，需加強防范管理用火安全。
七、應用案例
某縣林業(yè)局森林草原火險因子綜合監(jiān)測站建設
本監(jiān)測站依托先進的物聯(lián)網、智能傳感技術，實現(xiàn)森林火險因子中的可燃物含水率、土壤腐殖質含水率、物候數據、氣象要素等多方位分層監(jiān)測，有效整合和配置相關基礎數據資源，實現(xiàn)了多維物候火險因子的全天候自動采集與分析，并提供了專業(yè)的預警成果服務，能夠準確地預測未來森林火災發(fā)生、發(fā)展趨勢。
運行期間無需現(xiàn)場標定且運行良好，極大地降低了運維成本，提高了業(yè)務的連續(xù)性與穩(wěn)定性，為科學指揮決策提供了堅實、精細的森林火險感知大數據支撐。
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