CN111665397A - 基于危险度识别的古建筑防雷击方法 - Google Patents

基于危险度识别的古建筑防雷击方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于危险度识别的古建筑防雷击方法，属于古建筑防雷技术领域。通过利用位于距离古建筑所在区域较远的雷电电场表现，提前获取雷暴云的模拟移动路径，观察雷暴云的模拟移动路径，预测雷暴云进入或接近古建筑所在区域的概率，从而提前预测古建筑所在区域发生雷击的危险度，根据所获得的危险度等级，决定是否启用古建筑防雷预案或提前进行防雷准备工作。或者，当古建筑所在区域的雷击危险度大于危险度阈值时，采用人工引雷或主动引雷的方法，使雷电提前释放，降低古建筑群遭受雷击的风险，避免古建筑群受雷击而引发火灾等危险事故。

Description

基于危险度识别的古建筑防雷击方法
技术领域
本发明属于古建筑防雷技术领域，具体涉及一种基于危险度识别的古建筑防雷击方法。
背景技术
雷电是发生在大气中的一种瞬时高电压、大电流、强电磁辐射灾害性天气现象，是严重的自然灾害之一，具有发生频次高、突发性强、危害严重、范围广、社会影响大的特点，对社会公共安全和人民生命财产安全形成了巨大威胁。做好防雷减灾工作，不仅是安全生产不可缺少的重要环节，也是关注民生所不可缺少的重要方面。尤其地，防雷减灾工作对古建筑，特别是区域性、成片区的古建筑群也发挥着重要作用。
雷电监测预警系统的建立可提升雷电预警的精确性和及时性，降低雷电造成的人员伤亡和财产损失，对于防雷减灾工作的开展和确保社会安全生产均具有十分重要的作用。目前，广泛使用的雷电预警监测系统主要有雷电定位、大气电场监测、卫星闪电监测、气象雷达雷暴监测等。
基于大气电场仪的雷电监测预警系统具有建设及使用方便、运行费用低廉等优点，被广泛地应用于几公里范围内的短时间雷电预警的实践中。然而，大气电场仪的预警准确度随着预警时间要求的延长而断崖式下降，当要求的预警时间大于2小时，则预警准确度甚至小于20%。同时，虽然通过多点设置大气电场仪，能够初步获取雷暴云的移动路径，但当雷暴云移动路径发生改变时，无法准确作出判断，也就是说，基于大气电场仪的雷电监测预警系统仅仅能够进行雷电的短时间内的初步预警，不能提前判断某一区域内雷击危险的准确依据，在防雷实践中，尤其是古建筑群防雷实践中，缺乏实际指导意义，造成社会资源的浪费。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种基于危险度识别的古建筑防雷击方法，以解决现有技术中存在的无法准确判断某一特定区域内遭受雷击的危险程度，在古建筑群防雷实践中，缺乏实际指导意义，造成社会资源浪费的技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于危险度识别的古建筑防雷击方法，包括以下步骤：
a. 获取古建筑所在区域的雷击危险度；
b. 比较古建筑所在区域的雷击危险度是否大于危险度阈值；
c. 若是，则启用古建筑防雷预案或提前进行防雷准备工作。
优选地，步骤a中，所述“获取古建筑所在区域的雷击危险度”的方法包括以下步骤：
a1. 获取古建筑所在区域附近的电场强度；
a2. 比较古建筑所在区域附近的电场强度是否大于预警阈值；
a3. 若是，则标记为最高危险度等级；若否，获取古建筑所在区域远处的电场强度；
a4. 比较古建筑所在区域远处的电场强度是否大于预警阈值；
a5. 若否，则标记为最低危险度等级；若是，获取古建筑所在区域远处的电场强度中最大值所在位置P1；
a6. 间隔时间 △t 后，获取古建筑所在区域远处的电场强度中除P1位置外的最大值所在位置P2；
a7. 根据位置P1和位置P2，获取雷暴云模拟移动路径L；
a8. 根据雷暴云模拟移动路径L与古建筑所在区域之间的距离，判断古建筑所在区域的雷击危险度。
优选地，步骤a7中，获取雷暴云模拟移动路径L后，对雷暴云模拟移动路径进行修正，获取修正后雷暴云模拟移动路径L'，其中，对雷暴云模拟移动路径L进行修正的方法为：以位置P1为顶点，构建修正后雷暴云模拟移动路径L'，修正后雷暴云模拟移动路径L'位于雷暴云模拟移动路径L靠近古建筑所在区域的一侧，且与雷暴云模拟移动路径L形成一修正角α；步骤a8中，根据修正后雷暴云模拟移动路径L'与古建筑所在区域之间的距离，修正古建筑所在区域的雷击危险度。
优选地，所述修正角α为3°～10°。
优选地，步骤a8中，所述“根据雷暴云模拟移动路径L与古建筑所在区域之间的距离，判断古建筑所在区域的雷击危险度”的方法为：
a81. 以古建筑所在区域的中心为圆心，建立区域危险度分级靶，所述区域危险度分级靶由若干同心圆组成，相邻两个同心圆之间构成不同区域危险度等级，且危险度等级由内向外逐渐降低；
a82. 获取所述修正后雷暴云模拟移动路径L'在所述区域危险度分级靶上的位置，以所述修正后雷暴云模拟移动路径L'经过区域危险度分级靶上的最高危险度等级为该区域在当前时间的雷击危险度。
优选地，所述区域危险度分级靶由内向外，包括0级危险度区域、Ⅰ级危险度区域、Ⅱ级危险度区域和Ⅲ级危险度区域。
优选地，所述Ⅰ级危险度区域的宽度小于所述Ⅱ级危险度区域的宽度。
优选地，首先建立雷电检测系统，所述雷电监测系统包括近端预警装置及远端预警装置，所述近端预警装置包括若干分布在古建筑所在区域周围的大气电场仪Q1，所述远端预警装置包括若干均匀间隔设置在以古建筑所在区域为中心的圆周上的大气电场仪Q2，且所述大气电场仪Q2与古建筑所在区域周边的距离接近所述大气电场仪Q1的最大监测半径；其中，步骤a中，获取大气电场仪Q1所检测的电场强度；步骤c中，获取大气电场仪Q2所检测的电场强度。
优选地，步骤e中，遍历所有大气电场仪Q2所检测的电场强度，比较电场强度是否大于预警阈值；步骤f中，若所有大气电场仪Q2所检测的电场强度中，至少有一个大于预警阈值，则获取电场强度最大值所对应的大气电场仪Q2的位置Q2m，以Q2m和与Q2m相对的大气电场仪Q2为分割线，若干大气电场仪Q2对称设置在分割线两侧；步骤g中，间隔时间△t 后，比较位于分割线两侧对称位置的大气电场仪Q2的电场强度，获取雷暴云的偏转方向，并根据电场强度大小，判断雷暴云偏转角β；步骤h中，根据雷暴云的偏转方向及偏转角，获取雷暴云模拟移动路径L。
优选地，所述远端预警装置包括若干均匀间隔设置在以古建筑所在区域为中心的圆周上的8个大气电场仪Q2，8个大气电场仪Q2分别设置于古建筑所在区域正东、正西、正南、正北、东南、东北、西南及西北方向。
由上述技术方案可知，本发明提供了一种基于危险度识别的古建筑防雷击方法，其有益效果是：通过提前获取雷暴云的模拟移动路径，观察雷暴云的模拟移动路径，预测雷暴云进入或接近古建筑所在区域的概率，从而提前预测古建筑所在区域发生雷击的危险度，指导实际防雷工作，从而为防雷实践提供可靠依据。
附图说明
图1是基于危险度识别的古建筑防雷击方法的流程图。
图2是古建筑所在区域的雷击危险度获取方法流程图。
图3是雷电检测系统及区域雷击危险度判断过程示意图。
具体实施方式
以下结合本发明的附图，对本发明的技术方案以及技术效果做进一步的详细阐述。
请参看图1，一种基于危险度识别的古建筑防雷击方法，包括以下步骤：
a. 获取古建筑所在区域的雷击危险度；
b. 比较古建筑所在区域的雷击危险度是否大于危险度阈值；
c. 若是，则启用古建筑防雷预案或提前进行防雷准备工作。
请参看图2，步骤a中，所述“获取古建筑所在区域的雷击危险度”的方法包括以下步骤：
a1. 获取古建筑所在区域附近的电场强度；
a2. 比较古建筑所在区域附近的电场强度是否大于预警阈值；
a3. 若是，则标记为最高危险度等级；若否，获取古建筑所在区域远处的电场强度；
a4. 比较古建筑所在区域远处的电场强度是否大于预警阈值；
a5. 若否，则标记为最低危险度等级；若是，获取古建筑所在区域远处的电场强度中最大值所在位置P1；
a6. 间隔时间 △t 后，获取古建筑所在区域远处的电场强度中除P1位置外的最大值所在位置P2；
a7. 根据位置P1和位置P2，获取雷暴云模拟移动路径L；
a8. 根据雷暴云模拟移动路径L与古建筑所在区域之间的距离，判断古建筑所在区域的雷击危险度。
具体地，假如，实际生产实践中，需要对古建筑所在A区域遭受雷击的危险度进行预测评价，那么，首先在古建筑所在A区域周围建立雷电监测预警装置，例如，在古建筑所在A区域周围布置若干近端电场仪Q1，或者利用古建筑所在A区域周围附近已经建立的雷电监测预警装置，通过获取古建筑所在A区域周围的电场强度，进行雷电预警，但是，该预警方法只能实现短时间预警，随着预警提起时间的延长，预警的准确度显著降低，难以对实际防雷工作形成有效指导。
为提前对可能产生的雷电进行预警，需要对古建筑所在A区域的雷击危险度进行分析。一种情况下，可以通过获取距离古建筑所在A区域较远的已经建立的若干雷电监测预警装置，根据不同雷电监测预警装置处对雷暴云的响应强度及响应时间，获得雷暴云在古建筑所在A区域外的活动路径，进而预测雷暴云移动路径，根据预测的雷暴云移动路径，提前判断古建筑所在A区域是否处于雷暴云的路径上，提前做出预警。但是，雷电监测预警装置较为分散，雷暴云移动路径预测难度大，不及时，对实际防雷工作的指导意义有限。
作为优选，请参看图3，为能够提前、准确获取古建筑所在A区域可能遭受雷击的危险度，首先建立雷电检测系统，所述雷电监测系统包括近端预警装置及远端预警装置，所述近端预警装置包括若干分布在古建筑所在区域周围的大气电场仪Q1，所述远端预警装置包括若干均匀间隔设置在以古建筑所在区域为中心的圆周上的大气电场仪Q2，且所述大气电场仪Q2与古建筑所在区域周边的距离接近所述大气电场仪Q1的最大监测半径。例如，所述远端预警装置包括若干均匀间隔设置在以古建筑所在区域为中心的圆周上的8个大气电场仪Q2，8个大气电场仪Q2分别设置于古建筑所在区域正东、正西、正南、正北、东南、东北、西南及西北方向。为便于描述，将8个大气电场仪Q2分别编号Q21、Q22、Q23、Q24、Q25、Q26、Q27、Q28。
在建立建立雷电检测系统的前提下，对古建筑所在A区域发生雷击的危险度进行预测，将大大提高预测的准确度，为实际防雷实践提供有效指导。
具体地，首先获取大气电场仪Q1所检测得到的电场强度E1，将电场强度E1与预设的预警阈值E0进行比较，如果电场强度E1大于预警阈值E0，则意味着雷暴云已经靠近古建筑所在A区域附近，古建筑所在A区域具有较高的遭受雷击的风险，则此时将古建筑所在A区域的雷击危险度标记为最高危险度等级，以指导管理人员及时做好防雷准备工作。如果电场强度E1小于预警阈值E0，则意味着雷暴云距离古建筑所在A区域较远，古建筑所在A区域暂时遭受雷击的风险较低。
此时，获取所有大气电场仪Q2的电场强度E2，将电场强度E2与预设的预警阈值E0进行比较，如果电场强度E2小于预警阈值E0，则意味着古建筑所在A区域附近及较远的区域内均不存在雷暴云或雷暴云距离较远，古建筑所在A区域遭受雷击风险较小，则此时将古建筑所在A区域的雷击危险度标记为最低危险度等级，管理人员可根据该危险度等级指导，获得无需提前进行防雷准备工作的结论。如果电场强度E2大于预警阈值E0，则意味着雷暴云距离所述远端预警装置较近，需要引起管理人员注意，并判断是否需要提前进行防雷准备工作。此时，获取最大电场强度E2max，以及最大电场强度E2max所对应的大气电场仪Q2max的位置，并根据大气电场仪Q2max的位置及最大电场强度E2max，初步确定雷暴云的位置P1。
例如，大气电场仪Q21所检测得到的电场强度E21大于预警阈值E0时，此时，剩余大气电场仪Q22、Q23、Q24、Q25、Q26、Q27、Q28均未检测到电场强度的变化，此时，可初步假设雷暴云位于古建筑所在A区域的正东方向，且距离大气电场仪Q21较远。并且同时，根据电场强度E21，依据点电荷电场强度与距离平方成反比的理论，初步确定雷暴云位置P1。
经过一定的间隔时间△t ，如经过3min～30min，再次获取所有大气电场仪Q2的电场强度，并遍历。此时，例如，一种情况下，大气电场仪Q21所检测得到的电场强度E21逐渐增大，位于大气电场仪Q21两侧且靠近大气电场仪Q21的大气电场仪Q25和大气电场仪Q26同时增大，且增大幅度相当，则可判定雷暴云的移动路径为从东至西。大多数情况下，大气电场仪Q25和大气电场仪Q26的其中之一增大或两者增大幅度不同，此时可根据大气电场仪Q25和大气电场仪Q26的增大幅度，判断雷暴云位置P2及初步判断雷暴云的移动路径。另一种情况下，当雷暴云移动一定时间后，大气电场仪Q25和大气电场仪Q26所监测得到的电场强度最大，则同理，根据电场强度E25或E26，依据点电荷电场强度与距离平方成反比的理论，初步确定雷暴云位置P2。此时，根据位置P1和P2，经过P1和P2的直线为雷暴云可能移动路径。
上述过程获得了雷暴云已知的可能移动路径，以该已知的雷暴雨移动路径所在的延长线作为雷暴云模拟移动路径L。考察雷暴云模拟移动路径L与古建筑所在A区域之间的垂直距离、偏转角β等，以此评价古建筑所在A区域遭受雷击的危险度，也就是说，雷暴云模拟移动路径L与古建筑所在A区域垂直距离越大，偏转角β越大，则雷击危险度越小，雷暴云模拟移动路径L与古建筑所在A区域垂直距离越小，偏转角β越小，则雷击危险度越大。
为进一步提高区域雷击危险度判断的准确性和可靠性，防止由于雷暴云受气流等因素影响，防止由于电场强度监测误差，P1、P2点定位误差引入的危险度判断偏离，一优选的实施例中，对雷暴云模拟移动路径L进行修正，获取修正后雷暴云模拟移动路径L'。例如，采用以下方法对雷暴云模拟移动路径L。
以位置P1为顶点，构建修正后雷暴云模拟移动路径L'，修正后雷暴云模拟移动路径L'位于雷暴云模拟移动路径L靠近古建筑所在区域的一侧，且与雷暴云模拟移动路径L形成一修正角α，修正角优选为3°～10°。根据修正后雷暴云模拟移动路径L'与古建筑所在区域之间的距离，修正古建筑所在区域的雷击危险度。
进一步地，为进一步明确雷击危险度，便于管理人员根据雷击危险度指定相应的防雷措施，为防雷管理工作提供指导，所述“根据雷暴云模拟移动路径L与古建筑所在区域之间的距离，判断古建筑所在区域的雷击危险度”的方法为：以古建筑所在区域（古建筑所在A区域）的中心为圆心，建立区域危险度分级靶，所述区域危险度分级靶由若干同心圆组成，相邻两个同心圆之间构成不同区域危险度等级，且危险度等级由内向外逐渐降低。获取所述修正后雷暴云模拟移动路径L'在所述区域危险度分级靶上的位置，以所述修正后雷暴云模拟移动路径L'经过区域危险度分级靶上的最高危险度等级为该区域在当前时间的雷击危险度。
例如，以古建筑所在A区域中心为圆心，建立区域危险度分级靶，所述区域危险度分级靶由内向外，包括0级危险度区域、Ⅰ级危险度区域、Ⅱ级危险度区域和Ⅲ级危险度区域。其中，0级危险度区域为古建筑所在A区域所在位置，为雷击危险度最高区域，具有最高危险度等级。古建筑所在A区域外侧为Ⅰ级危险度区域，Ⅰ级危险度区域外侧为Ⅱ级危险度区域，优选地，Ⅰ级危险度区域和Ⅱ级危险度区域覆盖所述近端预警装置及远端预警装置的最大监测范围。一优选实施例中，所述Ⅰ级危险度区域的宽度小于所述Ⅱ级危险度区域的宽度。例如，所述Ⅰ级危险度区域覆盖近端预警装置最大监测范围，所述Ⅱ级危险度区域覆盖远端预警装置的最大监测范围。所述Ⅲ级危险度区域为低风险危险度区域，具有最低危险度等级。
根据所获得的危险度等级，决定是否启用古建筑防雷预案或提前进行防雷准备工作。或者，当古建筑所在区域的雷击危险度大于危险度阈值时，采用人工引雷或主动引雷的方法，使雷电提前释放，降低古建筑群遭受雷击的风险，避免古建筑群受雷击而引发火灾等危险事故。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种基于危险度识别的古建筑防雷击方法，其特征在于，包括以下步骤：
a. 获取古建筑所在区域的雷击危险度；
b. 比较古建筑所在区域的雷击危险度是否大于危险度阈值；
c. 若是，则启用古建筑防雷预案或提前进行防雷准备工作。
2.如权利要求1所述的基于危险度识别的古建筑防雷击方法，其特征在于，步骤a中，所述“获取古建筑所在区域的雷击危险度”的方法包括以下步骤：
a1. 获取古建筑所在区域附近的电场强度；
a2. 比较古建筑所在区域附近的电场强度是否大于预警阈值；
a3. 若是，则标记为最高危险度等级；若否，获取古建筑所在区域远处的电场强度；
a4. 比较古建筑所在区域远处的电场强度是否大于预警阈值；
a5. 若否，则标记为最低危险度等级；若是，获取古建筑所在区域远处的电场强度中最大值所在位置P1；
a6. 间隔时间 △t 后，获取古建筑所在区域远处的电场强度中除P1位置外的最大值所在位置P2；
a7. 根据位置P1和位置P2，获取雷暴云模拟移动路径L；
a8. 根据雷暴云模拟移动路径L与古建筑所在区域之间的距离，判断古建筑所在区域的雷击危险度。
3.如权利要求2所述的基于危险度识别的古建筑防雷击方法，其特征在于，
步骤a7中，获取雷暴云模拟移动路径L后，对雷暴云模拟移动路径进行修正，获取修正后雷暴云模拟移动路径L'，其中，对雷暴云模拟移动路径L进行修正的方法为：以位置P1为顶点，构建修正后雷暴云模拟移动路径L'，修正后雷暴云模拟移动路径L'位于雷暴云模拟移动路径L靠近古建筑所在区域的一侧，且与雷暴云模拟移动路径L形成一修正角α；
步骤a8中，根据修正后雷暴云模拟移动路径L'与古建筑所在区域之间的距离，修正古建筑所在区域的雷击危险度。
4.如权利要求3所述的基于危险度识别的古建筑防雷击方法，其特征在于，所述修正角α为3°～10°。
5.如权利要求3所述的基于危险度识别的古建筑防雷击方法，其特征在于，步骤a8中，所述“根据雷暴云模拟移动路径L与古建筑所在区域之间的距离，判断古建筑所在区域的雷击危险度”的方法为：
a81. 以古建筑所在区域的中心为圆心，建立区域危险度分级靶，所述区域危险度分级靶由若干同心圆组成，相邻两个同心圆之间构成不同区域危险度等级，且危险度等级由内向外逐渐降低；
a82. 获取所述修正后雷暴云模拟移动路径L'在所述区域危险度分级靶上的位置，以所述修正后雷暴云模拟移动路径L'经过区域危险度分级靶上的最高危险度等级为该区域在当前时间的雷击危险度。
6.如权利要求5所述的基于危险度识别的古建筑防雷击方法，其特征在于，所述区域危险度分级靶由内向外，包括0级危险度区域、Ⅰ级危险度区域、Ⅱ级危险度区域和Ⅲ级危险度区域。
7.如权利要求6所述的基于危险度识别的古建筑防雷击方法，其特征在于，所述Ⅰ级危险度区域的宽度小于所述Ⅱ级危险度区域的宽度。
8.如权利要求2所述的基于危险度识别的古建筑防雷击方法，其特征在于，
首先建立雷电检测系统，所述雷电监测系统包括近端预警装置及远端预警装置，所述近端预警装置包括若干分布在古建筑所在区域周围的大气电场仪Q1，所述远端预警装置包括若干均匀间隔设置在以古建筑所在区域为中心的圆周上的大气电场仪Q2，且所述大气电场仪Q2与古建筑所在区域周边的距离接近所述大气电场仪Q1的最大监测半径；
其中，步骤a中，获取大气电场仪Q1所检测的电场强度；步骤c中，获取大气电场仪Q2所检测的电场强度。
9.如权利要求8所述的基于危险度识别的古建筑防雷击方法，其特征在于，
步骤a5中，遍历所有大气电场仪Q2所检测的电场强度，比较电场强度是否大于预警阈值；
步骤a6中，若所有大气电场仪Q2所检测的电场强度中，至少有一个大于预警阈值，则获取电场强度最大值所对应的大气电场仪Q2的位置Q2max，以Q2max和与Q2max相对的大气电场仪Q2为分割线，若干大气电场仪Q2对称设置在分割线两侧；
步骤a7中，间隔时间△t 后，比较位于分割线两侧对称位置的大气电场仪Q2的电场强度，获取雷暴云的偏转方向，并根据电场强度大小，判断雷暴云偏转角β；
步骤a8中，根据雷暴云的偏转方向及偏转角，获取雷暴云模拟移动路径L。
10.如权利要求8所述的基于危险度识别的古建筑防雷击方法，其特征在于，所述远端预警装置包括若干均匀间隔设置在以古建筑所在区域为中心的圆周上的8个大气电场仪Q2，8个大气电场仪Q2分别设置于古建筑所在区域正东、正西、正南、正北、东南、东北、西南及西北方向。
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