CN109188568B - 一种多普勒雷达气象矢量化电网精细预警系统 - Google Patents

一种多普勒雷达气象矢量化电网精细预警系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于电力电网领域，具体涉及一种多普勒雷达气象矢量化电网精细预警系统。包括多普勒雷达部、预警中心部和电力终端部，电力终端包括传感器组，传感器组设置多个气象传感器；GIS服务器根据多普勒雷达部的雷达信息生成气象预警信息，并根据预警信息控制所述终端机上传感器组的工作状态。将雷达信息与电力设备关联以后进一步采用电力设备上设置传感器的方式，进一步提高预警结果的准确性；将雷达预警等级与地质等级结合，气象对于发生地质灾害的影响更加精细化；GIS系统采用双工作模式，GIS系统的负担，提高收集速度。

Description

一种多普勒雷达气象矢量化电网精细预警系统
技术领域
本发明属于电力电网领域，涉及一种电网GIS预警系统，具体涉及一种多普勒雷达气象矢量化电网精细预警系统。
背景技术
多普勒天气雷达，是一种主动遥感的探测工具，在测量云、降雨和各种强对流天气发生发展内在因素方面有重要的应用，其工作原理即以多普勒效应为基础，可以测定散射体相对于雷达的速度，在一定条件下反演出大气风场、气流垂直速度的分布以及湍流情况等。多普勒雷达是目前世界上最先进的天气监测设备，并且已经在很多国家得到深入应用，这对警戒强对流天气等具有重要意义。
台风、暴雨等灾害天气频发，给电网运行安全带来巨大危害。但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。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。
申请号201410403144.1公开了一种基于多普勒雷达径向风速的大风速区电网设备查询方法，其通过对多普勒雷达径向风速数据的提取、分簇、合成大风速区域、电网设备查询这一系列流程，将原本离散的坐标数据演变成为大风速区域信息，给出了较为可靠、准确的电网大风速区域识别方法，并最终实现查询受大风影响的电网设备，辅助专业人员开展电网设备受大风灾害影响的分析工作。但是其没有将设备进行关联，在需要确定哪些设备受影响时还需要人工查看。
申请号201410709231.X的发明专利申请公开了一种基于多普勒雷达的GIS电网预警系统，其将预警区域的电网设备图层与雷达信息图层进行数据关联处理，确立电网设备覆盖区域的气象预警数据并在电网GIS地图上显示。建立专业的气象雷达灾害预警模型，实现了针对电力设施的精细化预警，有效降低灾害的破坏性，有助于形成有针对性的防灾措施规范，减少电网损失。但是其仅仅将预警信息进行关联，没有进行下一步的处理。目前电力设备诸如变电站、输电杆塔、配电杆塔、配电室、箱式变电站、环网柜、营销网点等数以万计，如果将其全部与雷达信息关联将会产生非常庞大的计算量。且目前的雷达信息并不是百分之百准确，只有结合实地的传感器才能提高雷达预警的准确率。
发明内容
本发明克服上述缺陷，提供一种多普勒雷达气象矢量化电网精细预警系统，包括多普勒雷达部、预警中心部和电力终端部，其特征在于所述多普勒雷达部包括多普勒雷达和多普勒雷达控制模块；所述预警中心部包括GIS服务器、雷达解析模块、显示模块、GIS数据库模块、终端解析模块、无线连接模块；所述电力终端部包括终端控制模块和多个电力终端机；所述多普勒雷达连接多普勒雷达控制模块，多普勒雷达控制模块无线连接预警中心部的无线连接模块，雷达解析模块、显示模块、GIS数据库模块、终端解析模块、无线连接模块均连接GIS服务器，多个电力终端机连接终端控制模块，终端控制模块无线连接预警中心部的无线连接模块；所述电力终端机为变电站、输电杆塔、配电杆塔、配电室、箱式变电站、环网柜，电力终端机设置有传感器组，传感器组设置有多个气象传感器；所述GIS服务器根据多普勒雷达部的雷达信息生成气象预警信息，并根据气象预警信息控制所述电力终端机上传感器组的工作状态。
GIS数据库模块中保存有分辨率为1m的地图数据，即地图上每个像素代表1m2；
多普勒雷达部的多普勒雷达控制模块控制多普勒雷达发射S波段和C波段的电磁波并控制多普勒雷达接收回波；多普勒雷达控制模块收集多普勒雷达原始数据并通过无线传输方式传输给无线连接模块，GIS服务器控制无线连接模块将多普勒雷达原始数据转移至GIS数据库模块，雷达解析模块采用双线性差值法将极坐标多普勒雷达原始数据转换成直角坐标系的多普勒雷达网格数据，并保存；
每个电力终端机具有唯一编号和一个坐标，显示模块将每个电力终端机的位置以红点的形式显示在以GIS数据库模块中的地图数据为背景的显示模块的显示器上。
所述GIS数据库模块中保存的地图上具有地质等级，所述地质等级分为1-10等，是根据地图上实际地理位置的地质情况确定，越容易被暴雨引发发生地质灾害的位置其地质等级越高；所述显示模块还具有显示预警等级的功能，即将多普勒雷达网格数据中的dBZ值划分为1-10个气象预警等级，dBZ值越大等级越高，预警等级R等于气象预警等级Q乘以地质等级D；显示模块将单位平方公里内的预警等级R平均后以不同颜色显示在以GIS数据库模块中的地图数据为背景的显示模块的显示器上，所述不同颜色为预警等级R值转换成红蓝伪彩色。
气象传感器包括气温传感器、湿度传感器、风速传感器、气压传感器、风向传感器、CO2浓度传感器、氮氧化物传感器、SO2传感器；传感器收集的数据通过电力终端机控制模块和无线连接模块传送至GIS服务器，GIS服务器将气象传感器收集的数据保存在GIS数据库模块中，显示模块将气象传感器收集的数据显示在显示器上其所对应的电力终端机红点之后。
所述GIS服务器具有两种工作模式：分别为选择显示模式和选择收集模式。
第一工作模式为选择显示模式：GIS服务器先收集所有的电力终端机对应的传感器组的气象传感器收集的数据，终端解析模块将气象传感器收集的数据分成两组，第一组为传感器组对应的电力终端机的位置所对应的预警等级大于或等于某一定值Q，第二组为传感器组对应的电力终端机的位置所对应的预警等级小于某一定值Q，终端解析模块将第二组气象传感器收集的数据先按照其对应的电力终端机的编号进行随机排列，之后按随机排列后的顺序将第二组气象传感器收集的数据的第一个气象传感器收集的数据保存至第三组，在保存后一个气象传感器收集的数据时先计算其所对应的电力终端机的坐标与第三组所有的气象传感器收集的数据对应的电力终端机的坐标之间的直线距离S，若其距离第三组任一气象传感器收集的数据对应的电力终端机的坐标均大于10km则保存该气象传感器收集的数据至第三组，否则跳过；显示模块将第一组和第三组气象传感器收集的数据在显示器上显示在其所对应的电力终端机红点之后。
第二工作模式为选择收集模式：终端解析模块将电力终端机分为两组，第一组为电力终端机的位置对应的预警等级大于或等于某一定值Q，第二组为电力终端机的位置所对应的预警等级小于某一定值Q，GIS服务器收集第一组所有电力终端机的气象传感器收集的数据并随机收集第二组10％的电力终端机的气象传感器收集的数据；显示模块将GIS服务器收集的气象传感器收集的数据在显示器上显示在其所对应的电力终端机红点之后。
所述电力终端机和终端控制模块之间的通讯方式为电力载波方式。
所述电力终端机还具备警报模块，当电力终端机所在的位置其预警等级大于某一定值Q时，警报模块显示高预警等级警报。
所述电力终端机具有摄像模块，GIS服务器可以控制电力终端机配备的摄像模块的开关，且GIS服务器可以控制指定的电力终端机的摄像模块的图像显示在显示模块的显示器上。
本发明的有益效果为：
1.本发明将雷达信息与电力设备关联以后进一步采用电力设备上设置传感器的方式，将气象传感器收集的数据一并显示，这样可以进一步提高预警结果的准确性，如果发现雷达预警与多个气象传感器收集的数据不符合，则说明雷达数据有误，避免误判；
2.本发明将雷达预警等级与地质等级结合，采用其结合的方式进一步精细化预警等级的准确性，只有雷达预警等级与地质等级结合以后，气象对于发生地质灾害的影响才能更加精细化；
3.本发明的GIS系统采用双工作模式，采用第一工作模式可以收集尽可能全的气象传感器收集的数据，在显示时又可以减少GIS系统的负担；采用第二工作模式时对不同预警等级的传感器进行区别收集可以大大减少系统工作负担，提高收集速度；
4.本发明在电力终端上设置警报器，可以起到警报作用，提示周围用电者注意用电安全；
5.本发明在电力终端上设置视频设备，可以第一时间观测现场实况。显示模块还能够以不同的图层分别显示不同的气象预警等级和地质等级，不同的图层可以为不同的颜色或者不同的透明度的RGB颜色之一显示，根据不同RGB颜色混合后得到颜色显示风险等级。
附图说明
图1本发明系统结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
提供一种多普勒雷达气象矢量化电网精细预警系统，包括多普勒雷达部、预警中心部和电力终端部，其特征在于所述多普勒雷达部包括多普勒雷达和多普勒雷达控制模块；所述预警中心部包括GIS服务器、雷达解析模块、显示模块、GIS数据库模块、终端解析模块、无线连接模块；所述电力终端部包括终端控制模块和多个电力终端机；所述多普勒雷达连接多普勒雷达控制模块，多普勒雷达控制模块无线连接预警中心部的无线连接模块，雷达解析模块、显示模块、GIS数据库模块、终端解析模块、无线连接模块均连接GIS服务器，多个电力终端机连接终端控制模块，终端控制模块无线连接预警中心部的无线连接模块；所述电力终端机为变电站、输电杆塔、配电杆塔、配电室、箱式变电站、环网柜，电力终端机设置有传感器组，传感器组设置有多个气象传感器；所述GIS服务器根据多普勒雷达部的雷达信息生成气象预警信息，并根据气象预警信息控制所述电力终端机上传感器组的工作状态。
GIS数据库模块中保存有分辨率为1m的地图数据，即地图上每个像素代表1m2；
多普勒雷达部的多普勒雷达控制模块控制多普勒雷达发射S波段和C波段的电磁波并控制多普勒雷达接收回波；多普勒雷达控制模块收集多普勒雷达原始数据并通过无线传输方式传输给无线连接模块，GIS服务器控制无线连接模块将多普勒雷达原始数据转移至GIS数据库模块，雷达解析模块采用双线性差值法将极坐标多普勒雷达原始数据转换成直角坐标系的多普勒雷达网格数据，并保存；
每个电力终端机具有唯一编号和一个坐标，显示模块将每个电力终端机的位置以红点的形式显示在以GIS数据库模块中的地图数据为背景的显示模块的显示器上。
所述GIS数据库模块中保存的地图上具有地质等级，所述地质等级分为1-10等，是根据地图上实际地理位置的地质情况确定，越容易被暴雨引发发生地质灾害的位置其地质等级越高；所述显示模块还具有显示预警等级的功能，即将多普勒雷达网格数据中的dBZ值划分为1-10个气象预警等级，dBZ值越大等级越高，预警等级R等于气象预警等级Q乘以地质等级D；显示模块将单位平方公里内的预警等级R平均后以不同颜色显示在以GIS数据库模块中的地图数据为背景的显示模块的显示器上，所述不同颜色为预警等级R值转换成红蓝伪彩色。
气象传感器包括气温传感器、湿度传感器、风速传感器、气压传感器、风向传感器、CO2浓度传感器、氮氧化物传感器、SO2传感器；传感器收集的数据通过电力终端机控制模块和无线连接模块传送至GIS服务器，GIS服务器将气象传感器收集的数据保存在GIS数据库模块中，显示模块将气象传感器收集的数据显示在显示器上其所对应的电力终端机红点之后。
所述GIS服务器具有两种工作模式：分别为选择显示模式和选择收集模式。
第一工作模式为选择显示模式：GIS服务器先收集所有的电力终端机对应的传感器组的气象传感器收集的数据，终端解析模块将气象传感器收集的数据分成两组，第一组为传感器组对应的电力终端机的位置所对应的预警等级大于或等于某一定值Q，第二组为传感器组对应的电力终端机的位置所对应的预警等级小于某一定值Q，终端解析模块将第二组气象传感器收集的数据先按照其对应的电力终端机的编号进行随机排列，之后按随机排列后的顺序将第二组气象传感器收集的数据的第一个气象传感器收集的数据保存至第三组，在保存后一个气象传感器收集的数据时先计算其所对应的电力终端机的坐标与第三组所有的气象传感器收集的数据对应的电力终端机的坐标之间的直线距离S，若其距离第三组任一气象传感器收集的数据对应的电力终端机的坐标均大于10km则保存该气象传感器收集的数据至第三组，否则跳过；显示模块将第一组和第三组气象传感器收集的数据在显示器上显示在其所对应的电力终端机红点之后。
第二工作模式为选择收集模式：终端解析模块将电力终端机分为两组，第一组为电力终端机的位置对应的预警等级大于或等于某一定值Q，第二组为电力终端机的位置所对应的预警等级小于某一定值Q，GIS服务器收集第一组所有电力终端机的气象传感器收集的数据并随机收集第二组10％的电力终端机的气象传感器收集的数据；显示模块将GIS服务器收集的气象传感器收集的数据在显示器上显示在其所对应的电力终端机红点之后。
所述电力终端机和终端控制模块之间的通讯方式为电力载波方式。
所述电力终端机还具备警报模块，当电力终端机所在的位置其预警等级大于某一定值Q时，警报模块显示高预警等级警报。
所述电力终端机具有摄像模块，GIS服务器可以控制电力终端机配备的摄像模块的开关，且GIS服务器可以控制指定的电力终端机的摄像模块的图像显示在显示模块的显示器上。
显示模块还能够以不同的图层分别显示不同的气象预警等级和地质等级，不同的图层可以为不同的颜色或者不同的透明度的RGB颜色之一显示，根据不同RGB颜色混合后得到颜色显示风险等级。
以上内容仅为本发明的部分实施方式，并不是全部实施方式，其他可以在本申请的基础上通过本领域技术人员的公知常识的变化得到的技术方案均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种多普勒雷达气象矢量化电网精细预警系统，包括多普勒雷达部、预警中心部和电力终端部，其特征在于所述多普勒雷达部包括多普勒雷达和多普勒雷达控制模块；所述预警中心部包括GIS服务器、雷达解析模块、显示模块、GIS数据库模块、终端解析模块、无线连接模块；所述电力终端部包括终端控制模块和多个电力终端机；所述多普勒雷达连接多普勒雷达控制模块，多普勒雷达控制模块无线连接预警中心部的无线连接模块，雷达解析模块、显示模块、GIS数据库模块、终端解析模块、无线连接模块均连接GIS服务器，多个电力终端机连接终端控制模块，终端控制模块无线连接预警中心部的无线连接模块；所述电力终端机为变电站、输电杆塔、配电杆塔、配电室、箱式变电站、环网柜，电力终端机设置有传感器组，传感器组设置有多个气象传感器；所述GIS服务器根据多普勒雷达部的雷达信息生成气象预警信息，并根据气象预警信息控制所述电力终端机上传感器组的工作状态；
GIS数据库模块中保存有分辨率为1m的地图数据，即地图上每个像素代表1m2；多普勒雷达部的多普勒雷达控制模块控制多普勒雷达发射S波段和C波段的电磁波并控制多普勒雷达接收回波；多普勒雷达控制模块收集多普勒雷达原始数据并通过无线传输方式传输给无线连接模块，GIS服务器控制无线连接模块将多普勒雷达原始数据转移至GIS数据库模块，雷达解析模块采用双线性差值法将极坐标多普勒雷达原始数据转换成直角坐标系的多普勒雷达网格数据，并保存；
每个电力终端机具有唯一编号和一个坐标，显示模块将每个电力终端机的位置以红点的形式显示在以GIS数据库模块中的地图数据为背景的显示模块的显示器上；
所述GIS数据库模块中保存的地图上具有地质等级，所述地质等级分为1-10等，是根据地图上实际地理位置的地质情况确定，越容易被暴雨引发发生地质灾害的位置其地质等级越高；所述显示模块还具有显示预警等级的功能，即将多普勒雷达网格数据中的dBZ值划分为1-10个气象预警等级，dBZ值越大等级越高，预警等级等于气象预警等级乘以地质等级；显示模块将单位平方公里内的预警等级平均后以不同颜色显示在以GIS数据库模块中的地图数据为背景的显示模块的显示器上，所述不同颜色为预警等级值转换成红蓝伪彩色；
气象传感器包括气温传感器、湿度传感器、风速传感器、气压传感器、风向传感器、CO2浓度传感器、氮氧化物传感器、SO2传感器；气象传感器收集的数据通过终端控制模块和无线连接模块传送至GIS服务器，GIS服务器将气象传感器收集的数据保存在GIS数据库模块中，显示模块将气象传感器收集的数据显示在显示器上其所对应的电力终端机红点之后；
所述GIS服务器具有两种工作模式：分别为选择显示模式和选择收集模式；
第一工作模式为选择显示模式：GIS服务器先收集所有的电力终端机对应的传感器组的气象传感器收集的数据，终端解析模块将气象传感器收集的数据分成两组，第一组为传感器组对应的电力终端机的位置所对应的预警等级大于或等于某一定值Q，第二组为传感器组对应的电力终端机的位置所对应的预警等级小于某一定值Q，终端解析模块将第二组气象传感器收集的数据先按照其对应的电力终端机的编号进行随机排列，之后按随机排列后的顺序将第二组气象传感器收集的数据的第一个气象传感器收集的数据保存至第三组，在保存后一个气象传感器收集的数据时先计算其所对应的电力终端机的坐标与第三组所有的气象传感器收集的数据对应的电力终端机的坐标之间的直线距离S，若其距离第三组任一气象传感器收集的数据对应的电力终端机的坐标均大于10km则保存该气象传感器收集的数据至第三组，否则跳过；显示模块将第一组和第三组气象传感器收集的数据在显示器上显示在其所对应的电力终端机红点之后。
2.根据权利要求1所述的多普勒雷达气象矢量化电网精细预警系统，其特征在于：第二工作模式为选择收集模式：终端解析模块将电力终端机分为两组，第一组为电力终端机的位置对应的预警等级大于或等于某一定值Q，第二组为电力终端机的位置所对应的预警等级小于某一定值Q，GIS服务器收集第一组所有电力终端机的气象传感器收集的数据并随机收集第二组10％的电力终端机的气象传感器收集的数据；显示模块将GIS服务器收集的气象传感器收集的数据在显示器上显示在其所对应的电力终端机红点之后。
3.根据权利要求2所述的多普勒雷达气象矢量化电网精细预警系统，其特征在于：所述电力终端机和终端控制模块之间的通讯方式为电力载波方式。
4.根据权利要求3所述的多普勒雷达气象矢量化电网精细预警系统，其特征在于：所述电力终端机还具备警报模块，当电力终端机所在的位置其预警等级大于某一定值Q时，警报模块显示高预警等级警报。
5.根据权利要求4所述的多普勒雷达气象矢量化电网精细预警系统，其特征在于：所述电力终端机具有摄像模块，GIS服务器控制电力终端机配备的摄像模块的开关，且GIS服务器控制指定的电力终端机的摄像模块的图像显示在显示模块的显示器上。
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