林业雷击火防控新装备：雷电预警闪电定位系统装置
林业雷击火防控雷电预警闪电定位系统是一种用于监测和预警森林中雷电活动，以预防雷击火发生的重要技术系统，
️一：系统构成
️1、探测设备
️（1）、全波形三维闪电定位仪：
1：工作原理：利用闪电辐射的电磁场特性，对闪电回击放电产生的全波形信号进行精确测量和分析，通过多个定位仪接收闪电信号的时间差、方位角等信息，运用先进的算法计算出闪电的三维空间位置。
2：功能特点：可实时探测定位较远距离内的闪电信息，能准确获取闪电发生的时间、位置、强度、高度等关键参数，还可区分不同类型的闪电，如云地闪、云间闪等，为雷击火监测提供全面、精准的数据支持。
3：应用场景：广泛应用于大面积森林区域的雷电监测，如大兴安岭等重点林区，能有效监测区域内的雷电活动情况，帮助林业部门及时发现可能引发雷击火的危险区域。
️（2）、大气电场仪：
1：工作原理：通过测量大气中电场强度的变化来监测雷电活动。在雷暴天气形成过程中，云层与地面之间会形成强大的电场，大气电场仪能够感应到这种电场的变化，并根据电场强度、变化速率等参数，判断雷暴的发展趋势和潜在的雷击危险性。
2：功能特点：可提前一定时间对周边一定范围内潜在的雷暴活动及雷击危险性做出预报预警，为林业工作人员争取更多的防范时间。具有较高的灵敏度和实时性，能快速响应大气电场的微弱变化，及时提供雷电预警信息。
3：应用场景：可部署在森林边缘、山顶等空旷地带，以及瞭望塔、监测站等位置，对周边森林区域进行雷电预警，如中国林科院森环森保所团队将其应用于我国雷击火的监测预警，取得了良好效果1。
️（3）、气象监测站：
展开全文1：工作原理
- 数据采集原理：气象要素传感器基于不同的物理、化学原理感知气象要素的变化，并将这些变化转化为电信号或其他可测量的信号。如温度传感器利用物体的热胀冷缩、电阻随温度变化等特性，湿度传感器根据水分子与感应材料相互作用导致的电学性质变化来测量湿度。
- 数据传输与处理原理：数据采集器按照设定的时间间隔采集传感器的数据，并进行存储和初步处理。通过通信模块，利用无线通信网络将数据传输到数据中心或管理平台。数据中心运用专业的气象数据分析软件和算法，对大量的气象数据进行分析、统计和建模，提取有价值的信息，如计算火险指数、预测天气变化趋势等。
2：作用
- 实时监测气象数据：对气温、湿度、风速、风向、降水、气压等气象要素进行实时、连续的监测，提供准确的基础数据，帮助工作人员了解林区当前的气象状况。
- 火灾风险评估：为雷击火危险性预测模型提供关键参数，通过综合分析气象数据与森林可燃物状况等，评估雷击火发生的可能性和危险程度，为制定防控措施提供科学依据。
- 辅助雷电预警：结合闪电定位系统等其他设备的数据，辅助判断雷电活动的趋势和可能影响的区域。例如，当气象监测站监测到空气湿度低、气温高、风速较大且有雷暴天气迹象时，预示着雷击火发生的风险较高。
- 火情蔓延预测：在雷击火发生后，根据实时监测的风速、风向等气象数据，预测火灾可能的蔓延方向和速度，为消防力量的部署、扑救方案的制定以及人员疏散等提供重要参考，提高火灾扑救的效率和效果。
- 研究气象与雷击火关系：长期积累的气象数据可用于研究气象条件与雷击火发生、发展之间的规律和相关性，为改进雷击火防控技术、完善防控策略提供数据支持和理论依据。
️（4）、数据传输网络：
一般采用 4G、5G 或卫星通信等方式，将探测设备获取的数据实时传输到数据处理中心2。
️（5）、数据处理中心：
对收集到的雷电、气象等数据进行分析、处理和存储，运用专业的算法和模型，计算出雷电活动的趋势、落雷概率等信息。
️（6）、预警发布平台：
将分析得出的雷电预警信息，通过短信、手机应用程序、广播、电子显示屏等多种渠道，及时发布给林业部门工作人员、森林巡护人员以及周边居民。
️二、工作原理
- 时间到达法：测定闪电的电磁波从落地点传播到探头所需要的时间，通过多个探测点接收到闪电信号的时间差，计算出闪电的位置。
- 方位测定法：利用一对成正交的磁场线圈，测定闪电所在的正确方位。
- 时差测向混合法：在测向系统的基础上增加了时差功能，采用数字信号处理器技术增加了数字波形处理，并用网络的形式高速率送往中心站，用工作站进行波形相关性分析和定位处理。
️三、作用意义
- 提前预警防范：能提前数小时甚至数天对可能发生雷击火的区域发出预警，让林业部门提前做好人员、设备的部署，及时开展防火巡查、清理易燃物等工作，降低雷击火发生的概率。
- 精准定位雷击点：精确确定雷电发生的位置，帮助工作人员快速锁定可能引发火灾的区域，提高雷击火监测和扑救的效率。
- 辅助决策支持：为林业部门的防火决策提供科学依据，如根据雷电活动趋势和落雷密度，合理安排巡护路线、设置防火隔离带等。
- 研究雷电规律：长期积累的雷电数据可用于研究雷电活动的规律和趋势，以及雷电与森林火灾发生的相关性，为制定更有效的雷击火防控策略提供参考。
️四、应用案例
- 中国林科院森环森保所项目：中国林科院森环森保所森林和草原火灾防控创新研究室建成了覆盖大兴安岭林区、四川凉山、河北塞罕坝、福建武夷山以及新疆阿尔泰的全国重点林区雷电监测网和火险监测网，覆盖范围超过 40 万平方公里。其研发的雷击火预警模型体系，可实现单个闪电风险精准预警，预警风险划分为高、中、低三级，能有效筛除 80% 以上的低风险区域和低风险闪电。
- 凉山州雷击火感知系统：四川省凉山州安装了 2 套火险自动监测站、4 套全波形三维闪电定位仪、1 套长基线雷电电磁脉冲探测仪，可实现对不同雷电指标、可燃物指标、气象指标的实时监测，后续将实现系统常态运行并开展业务化培训。
