CN111369119A - 一种森林地表死可燃物含水率预测的方法，设备及可读存储介质 - Google Patents

一种森林地表死可燃物含水率预测的方法，设备及可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种森林地表死可燃物含水率预测的方法，设备及可读存储介质，获取环境温度和环境湿度；根据环境温度和环境湿度得到可燃物平衡含水率；获取环境风速；根据风速，环境温度和环境湿度得到估计时滞；基于可燃物平衡含水率和估计时滞预测可地表死可燃物含水率。通过采集森林地表死可燃物的温湿度和风速，根据可燃物水分变化的热力学原理建立的平衡含水率的半物理模型处理所采集到的数据，得到所要预测森林地表死可燃物的平衡含水率和时滞，获得实时含水率，并通过LORA模块实现含水率的实时无线传输，达到远程监控森林地表死可燃物含水率的效果。

Description

一种森林地表死可燃物含水率预测的方法，设备及可读存储 介质
技术领域
本发明涉及森林火险技术领域，尤其涉及一种森林地表死可燃物含水率 预测的方法，设备及可读存储介质。
背景技术
森林地表死可燃物含水率是森林火险的重要参数之一，森林大火每年造 成的生命、经济损失十分严重，而森林地表死可燃物含水率的测量仍然是十 分费时费力且无法实时取得的。
森林地表死可燃物的含水率是森林火险等级预测系统的重要参数。目前 解决林区采集森林地表死可燃物含水率需要实地进行死可燃物的收集，再带 到实验风箱中进行测量，不仅需要亲自到荒凉的林场，而且在风干过程中十 分费时费力。
而且国内森林火险等级预报系统仍采用气象因子权重法，而没有考虑含 水率这一重要因素。由于测量含水率最准确的称重法只能长时间在野外采样 检测，成本高、难度大。如何预测森林地表死可燃物含水率是当前亟待解决 的技术问题。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种森林地表死可燃物含 水率预测的方法，方法包括：
S1，获取环境温度和环境湿度；
S2，根据环境温度和环境湿度得到可燃物平衡含水率；
S3，获取环境风速；
S4，根据风速，环境温度和环境湿度得到估计时滞；
S5，基于可燃物平衡含水率和估计时滞预测可地表死可燃物含水率。
本发明还提供一种实现森林地表死可燃物含水率预测的方法的设备，包 括：
存储器，用于存储计算机程序及森林地表死可燃物含水率预测的方法；
处理器，用于执行所述计算机程序及森林地表死可燃物含水率预测的方 法，以实现森林地表死可燃物含水率预测的方法的步骤。
本发明还提供一种具有森林地表死可燃物含水率预测的方法的可读存储 介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执 行以实现森林地表死可燃物含水率预测的方法的步骤。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
森林地表死可燃物含水率预测的方法通过配置到设备中，将设备安装电 池，放入林中，由于lora有着功耗低，距离广的优势，利用lora传回的数据 即可完成对环境因子的测算，在经过上位机编程对于平衡含水率和时滞的计 算，即可得到小区域内森林地表死可燃物含水率的预测。
本发明通过采集森林地表死可燃物的温湿度和风速，根据可燃物水分变 化的热力学原理建立的平衡含水率的半物理模型处理所采集到的数据，得到 所要预测森林地表死可燃物的平衡含水率和时滞，获得实时含水率，并通过 LORA模块实现含水率的实时无线传输，达到远程监控森林地表死可燃物含 水率的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附 图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施 例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
图1为森林地表死可燃物含水率预测的方法流程图。
图2为森林地表死可燃物含水率预测的方法实施例流程图。
具体实施方式
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各 示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实 现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一 般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执 行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个 特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超 出本发明的范围。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体 相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件 模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微 控制器装置中实现这些功能实体。
本发明基于时滞和平衡含水率的可燃物含水率预测方式，其中，平衡含 水率是固定温度和湿度条件下，将可燃物无限长时间放置，可燃物的含水率 最终达到一个定值。可燃物体内水汽压与空气中水汽压相等，水分净变化为 零,扩散过程相对静止。在一定的环境条件下,可燃物的平衡含水率在失水和吸 水过程中有所不同,失水过程的平衡含水率通常比吸水过程高个百分点。
本发明涉及的时滞，也就是随环境条件，如温度和湿度的变化，可燃物 的平衡含水率和含水率都发生变化,但含水率变化与平衡含水率变化之间有一 时间滞后,称之为时滞,是衡量可燃物含水率变化速率的量。与之相近的一个概 念是反应时间,指可燃物在此变化中,失去初始含水率与平衡含水率之差的 (1-1/e)(约63.2％)的水分所需的时间。时滞的定义等同于反应时间,这种意 义上的时滞一般要在实验室测定。在本发明中时滞专指可燃物含水率和平衡 含水率变化曲线之间的时间滞后,这可以通过在野外测定。时滞可以在可燃物 含水率中应用。
基于上述说明本发明提供一种森林地表死可燃物含水率预测的方法，如 图1和图2所示，方法包括：
S1，获取环境温度和环境湿度；
S2，根据环境温度和环境湿度得到可燃物平衡含水率；
其中，根据可燃物水分变化结合如下方式得到可燃物平衡含水率；
Figure BDA0002393047670000041
上述公式当相对湿度介于10％—90％之间时,此方程精确度较高。当湿度 高于95％时,方程的预测值就会与实际测量值之间出现较大的偏差。
当相对湿度为趋向零时,值趋向于-∞,当相对湿度趋向100％时,EMC值趋 向于+∞。
S3，获取环境风速；
S4，根据风速，环境温度和环境湿度得到估计时滞；
根据风速，环境温度和环境湿度采用如下方式得到估计时滞；
Figure BDA0002393047670000042
S5，基于可燃物平衡含水率和估计时滞预测可地表死可燃物含水率。
基于可燃物平衡含水率和估计时滞采用如下方式预测可地表死可燃物含 水率：
M＝E+(M0-E)e-t/τ (3)。
因为自然环境的温湿度是实时变化的，因为是实时预测所以运用牛顿的 微积分思想，将时变量微分化，处理每一个瞬时并在特定温湿度下获取平均 含水率和时滞含水率，得到实时含水率。
上述数据通过温湿度传感器、风速传感器采集森林地表死可燃物的温湿 度和风速，利用单片机结合含水率物理模型得到含水率，再通过LORA模块 将获得的森林地表死可燃物含水率通过基站传输给计算机终端，实现对森林 地表死可燃物含水率的远程实时预测。
基于上述方法，本发明还提供一种实现森林地表死可燃物含水率预测的 方法的设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序及森林地表死可燃物含水率预测的方法；
处理器，用于执行所述计算机程序及森林地表死可燃物含水率预测的方 法，以实现森林地表死可燃物含水率预测的方法的步骤。
处理器可以采用stm32单片机。
基于上述方法，本发明还提供一种具有森林地表死可燃物含水率预测的 方法的可读存储介质，可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序 被处理器执行以实现森林地表死可燃物含水率预测的方法的步骤。
实现森林地表死可燃物含水率预测的方法的设备是结合本文中所公开的 实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者 二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中 已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还 是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术 人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种 实现不应认为超出本发明的范围。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用 本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易 见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种森林地表死可燃物含水率预测的方法，其特征在于，方法包括：
S1，获取环境温度和环境湿度；
S2，根据环境温度和环境湿度得到可燃物平衡含水率；
S3，获取环境风速；
S4，根据风速，环境温度和环境湿度得到估计时滞；
S5，基于可燃物平衡含水率和估计时滞预测可地表死可燃物含水率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
步骤S2还包括：
根据可燃物水分变化结合如下方式得到可燃物平衡含水率；
Figure FDA0002393047660000011
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
步骤S4还包括：根据风速，环境温度和环境湿度采用如下方式得到估计时滞；
Figure FDA0002393047660000012
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
步骤S5还包括：基于可燃物平衡含水率和估计时滞采用如下方式预测可地表死可燃物含水率：
M＝E+(M0-E)e-t/τ (3)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
步骤S5之后还包括：
通过LORA模块将预测可地表死可燃物含水率传输给计算机终端。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
采用温度传感器采集环境温度；
采用湿度传感器采集环境湿度；
采用风力传感器采集环境风力。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
通过LORA模块将环境温度，环境湿度以及环境风力传输给计算机终端。
8.一种实现森林地表死可燃物含水率预测的方法的设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序及森林地表死可燃物含水率预测的方法；
处理器，用于执行所述计算机程序及森林地表死可燃物含水率预测的方法，以实现如权利要求1至7任意一项所述森林地表死可燃物含水率预测的方法的步骤。
9.一种具有森林地表死可燃物含水率预测的方法的可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现如权利要求1至7任意一项所述森林地表死可燃物含水率预测的方法的步骤。
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