CN104951993A - 基于气象及电网gis的综合监测预警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于气象及电网GIS的综合监测预警系统及方法，包括：数据层和应用层；数据层包括：气象数据库、电网GIS数据库、生产和经营数据库；应用层包括：气象监测模块、气象预警模块、电网气象模块、信息展示模块和辅助决策模块。气象数据库、电网GIS数据库、生产和经营数据库之间相互通信；气象监测模块、气象预警模块、电网气象模块、信息展示模块和辅助决策模块与气象数据库、电网GIS数据库或生产和经营数据库分别进行通信。本发明可以实时掌握变电站、输变线路、杆塔等重要电力设备的温度、风向、风速等气象监测信息，为电网提供直观的气象实时数据，同时提供未来7天逐12小时预报以及台风、雷电等灾害预警信息。

Description

基于气象及电网GIS的综合监测预警系统及方法

技术领域

本发明属于电力系统的气象预警领域，具体涉及一种基于气象及电网GIS的综合监测预警系统及方法。

背景技术

气象部门灾害性天气监测和预警能力快速发展，高时空分辨率气象要素观测站网，多普勒天气雷达、FY2E/F气象卫星等先进的现代观测、探测设备逐渐实现了自动化、智能化的升级，并实现了多年的稳定组网运行。基于三维变分同化的RUC(快速更新循环)系统、强对流天气中尺度分析技术等先后建立，为气象信息系统提供了有力的气象技术支撑。

近年来，雨雪冰冻、台风、强对流等极端天气频繁发生，给电网设施造成了严重的危害和损失。电网运行、生产和应急处置对实时气象信息、各类灾害的准确及时监测预警等气象技术支持的需求也越来越高，亟需提高电网防灾减灾综合监测预警能力。

现有的电网气象灾害检测预警方法存在如下不足：

(1)电网运行信息、设备状态信息不能实时展示、监控、分析、预警、响应。特别是对众多信息的综合分析能力和科学处理技术有待提高，不能对电网存在的隐患进行准确有效的预测分析和预案制定。

(2)应急管理标准化、数字化程度不高。目前，应急管理中对于突发事件信息，没有统一的标准定义。突发事件的分类、等级、影响、内容描述用语等没有规范，导致各级应急部门上报突发事件时，缺乏明确的指导或模板，不能进行快速检索与应用，影响突发事件处置效率，不便于后期对突发事件进行分析、处理。

(3)未接入社会公共信息资源：如交通、气象、地质、水利、市政、舆情媒体等，未与政府应急部门、电监部门等实现信息交互。

(4)对于突发事件发生前的监控、分析和预警、响应、后期处置，缺少系统支撑，需要相应系统的开发。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种基于气象及电网GIS的综合监测预警系统及方法，该系统及方法可以实时掌握变电站、输变线路、杆塔等重要电力设备的温度、风向、风速、湿度、降水、气压、能见度等气象监测信息，为电网提供直观的气象实时数据，对可能出现的电网气象灾害进行有效的监测及预警。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于电网气象灾害的综合监测预警系统，包括：数据层和应用层；

所述数据层包括：气象数据库、电网GIS数据库、生产和经营数据库；

所述应用层包括：

气象监测模块：用于实时监测预警电网设备所在地域的气象信息、地质及水文信息；

气象预警模块：用于对重大气象灾害进行监测，通过进行灾害预警评估，对重大气象灾害提前预警；

电网气象模块：用于查询电网重点线路的气象信息；

信息展示模块：用于将检测到的气象、地质及水文数据信息与电网线路及设备进行匹配并展示；

辅助决策模块：用于对预警内容、预警态势以及各类突发事件进行分析判断，实现应急人员、应急车辆、应急物资的在线调拨、部署和指挥；

所述气象数据库、电网GIS数据库、生产和经营数据库之间相互通信；气象监测模块、气象预警模块、电网气象模块、信息展示模块和辅助决策模块与气象数据库、电网GIS数据库或生产和经营数据库分别进行通信。

所述气象数据库：用于存储实时气象、地质及水文信息；

电网GIS数据库：用于存储电网线路以及电网设备信息；

生产和经营数据库：用于存储应急资源的部署及调度信息。

所述气象信息、地质及水文信息包括：

气象信息：实时风速、风向、温度、湿度、降水、能见度、空气质量以及短期天气预报、3天天气预报、旬天气预报；

地质及水文信息：地表特性信息、地质构造信息，以及结合降水、水库蓄水量信息判断滑坡、崩塌、岩溶、泥石流、风沙移动、河流冲刷沉积的综合信息。

所述重大气象灾害包括：台风、雷电、滑坡、泥石流以及森林火险灾害。

所述预警电网设备包括：变电站、输电杆塔、输电线路和配电线路。

所述对预警内容、预警态势以及各类突发事件进行分析判断包括：

森林火险预警：当达到森林火险预警级别时，发布未来一段时间内，特定区域的森林火险预警信号，按照赤橙黄蓝标明火险等级；根据火险等级判断是否需要调配物资及人员，如果需要调配，确定路径最短的调配方案；

台风预警：通过实时监测台风位置、速度、移动方向信息，自动跟踪台风距离及影响范围，判断台风所在区域受影响的电网设备以及台风影响的程度，合理调配抗台风物资以及人员；

雷电预警：实时监测电网设备所在区域的雷电范围、落雷强度及趋势，根据监测到的雷电信息，快速定位故障点，及时调配工作人员前往故障现场；

地质灾害预警：依据地质环境条件、前期降水量、未来降雨强度及地质营力，分级别计算并发布不同区域的地质灾害气象风险预警，并以文本和图片的方式展示，根据预警信息，及时制定地质灾害物资及人员的调配策略；

灾害性天气预警：依据灾害性气象可能造成的危害程度、紧急程度和发展态势，分别发布蓝色、黄色、橙色和红色不同级别的预警信号，并对预警信息进行展示；根据预警级别，及时制定气象灾害物资及人员的调配策略。

一种基于电网气象灾害的综合监测预警系统的方法，包括以下步骤：

(1)实时采集电网设备所在地域的气象、地质及水文信息；

(2)将监测到的气象、地质及水文数据信息与电网线路或电网设备进行匹配并存储；

(3)设定预警阈值，对电网设备所在地域的重大气象灾害进行预警评估并展示；

(4)根据预警内容、预警等级以及各类突发事件的等级，对应急人员、应急车辆、应急物资进行在线调拨、部署和指挥。

所述步骤(3)中对电网设备所在地域的重大气象灾害进行预警评估的方法为：

森林火险预警：当达到森林火险预警级别时，发布未来一段时间内，特定区域的森林火险预警信号，按照赤橙黄蓝标明火险等级；

台风预警：通过实时监测台风位置、速度、移动方向信息，自动跟踪台风距离及影响范围，判断台风所在区域受影响的电网设备以及台风影响的程度；

雷电预警：实时监测电网设备所在区域的雷电范围、落雷强度及趋势，根据监测到的雷电信息，判断可能发生故障的电网设备，并快速定位故障点；

地质灾害预警：依据地质环境条件、前期降水量、未来降雨强度及地质营力，分级别计算并发布不同区域的地质灾害气象风险预警；

灾害性天气预警：依据灾害性气象可能造成的危害程度、紧急程度和发展态势，分别发布蓝色、黄色、橙色和红色不同级别的预警信号。

所述步骤(3)中对电网设备所在地域的重大气象灾害进行展示的方法为：

实时监测的各类预警数据中，出现超过预警阈值的情况时，在系统首页相应的地理位置处以不同的图形形式展示出来。

所述步骤(4)中对应急人员、应急车辆、应急物资进行在线调拨、部署和指挥包括：

根据预警内容、预警等级以及各类突发事件的等级，调取目标位置及其附近地理位置的应急人员、应急车辆以及应急物资的分布信息，根据到达目标位置所需的时间最短或者路径最短原则，合理调配应急资源。

本发明的有益效果是：

本发明的综合监测预警系统及方法可以实时掌握变电站、输变线路、杆塔等重要电力设备的温度、风向、风速、湿度、降水、气压、能见度等气象监测信息，为电网提供直观的气象实时数据，同时提供未来7天逐12小时预报以及台风、雷电等灾害预警信息。

以电网GIS平台为数据服务平台，关联电网输电、变电、配电等各种电力设施；通过一系列灾害预警评估、控制、应急体系，以及专业的信息报送标准流程实现对自然灾害和突发事件监测预警、发展态势及各类应急资源调拨的直观信息汇集、展示、部署和指挥。同时依托应急信息资源集成平台，对各类突发事件进行分析研判，合理调配人员、车辆、物资等应急资源，最大限度的减少灾害损失，减小社会影响。

附图说明

图1为本发明的系统架构图；

图2为本发明的方法流程图；

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

如图1所示，基于电网气象灾害的综合监测预警系统，包括：数据层和应用层；

数据层包括：气象数据库、电网GIS数据库、生产和经营数据库；气象数据库主要用于存储实时气象、地质及水文信息；电网GIS数据库主要用于存储电网线路以及电网设备信息；生产和经营数据库主要用于存储应急资源的部署及调度信息。三个数据库之间相互通信，实现不同数据的交互。

应用层包括：

气象监测模块：用于实时监测预警电网设备所在地域的气象信息、地质及水文信息；

气象预警模块：用于对重大气象灾害进行监测，通过进行灾害预警评估，对重大气象灾害提前预警；

电网气象模块：用于查询电网重点线路的气象信息；

信息展示模块：用于将检测到的气象、地质及水文数据信息与电网线路及设备进行匹配并展示；

辅助决策模块：用于对预警内容、预警态势以及各类突发事件进行分析判断，实现应急人员、应急车辆、应急物资的在线调拨、部署和指挥；

应用层各模块与气象数据库、电网GIS数据库、生产和经营数据库之间分别进行数据交换。

系统在设计上考虑强调开放性、二次开发能力、行业应用支撑能力,支持C/S和B/S两种模式的应用集成。提供COM接口、JAVA组件、Web Service、Flex组件接口几种方式均可访问平台资源、调用系统服务、实现行业应用效果，Web Service服务符合国网GIS服务调用规范，完全兼容已有基于电网GIS空间信息服务平台开发的应用，并且提供ActiveX组件、Flex组件，便于业务应用中集成图形应用。

系统在设计上尊照国网ESB总线规范要求，采用ESB方式的信息架构，各个异构应用系统都看成总线上的组件模块。当气象服务组件挂接到ESB系统总线时，组件可以通过总线上事件的注册来修改全局信息，如某一组件内部运算数据发生变化时，它可以发送XML变化消息到总线服务代理中，ESB总线服务代理接收服务请求后，对该运算数据修改事件进行注册处理，并检查哪些组件使用相关数据，然后总线会将变化消息分派到使用这些特定气象数据的组件，最后组件通过模块适配器将消息转换成变化数据保存到各自的数据库当中，实现气象数据同步。

将专业气象数据结合电网GIS形成以地理设施为主的各类气象预报预警专题图,如实时气象信息、台风专题图、卫星云图、雷达专题图、气象灾害专题图等，为电力营销、调度等部门提供专业及时的气象服务。准确的信息汇集展示、直观的应急处置部署标绘、统一的管理与调度，为应急处置提供辅助决策，真正实现了“应急指挥决策处置一张图”。

系统按照分级部署、集中管理的原则，建立省、市、县三级上下贯通、横向交互的综合监测预警及应急处置辅助决策中心平台，为今后的多级部署提供接口。

通过本系统的设计，通过采集气象、地质及水文等方面的信息，可以为电网线路以及电网设备的正常运行以及抢修提供直观的展示信息：

(1)规划设计方面：提供气象、水文、地质、地理等相关方面的数据，为线路大跨越、线路走廊、变电站设备等规划设计提供支撑；

(2)电网建设方面：提供低温雨雪冰冻、台风、暴雨、洪涝等自然灾害等方面数据，为重大基础设施和重点工程建设施工、设计和工程进度管控等提供支撑

(3)检修管理方面：提供气象实况信息、预报信息及灾害性天气预警信息等，为电网防污闪、重大设备检修、电网抢修、资源调度等工作提供支持；

(4)调度运行方面：提供实时及中长期天气预报、气象灾害预警等信息，为调度运行方式调整、电网事故预想、短期及中长期负荷预测等工作提供支持；

(5)营销服务方面：提供短时及重要天气预报、气象灾害预警等信息，为95598供电服务中心应急准备、用电量预测、负荷分析、、有序用电等工作提供支持。

基于电网气象灾害的综合监测预警系统的方法，主要包括以下步骤：

(1)实时采集电网设备所在地域的气象、地质及水文信息。

气象信息主要包括：实时风速、风向、温度、湿度、降水、能见度、空气质量以及短期天气预报、3天天气预报、旬天气预报等。

地质及水文信息主要包括：地表特性(地表土壤变质程度、风化特征、软弱夹层和接触带以及物理力学性质等)，地质构造(褶皱、断层、节理构造的分布和特征、地质构造，沉降变形等)，以及结合降水、水库蓄水量等易造成滑坡、崩塌、岩溶、泥石流、风沙移动、河流冲刷沉积的综合信息。

(2)将监测到的气象、地质及水文数据信息与电网线路或电网设备进行匹配并存储。

将气象信息与相应的地理位置相关联，方便在地图上进行不同地理位置的气象信息展示，以及对不同地理位置电网设备的气象监控与预警。

(3)设定预警阈值，对电网设备所在地域的重大气象灾害进行预警评估并展示。

1.需要预警的电网设备包括：变电站(升压变电站、降压变电站)、输电杆塔(包括500kv、220kv等各种等级的杆塔)、输电线路(500kv、220kv等各种电压等级)以及配电线路。

2.重大的气象灾害主要包括：

台风：影响范围广极易造成输变杆塔倒塌损毁，对输变电线路造成极大危害。台风影响范围内往往造成大面积停电事故。

雷电：雷电产生的高电压、大电流、强电磁辐射等对大型变电站电器元件、输变线路造成极大危害。

滑坡、泥石流等地质灾害：发生滑坡及泥石流后容易造成电力设备掩埋、损毁等危害。

森林火险：在山火易发区，火灾可以导致线路短路、断路并可能损坏输电设备。

滑坡、泥石流等地质灾害：发生滑坡及泥石流后容易造成电力设备掩埋、损毁等危害。

森林火险：在山火易发区，火灾可以导致线路短路、断路并可能损坏输电设备。

3.主要的预警内容包括：

森林火险预警内容，当达到森里火险预警级别时，发布未来一段时间(一般7天以内)内，特定区域的森林火险预警信号，按照赤橙黄蓝标明火险等级。

台风预警：监测台风位置、速度、移动方向等信息，分析影响结果，根据台风警报，现实抗台风物资、人员情况，自动跟踪台风距离及影响范围，查出所到区域影响的设备并发出信息，同时对台风中心对电网的影响做定位分析，辅助应急指挥、提供物资及人员调度信息，提供后勤保障信息，辅助灾后抢修工作。

雷电预警：监测全省雷电范围、落雷强度及趋势，提供预警服务和设备故障点定位服务，提升企业应急能力。雷击往往会引发输变电设施跳闸等，利用监测到的雷电信息，提供雷电预警服务以及雷击引发事故快速定位故障点服务，提升供电企业应急能力。

地质灾害预警：依据我省地质环境条件、前期降水量、未来降雨强度及地质营力，以四个不同级别计算发布全省不同区域的地质灾害气象风险预警，以文本和图片方式提供，便于提前分析地质灾害可能发生的范围，做好预警和应急保障应对工作。

14类灾害天气预警：针对易造成灾害的台风、暴雨、暴雪、寒潮、大风、沙尘暴、高温、干旱、雷电、冰雹、霜冻、大雾、霾、道路结冰等14类天气，依据气象灾害可能造成的危害程度、紧急程度和发展态势，分别发布蓝色、黄色、橙色和红色不同级别的预警信号，并提供初步的防御措施。该预警信息以XML格式文件形式发布，并生成预警信号发布专题图。可实时获知我省的省、市、县三级气象部门发布的气象灾害预警信号发布情况，预警重要变电站、输电线路、交叉跨越及重要电力设施。

4.不同预警的展示：

设定告警阈值，当实时监测数据出现超阈值情况时，如某输电杆塔附近出现瞬时最大风力超过30m/s，该监测站出现红色闪烁提示，并在首页以文本形式滚动展示，便于下一步应急处置。

对于森林火险预警，通常情况下以色斑图的形式展示全省当前火险情况，以不同的颜色代表不同的火险等级，超过黄色预警时，在预警首页滚动展示。

对于台风预警，在系统台风预警界面实时监测台风位置、速度、移动方向等信息，分析影响结果，当靠近陆地时，根据影响强度及范围设置不同的台风等级，并在预警首页以文本形式滚动展示。

对于其他的预警内容，采取相同的方法，将预警结果在预警首页上以文本或图片的形式直观的展示，方便及时采取相应的应急措施。

对于特别紧急的情况，或者重大突发事件，需要紧急处理，预警首页会在相应地理位置的相应电网设备上发出重大告警信号不断提示，有利于工作人员及时发现告警信号，及时调配应急人员、应急物资及车辆。

(4)根据预警内容、预警等级以及各类突发事件的等级，对应急人员、应急车辆、应急物资进行在线调拨、部署和指挥。

根据预警内容、预警等级以及各类突发事件的等级，调取目标位置及其附近地理位置的应急人员、应急车辆以及应急物资的分布信息，根据到达目标位置所需的时间最短或者路径最短原则，合理调配应急资源。

以台风预警为例：

台风是一种破坏性极强的灾害性天气系统,中国是世界上遭受台风影响最为严重的区域之一，当台风生成时，实时监测信息到达综合监测预警系统数据库，经过数据处理解析处理，在GIS平台上展示当前台风的位置、移动方向、中心风速等要素。同时自动跟踪台风距离及影响范围，预测所到区域影响的设备并发出信息。

当台风快到达陆地时，根据台风实时信息，对台风中心对电网的影响做定位分析，进一步对影响到的电力设备做出预警。

预警在系统预警首页展示，同时结合台风专题图，辅助应急指挥、提供物资及人员调度信息，提供后勤保障信息，辅助灾后抢修工作。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.基于气象及电网GIS的综合监测预警系统，其特征是，包括：数据层和应用层；

所述数据层包括：气象数据库、电网GIS数据库、生产和经营数据库；

所述应用层包括：

气象监测模块：用于实时监测预警电网设备所在地域的气象信息、地质及水文信息；

气象预警模块：用于对重大气象灾害进行监测，通过进行灾害预警评估，对重大气象灾害提前预警；

电网气象模块：用于查询电网重点线路的气象信息；

信息展示模块：用于将检测到的气象、地质及水文数据信息与电网线路及设备进行匹配并展示；

辅助决策模块：用于对预警内容、预警态势以及各类突发事件进行分析判断，实现应急人员、应急车辆、应急物资的在线调拨、部署和指挥；

所述气象数据库、电网GIS数据库、生产和经营数据库之间相互通信；气象监测模块、气象预警模块、电网气象模块、信息展示模块和辅助决策模块与气象数据库、电网GIS数据库或生产和经营数据库分别进行通信。

2.如权利要求1所述的基于气象及电网GIS的综合监测预警系统，其特征是，所述气象数据库：用于存储实时气象、地质及水文信息；

电网GIS数据库：用于存储电网线路以及电网设备信息；

生产和经营数据库：用于存储应急资源的部署及调度信息。

3.如权利要求1所述的基于气象及电网GIS的综合监测预警系统，其特征是，所述气象信息、地质及水文信息包括：

气象信息：实时风速、风向、温度、湿度、降水、能见度、空气质量以及短期天气预报、3天天气预报、旬天气预报；

地质及水文信息：地表特性信息、地质构造信息，以及结合降水、水库蓄水量信息判断滑坡、崩塌、岩溶、泥石流、风沙移动、河流冲刷沉积的综合信息。

4.如权利要求1所述的基于气象及电网GIS的综合监测预警系统，其特征是，所述重大气象灾害包括：台风、雷电、滑坡、泥石流以及森林火险灾害。

5.如权利要求1所述的基于气象及电网GIS的综合监测预警系统，其特征是，所述预警电网设备包括：变电站、输电杆塔、输电线路和配电线路。

6.如权利要求1所述的基于气象及电网GIS的综合监测预警系统，其特征是，所述对预警内容、预警态势以及各类突发事件进行分析判断包括：

森林火险预警：当达到森林火险预警级别时，发布未来一段时间内，特定区域的森林火险预警信号，按照赤橙黄蓝标明火险等级；根据火险等级判断是否需要调配物资及人员，如果需要调配，确定路径最短的调配方案；

台风预警：通过实时监测台风位置、速度、移动方向信息，自动跟踪台风距离及影响范围，判断台风所在区域受影响的电网设备以及台风影响的程度，合理调配抗台风物资以及人员；

雷电预警：实时监测电网设备所在区域的雷电范围、落雷强度及趋势，根据监测到的雷电信息，快速定位故障点，及时调配工作人员前往故障现场；

地质灾害预警：依据地质环境条件、前期降水量、未来降雨强度及地质营力，分级别计算并发布不同区域的地质灾害气象风险预警，并以文本和图片的方式展示，根据预警信息，及时制定地质灾害物资及人员的调配策略；

灾害性天气预警：依据灾害性气象可能造成的危害程度、紧急程度和发展态势，分别发布蓝色、黄色、橙色和红色不同级别的预警信号，并对预警信息进行展示；根据预警级别，及时制定气象灾害物资及人员的调配策略。

7.一种如权利要求1所述的基于气象及电网GIS的综合监测预警系统的方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)实时采集电网设备所在地域的气象、地质及水文信息；

(2)将监测到的气象、地质及水文数据信息与电网线路或电网设备进行匹配并存储；

(3)设定预警阈值，对电网设备所在地域的重大气象灾害进行预警评估并展示；

(4)根据预警内容、预警等级以及各类突发事件的等级，对应急人员、应急车辆、应急物资进行在线调拨、部署和指挥。

8.如权利要求7所述的基于气象及电网GIS的综合监测预警系统的方法，其特征是，所述步骤(3)中对电网设备所在地域的重大气象灾害进行预警评估的方法为：

森林火险预警：当达到森林火险预警级别时，发布未来一段时间内，特定区域的森林火险预警信号，按照赤橙黄蓝标明火险等级；

台风预警：通过实时监测台风位置、速度、移动方向信息，自动跟踪台风距离及影响范围，判断台风所在区域受影响的电网设备以及台风影响的程度；

雷电预警：实时监测电网设备所在区域的雷电范围、落雷强度及趋势，根据监测到的雷电信息，判断可能发生故障的电网设备，并快速定位故障点；

地质灾害预警：依据地质环境条件、前期降水量、未来降雨强度及地质营力，分级别计算并发布不同区域的地质灾害气象风险预警；

灾害性天气预警：依据灾害性气象可能造成的危害程度、紧急程度和发展态势，分别发布蓝色、黄色、橙色和红色不同级别的预警信号。

9.如权利要求7所述的基于气象及电网GIS的综合监测预警系统的方法，其特征是，所述步骤(3)中对电网设备所在地域的重大气象灾害进行展示的方法为：

实时监测的各类预警数据中，出现超过预警阈值的情况时，在系统首页相应的地理位置处以不同的图形形式展示出来。

10.如权利要求7所述的基于气象及电网GIS的综合监测预警系统的方法，其特征是，所述步骤(4)中对应急人员、应急车辆、应急物资进行在线调拨、部署和指挥包括：

根据预警内容、预警等级以及各类突发事件的等级，调取目标位置及其附近地理位置的应急人员、应急车辆以及应急物资的分布信息，根据到达目标位置所需的时间最短或者路径最短原则，合理调配应急资源。