CN105631569A - 基于电网gis电气化铁路牵引站气象监测及预警方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于电网GIS电气化铁路牵引站气象监测及预警方法及系统，在电网GIS平台上建立用于气象数据传输的气象接口服务并将接入的数据进行预处理后存至系统数据库；在电网GIS平台中对预处理后的数据进行数据解析并将气象监测站、预警范围进行定位，并通过坐标转换将气象监测、预警定位信息显示到电网GIS地图中；建立高铁、电铁图层及气象图层；将气象图层及高铁、电铁图层进行匹配关联实现气象信息的实时展示，以及电铁、高铁牵引站、供电站气象灾害的预警分析与展示。本发明建立了多种气象数据解析标准，为电网GIS平台的气象信息顺利展示与预警提供了基本保障，为电力行业与气象部门间的数据交互奠定了基础。

Description

基于电网GIS电气化铁路牵引站气象监测及预警方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统的气象预警领域，具体涉及基于电网GIS电铁、高铁牵引站专业气象监测及预警方法及系统。

背景技术

随着我国高铁、电铁列车快速蓬勃发展，电铁、高铁以电能为牵引动力来源，所需能源是由电力牵引供电系统提供。主要是指牵引变电站和接触网两大部分。牵引变电站简称牵引站，它主要任务是将电力系统送来的三相高压电变换成适合电力机车使用的单相交流电。接触网是向电力机车直接输送电能的设备。

然而，近年来雨雪冰冻、台风、强对流等极端天气频繁发生，给高铁、电铁牵引站等电力设施造成了严重的危害和损失。气象灾害的地域性强，判断时间短，其强弱度、影响时间、影响范围对电网设备、运行等影响也各不同。目前存在的技术问题是：

1、气象信息作为电网系统中的独立信息，没有与电网GIS平台系统结合，往往只获得气象信息，却无法与电网系统关联，也就不能及时，准确获得气象灾害对电网设备运行带来的影响，使得气象对电网的起不到相应的预警作用。随着电网运行和应急处置对实时气象信息、各类灾害监测预警等气象技术支持需求越来越高，亟需提高电铁、高铁牵引站等电力设施的电网气象监测预报预警能力。

2、另一方面，电网对气象信息获取方式简单，准确性及适用性不高。缺少气象信息与电铁、高铁电网设备的关联。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了基于电网GIS电气化铁路牵引站气象监测及预警方法及系统，基于电网GIS平台的电铁、高铁牵引站气象监测、预报预警精细化研究将电铁、高铁牵引站等重要电网设备与实时气象信息关联，当灾害发生时第一时间掌握电网设备当前的气象信息，提升电铁、高铁牵引站、供电站对极端天气和自然灾害应急能力。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

基于电网GIS电气化铁路牵引站气象监测及预警方法，包括以下步骤：

步骤一：在电网GIS平台上建立用于气象数据传输的气象接口服务并将接入的数据进行预处理后存至系统数据库；

步骤二：在电网GIS平台中对步骤一预处理后的数据进行数据解析并将气象监测站、预警范围进行定位，并通过坐标转换将气象监测、预警定位信息显示到电网GIS地图中；

步骤三：根据高铁及电铁牵引站位置、供电站地理坐标及运行情况建立高铁、电铁图层及气象图层；

步骤四：将气象图层及高铁、电铁图层进行匹配关联即将气象监测及预警定位信息与电铁、高铁牵引站、供电站坐标信息匹配关联，实现气象信息的实时展示，以及电铁、高铁牵引站、供电站气象灾害的预警分析与展示。

高铁、电铁图层及气象图层的建立是指综合电铁地理坐标、运行数据、状态信息(降水、温度、湿度等气象要素信息、预报信息)等一系列基础数据形成的便于系统前台调用的数据表。过程同于一般的图层的建立。

所述气象接口服务包括气象数据接收端数据接口：用于实时接收气象数据并存储；气象数据访问接口：用于向电网GIS提供气象数据；对外接口：电网GIS对外提供统一的气象服务接口。

所述步骤一中数据进行预处理为：分别对不同格式的气象数据进行处理，转换成电网GIS能够存储并可以展示的实时监测及预警数据。此处的预处理即格式编码，对不同数据进行编号，便于进行数据存储。

所述气象数据的格式包括：栅格数据、XML格式数据、TXT格式数据和二进制格式；

栅格数据是气象资料存储交换的重要形式，XML是网页形式，TXT是文本，二进制格式是指二进制形式储存的图像数据。以上都是气象数据的气象数据存储,传输和应用的主要形式。

所述步骤二中的数据解析具体是：

气象自动监测站实时气象时，XML格式数据以及栅格数据的统一解析是将气象监测站的地理位置信息录入GIS数据库，获取到气象数据后，通过关键字段匹配获得气象数据的地理位置信息，绑定到地图上展示；栅格与xml格式解析方式相同；

气象预警信息即TXT格式数据文件的统一解析通过预先将地理关键字预先录入到GIS数据库，通过关键字匹配获取预警的地理信息，并进一步调用预警内容；预警采用精确匹配，在数据库中精确查找相关地理信息的数据，再通过筛选过滤，在地图上叠加预警信息；

二进制格式气象数据统一解析是通过解析文件头确定解析的操作细节，利用一级文件头中记录长度和记录数定位数据读取起始位置再进行后续处理分类；二级文件头中的扫描像素宽度和高度、异常值等信息作为解析数据依据；二级文件头中的起始时间、推送时间、入库时间、编号作为参考信息。

对解析出的数据，利用灰度增强方法对值域进行扩展，扩大值域的可区分度。这里的值域指可调用的气象数据的最大范围，灰度增强法可以增加图像的对比度，加强展示效果。

基于电网GIS电气化铁路牵引站气象监测及预警系统，包括：

数据传输模块，用于在电网GIS平台上建立用于气象数据传输的气象接口服务并将接入的数据进行预处理后存至系统数据库；

数据处理模块，用于在电网GIS平台中对数据传输模块预处理后的数据进行数据解析并将气象监测站、预警范围进行定位，并通过坐标转换将气象监测、预警定位信息显示到电网GIS地图中；

图层建立模块，用于根据高铁及电铁牵引站位置、供电站地理坐标及运行情况建立高铁、电铁图层及气象图层；

图层关联模块，用于将气象图层及高铁、电铁图层进行匹配关联即将气象监测及预警定位信息与电铁、高铁牵引站、供电站坐标信息匹配关联，实现气象信息的实时展示，以及电铁、高铁牵引站、供电站气象灾害的预警分析与展示。

所述数据传输模块中的气象接口服务包括气象数据接收端数据接口：用于实时接收气象数据并存储；气象数据访问接口：用于向电网GIS提供气象数据；对外接口：电网GIS对外提供统一的气象服务接口。

所述数据传输模块中数据进行预处理为：分别对不同格式的气象数据进行处理，转换成电网GIS能够存储并可以展示的实时监测及预警数据。

所述气象数据的格式包括：栅格数据、XML格式数据、TXT格式数据和二进制格式；

栅格数据是气象资料存储交换的重要形式，XML是网页形式，TXT是文本，二进制格式是指二进制形式储存的图像数据。以上都是气象数据的气象数据存储,传输和应用的主要形式。

所述数据处理模块中的数据解析具体是：

气象自动监测站实时气象信即XML格式数据文件与栅格数据的统一解析是将气象监测站的地理位置信息录入GIS数据库，获取到气象数据后，通过关键字段匹配获得气象数据的地理位置信息，绑定到地图上展示；

气象预警信息即TXT格式数据文件的统一解析通过预先将地理关键字预先录入到GIS数据库，通过关键字匹配获取预警的地理信息，并进一步调用预警内容；预警采用精确匹配，在数据库中精确查找相关地理信息的数据，再通过筛选过滤，在地图上叠加预警信息；

二进制格式气象数据统一解析是通过解析文件头确定解析的操作细节，利用一级文件头中记录长度和记录数定位数据读取起始位置再进行后续处理分类；二级文件头中的扫描像素宽度和高度、异常值等信息作为解析数据依据；二级文件头中的起始时间、推送时间、入库时间、编号作为参考信息。

对解析出的数据，利用灰度增强方法对值域进行扩展，扩大值域的可区分度。

对TXT文本格式的地质灾害或森林火险基础数据进行扫描分析，取出预警级别、类型、发布时间、预警发布单位、有效时限信息进行分类存储。

对于实时气象信息、栅格预报气象信息或者XML格式的数据处理(此处的数据处理即数据解析)方法是：

预先将气象数据采集站点的地理位置信息录入电网GIS气象数据库，获取到气象数据后，通过关键字段匹配将气象数据和地理位置信息进行匹配，并将匹配后的数据存储至前台服务器。

对于TXT格式的气象预警数据处理方法是：

预先将需要预警的地理位置关键字录入到电网GIS气象数据库，通过精确匹配的方法获取相关的地理位置信息，将需要预警的地理位置与气象数据进行匹配，并将匹配后的数据存储至前台服务器。

对于二进制格式数据处理方法是：通过解析文件头确定解析的操作细节，利用一级文件头中记录长度和记录数定位数据读取起始位置；二级文件头中的扫描像素宽度和高度、异常值信息作为解析数据依据；二级文件头中的起始时间、推送时间、入库时间、编号作为参考信息。

对气象监测站、预警范围定位，包括实时监测定位及预警范围定位，通过坐标转换将气象监测、预警定位信息显示到电网GIS地图中。

对全省高铁、电铁牵引站、供电站地理坐标、运行情况梳理，以线路为基础实现全省高铁、电铁供电站、牵引站定位及展示。

将气象监测及预警定位信息与电铁、高铁牵引站、供电站坐标信息匹配关联，实现对电铁、高铁供电站、牵引站气象信息实时展示、气象灾害的预警分析展示。

建立专业电网GIS数据库包括：创建电网GIS气象数据库索引；建立数据库过滤标准规范；创建不同气象数据格式的数据字段，即建立与每种数据格式对应的数据库字段；

本发明将电铁、高铁牵引站等电网设备与气象要素信息结合，电铁、高铁牵引站等设备及电网运行方式关联气象数据，准确进行分析研究，通过对气象数据的应用，提高电网运行预报预警的精度，有效降低应急资源浪费。实现了针对电铁、高铁牵引站等电网设备的台风、暴雨、强对流等灾害性天气的发生与发展直观和全方位的实时监测，并追踪这类天气系统的运动和演变，为预测预报灾害性天气提供分析依据。

本发明的有益效果：

1、本发明建立了包括XML、TXT、二进制格式在内的多种气象数据解析标准，为电力专业化应用；为电网GIS平台的气象信息顺利展示与预警提供了基本保障，为电力行业与气象部门间的数据交互奠定了基础。

2、本发明提高了气象数据有效利用率，减少资源浪费，为气象深化服务提供了有效途径。通过气象数据解析将处理后的数据存储至前台服务器，用户可以直接在前台服务器调用所需的数据，而不必到电网GIS气象数据库提取数据，减少了电网GIS主服务器的工作负荷，加快了系统的工作效率。

3、基于电网GIS平台的电铁、高铁牵引站气象监测、预报预警精细化研究将电铁、高铁牵引站等重要电网设备与实时气象信息关联，当灾害发生时第一时间掌握电网设备当前的气象信息，提升电铁、高铁牵引站、供电站对极端天气和自然灾害应急能力。

4、实现了针对电铁、高铁牵引站等电网设备的台风、暴雨、强对流等灾害性天气的发生与发展直观和全方位的实时监测，并追踪这类天气系统的运动和演变，为预测预报灾害性天气提供分析依据。

附图说明

图1为本发明气象数据解析流程图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

如图1所示，基于电网GIS电气化铁路牵引站气象监测及预警方法，包括以下步骤：

一、气象数据接入

气象的标准数据格式为XML、栅格、二进制和文件流格式(TXT格式)，气象数据格式包含气象要素(如温度、气压、相对湿度、能见度等)的值，首先建立气象标准规范的气象接口服务；按照实际需要建立系统数据库；根据数据性质分别建立数据表及实例；创建数据库索引；建立数据库过滤标准规范；针对每类数据建立数据字段；存储的时候与XML、栅格、二进制一一对应。

二、数据处理

数据标准处理规范：典型气象数据处理：

对于气象给出的原始数据，很多都不能直接提供给GIS使用，需要在入数据库前进行预处理，原则就是GIS服务不作任何数据处理的相关操作，只把数据取出来就可以完成展示。以下将对比较典型的数据处理给出说明：

1.风：

气象给出了风速、角度等信息，服务程序在入库前，将风速转化成风力等级、将角度转化成风向，并生成风标图片入库，方便GIS直接获取并进行展示。

2.7逐12小时天气预报：逐12小时7天县级预报，06,10,17时三次，即7天预报。

将原始业务数据的温度转化为温度范围，将风力、风向转化为风标图片，将气象编码转化为天气预报图案，并将以上数据处理和原始数据一起存储到数据库中，方便GIS展示。另外，7逐12小时预报数据表也存储了合成图片，为达到与气象台天气预报相似的展示效果，需要将天气图片、风标以及温度三个要素转为一张图片展示，接口服务将按照展示要求，将这三类气象要素从新合成并存储。

3.地质灾害预处理

地质灾害基础数据为TXT文本，不利与GIS业务展示。接口服务会将地质灾害文本进行扫描分析，取出预警级别、类型、发布时间、预警发布单位、有效时限等信息进行分类存储。

4.为满足复杂的气象数据需求以及各个业务部门的需求，将现有气象接口服务的数据进行扩展，新增气象数据：风廓线、空气质量PM2.5数据、生活指数、空气质量指数、沿海精细化数据、雪深监测数据、单站雷达数据、浮标站海面上数据、浮标站海下数据。以上数据比较零散，接口服务将根据GIS业务需求进行分类、汇总、分析、截取等用户关注信息存储。上述为典型的数据业务处理流程，短期天气预报、预警、森林火险等数据处理与上面的类似，不再具体列举。业务数据的存储包含了原始数据存储、日志记录、告警信息记录、数据预处理流程、统计查询工具等多个业务流程。

三、数据解析

气象自动监测站的实时气象信息、栅格预报气象信息(XML格式的数据文件)的统一解析是将气象监测站的地理位置信息录入GIS数据库，获取到气象数据后，通过关键字段匹配获得气象数据的地理位置信息，绑定到地图上展示。

气象预警信息(TXT格式数据文件)的统一解析通过预先将一些地理关键字(如鲁中南)预先录入到GIS数据库，通过关键字匹配获取预警的地理信息，并进一步调用预警内容；预警采用精确匹配，在数据库中精确查找相关地理信息的数据，再通过筛选过滤，在地图上叠加预警信息。

二进制格式气象数据统一解析是通过解析文件头确定解析的操作细节，利用一级文件头中记录长度和记录数定位数据读取起始位置再进行后续处理分类。二级文件头中的扫描像素宽度和高度、异常值等信息作为解析数据依据。二级文件头中的起始时间、推送时间、入库时间、编号等作为参考信息。

对解析出的数据，利用灰度增强方法对值域进行扩展，扩大值域的可区分度，这里的值域指可调用的气象数据的最大范围，灰度增强法可以增加图像的对比度，加强展示效果。

四、电铁、高铁关联分析

坐标定位：根据气象监测站的坐标信息，首先对监测站的坐标进行坐标校准，确保坐标的准确性；再通过坐标转换工具将80坐标转换成2000坐标，目的是定位到GIS地图里。转换坐标后将气象监测站定位到电网GIS地图中。

建立高铁、电铁图层及气象图层：电铁、高铁图层由GIS电网平台导出至GIS地图中，将经过转换后的1600多个监测站坐标定位到GIS地图，建立单独的气象图层。

关联分析：将气象图层及电铁、高铁图层进行匹配关联，实现气象信息的实时展示，以及电铁、高铁牵引站、供电站气象灾害的预警分析与展示。当查询电铁、高铁牵引站、供电站周围气象信息时，选取5—20公里范围，查询范围内的监测站信息，根据距离分布情况及监测站气象要素情况，确定当前设备气象信息。

圆周范围动态关联：根据不同时间实际情况，可以自动调整关联范围，关联对象。如根据冬季冻雨易发时增大关联范围，综合分析大监站与区域站，详细了解电铁、高铁牵引站、供电站周围气象情况。并可以以多种图表、柱状图、线形图等进行展示分析，方便用户进行定位、分析、查看。

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.基于电网GIS电气化铁路牵引站气象监测及预警方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤一：在电网GIS平台上建立用于气象数据传输的气象接口服务并将接入的数据进行预处理后存至系统数据库；

步骤二：在电网GIS平台中对步骤一预处理后的数据进行数据解析并将气象监测站、预警范围进行定位，并通过坐标转换将气象监测、预警定位信息显示到电网GIS地图中；

步骤三：根据高铁及电铁牵引站位置、供电站地理坐标及运行情况建立高铁、电铁图层及气象图层；

步骤四：将气象图层及高铁、电铁图层进行匹配关联即将气象监测及预警定位信息与电铁、高铁牵引站、供电站坐标信息匹配关联，实现气象信息的实时展示，以及电铁、高铁牵引站、供电站气象灾害的预警分析与展示。

2.如权利要求1所述的基于电网GIS电气化铁路牵引站气象监测及预警方法，其特征是，所述气象接口服务包括气象数据接收端数据接口：用于实时接收气象数据并存储；气象数据访问接口：用于向电网GIS提供气象数据；对外接口：电网GIS对外提供统一的气象服务接口。

3.如权利要求1所述的基于电网GIS电气化铁路牵引站气象监测及预警方法，其特征是，所述步骤一中数据进行预处理为：分别对不同格式的气象数据进行处理，转换成电网GIS能够存储并可以展示的实时监测及预警数据。

4.如权利要求1所述的基于电网GIS电气化铁路牵引站气象监测及预警方法，其特征是，所述气象数据的格式包括：栅格数据、XML格式数据、TXT格式数据和二进制格式；

栅格数据是气象资料存储交换的重要形式，XML是网页形式，TXT是文本，二进制格式是指二进制形式储存的图像数据。

5.如权利要求1所述的基于电网GIS电气化铁路牵引站气象监测及预警方法，其特征是，所述步骤二中的数据解析具体是：

气象自动监测站实时气象时，XML格式数据以及栅格数据的统一解析是将气象监测站的地理位置信息录入GIS数据库，获取到气象数据后，通过关键字段匹配获得气象数据的地理位置信息，绑定到地图上展示；

气象预警信息即TXT格式数据文件的统一解析通过预先将地理关键字预先录入到GIS数据库，通过关键字匹配获取预警的地理信息，并进一步调用预警内容；预警采用精确匹配，在数据库中精确查找相关地理信息的数据，再通过筛选过滤，在地图上叠加预警信息；

二进制格式气象数据统一解析是通过解析文件头确定解析的操作细节，利用一级文件头中记录长度和记录数定位数据读取起始位置再进行后续处理分类；二级文件头中的扫描像素宽度和高度、异常值等信息作为解析数据依据；二级文件头中的起始时间、推送时间、入库时间、编号作为参考信息。

6.如权利要求1所述的基于电网GIS电气化铁路牵引站气象监测及预警方法的系统，其特征是，包括：

数据传输模块，用于在电网GIS平台上建立用于气象数据传输的气象接口服务并将接入的数据进行预处理后存至系统数据库；

数据处理模块，用于在电网GIS平台中对数据传输模块预处理后的数据进行数据解析并将气象监测站、预警范围进行定位，并通过坐标转换将气象监测、预警定位信息显示到电网GIS地图中；

图层建立模块，用于根据高铁及电铁牵引站位置、供电站地理坐标及运行情况建立高铁、电铁图层及气象图层；

图层关联模块，用于将气象图层及高铁、电铁图层进行匹配关联即将气象监测及预警定位信息与电铁、高铁牵引站、供电站坐标信息匹配关联，实现气象信息的实时展示，以及电铁、高铁牵引站、供电站气象灾害的预警分析与展示。

7.如权利要求1所述的基于电网GIS电气化铁路牵引站气象监测及预警方法的系统，其特征是，所述数据传输模块中的气象接口服务包括气象数据接收端数据接口：用于实时接收气象数据并存储；气象数据访问接口：用于向电网GIS提供气象数据；对外接口：电网GIS对外提供统一的气象服务接口。

8.如权利要求1所述的基于电网GIS电气化铁路牵引站气象监测及预警方法的系统，其特征是，所述数据传输模块中数据进行预处理为：分别对不同格式的气象数据进行处理，转换成电网GIS能够存储并可以展示的实时监测及预警数据。

9.如权利要求1所述的基于电网GIS电气化铁路牵引站气象监测及预警方法的系统，其特征是，所述气象数据的格式包括：栅格数据、XML格式数据、TXT格式数据和二进制格式；

栅格数据是气象资料存储交换的重要形式，XML是网页形式，TXT是文本，二进制格式是指二进制形式储存的图像数据。

10.如权利要求1所述的基于电网GIS电气化铁路牵引站气象监测及预警方法的系统，其特征是，所述数据处理模块中的数据解析具体是：

气象自动监测站实时气象时，XML格式数据以及栅格数据的统一解析是将气象监测站的地理位置信息录入GIS数据库，获取到气象数据后，通过关键字段匹配获得气象数据的地理位置信息，绑定到地图上展示；

气象预警信息即TXT格式数据文件的统一解析通过预先将地理关键字预先录入到GIS数据库，通过关键字匹配获取预警的地理信息，并进一步调用预警内容；预警采用精确匹配，在数据库中精确查找相关地理信息的数据，再通过筛选过滤，在地图上叠加预警信息；

二进制格式气象数据统一解析是通过解析文件头确定解析的操作细节，利用一级文件头中记录长度和记录数定位数据读取起始位置再进行后续处理分类；二级文件头中的扫描像素宽度和高度、异常值等信息作为解析数据依据；二级文件头中的起始时间、推送时间、入库时间、编号作为参考信息。