1.本发明是一种森林植被燃烧灰分含量的研究方法，属于火灾预防技术领域。
背景技术：
2.森林是地球上一种宝贵的自然资源，它的存在不仅可以美化环境，更肩负着维持地球生物圈生态平衡的重任。然而，近年来森林生态系统受全球气候异常的影响，林内的总体相对湿度低，植物体内的含水量低，森林残留物干燥，林内若稍有火星便会引燃森林植被，同时极易诱发树冠火。难以预测的火势亦增加了后续的救援扑火工作难度，森林火灾导致了林内资源损失惨重。森林火灾造成的最直接危害是烧毁树木和林下植物资源、减少森林蓄积、危害野生动物，并且影响社会经济发展。倘若在发生森林火灾时，无法对此进行及时的监控与救援，不仅被困人员的生命也难以得到保证，而且对森林生态环境造成巨大危害。因此，对森林火灾的防护工作刻不容缓。
3.我国林业资源分布广、面积大，地形较为复杂，同时林业工作也较为繁重，造林护林任务艰巨。普通的监测技术与巡逻人员无法满足对森林火灾的防控需求，需要特殊的工作环境。因此目前急需新型科学技术手段进行管控，新型仪器可以减少对工作环境的需求。发生森林火灾后，灰分检测是相当重要的一环。灰分含量是指燃料中矿物质的含量，燃料燃烧后残留物主要由na、k、ca、mg和si元素组成，是植被燃烧中非常重要的物理因素。这些元素在燃烧早期进行了催化纤维素燃烧反应生成了一定量的焦油，对后续木炭的生成率产生了影响，决定了燃烧反应的激烈程度与火焰活跃度。灰分含量与可燃物的燃烧性有很大的关系，灰分含量越低，植被的燃烧性越高。
4.目前，国内测定灰分的主要方法包括直接灰化法，加助灰化剂灰化法，x荧光光谱法，常规国标化学分析法等，这些方法需要对样品进行预处理，然而在预处理的过程中，会不可避免的产生一些误差，并且耗时较长，无法在森林火灾后对植被燃烧的灰分进行快速检测。可见，现阶段我国森林资源管理工作已迈入信息化发展阶段，由传统人工作业向“天地空”立体化调查监测转变，极大地提高了森林资源调查监测工作的质量和效率。
5.因此，本发明首先运用激光诱导击穿光谱技术研究植被燃烧的灰分的元素组成，在此基础上利用偏最小二乘法建立植被燃烧灰分含量的定量分析模型，并用建立的模型对样品进行主要元素的预测和分析。可见，此方法探索了在灰分含量研究方面快速分析和检测技术的可行性，满足了在森林火灾后植被燃烧灰分的在线快速检测的需求，具有结果准确可靠，仪器操作简便等特点。通过这种方法检测出森林植被的可燃性，使得人们对森林植被有更多认识，并且在相关森林防护区进行有效的防控监测管理，有效的提高营林护林效率。
技术实现要素：
6.(1)技术问题
7.本发明目的是提供一种森林植被燃烧灰分的研究方法。首先，本发明针对森林植
被在干燥环境易燃的特点，运用激光诱导击穿光谱分析法结合偏最小二乘法建立森林火灾模型后对植被燃烧灰分中灰分含量进行定性和定量的分析，解决目前森林火灾发生后无法对植被灰分进行快速和精准检测，难以对林区进行监测与管控的问题。
8.(2)技术方案
9.为了解决目前存在无法对森林火灾发生后对植被燃烧灰分快速和精准检测，难以对林区进行监测与管控的问题。本发明首先采集森林典型植被的枝与叶作为研究样本，充分燃烧后将植被灰分放入激光诱导击穿光谱系统的装置中，通过调整激光器的电压获取相应能量的激光，调整聚焦透镜的位置使激光聚焦在样品表面附近，通过装置配套软件设置实验过程中的延迟时间，实验次数和积分时间等参数，然后调整收光器的聚焦位置，通过光谱仪获取相应的光谱数据然后进行分析；光学设备采集等离子体冷却过程中发射出的光谱信号，通过光纤传输至光谱仪进行分光与光电转换，然后通过计算机记录生成的数字信号，最后进行分析处理；记录植被燃烧灰分的主要元素在特定谱线位置对应的光谱强度，然后采用偏最小二乘法建立模型并进行定量分析，得出森林植被的成分组成及其含量。
10.(3)有益效果
11.植被燃烧灰分中常见元素有k、ca、mg、na和微量元素cu、zn，精准测定植被燃烧灰分中常见元素及其含量对降低森林火灾发生具有重要作用。当前，森林防火是维护林区社会安定，提供生活物资保障的必要行为。随着北斗卫星系统与无人机技术在森林火灾防控方面的引入，森林火灾在实时监测方面有了较大的进展。通过分析森林火灾后典型植被燃烧灰分的主要成分，从燃烧灰分层面可以研究森林植被的燃烧特性与防火指标，从而对森林植被有更多的认识，并且在相应林区进行监测与管控，对于森林火灾的防治有重要意义。
具体实施方式
12.本发明提供一种森林植被燃烧灰分含量测定方法，具体实施步骤如下：
13.(1)采集森林典型植被的树叶50g，树叶经过干燥处理后充分燃烧，收集燃烧后的灰分，同时对光谱仪进行光谱预处理，减少近红外光谱产生的误差，避免其对后续实验产生影响；
14.(2)搭建由激光器和光谱仪组成的激光诱导击穿光谱技术系统，然后与光谱仪耦合进行光谱分析，并选择与k、ca、mg、na的元素对应谱线强度测定它们的含量并进行定性分析；
15.(3)运用偏最小二乘法建模并进行定量分析，利用一种多因变量的交互验证法对多自变量进行回归建模，建立了偏最小二乘法模型，获取拟合结果特征谱线强度和k、ca、mg、na各元素浓度之间的线性关系；
16.(4)通过偏最小二乘法建立的模型得出拟合结果的系数与相对误差，计算并分析森林典型植被燃烧灰分的含量，基于此对不同植被的防火性进行分析，此方法探索了在灰分含量研究方面具有高效分析和检测的新技术。
技术特征：
1.一种森林植被燃烧灰分含量测定方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：(1)采集森林典型植被的树叶50g，树叶经过干燥处理后充分燃烧，收集燃烧后的灰分，同时对光谱仪进行光谱预处理，减少近红外光谱产生的误差，避免其对后续实验产生影响；(2)搭建由激光器和光谱仪组成的激光诱导击穿光谱技术系统，然后与光谱仪耦合进行光谱分析，并选择与k、ca、mg、na的元素对应谱线强度测定它们的含量并进行定性分析；(3)运用偏最小二乘法建模并进行定量分析，利用一种多因变量的交互验证法对多自变量进行回归建模，建立了偏最小二乘法模型，获取拟合结果特征谱线强度和k、ca、mg、na各元素浓度之间的线性关系；(4)通过偏最小二乘法建立的模型得出拟合结果的系数与相对误差，计算并分析森林典型植被燃烧灰分的含量，基于此对不同植被的防火性进行分析，此方法探索了在灰分含量研究方面具有高效分析和检测的新技术。
技术总结
本发明提供的是一种森林植被燃烧灰分含量的测定方法，属于火灾预防技术领域，用于解决目前无法对森林火灾发生后植被燃烧灰分进行准确、及时和有效分析的问题。本发明首先采集森林典型植被的枝与叶，然后将枝叶充分燃烧后的灰分放入激光诱导光谱穿透的装置系统中，然后记录灰分的主要元素在特定谱线位置对应的光谱强度，并采用偏最小二乘法建立模型并对植被燃烧灰分进行定量分析。本发明首先分析了森林火灾后典型植被燃烧灰分中各元素的含量，然后从燃烧灰分层面研究森林不同植被的燃烧特性并确定防火指标，通过森林管理信息系统对森林火灾进行及时的火场定位与监测，为森林火灾扑救指挥部提供信息技术支持，对森林火灾的防治具有重要意义。防治具有重要意义。
技术研发人员：夏文静 耿锦添 杨筱祎 姜楠
受保护的技术使用者：南京林业大学
技术研发日：2022.06.27
技术公布日：2022/9/16