CN104778517B - 基于微气象与卫星遥感数据的微气象灾害预警方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于微气象与卫星遥感数据的微气象灾害预警方法及系统，属于电力系统的气象灾害预警领域。其特征在于：将卫星遥感技术应用于电网微气象灾害监测中，实现了宏观气象和微气象的结合应用。将地面观测数据库中的微气象数据和卫星遥感观测数据库中的微气象数据通过GSM网络传送到预警平台服务器中。通过分析程序对将测到的数据进行深度挖掘，整理出任意历史时间段的最大值，最小值及平均值等统计信息，通过图形和曲线等方式为用户直观的描述出各个监测点的具体信息。根据灾害分级标准判断灾害天气的影响范围，准确定位受灾害天气影响的电网设施，为电网防灾、抗灾、减灾提供数据支撑与决策支持。
Description
技术领域
本发明属于电力系统的气象灾害预警领域，尤其是涉及一种基于微气象与卫星遥感数据的微气象灾害预警方法及系统。
背景技术
电力行业是气象高敏感性和高需求性行业，其生产、建设、运营受环境气象因素影响极大。微气象是指由于某些构造特征(如微地形)所引起的近地面大气层中和上层土壤中的小范围气象要素（气象要素包括温度、湿度、风速风向、气压、雨雪量等）的改变，这种小范围气候特点表现在个别天气现象(如风、雾、霜、雨凇等)上，但这种要素的改变不至于使大尺度过程(平流、锋面)所决定的天气气候特征发生较大变化。
目前，国内多已开展了电力微气象灾害预警方法的相关研究，但是，由于气象信息分散、研究地域单一，使电力微气象灾害预警技术研究缺乏系统性，主要体现在以下几个方面：
（1）地域针对性较强，各省市地形地貌、气候、植被等情况存在差异，微气象灾害区域规律的分析不全面，微气象灾害相关理论无法在全网范围内通用；
（2）气象信息收集分散，气象台(站)常设在城市及其附近地区，难以反映沿线峡谷、风口、高山分水岭等局部微地形点的实际气象情况，而电网气象监测设备多针对单个专题灾害，未充分考虑区域微气象特点，且两者缺乏有效融合，不能对微气象点进行实时监测和播报；
（3）缺乏专业的微气象、微地形信息数据库，现有的微气象灾害预警计算和预报模式有待修正；
（4）微气象灾害监测多采用在线监测装置，存在监测范围小、灾害条件下工作受限等不足，基于卫星遥感信息的电网广域监测技术在微气象灾害监测领域的应用研究刚刚起步，无法支持更深层次的开发和应用。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种通过图形和曲线等方式为用户直观的描述出各个监测点的具体信息，根据灾害分级标准判断灾害天气的影响范围，准确定位受灾害天气影响的电网设施，为电网防灾、抗灾、减灾提供数据支撑与决策支持的一种利用微气象数据与卫星遥感数据相结合的微气象灾害系统及预警方法。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种基于微气象与卫星遥感数据的微气象灾害预警系统，其特征在于，包括：
一个地面微气象观测数据库：所述地面观测数据库包括由覆冰监测装置、舞动监测装置、以及风偏监测装置实时监测的覆冰、舞动、风偏等电力微气象监测设备数据，以及气象台站的实时数据；地面微气象观测设备由覆冰监测装置、舞动监测装置以及风偏监测装置组成；覆冰监测装置由风速传感器、风向传感器、温度传感器、湿度传感器、拉力传感器、倾角传感器等探测感应部件收集数据，通过数据采集器对各感应探测器的数据进行信号数字化同时生成气象报文记录，再由数据传输部分负责对生成的报文记录通过GSM网络传输送至相关应用部门；舞动监测装置由相应数量的位移传感器、加速度传感器收集位移、加速度数据在再由采集编码部分的数据采集器对位移、加速度数据进行处理，得到导线舞动轨迹、舞动幅值的特征量，再数据传输部分负责对生成的报文记录通过GSM网络传输送至相关应用部门；风偏监测装置由风偏角检测仪、温度传感器、湿度传感器、风速传感器、风向传感器收集境温度、环境湿度、风速、风向、雨量、日照强度等气象数据和的风偏角数据；通过数据采集器对各感应探测器的数据进行信号数字化同时生成气象报文记录，再由数据传输部分负责对生成的报文记录通过GSM网络传输送至相关应用部门；根据气象部门气象台站及电力微气象监测设备采集的数据，建立微气象信息接收和共享机制，保障地面观测数据传输转换安全性和应用时效性；
一个卫星遥感观测数据库：所述卫星遥感观测数据包括遥感影像数据和线路矢量数据；所述遥感影像数据包括：从气象卫星云图中获得的电网覆冰、风偏、舞动等微气象灾害的卫星遥感监测指标，包括微气象灾害易发区域的温度、湿度、风速、风向等宏观气象数据；所述线路矢量数据是指通过高分辨率卫星所获取的立体遥感影像数据，利用该数据可建立电塔、电线等电力设备的三维可视化模型，再现电网设备及周围运行区域的的自然环境；
一个预警平台服务器：能够使基于云端的服务器，用于接收上述两个数据库中的实时数据，并进行后期分析预警处理；
一个应用客户端，包括：
实时数据采集模块：负责采集系统展示所需的各类数据，包括前端硬件设备采集并回传后的数据解析工作，及解析后将数据写入系统数据库的工作；
电子地图实时数据展示模块：用电子地图的方式展现全网输电线路图，通过缩放功能，更直观地了解输电线路上的每一处细节；在地图上，用图标对监测设备进行标记，将地图上的测点与现实线路中的监测设备一一对应起来；通过图标变色、外弹悬浮窗等多种显示方式宏观把握全局输电线路运行状态，并可具体显示局部站点监测细节；
报警事件查询模块：系统对设备所监测的各项指标，根据线路工区专工及气象学对监测指标分级定义，设定相应的监测门槛值，一旦监测到的数据发生越界，系统首先在实时展示界面上进行报警提示，并将该事件记录下来，通过报警事件查询模块为用户日后查询、分析事故原因等工作提供数据支持，并可将查询结果生成相应的报表，方便日常办公使用；
历史数据存储及分析模块：属于后台程序，用来整理和分析历史数据，对独立数据进行深度挖掘，总结规律，以更加全面地体现采集数据价值；
图形分析展示模块：包含众多的数据展示方式，如温度计、湿度计、罗盘等；直观地展现微气象灾害，如覆冰、舞动及风偏等的灾害状态，使用户更加准确、全面地了解监测信息；
报表分析展示模块：用报表方式将分析数据提供给用户，是最基本也是最常用的一种数据展示方式，用户可根据需求来对报表进行定制，设置报表包含数据范围及报表模式。
一种基于微气象与卫星遥感数据的微气象灾害预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将地面观测数据库中的微气象数据和卫星遥感观测数据库中的微气象数据通过GSM网络传送到预警平台服务器中；
步骤2，通过分析对将测到的数据进行深度挖掘，整理出任意历史时间段的最大值，最小值及平均值等统计信息，通过图形和曲线方式基于应用客户端为用户直观的描述出各个监测点的具体信息；
步骤3，根据灾害分级标准判断灾害天气的影响范围，准确定位受灾害天气影响的电网设施，为电网防灾、抗灾、减灾提供数据支撑与决策支持；
步骤4，生成灾害预警信息并发布预警信息。
因此，本发明具有如下优点：通过图形和曲线等方式为用户直观的描述出各个监测点的具体信息，根据灾害分级标准判断灾害天气的影响范围，准确定位受灾害天气影响的电网设施，为电网防灾、抗灾、减灾提供数据支撑与决策支持。
附图说明
图1是本发明的系统构成示意图。
图2是本发明的方法流程示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
将卫星遥感技术应用于电网微气象灾害监测中，实现了宏观气象和微气象的结合应用，为电网微气象灾害监测提供了新方法。
本发明的系统构成图如图1所示。
地面观测数据包括气象台站数据和覆冰、舞动、风偏等电力微气象监测设备数据。地面微气象观测设备主要由测量部分、采集编码部分和数据传输部分构成，数据测量部分主要包括雨量计、气压计、温度感应器、辐射计以及风等探测感应部件；数据采集器主要对各感应探测器的数据进行信号数字化同时生成气象报文记录；传输模型负责对生成的报文记录通过GSM网络传输送至相关应用部门。根据气象部门气象台站及电力微气象监测设备采集的数据，建立微气象信息接收和共享机制，保障地面观测数据传输转换安全性和应用时效性。
卫星遥感观测数据包括遥感影像数据和线路矢量数据。卫星遥感数据采集主要采用先进的数据适配器技术，对系统所需的遥感数据进行高效的采集、筛选、归一、关联处理，并建立主题数据库、数据仓库，为系统建立丰富的底层数据支撑。主要包含以下部分：实时采集、自定义采集及自动补发、多数据格式预处理、内外网安全隔离、多任务并发及定制、完善日志管理机制和安全可靠的守护机制。基于上述遥感卫星监测信息的数据模型、处理模式、存贮结构、存取方法等，建立遥感气象信息数据库。研究基于电网信息安全隔离机制的遥感气象信息电力内网侧应用，在保证电网数据信息安全性的前提下，基于企业数据总线方式研究建立气象遥感信息共享机制，实现气象遥感信息在店里内网侧的高度集成、有效共享。
遥感卫星地面接收站接收、处理卫星数据，再分发至应用部门，数据传输具有一定的时延，在重点监测区域，需要提高灾害监测与预警的实时性。研究遥感数据的发布方式和实效性，根据实际应用需求，研究小型遥感数据接收装置的布点原则。
使用高效实时的点对点短信告警技术，将达到告警临界值的微气象灾害信息及影响的电网资源信息通过短信的方式告知电网资源相关管理单位及维护人员，主要包括以下功能模块：通讯录管理、接口参数管理、告警短信生成模块、告警短信下发模块、发送日志查询统计和数据备份。
以上述各类理论、技术研究和平台为基础，并采用地理信息技术、卫星遥感技术等先进技术，结合现有的GIS系统构建基于GIS的微气象灾害监测预警系统，系统通过将卫星遥感监测到的各种微气象灾害与GIS平台进行无缝对接，并整合微气象预警模式数据信息，实现各种卫星遥感微气象灾害数据基于GIS的实时监测处理与预警以及高效组织、存储与管理，可以满足各种微气象灾害信息查询统计分析的需求，为电力企业对微气象灾害的监测、预警以及各种数据基于地理信息的分析处理等提供有效的可视化平台，并最终融入综合微气象灾害预警系统。系统主要功能由以下几个方面构成：
电网资源与环境信息等基础数据展示：充分集成与微气象相关的各类信息资源，涵盖地理信息数据、生产管理系统数据、宏观气象数据、微气象监测数据等。项目以电网统一GIS平台为基础展现平台，为用户提供各类电网资源与环境信息的定位、检索、统计分析、详细信息查询等一系列功能，为基于GIS的卫星遥感微气象预警系统提供基础信息展示支持。
卫星遥感微气象灾害监测：主要通过卫星遥感监测技术对覆冰、风偏、舞动等微气象灾害的监测指标进行监测，同时实现其监测信息向地理信息平台的转换，使其能够在统一的地理信息平台中进行直观可视化叠加展示，为电力专家的综合分析提高各种数据信息参考，同时提供各种监测数据基于地理信息平台的检索查询以及叠加等功能。
卫星遥感微气象灾害预警：卫星遥感微气象灾害预警是系统对卫星遥感监测的微气象灾害信息的各项监测指标，根据电网专家及气象学对监测指标的分级定义，设定相应的预警阀值，一旦监测到的数据发生越界，系统将在GIS中以实时滚动并高亮显示的方式展示预警信息，同时通过短信预警平台将告警信息发送到相关电网资源负责人手机中。同时将预警信息记录下来以供日后用户查询、分析事故原因等提供数据支撑。
卫星遥感微气象历史资料综合分析：卫星遥感微气象历史资料综合分析处理主要完成各种微气象灾害历史监测资料的检索查询，完成不同时间不同微气象灾害监测数据以及预警数据基于地理信息系统的定位及叠加分析等。
卫星遥感微气象灾害案例库：通过调研、搜集整理微气象灾害资料，建立微气象灾害主题数据库，并实现数据共享。
综合电网典型微气象灾害区域内的地面观测和遥感观测数据，建立专业气象信息数据库，通过不同强度灾密事件与预警模型指标之间的相互关系,电力微气象致灾因子与电力灾害风险之间时间和空间关联分析、多源数据融合分析理论计算电力微气象灾害风险概率，提出微气象灾害分级和预警标准，建立预警模型。
结合卫星遥感影像，搭建基于GIS的灾害监测与预警系统，将灾害天气数据与地理信息数据、电网矢量数据结合进行展示，采用多种手段来展示采集到的微气象信息，如通过电子地图功能来展示输电线路与微气象的全局信息，再通过分析程序对将测到的数据进行深度挖掘，整理出任意历史时间段的最大值，最小值及平均值等统计信息，通过图形和曲线等方式为用户直观的描述出各个监测点的具体信息，直观地判断灾害天气的影响范围，准确定位受灾害天气影响的电网设施，为电网防灾、抗灾、减灾提供数据支撑与决策支持。
应用客户端主要包括以下几个模块：
实时数据采集模块：主要工作由后台程序完成，负责采集系统展示所需的各类数据，包括前端硬件设备采集并回传后的数据解析工作，及解析后将数据写入系统数据库的工作。该模块对时间和程序处理的准确性要求比较高，它负责提供一个稳定的数据源，是整个系统稳定运行的基本保障。
电子地图实时数据展示模块：用电子地图的方式展现全网输电线路图，通过缩放功能，可以更直观地了解输电线路上的每一处细节。在地图上，用图标对监测设备进行标记，将地图上的测点与现实线路中的监测设备一一对应起来。通过图标变色、外弹悬浮窗等多种显示方式宏观把握全局输电线路运行状态，并可具体显示局部站点监测细节。
报警事件查询模块：系统对设备所监测的各项指标，根据线路工区专工及气象学对监测指标分级定义，设定相应的监测门槛值，一旦监测到的数据发生越界，系统首先在实时展示界面上进行报警提示，并将该事件记录下来，通过报警事件查询模块为用户日后查询、分析事故原因等工作提供数据支持，并可将查询结果生成相应的报表，方便日常办公使用。
历史数据存储及分析模块：属于后台程序，用来整理和分析历史数据，对独立数据进行深度挖掘，总结规律，以更加全面地体现采集数据价值。
图形分析展示模块：包含众多的数据展示方式，如温度计、湿度计、罗盘等。直观地展现微气象灾害，如覆冰、舞动及风偏等的灾害状态，使用户更加准确、全面地了解监测信息。
报表分析展示模块：用报表方式将分析数据提供给用户，是最基本也是最常用的一种数据展示方式，用户可根据需求来对报表进行定制，设置报表包含数据范围及报表模式。
如图2所示，利用微气象数据与卫星遥感数据相结合的微气象灾害预警方法，包括以下步骤：
步骤1，将地面观测数据库中的微气象数据和卫星遥感观测数据库中的微气象数据通过GSM网络传送到预警平台服务器中；
步骤2，通过分析对将测到的数据进行深度挖掘，整理出任意历史时间段的最大值，最小值及平均值等统计信息，通过图形和曲线方式基于应用客户端为用户直观的描述出各个监测点的具体信息；
步骤3，根据灾害分级标准判断灾害天气的影响范围，准确定位受灾害天气影响的电网设施，为电网防灾、抗灾、减灾提供数据支撑与决策支持；
步骤4，生成灾害预警信息并发布预警信息。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (1)
1.一种基于微气象与卫星遥感数据的微气象灾害预警系统，其特征在于，包括：
地面观测数据包括气象台站数据和覆冰、舞动、风偏电力微气象监测设备数据；地面微气象观测设备主要由测量部分、采集编码部分和数据传输部分构成，数据测量部分主要包括雨量计、气压计、温度感应器、辐射计以及风探测感应部件；数据采集器主要对各感应探测器的数据进行信号数字化同时生成气象报文记录；传输模型负责对生成的报文记录通过GSM网络传输送至相关应用部门；根据气象部门气象台站及电力微气象监测设备采集的数据，建立微气象信息接收和共享机制；
卫星遥感观测数据包括遥感影像数据和线路矢量数据；卫星遥感数据采集主要采用数据适配器技术，对系统所需的遥感数据进行采集、筛选、归一、关联处理，并建立主题数据库、数据仓库，为系统建立丰富的底层数据支撑；主要包含以下部分：实时采集、自定义采集及自动补发、多数据格式预处理、内外网安全隔离、多任务并发及定制、完善日志管理机制和安全可靠的守护机制；基于上述卫星遥感监测信息的数据模型、处理模式、存贮结构、存取方法，建立遥感气象信息数据库；
遥感卫星地面接收站接收、处理卫星数据，再分发至应用部门；
使用实时的点对点短信告警技术，将达到告警临界值的微气象灾害信息及影响的电网资源信息通过短信的方式告知电网资源相关管理单位及维护人员，主要包括以下功能模块：通讯录管理、接口参数管理、告警短信生成模块、告警短信下发模块、发送日志查询统计和数据备份；
采用地理信息技术、卫星遥感技术，结合现有的GIS系统构建基于GIS的微气象灾害监测预警系统，系统通过将卫星遥感监测到的各种微气象灾害与GIS平台进行无缝对接，并整合微气象预警模式数据信息，实现各种卫星遥感微气象灾害数据基于GIS的实时监测处理与预警以及组织、存储与管理，为电力企业对微气象灾害的监测、预警以及各种数据基于地理信息的分析处理提供可视化平台，并最终融入综合微气象灾害预警系统；系统主要功能由以下几个方面构成：
电网资源与环境信息基础数据展示：充分集成与微气象相关的各类信息资源，涵盖地理信息数据、生产管理系统数据、宏观气象数据、微气象监测数据；项目以电网统一GIS平台为基础展现平台，为用户提供各类电网资源与环境信息的定位、检索、统计分析、详细信息查询一系列功能，为基于GIS的卫星遥感微气象预警系统提供基础信息展示支持；
卫星遥感微气象灾害监测：主要通过卫星遥感监测技术对覆冰、风偏、舞动微气象灾害的监测指标进行监测，同时实现其监测信息向地理信息平台的转换，使其能够在统一的地理信息平台中进行直观可视化叠加展示，同时提供各种监测数据基于地理信息平台的检索查询以及叠加功能；
卫星遥感微气象灾害预警：卫星遥感微气象灾害预警是系统对卫星遥感监测的微气象灾害信息的各项监测指标，根据电网专家及气象学对监测指标的分级定义，设定相应的预警阀值，一旦监测到的数据发生越界，系统将在GIS中以实时滚动并高亮显示的方式展示预警信息，同时通过短信预警平台将告警信息发送到相关电网资源负责人手机中；同时将预警信息记录下来以供日后用户查询、分析事故原因提供数据支撑；
卫星遥感微气象历史资料综合分析：卫星遥感微气象历史资料综合分析处理主要完成各种微气象灾害历史监测资料的检索查询，完成不同时间不同微气象灾害监测数据以及预警数据基于地理信息系统的定位及叠加分析；
卫星遥感微气象灾害案例库：通过调研、搜集整理微气象灾害资料，建立微气象灾害主题数据库，并实现数据共享；
综合电网典型微气象灾害区域内的地面观测和遥感观测数据，建立专业气象信息数据库，通过不同强度灾密事件与预警模型指标之间的相互关系,电力微气象致灾因子与电力灾害风险之间时间和空间关联分析、多源数据融合分析理论计算电力微气象灾害风险概率，提出微气象灾害分级和预警标准，建立预警模型；
结合卫星遥感影像，搭建基于GIS的灾害监测与预警系统，将灾害天气数据与地理信息数据、电网矢量数据结合进行展示，采用多种手段来展示采集到的微气象信息，通过电子地图功能来展示输电线路与微气象的全局信息，再通过分析程序对将测到的数据进行深度挖掘，整理出任意历史时间段的最大值，最小值及平均值统计信息，通过图形和曲线方式为用户直观的描述出各个监测点的具体信息，直观地判断灾害天气的影响范围，准确定位受灾害天气影响的电网设施，为电网防灾、抗灾、减灾提供数据支撑与决策支持；
应用客户端主要包括以下几个模块：
实时数据采集模块：主要工作由后台程序完成，负责采集系统展示所需的各类数据，包括前端硬件设备采集并回传后的数据解析工作，及解析后将数据写入系统数据库的工作；
电子地图实时数据展示模块：用电子地图的方式展现全网输电线路图，通过缩放功能，可以更直观地了解输电线路上的每一处细节；在地图上，用图标对监测设备进行标记，将地图上的测点与现实线路中的监测设备一一对应起来；通过图标变色、外弹悬浮窗多种显示方式宏观把握全局输电线路运行状态，并可具体显示局部站点监测细节；
报警事件查询模块：系统对设备所监测的各项指标，根据线路工区专工及气象学对监测指标分级定义，设定相应的监测门槛值，一旦监测到的数据发生越界，系统首先在实时展示界面上进行报警提示，并将该事件记录下来，通过报警事件查询模块为用户日后查询、分析事故原因工作提供数据支持，并可将查询结果生成相应的报表；
历史数据存储及分析模块：属于后台程序，用来整理和分析历史数据，对独立数据进行深度挖掘，总结规律；
图形分析展示模块：包含众多的数据展示方式，温度计、湿度计、罗盘；直观地展现微气象灾害，覆冰、舞动及风偏的灾害状态；
报表分析展示模块：用报表方式将分析数据提供给用户，用户可根据需求来对报表进行定制，设置报表包含数据范围及报表模式。
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