森林死可燃物含水率在线测量技术研究

论文摘要

森林地表死可燃含水率直接影响林火发生概率,影响林火行为,为了解决森林地表死可燃物含水率在线测量的问题,在中央高校基本科研业务费项目（2572017DB04）的支持下,从理论和实验两方面对这一问题进行了深入研究,主要内容如下:结合水的红外吸收光谱,为了寻求森林死可燃物不同的含水率与近红外吸收光谱之间的关系,利用光纤光谱仪对森林地表死可燃物不同含水率下的红外光谱特性进行了分析,表明1450nm作为水的吸收峰,验证了基于红外吸收光谱法在线测量森林地表凋落物含水率的可行性,同时为测量原理及红外激光器的选择提供了依据。在装置研制方面,根据反射率相对测量法原理,搭建了由STM32嵌入式控制器、红外激光器、半透半反镜、标准白板和两个红外光电二极管组成的红外反射率测量装置。根据元器件参数,设计了光电二极管放大电路,并通过Tina-TI电路仿真软件,对放大电路进行了仿真。将放大后的输出电压接入STM32的I/O 口进行A/D采集,并通过示波器对STM32的输出电压示值进行了校准。为了实现林地内实测数据的远距离无线传输,采用了 LoRa长距离无线传输模块,上位机的主控界面由LabVIEW设计。在含水率标定方面,为了建立森林死可燃物含水率与红外光谱反射率之间的准确关系,完成了 2个标定实验。由于本装置采用相对测量法来测量红外吸收光谱反射率,因此需要使死可燃物呈现粉末状来保证漫反射,实验对不同林分死可燃物粉末含水率与反射率之间的关系进行了标定;考虑到实际森林死可燃物为大叶片形状,叶片含水率的变化率与粉末形状含水率的变化率也不尽相同,因此又对不同林分粉末状态下的含水率与林地自然叶片状态下的含水率进行了标定。在实际测量方面,将森林死可燃物含水率在线测量系统放置在东北林业大学实验林场内水曲柳样地内,对地表死可燃物含水率进行了连续15h的在线测量,并将在线测量结果与称重法进行比较,结果表明通过本文设计的森林死可燃物含水率在线测量装置,实现了可燃物含水率的远距离在线测量,测量结果的不确定度为27.99%。森林死可燃物含水率在线测量技术实现了对含水率的在线监测,进一步完善了森林死可燃物含水率的测量技术,为提高森林火险等级预测预报提供了技术基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究目的及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 国内研究现状
•     1.2.2 国外研究现状
•   1.3 本文的主要研究内容
• 2 光谱法含水率测量原理
•   2.1 森林死可燃物近红外光谱测量实验
•   2.2 反射率测量法
•     2.2.1 绝对测量法
•     2.2.2 相对测量法
•   2.3 测量原理及技术路线
•   2.4 本章小结
• 3 含水率在线测量装置
•   3.1 装置总体设计
•   3.2 光源和探测器
•   3.3 放大电路设计
•     3.3.1 电路参数计算
•     3.3.2 电路性能测试
•   3.4 基于STM32的信号采集
•     3.4.1 总体设计
•     3.4.2 AD电压模块的校准
•   3.5 LoRa无线模块
•     3.5.1 LoRa简介
•     3.5.2 LoRa模块选型
•   3.6 基于LabVIEW的界面显示
•   3.7 实验装置集成
•   3.8 本章小结
• 4 实验标定
•   4.1 粉末反射率与含水率的标定
•     4.1.1 野外样品采集
•     4.1.2 样本处理
•     4.1.3 实验仪器
•     4.1.4 实验方案设计
•     4.1.5 粉末反射率与含水率标定结果及分析
•   4.2 森林死可燃物粉末与叶片含水率标定实验
•     4.2.1 样品的制备与处理
•     4.2.2 实验方案与步骤
•     4.2.3 实验结果与分析
•   4.3 本章小结
• 5 林地森林死可燃物含水率在线测量实验
•   5.1 林地和测量对象
•   5.2 样品制备与实验器材
•   5.3 实验步骤
•   5.4 实验结果
•   5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 附件

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 叶颖慧

导师: 邢键

关键词: 森林死可燃物,含水率,红外光谱反射率,标定

来源: 东北林业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技,信息科技

专业: 物理学,植物保护,林业,无线电电子学,无线电电子学

单位: 东北林业大学

基金: 中央高校基本科研业务费项目(2572017DB04)

分类号: S762.31;TN248;TN792

DOI: 10.27009/d.cnki.gdblu.2019.000575

总页数: 60

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