森林火灾环境综合监测

一、项目背景与行业痛点

1.1 项目背景

森林火灾环境综合监测方案是一套面向天然林、人工林、林草交错带、森林公园、自然保护地、重点林区和生态防火区域建设的综合气象环境感知与森林火险辅助决策系统。方案以风速、风向、空气温度、相对湿度、大气压力、降雨量和太阳辐射为基础监测参数，根据火险评价需求增加森林地表可燃物含水率监测，并结合无线物联网、边缘数据处理、气象统计、火险评估和地理信息分析技术，建立森林防火环境监测网络。

森林火灾是受气象条件、可燃物状态、地形特征和火源等因素共同影响的复杂灾害。森林内存在的乔木、灌木、草本植物、枯枝、落叶和腐殖质等物质，在不同气候和水分环境下具有不同的燃烧特性。

气象环境是影响森林火险的重要因素。持续高温和较低空气湿度可能加速细小死可燃物干燥，降水能够在一定条件下提高可燃物含水率，风速和风向则会影响空气交换、可燃物干燥过程以及起火后的火焰传播方向和蔓延行为。

太阳辐射通过改变地表和植被的能量收支，影响可燃物温度及水分蒸发。大气压力虽然通常不是独立判定森林火险的直接指标，但能够为天气系统变化分析及部分气象计算提供辅助信息。

森林环境具有明显的空间差异。不同林型、坡向、海拔、林冠密度和林缘条件下，风速、空气湿度、太阳辐射和可燃物含水率可能存在较大差异。因此，仅依靠远距离气象站或单一林区监测点，难以充分描述复杂地形中的局地火险环境。

本方案通过在重点林区、林缘、山脊、山谷及典型植被样地布设综合监测站，实现气象环境要素的自动采集、连续记录和远程传输，建立具有明确空间位置和时间信息的森林防火环境数据库。

系统在基础气象监测的基础上，扩展具有明确测量对象的枯落物、枯草及其他代表性可燃物含水率测量，用于了解可燃物实际干燥状态。对于需要分析地下水热环境的区域，可补充不同深度土壤体积含水率及温度监测。

在智能分析方面，系统综合考虑温湿度、风、降雨、辐射及可燃物含水状态，按照适用的森林火险气象等级标准或经过验证的局地模型形成辅助风险研判结果。

监测数据可与林区防火管理、巡护、视频监控和火情核查系统相结合，为重点区域巡查、火源管理、气象风险提示及应急气象保障提供环境数据。

本方案重点提供森林火灾发生条件和环境风险的连续监测。环境异常不等于实际起火，系统不应仅凭气象传感器数据直接发布已经发生森林火灾的结论。

1.2 行业主要痛点

1.2.1 山区气象环境差异明显

山脊、山谷、阳坡、阴坡和林下环境具有不同的风、温度、湿度及辐射条件，远距离气象数据可能不能代表局地实际状态。

1.2.2 森林火险条件变化较快

大风、湿度下降、持续高温和降雨过程变化可能在较短时间内改变火险环境，人工定时观察难以完整覆盖。

1.2.3 可燃物含水状态缺少直接数据

森林枯枝落叶和草本可燃物的含水率受材料类型与环境条件影响，仅依靠气象观测不能准确替代现场测量。

1.2.4 林下气象与开阔地气象存在差异

林冠遮阴和风场阻挡会改变林下温湿度及辐射状态，需要按照具体监测目的选择安装环境。

1.2.5 气象风险与实际火情容易混淆

高温、低湿度和大风可以形成不利防火条件，但不能证明已经起火。

1.2.6 风向变化增加风险研判难度

山地局地风场可能受到地形影响，需要准确记录风向变化，并在实际火场中结合更完整的气象和地形信息分析。

1.2.7 降雨并不一定消除火险

短时降雨可能只湿润可燃物表面，降雨停止后细小可燃物可能重新干燥。

1.2.8 气象传感器长期维护困难

偏远林区存在供电不足、网络覆盖薄弱、雷雨天气影响及野生动物损坏等风险。

1.2.9 监测数据缺少统一管理

不同监测站的数据格式、采样间隔和质量状态不一致时，难以开展长期综合分析。

1.2.10 森林火险评价缺少有效验证

未经验证的简单加权评分可能无法准确反映不同林型和季节的风险变化，需要明确模型及适用边界。

二、建设目标与监测目标

2.1 总体建设目标

建设覆盖重点森林生态区域的综合气象监测网络，实现风速、风向、空气温度、相对湿度、大气压力、降雨量、太阳辐射及可选可燃物含水率的自动监测、远程传输、历史记录、异常预警和辅助火险分析。

2.2 风速监测目标

连续获取林区风速，分析平均风速、阵风、持续大风及其变化趋势。

2.3 风向监测目标

记录风向及变化情况，为局地风场分析和森林防火气象保障提供数据。

2.4 气温监测目标

获取森林不同代表区域的空气温度，分析高温过程及昼夜变化。

2.5 空气湿度监测目标

监测相对湿度变化，识别低湿度和持续干燥环境。

2.6 大气压力监测目标

记录气压变化，为天气过程分析和气象数据处理提供辅助信息。

2.7 降雨监测目标

监测降雨开始、结束、降雨强度及累计降雨量，分析降雨对林区水分环境的影响。

2.8 太阳辐射监测目标

获取太阳辐照度和累计辐射量，辅助分析地表受热及可燃物干燥条件。

2.9 可燃物含水率监测目标

根据火险管理需要，监测典型枯落物、枯草或其他目标可燃物的含水状态，识别持续干燥过程。

2.10 综合环境预警目标

通过多气象要素和可燃物水分联合分析，对需要加强关注的火险环境生成提示。

2.11 设备运行保障目标

实现监测设备在线状态、电源、通信、传感器异常和数据质量的远程管理。

三、需求分析

3.1 天然林监测需求

根据树种、林冠结构和地表枯落物情况选择代表性气象和可燃物水分监测位置。

3.2 人工林监测需求

关注较为集中的树种分布、林下可燃物累积和林缘风场变化。

3.3 山地森林监测需求

不同坡向、坡位及海拔可能形成明显局地气象差异，应按风险分区布设监测站。

3.4 林缘监测需求

林缘区域受开阔地风场和太阳辐射影响较明显，需要明确林内与林缘监测数据的代表范围。

3.5 针叶林监测需求

针叶林中针叶、细枝及其他枯死可燃物具有不同水分响应特征，可增加代表性枯落物含水率观测。

3.6 阔叶林监测需求

阔叶林落叶堆积、季节变化和林冠遮阴可能影响地表水热环境，应选择适合的测量方式。

3.7 森林草原交错带监测需求

林草交错带应关注枯草、灌丛和乔木可燃物的差异以及局地风场变化。

3.8 防火重点区域监测需求

对重要巡护区域、道路附近及其他需要加强防火管理的地点，可根据实际地形和植被条件设置监测点。

3.9 生态保护区监测需求

应采用低扰动安装方式，并减少监测建设和维护对原有生态环境的影响。

3.10 林区远程运维需求

在无市电或通信不稳定区域，需要合理设计供电、储能、数据缓存及通信方案。

四、总体解决方案

4.1 总体设计思路

采用“森林生态环境调查—监测区域分区—综合气象监测—可燃物含水状态观测—数据采集与传输—质量控制—环境风险分析—辅助火险预警”的技术路线。

4.2 综合气象监测

以风速风向、温湿压、雨量和太阳辐射为基础，形成连续的森林微气象数据。

4.3 火险可燃物监测

在需要火险水分评价的样地，增设具有明确适用对象的可燃物含水率测量单元。

4.4 林区监测分区

依据林型、海拔、坡向、地形及实际火险管理需求开展分区布点。

4.5 边缘数据处理

现场终端完成传感器读取、有效范围检查、时间标记及数据缓存。

4.6 综合火险分析

结合气温、湿度、风、降雨和可燃物含水状态，按照适用标准或经验证的模型开展火险辅助研判。

4.7 异常事件提醒

对强风、持续低湿度、长时间无有效降雨、可燃物异常干燥和设备故障分别设置管理规则。

4.8 外部系统联动

可与森林巡护、视频监控、热红外监测及火情核查系统交换数据，但应保留环境风险与实际火情的不同事件属性。

五、系统架构设计

5.1 环境感知层

包括风速、风向、空气温湿度、大气压力、降雨及太阳辐射传感器。

5.2 可燃物感知层

包括可燃物专用含水率监测设备及必要的人工取样校准组件。

5.3 数据采集层

通过低功耗采集终端读取各类传感器数据。

5.4 设备状态层

监测通信状态、设备电压、储能电量、传感器故障和维护信息。

5.5 通信网络层

通过蜂窝网络、适宜无线传输或其他可靠通信方式上传数据。

5.6 边缘计算层

执行风速统计、降雨累计、数据有效性检查及本地异常规则判断。

5.7 数据分析层

开展火险气象要素统计、可燃物干燥分析、空间对比和长期趋势分析。

5.8 平台应用层

提供林区地图、实时数据、历史图表、辅助火险预警、设备管理和报表服务。

六、监测内容与监测方法

6.1 核心监测指标

监测参数	单位	监测方式	主要应用
风速	m/s	机械式或超声波风速传感器	大风环境及风场分析
风向	°	风向传感器	风向变化及气象保障
空气温度	℃	空气温度传感器	高温及昼夜变化分析
相对湿度	%RH	空气湿度传感器	干燥环境分析
大气压力	hPa	气压传感器	天气变化及气象计算
降雨量	mm	翻斗式或其他适宜雨量传感器	降雨过程及累计分析
太阳辐照度	W/m²	太阳辐射传感器	地表能量输入分析
累计太阳辐射量	MJ/m²	辐照度时间积分	日、月辐射统计
可燃物含水率（火险扩展）	%干基	专用可燃物监测或人工采样测定	可燃物干燥状态分析
土壤体积含水率（可选）	%vol	土壤水分传感器	生态水热环境辅助研究

6.2 气象数据时间同步

各项参数应具有统一的时间记录规则，支持相同统计时间区间的数据对比。

6.3 气象观测位置

测点应根据观测目的选择，明确数据代表的是开阔地、林缘还是林下环境。

6.4 火险可燃物水分观测

对代表性枯枝、落叶和枯草等可燃物采用适用的测量方法，保持材料类别和计量定义一致。

七、风速风向监测技术原理

7.1 风速监测意义

风速是影响森林可燃物干燥和起火后火行为的重要气象要素之一。不同地形和林冠条件下的风速可能存在显著差异。

7.2 风速测量方式

可采用机械旋转式或超声波式风速传感器，并按照设备技术要求完成安装和维护。

7.3 平均风速

在规定的统计时间窗口内，对有效风速数据进行平均，用于表征相应时段的风速状态。

7.4 阵风

根据适用的气象观测定义和采样频率统计阵风，不应简单将任意单次瞬时数据称为标准阵风。

7.5 风向测量

风向通常表示风吹来的方向，并按规定坐标或方位角记录。

7.6 风向统计

风向属于圆周变量，统计平均方向时应采用适宜的矢量方法，不能直接对接近0°和360°的角度做普通算术平均。

7.7 林冠影响

林冠和地形可能影响近地表风场，林下风速与标准气象观测环境的风速不能未经说明直接比较。

7.8 风场监测边界

固定气象站只能测量自身位置的风场，不能直接代表复杂山地全部区域的风速和风向。

八、空气温度与相对湿度监测

8.1 气温监测意义

气温是影响地表受热、蒸发和可燃物水分变化的重要气象要素。

8.2 温度测量方法

采用适宜的空气温度传感器，并使用通风和辐射防护措施减少太阳直射误差。

8.3 相对湿度监测

利用适宜湿度传感器记录空气相对湿度，反映空气水汽状态。

8.4 空气湿度与可燃物水分

部分细小枯死可燃物能够与周围空气交换水分，其含水状态可能随温湿度发生变化。

8.5 温湿度联合分析

分析高温和低湿度同时出现的时间、强度及持续时间。

8.6 饱和水汽压差

可按适用公式计算空气水汽压差，辅助分析大气干燥需求。

8.7 林下温湿度

林下微气候可能明显不同于林外开阔区域，应保留传感器安装环境信息。

8.8 温湿度应用边界

空气相对湿度不能直接替代枯落物实测含水率；相同空气湿度下，不同材料也可能具有不同水分状态。

九、大气压力监测与天气变化分析

9.1 气压监测意义

大气压力可反映一定的天气系统变化，并支持部分气象统计与计算。

9.2 气压测量方式

采用数字式或其他适宜气压传感器测量本站气压。

9.3 气压单位

气压常以hPa表示，1hPa等于100Pa。

9.4 山地气压影响

气压随海拔变化，不同海拔站点的本站气压不能未经修正直接代表相同高度的天气差异。

9.5 本站气压与海平面气压

若需要比较海平面气压，应采用适宜的气压订正方法并记录计算条件。

9.6 气压变化趋势

可统计气压变化速率，作为天气过程分析的辅助信息。

9.7 气压与森林火险

气压可以辅助分析天气背景，但不应将单独气压高低直接解释为确定的森林火险等级。

十、降雨量与有效湿润过程监测

10.1 降雨监测意义

降雨可能影响地表枯落物、植被和土壤水分，是分析森林火险环境变化的重要参数。

10.2 雨量测量方式

可采用翻斗式或其他满足观测需要的雨量传感器。

10.3 降雨量统计

按照统一时间区间累计有效降雨量，形成小时、日和过程雨量。

10.4 降雨强度

在时间分辨率满足要求时计算相应降雨强度。

10.5 连续无雨时段

根据项目规定的有效降雨判定条件，统计连续无明显降雨的时间。

10.6 可燃物湿润过程

降雨可能使枯草和枯落物吸水，但不同材料的吸水能力和响应时间不同。

10.7 雨后再干燥

降雨结束后，可结合风、温湿度、辐射及可燃物实测含水率分析再干燥过程。

10.8 林冠截留

林冠可能截留部分降雨，使林下实际到达地面的水量与开阔区域不同。

10.9 雨量计安装

应考虑遮挡、树冠滴水、风致误差和维护便利性，明确测量位置所代表的降雨条件。

10.10 降雨监测边界

雨量较大不意味着全部可燃物均已充分湿润，也不能据此直接解除火险管理措施。

十一、太阳辐射与地表热环境监测

11.1 辐射监测意义

太阳辐射是地表能量收支的重要输入，能够影响植被、枯落物及地表温度和水分蒸发过程。

11.2 辐照度测量

通过适宜太阳辐射传感器监测单位面积接收的太阳短波辐射功率。

11.3 辐照度单位

太阳辐照度通常以W/m²表示。

11.4 累计辐射量

对有效辐照度按时间积分，计算累计太阳辐射量。

11.5 日变化分析

记录日出至日落期间的辐射变化及峰值。

11.6 林冠遮阴影响

林冠密度和季节变化可能显著影响林下辐射水平。

11.7 辐射与可燃物干燥

太阳辐射可增加地表能量输入，但可燃物实际干燥还受到风、湿度、材料和降雨等条件影响。

11.8 传感器安装要求

根据测量目的选择无遮挡或明确的林下测量环境，并保持传感器水平和表面清洁。

11.9 辐射数据边界

辐照度较高不直接等于可燃物达到点燃条件，不能仅凭辐射数值判定已经存在火灾。

十二、可燃物含水率监测与火险扩展

12.1 可燃物含水率意义

森林可燃物的含水率影响其受热和燃烧过程，是火险综合评价的重要输入之一。

12.2 典型可燃物分类

根据监测区域实际情况，将可燃物分为枯叶、针叶、枯草、细枝、粗大枯枝及其他相应类型。

12.3 干基含水率

可燃物干基含水率可表示为：

MC=(Mwet-Mdry)/Mdry×100%

其中，Mwet为湿样质量，Mdry为绝干样品质量。

12.4 可燃物专用测量

可采用适合目标材料的水分测量装置，也可以通过人工取样和适用测定方法获得含水率。

12.5 自动估算模型

在具有足够实际样本的情况下，可将温湿度、降雨、风速、辐射和其他适宜变量用于估算特定可燃物含水率。

12.6 模型适用性

不同可燃物材料的吸湿、失水和结构特征不同，不宜采用未经验证的统一换算系数。

12.7 活体植被含水率

活体植被水分受到植物生理活动影响，其测量方法和变化机制不应与枯死可燃物直接混同。

12.8 土壤体积含水率

土壤体积含水率反映单位土壤总体积中的水体积比例，与可燃物干基含水率属于不同物理量。

12.9 分层土壤水分扩展

对于需要研究林地水热环境的项目，可增设浅层和深层土壤含水率及温度监测，但不能把其直接标注为枯落物含水率。

12.10 可燃物含水率数据管理

平台应分别记录人工测定值、专用传感器测量值和模型估算值，并标注可燃物类别及单位。

12.11 火险扩展边界

可燃物水分较低可能提高燃烧敏感性，但是否起火还受火源及其他条件影响。

十三、森林火险气象综合评价

13.1 综合评价目标

在有效监测数据基础上，分析气象环境和可燃物状态对森林火险的综合影响。

13.2 气象指标

根据适用火险气象模型，使用有效的温度、湿度、风和降雨等数据。

13.3 可燃物指标

在具有适宜测量结果时，引入可燃物含水率及必要的可燃物类型信息。

13.4 干燥趋势分析

对相应时间区间的低湿度、无有效降雨和可燃物持续失水进行综合分析。

13.5 风险变化分析

观察大风、温湿度变化和可燃物水分状态是否共同形成需要加强管理的条件。

13.6 太阳辐射辅助指标

在具有可靠模型的情况下，将太阳辐射用于分析可燃物热量和干燥环境。

13.7 大气压力辅助指标

气压用于天气过程背景分析，不宜未经验证赋予固定独立火险权重。

13.8 火险气象等级

森林火险气象等级应依据适用的现行标准和规定数据条件计算，不应直接将自定义评分命名为国家标准等级。

13.9 局地风险模型

在拥有实际林型、可燃物和历史观测资料时，可以建立局地辅助评价模型：

R=f(T,RH,Wind,Rain,Radiation,MCfuel,FuelType,Terrain)

其中，R为辅助风险指标，各变量分别代表温度、湿度、风、降雨、太阳辐射、可燃物含水率、可燃物类型和地形条件。

13.10 模型验证

应使用不同季节、林型和气象条件下的数据验证模型表现，明确其适用区域和失效条件。

13.11 风险分析边界

火险环境评估反映潜在危险条件，不等于未来一定发生火灾，也不能取代火情探测和现场确认。

十四、异常预警与辅助决策机制

14.1 预警总体原则

以数据质量有效、监测对象清晰、风险规则可追溯为基础，对气象异常和可燃物干燥状态进行分级管理。

14.2 大风预警

当风速达到项目经确认的管理条件时，生成大风环境提示。

14.3 风向变化提示

当风向快速变化时，记录相应事件，供局地风场分析使用。

14.4 高温预警

当空气温度达到相应的高温管理条件时，生成异常提示。

14.5 持续低湿度预警

对长时间低湿度环境形成趋势提醒。

14.6 连续少雨预警

依据适宜的有效降雨规则统计持续少雨时间，并结合其他环境数据分析。

14.7 可燃物干燥预警

当经过验证的可燃物含水率达到相应低水分管理条件时，提示加强关注。

14.8 综合火险辅助预警

当大风、干燥和低可燃物含水率等条件同时出现时，可按经过验证的规则提高巡护优先级。

14.9 数据质量预警

对风速传感器异常、雨量计堵塞、辐射传感器污染和可燃物水分设备故障生成独立报警。

14.10 预警管理表

事件级别	典型条件	建议响应
正常	有效环境数据未触发项目异常规则	持续监测
关注	高温、低湿或连续少雨等单项异常	加强气象趋势观察
较高关注	持续干燥与较强风同时出现	加强重点区域巡查
高风险辅助提示	满足经过验证的综合火险高风险条件	执行相应防火管理程序
实际火情事件	来自独立火情探测或现场核实的事件	按规定启动火情核查与应急响应
设备故障	传感器故障、通信中断或数据失效	检修设备并标记数据

14.11 预警发布边界

平台内部辅助火险提示不应自动等同于主管部门正式发布的森林火险预警。涉及对外发布和应急处置时，应执行相应管理制度。

十五、项目实施方案

15.1 现场调查

调查林型、地形、坡向、海拔、林冠密度、已有道路、供电和通信条件。

15.2 监测分区

根据气象差异和防火管理需求划分监测区域，确定代表性站点。

15.3 站点选址

按照观测目的确定站点位置，分别考虑开阔地气象观测和林下微气象观测的要求。

15.4 风速风向设备安装

应明确风速风向传感器安装高度、周边障碍和相应数据代表范围。

15.5 温湿压设备安装

使用适宜的辐射防护和通风措施，避免传感器直接受局部热源影响。

15.6 雨量计安装

考虑树冠遮挡、地形和风致误差，确保安装位置符合目标降雨观测需要。

15.7 辐射传感器安装

按照测量对象确定安装位置，并检查遮挡、水平状态和清洁条件。

15.8 可燃物含水率监测

根据实际可燃物种类选择代表性样地，实施专用传感或人工采样测定。

15.9 数据采集终端安装

完成传感器连接、数据接口、时间同步和本地存储调试。

15.10 供电系统设计

根据现场实际日照、林冠遮阴、设备能耗和供电保障目标确定太阳能、储能或其他供电方式。

15.11 网络联调

检查现场通信覆盖、数据延迟、断网缓存及恢复补传。

15.12 数据质量检查

核查传感器输出单位、测量合理性、统计方法及时间记录。

15.13 模型部署

依据适用火险评价方法和经过验证的数据模型设置分析规则。

15.14 试运行

开展连续运行测试，重点检查传感器稳定性、数据完整性、设备供电和现场环境影响。

15.15 项目验收

根据合同及适用技术要求检查气象参数、可燃物水分、设备运行、数据质量和预警功能。

十六、运维服务保障

16.1 运维总体原则

以长期有效监测为目标，建立周期检查、传感器校准、站点巡检和数据审核制度。

16.2 风速风向传感器维护

检查旋转部件或超声波测量结构、污染、结冰及机械损伤。

16.3 温湿度设备维护

检查辐射防护罩、通风、污染及传感器漂移。

16.4 气压传感器维护

检查气压测量及设备内部密封和环境条件。

16.5 雨量计维护

定期清除落叶、昆虫及其他堵塞物，检查计量机构和安装水平。

16.6 辐射传感器维护

定期清洁光学接收面，检查水平和遮挡情况。

16.7 可燃物水分校验

通过适用人工取样和测量方法检查可燃物含水率传感器及模型。

16.8 供电设备维护

检查太阳能组件遮阴、污染、充电状态和储能设备性能。

16.9 通信维护

检查网络连通性、天线及断网数据恢复情况。

16.10 防雷与电气保护

根据现场风险和适用设计要求配置接地、防雷和浪涌保护措施，并定期检查。

16.11 数据质量管理

对缺失值、异常固定值、设备故障及维护期间数据进行标记。

16.12 生态环境保护

设备安装与维护应尽量减少对植被、土壤及野生动物活动的干扰。

十七、系统优势与方案价值

17.1 多气象要素综合监测

通过风、温湿压、降雨和辐射等参数构建更加完整的森林防火气象观测体系。

17.2 可燃物水分扩展

结合可燃物含水率测量，提升对实际燃料干燥状态的观察能力。

17.3 局地环境感知

针对不同地形、坡向和林型布设监测点，有助于识别局地气象差异。

17.4 长期连续监测

形成具有统一时间标记的环境数据，支持昼夜和季节变化分析。

17.5 远程集中管理

降低部分重复性人工数据记录需求，提高偏远站点运行状态的可见性。

17.6 风险辅助研判

通过经过验证的综合分析规则，辅助识别需要加强防火管理的环境条件。

17.7 多系统扩展

能够根据项目需要与巡护、视频监控和其他火情探测系统进行信息集成。

17.8 数据可追溯

记录设备、测点、参数、校准、异常和模型版本，支持长期比较分析。

十八、应用场景与综合效益分析

18.1 天然林防火环境监测

用于天然林风、温湿度、降雨及可燃物干燥状态监测。

18.2 人工林防火监测

针对人工林地表可燃物和局地气象变化实施连续观察。

18.3 山地森林气象监测

比较山脊、山谷及不同坡向的气象条件，辅助防火巡护与风险分析。

18.4 森林草原交错带

研究林地与草地之间的气象环境及枯草、枯落物含水差异。

18.5 生态保护地

提供长期气象和可燃物水分数据，兼顾生态研究与防火管理。

18.6 防火道路及重点巡护区

对重点管理位置的气象条件进行连续监测，支持巡护安排。

18.7 火场气象保障扩展

在满足安全部署条件且设备适用时，可提供火场附近的气象观测数据，但不能用固定站单点风场替代火场全面气象分析。

18.8 防火管理效益

提高重点林区气象和可燃物水分数据的可获得性，辅助科学安排巡查。

18.9 生态研究效益

长期监测数据可用于研究林区微气候、干旱、可燃物干燥及降雨恢复过程。

18.10 运维效益

通过远程设备状态和故障管理，提高监测网络维护的针对性。

18.11 评价指标

评价方向	建议指标	评价依据
监测质量	有效数据率、传感器比对偏差	数据质控记录
网络稳定性	设备在线率、数据补传成功率	平台运行日志
可燃物监测	含水率实测与估算偏差	现场采样验证
环境分析	异常环境事件识别和复核情况	事件档案
运维管理	故障响应时间、维护完成情况	运维工单
综合应用	监测数据对防火管理的支持程度	管理记录和使用反馈

18.12 效益分析边界

环境监测系统能够辅助发现火险条件变化，但实际火灾发生率还受到火源、管理、天气和其他因素影响。没有实际项目数据时，不宜承诺固定的火灾减少比例。

十九、硬件组成与核心技术参数

19.1 核心设备清单

序号	设备名称	主要功能	配置建议
1	风速传感器	平均风速与阵风监测	每个气象站按需配置
2	风向传感器	风向及变化监测	每个气象站按需配置
3	空气温度传感器	空气温度监测	每站配置
4	相对湿度传感器	空气湿度监测	每站配置
5	大气压力传感器	气压监测	每站配置
6	雨量传感器	降雨过程和累计雨量监测	按站点观测条件配置
7	太阳辐射传感器	太阳辐照度及累计辐射量	按站点配置
8	可燃物含水率监测装置	枯落物或草本可燃物含水监测	火险扩展配置
9	低功耗数据采集终端	数据采集与本地缓存	每站配置
10	无线通信终端	数据上传及远程通信	按网络环境配置
11	太阳能供电组件	独立供电	无市电站点按需配置
12	储能与电源管理组件	保障持续供电	按功耗和续航目标配置
13	气象安装支架及防护箱	传感器安装和设备防护	按站点配置
14	森林火灾环境综合监测平台	环境分析、预警和运维管理	统一部署

19.2 气象传感器参考参数

设备	参考量程	参考准确度	单位
风速传感器	0～60m/s	±(0.3m/s+3%读数)，规定条件下	m/s
风向传感器	0～360°	±3°，规定条件下	°
空气温度传感器	-40～80℃	±0.3℃，规定条件下	℃
空气湿度传感器	0～100%RH	±3%RH，规定条件下	%RH
大气压力传感器	300～1100hPa	±1hPa，规定条件下	hPa
雨量传感器	按预期降雨强度选型	按对应计量范围和设备标定确定	mm
太阳辐射传感器	0～2000W/m²	依据所选辐射表等级及标定确定	W/m²

表中为工程初步选型参考范围，并非所有设备在完整量程或所有气候条件下都具有相同准确度。正式采购时应核查温度、风速、安装高度、供电和环境适用条件。

19.3 可燃物含水率监测参考参数

参数项目	参考要求
测量对象	明确类型的枯草、落叶、针叶或其他目标可燃物
输出单位	%干基，或明确说明其他定义
量程	依据目标材料实际含水状态确定
准确度	依据材料专用标定与现场比对确定
测量方式	专用传感器或人工采样测定
数据属性	区分直接测量值和模型估算值
维护要求	开展材料状态检查和周期性校准

19.4 数据采集终端参考参数

参数项目	参考要求
接口	支持实际所选传感器的数字或模拟接口
采样间隔	可按气象和火险监测需求设置
时间同步	支持统一时间戳
本地缓存	支持通信中断期间保存数据
通信方式	适宜的有线或无线通信
电源管理	支持供电状态和低电压提示
质量管理	支持传感器故障、异常和维护标记

19.5 可选扩展设备

设备名称	主要用途
土壤墒情剖面传感器	土壤体积含水率及分层温度分析
林下温湿度监测单元	林下微气象对比
森林可燃物人工采样装置	材料含水率标定
视频监控设备	可疑火情的辅助观察
热红外监测设备	特定场景下的异常热源识别
独立火情探测装置	火情探测与核查系统扩展
闪电定位数据接入	雷击相关火险事件辅助分析
定位及地形数据	站点空间定位及地形分析

二十、典型应用设计示例

20.1 示例性质说明

以下为假设工程设计示例，仅用于说明森林火灾环境综合监测系统的工程配置，不代表已经实施、验收或取得实际防火成效的项目。

20.2 项目概况

假设某山地森林保护区域存在针叶林、阔叶混交林、林缘和山脊等不同环境类型，需要建设综合气象与可燃物水分监测网络。

20.3 监测目标

连续获取典型林区风速风向、温湿压、雨量、太阳辐射，并对重点地表可燃物含水状态开展观测。

20.4 监测站布设

初步选择山脊、阳坡、阴坡、山谷、林缘和林内典型样地等6类代表位置，设置6处监测站。实际数量和选址需根据现场气象与地形条件确定。

20.5 基础站点组成

基础站包括风速风向、空气温湿度、气压、降雨、辐射、数据采集、通信及供电组件。

20.6 火险扩展站点

在地表枯落物较集中或需要专项分析的区域，增设可燃物含水率监测及人工采样校准。

20.7 示例设备配置表

设备名称	示例数量	配置说明
风速风向监测单元	6套	每站1套
空气温湿度传感器	6套	每站1套
大气压力传感器	6套	每站1套
雨量监测单元	6套	按站点条件安装
太阳辐射传感器	6套	按监测目的选择安装环境
可燃物含水率测量单元	3套，可选	重点可燃物样地配置
可燃物采样校准设备	按调查计划配置	用于实测及模型验证
低功耗数据采集终端	6套	每站1套
无线通信终端	6套	按网络覆盖配置
太阳能及储能组件	6组	按站点功耗和遮阴条件计算
安装及防护组件	6组	按现场地形配置
森林火灾环境监测平台	1套	统一管理所有站点

20.8 工程实施流程

依次开展林区调查、监测分区、站点选址、传感器安装、供电通信建设、数据采集联调、可燃物采样校准和连续试运行。

20.9 火险辅助分析流程

系统首先审核气象及可燃物水分数据质量，再依据适用模型计算或展示辅助风险指标，并将异常情况提供给管理人员核查。

20.10 独立火情核查流程

如果后续接入视频、红外或其他火情探测系统，应分别记录环境风险事件、疑似火情和经核实火情，不能将不同事件状态混合。

20.11 验收内容

建议验收监测参数、设备运行稳定性、站点数据有效率、可燃物水分校验、网络通信和平台预警功能。

20.12 示例应用边界

示例站点数量仅用于工程配置说明，不代表能够覆盖全部林区微气候。正式建设应根据地形、林型、监测精度和防火管理范围重新评估。

二十一、标准规范、参考文献与方案总结

21.1 标准应用原则

森林火灾环境综合监测涉及气象观测、森林火险气象等级、可燃物测量和监测设备运行质量管理。实际工程应依据监测目的采用适用的现行标准，并核查有关技术要求的具体适用范围。

21.2 主要标准规范

标准编号	标准名称	主要用途
GB/T 36743—2018	森林火险气象等级	森林火险气象等级评价
LY/T 2013—2012	森林可燃物的测定	森林可燃物含水率等指标测定
QX/T 301—2015	林业气象观测规范 第4部分：森林地被可燃物含水量观测	森林地被可燃物含水量观测
QX/T 49—2007	地面气象观测规范 第5部分：气压观测	气压观测技术参考
QX/T 52—2007	地面气象观测规范 第8部分：降水观测	降水观测技术参考
QX/T 55—2007	地面气象观测规范 第11部分：辐射观测	辐射观测技术参考

21.3 森林火险气象等级

GB/T 36743—2018《森林火险气象等级》为现行推荐性国家标准，可作为相应火险气象评价的重要技术依据。

21.4 森林可燃物测定

LY/T 2013—2012《森林可燃物的测定》为现行林业行业标准，可用于适用森林可燃物含水率等指标的测定。

21.5 森林地被可燃物含水量观测

QX/T 301—2015《林业气象观测规范 第4部分：森林地被可燃物含水量观测》为现行气象行业标准，可作为相关可燃物水分观测依据。

21.6 气象观测技术参考

气压、降水和辐射等要素的观测应采用适宜方法，保证传感器安装环境、数据统计规则和单位一致性。所列气象行业规范应在正式设计时进一步核查其最新适用状态和具体条款。

21.7 参考文献与查询链接

（1）GB/T 36743—2018《森林火险气象等级》。

https://openstd.samr.gov.cn/bzgk/std/newGbInfo?hcno=18EAA2BDD39E20B88316A9064BE15AA0

（2）LY/T 2013—2012《森林可燃物的测定》。

https://std.samr.gov.cn/hb/search/stdHBDetailed?id=8B1827F1D584BB19E05397BE0A0AB44A

（3）QX/T 301—2015《林业气象观测规范 第4部分：森林地被可燃物含水量观测》。

https://std.samr.gov.cn/hb/search/stdHBDetailed?id=8B1827F21CF9BB19E05397BE0A0AB44A

（4）全国标准信息公共服务平台。

https://std.samr.gov.cn/

21.8 技术扩展方向

基础气象监测系统稳定运行后，可根据实际防火管理需求增加林下温湿度、分层土壤水分、可燃物专用含水率、视频、热红外及其他火情探测设备。

对于复杂山地森林，可研究多站点局地风场差异、山谷与山脊微气候变化以及不同可燃物的干燥特征。

对于需要综合研判的项目，可在适用标准和可靠验证基础上，将气象监测、可燃物状态、地形和实际巡护资料进行联合分析。

21.9 技术应用边界

风速风向、温湿压、雨量和辐射属于环境监测参数，不能直接确认森林火灾已经发生。

森林火险气象等级属于气象危险条件评价，实际起火还受到火源、可燃物和其他因素影响。

可燃物含水率与土壤体积含水率不同，不能将普通土壤墒情传感器的%vol读数直接标为森林可燃物含水率。

固定站风速风向只代表对应安装位置的局地风场，不能在未经分析时代表复杂山地全部风场。

降雨量不能直接证明可燃物已经充分湿润，也不能单独决定火险管理措施是否解除。

太阳辐射和高温能够影响干燥环境，但不能单独推断可燃物达到点燃条件。

内部火险辅助评分与主管部门正式火险预警应分别管理，不能使用未经验证的模型替代法定预警流程。

疑似火情与已确认火情应由独立探测、核查及相应管理程序确定，不能由气象异常自动转换为已确认火情。

21.10 方案总结

森林火灾环境综合监测方案通过风速、风向、空气温度、相对湿度、大气压力、降雨量和太阳辐射的连续监测，构建面向重点林区的气象环境感知体系。

系统在气象监测基础上增加经过确认的可燃物含水率观测，实现对森林地表可燃物干燥变化和气象环境变化的联合分析。

通过代表性监测站布设、低功耗数据采集、远程传输、质量控制、长期趋势分析和风险辅助研判，可为森林防火巡护、生态环境监测和防火管理提供数据支持。

通过明确环境风险、疑似火情和已确认火情之间的不同数据属性，系统可以与视频、热红外和其他探测系统实现合理协同，避免将单一气象异常误判为实际森林火灾。

在符合适用森林火险气象、可燃物测定和气象观测标准要求的前提下，本方案能够为天然林、人工林、山地森林、森林草原交错带和生态保护地提供可扩展的森林火灾环境综合监测与智能辅助决策技术支撑。