CN117491754A - 一种雷电组网定位数据的成图方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种雷电组网定位数据的成图方法，属于雷电监测预警技术领域，包括如下方法：1)目标位置选择；2)部署雷电预警设备；3)形成可视化网格；4)数据收集和存储；5)数据质量分析；6)设定预警阈值；7)验证预警准确性；8)形成网格观测；9)优化气象预报；本发明通过在雷电高发区域进行监测网格半径不同的MEMS大气电场仪安装，搭建多种范围的雷电监测组网，并形成初步可视化网格，MEMS大气电场仪采集的数据进行收集，对收集的数据进行质量分析，当检测到电场异常时，设备会发出雷电预警信号，在验证预警准确性后，形成网格观测，实现雷电组网定位数据的成图展示，即可可视化判断雷暴云的走势以及区域范围的定位。
Description
技术领域
本发明属于雷电监测预警技术领域，尤其涉及一种雷电组网定位数据的成图方法。
背景技术
雷电监测预警指利用闪电定位、雷达、卫星、地面电场和探空等观测资料，通过多资料融合应用、统计分析、临近外推及数值预报等技术手段对有可能发生或已经发生闪电的区域进行识别、跟踪和预报预警。
MEMS电场传感器是一种用来测量电场强度的器件，一般是基于硅基或其他金属材料，在微米级甚至纳米级上采用I C工艺、微机械设计与加工工艺、封装技术，这种MEMS传感器在气象探测方面有十分重要的作用。
目前，现有的雷电检测预警存在如下的缺陷：1、有限的覆盖范围：单点雷电预警监测只能在设定的特定地点进行雷电监测和预警，无法覆盖到更广阔的区域，这会导致系统仅能提供有限的预警能力，对于大范围的雷电活动难以做出准确的预测；2、定位精度限制：单点预警系统的定位精度相对较低，可能无法准确确定雷电活动的具体位置，导致预警的准确性受到影响；3、由于监测设备的安装位置可能存在限制条件，比如建筑物、地形等，导致测量数据受到干扰，这可能会降低预测的准确性。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决上述存在的问题，而提出的一种雷电组网定位数据的成图方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种雷电组网定位数据的成图方法，其特征在于：包括如下方法：
1)目标位置选择：根据雷电频发的区域特点，确定适合部署雷电预警设备的目标区域，这些位置可以是容易受到雷电侵袭的高地、山顶、建筑物等；
2)部署雷电预警设备：在目标区域布置多个监测网格半径不同的MEMS大气电场仪，同时也在目标区域布置闪电定位仪；
3)形成可视化网格：多个MEMS大气电场仪的监测半径可视化叠加，形成可视化网格；
4)数据收集和存储：对MEMS大气电场仪采集的数据进行收集，并将收集的数据存储起来供后续分析和处理使用；
5)数据质量分析：对收集的数据进行质量分析，包括数据清洗、异常数据检测和修正，可以确保数据的准确性和可靠性；
6)设定预警阈值：设定一系列大气电场参数的阈值，将分析后的数据与阈值进行比对，超过阈值即发出雷电预警信号；
7)验证预警准确性：将超过阈值的MEMS大气电场仪监测数据与其他雷电观测数据源进行比对，来验证验证预警准确性；
8)形成网格观测：发出超过阈值数据的MEMS大气电场仪，其监测半径对应的可视化网格产生颜色填充，表示该填充区域内需要进行雷电预警；
9)优化气象预报：MEMS大气电场仪采集的数据纳入气象预报模型中，网格观测与气象预报图形可视化叠加。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述步骤1)中，通过对历史数据的分析，确定不同电场特征与雷电活动的关联，大气电场剧烈变化、电场梯度增大等可能表明雷云活动增强，雷电风险增加，以此作为雷电频发的区域特点。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述步骤2)中，雷电预警设备安装在户外开阔地带，雷电预警设备距离避雷带、空调外机至少1.5m，雷电预警设备远离烟尘或粉尘环境，雷电预警设备远离高压线、金属物体或桅杆。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述步骤2)中，增加部署雷电预警设备的离地距离，降低设备受到的干扰，提高设备数据的准确度。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述步骤7)中，其他雷电观测数据源来自多普勒雷达、闪电定位、卫星云图。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述步骤7)中，超过阈值的MEMS大气电场仪监测数据与其他雷电观测数据源一致，则继续发出雷电预警信号，超过阈值的MEMS大气电场仪监测数据与其他雷电观测数据源不一致，停止发出雷电预警信号。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述步骤7)中，超过阈值的MEMS大气电场仪监测数据长期与雷电观测数据源数据不一致，需要对MEMS大气电场仪进行维护或调整，以提高数据质量。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述步骤8)中，通过超过阈值的数据量越大，填充区域内的颜色越深，分等级进行预警。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述步骤5)-8)中，对多个目标位置MEMS大气电场仪的监测数据进行分析和比较，评估系统观测数据的质量，使用统计方法和数据挖掘技术来发现数据之间的关联和趋势。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中，通过在雷电高发区域进行监测网格半径不同的MEMS大气电场仪安装，搭建多种范围的雷电监测组网，并形成初步可视化网格，MEMS大气电场仪采集的数据进行收集，对收集的数据进行质量分析，当检测到电场异常时，设备会发出雷电预警信号，在验证预警准确性后，形成网格观测，实现雷电组网定位数据的成图展示，并与气象预报相结合，即可可视化判断雷暴云的走势以及区域范围的定位。
2、本发明中，通过数据采集，数据分析等方法建立雷电组网预警系统，并对系统观测数据进行质量分析，同时，与其他他雷电观测数据进行对比分析，进一步提高监测数据的可靠性和准确性。
3、本发明中，通过同时监测大气电场和其他他雷电观测数据，可以更准确地判断雷暴云的走势，从而提供准确的雷电预测，将数据可视化快速响应雷电活动，并立即发送警报和通知，以便采取必要的防护措施，将各种气象预警设备的资源最大化利用，提高整体效能。
附图说明
图1为一种雷电组网定位数据的成图方法的流程图。
图2为一种雷电组网定位数据的成图方法的电场走势图。
图3为一种雷电组网定位数据的成图方法的预警效果示意图一。
图4为一种雷电组网定位数据的成图方法的预警效果示意图二。
图5为一种雷电组网定位数据的成图方法的预警效果示意图三。
图6为一种雷电组网定位数据的成图方法中部署雷电预警设备示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
S01:目标位置选择：通过对历史数据的分析，确定不同电场特征与雷电活动的关联，大气电场剧烈变化、电场梯度增大等可能表明雷云活动增强，雷电风险增加，以此作为雷电频发的区域特点，根据雷电频发的区域特点，确定适合部署雷电预警设备的目标区域，这些位置可以是容易受到雷电侵袭的高地、山顶、建筑物等，雷电预警设备安装在户外开阔地带，雷电预警设备距离避雷带、空调外机至少1.5m，雷电预警设备远离烟尘或粉尘环境，雷电预警设备远离高压线、金属物体或桅杆，远离树下、外部空调或给排水管道、排风扇、空调冷冻水塔和快速变化的环境，如建筑工地或车辆交通运输繁忙地带，所处环境应尽量避免人和动物轻易接触传感器探头，在上面条件满足的前提下，设备应选择空旷，方便接市电的安装场所进行安装；
S02:部署雷电预警设备：在目标区域布置多个监测网格半径不同的MEMS大气电场仪，同时也在目标区域布置闪电定位仪；
S03:形成可视化网格：多个MEMS大气电场仪的监测半径可视化叠加，形成可视化网格；
S04:数据收集和存储：对MEMS大气电场仪采集的数据进行收集，并将收集的数据存储起来供后续分析和处理使用；
S05:数据质量分析：对收集的数据进行质量分析，包括数据清洗、异常数据检测和修正；
S06:设定预警阈值：设定一系列大气电场参数的阈值，将分析后的数据与阈值进行比对，超过阈值即发出雷电预警信号；
S07:验证预警准确性：将超过阈值的MEMS大气电场仪监测数据与其他雷电观测数据源进行比对，其他雷电观测数据源来自多普勒雷达、闪电定位、卫星云图，如图2所示，测得得数据电场走势图，其中的电场变化曲率与多普勒雷达回波相结合进行叠加对比，来验证验证预警准确性，超过阈值的MEMS大气电场仪监测数据与其他雷电观测数据源一致，则继续发出雷电预警信号；
S08:形成网格观测：发出超过阈值数据的MEMS大气电场仪，其监测半径对应的可视化网格产生颜色填充，表示该填充区域内需要进行雷电预警，如图3-5所示，通过超过阈值的数据量越大，填充区域内的颜色越深，分等级进行预警；
S09:优化气象预报：MEMS大气电场仪采集的数据纳入气象预报模型中，网格观测与气象预报图形可视化叠加。
实施例2：
S01:目标位置选择：通过对历史数据的分析，确定不同电场特征与雷电活动的关联，大气电场剧烈变化、电场梯度增大等可能表明雷云活动增强，雷电风险增加，以此作为雷电频发的区域特点，根据雷电频发的区域特点，确定适合部署雷电预警设备的目标区域，这些位置可以是容易受到雷电侵袭的高地、山顶、建筑物等，雷电预警设备安装在户外开阔地带，雷电预警设备距离避雷带、空调外机至少1.5m，雷电预警设备远离烟尘或粉尘环境，雷电预警设备远离高压线、金属物体或桅杆，远离树下、外部空调或给排水管道、排风扇、空调冷冻水塔和快速变化的环境，如建筑工地或车辆交通运输繁忙地带，所处环境应尽量避免人和动物轻易接触传感器探头，在上面条件满足的前提下，设备应选择空旷，方便接市电的安装场所进行安装；
S02:部署雷电预警设备：在目标区域布置多个监测网格半径不同的MEMS大气电场仪，同时也在目标区域布置闪电定位仪；
S03:形成可视化网格：多个MEMS大气电场仪的监测半径可视化叠加，形成可视化网格；
S04:数据收集和存储：对MEMS大气电场仪采集的数据进行收集，并将收集的数据存储起来供后续分析和处理使用；
S05:数据质量分析：对收集的数据进行质量分析，包括数据清洗、异常数据检测和修正；
S06:设定预警阈值：设定一系列大气电场参数的阈值，将分析后的数据与阈值进行比对，超过阈值即发出雷电预警信号，超过阈值的MEMS大气电场仪监测数据与其他雷电观测数据源不一致，停止发出雷电预警信号，超过阈值的MEMS大气电场仪监测数据长期与雷电观测数据源数据不一致，需要对MEMS大气电场仪进行维护或调整；
S07:验证预警准确性：将超过阈值的MEMS大气电场仪监测数据与其他雷电观测数据源进行比对，其他雷电观测数据源来自多普勒雷达、闪电定位、卫星云图，如图2所示，测得得数据电场走势图，其中的电场变化曲率与多普勒雷达回波相结合进行叠加对比，来验证验证预警准确性，超过阈值的MEMS大气电场仪监测数据与其他雷电观测数据源一致，则继续发出雷电预警信号；
S08:形成网格观测：发出超过阈值数据的MEMS大气电场仪，其监测半径对应的可视化网格产生颜色填充，表示该填充区域内需要进行雷电预警，如图3-5所示，通过超过阈值的数据量越大，填充区域内的颜色越深，分等级进行预警；
S09:优化气象预报：MEMS大气电场仪采集的数据纳入气象预报模型中，网格观测与气象预报图形可视化叠加。
实施例3：
S01:目标位置选择：通过对历史数据的分析，确定不同电场特征与雷电活动的关联，大气电场剧烈变化、电场梯度增大等可能表明雷云活动增强，雷电风险增加，以此作为雷电频发的区域特点，根据雷电频发的区域特点，确定适合部署雷电预警设备的目标区域，这些位置可以是容易受到雷电侵袭的高地、山顶、建筑物等，雷电预警设备安装在户外开阔地带，雷电预警设备距离避雷带、空调外机至少1.5m，雷电预警设备远离烟尘或粉尘环境，雷电预警设备远离高压线、金属物体或桅杆，远离树下、外部空调或给排水管道、排风扇、空调冷冻水塔和快速变化的环境，如建筑工地或车辆交通运输繁忙地带，所处环境应尽量避免人和动物轻易接触传感器探头，在上面条件满足的前提下，设备应选择空旷，方便接市电的安装场所进行安装；
S02:部署雷电预警设备：在目标区域布置多个监测网格半径不同的MEMS大气电场仪，同时也在目标区域布置闪电定位仪；
S03:形成可视化网格：多个MEMS大气电场仪的监测半径可视化叠加，形成可视化网格；
S04:数据收集和存储：对MEMS大气电场仪采集的数据进行收集，并将收集的数据存储起来供后续分析和处理使用；
S05:数据质量分析：对收集的数据进行质量分析，包括数据清洗、异常数据检测和修正；
S06:设定预警阈值：设定一系列大气电场参数的阈值，将分析后的数据与阈值进行比对，超过阈值即发出雷电预警信号；
S07:验证预警准确性：将超过阈值的MEMS大气电场仪监测数据与其他雷电观测数据源进行比对，其他雷电观测数据源来自多普勒雷达、闪电定位、卫星云图，如图2所示，测得得数据电场走势图，其中的电场变化曲率与多普勒雷达回波相结合进行叠加对比，来验证验证预警准确性，超过阈值的MEMS大气电场仪监测数据与其他雷电观测数据源一致，则继续发出雷电预警信号；
S08:形成网格观测：发出超过阈值数据的MEMS大气电场仪，其监测半径对应的可视化网格产生颜色填充，表示该填充区域内需要进行雷电预警，如图3-5所示，通过超过阈值的数据量越大，填充区域内的颜色越深，分等级进行预警；
S09:优化气象预报：MEMS大气电场仪采集的数据纳入气象预报模型中，网格观测与气象预报图形可视化叠加；
对多个目标位置MEMS大气电场仪的监测数据进行分析和比较，评估系统观测数据的质量，使用统计方法和数据挖掘技术来发现数据之间的关联和趋势。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种雷电组网定位数据的成图方法，其特征在于：包括如下方法：
1)目标位置选择：根据雷电频发的区域特点，确定适合部署雷电预警设备的目标区域，这些位置可以是容易受到雷电侵袭的高地、山顶、建筑物等；
2)部署雷电预警设备：在目标区域布置多个监测网格半径不同的MEMS大气电场仪，同时也在目标区域布置闪电定位仪；
3)形成可视化网格：多个MEMS大气电场仪的监测半径可视化叠加，形成可视化网格；
4)数据收集和存储：对MEMS大气电场仪采集的数据进行收集，并将收集的数据存储起来供后续分析和处理使用；
5)数据质量分析：对收集的数据进行质量分析，包括数据清洗、异常数据检测和修正；
6)设定预警阈值：设定一系列大气电场参数的阈值，将分析后的数据与阈值进行比对，超过阈值即发出雷电预警信号；
7)验证预警准确性：将超过阈值的MEMS大气电场仪监测数据与其他雷电观测数据源进行比对，来验证验证预警准确性；
8)形成网格观测：发出超过阈值数据的MEMS大气电场仪，其监测半径对应的可视化网格产生颜色填充，表示该填充区域内需要进行雷电预警；
9)优化气象预报：MEMS大气电场仪采集的数据纳入气象预报模型中，网格观测与气象预报图形可视化叠加。
2.根据权利要求1所述的一种雷电组网定位数据的成图方法，其特征在于，所述步骤1)中，通过对历史数据的分析，确定不同电场特征与雷电活动的关联，大气电场剧烈变化、电场梯度增大等可能表明雷云活动增强，雷电风险增加，以此作为雷电频发的区域特点。
3.根据权利要求1所述的一种雷电组网定位数据的成图方法，其特征在于，所述步骤2)中，雷电预警设备安装在户外开阔地带，雷电预警设备距离避雷带、空调外机至少1.5m，雷电预警设备远离烟尘或粉尘环境，雷电预警设备远离高压线、金属物体或桅杆。
4.根据权利要求1所述的一种雷电组网定位数据的成图方法，其特征在于，所述步骤2)中，增加部署雷电预警设备的离地距离。
5.根据权利要求1所述的一种雷电组网定位数据的成图方法，其特征在于，所述步骤7)中，其他雷电观测数据源来自多普勒雷达、闪电定位、卫星云图。
6.根据权利要求5所述的一种雷电组网定位数据的成图方法，其特征在于，所述步骤7)中，超过阈值的MEMS大气电场仪监测数据与其他雷电观测数据源一致，则继续发出雷电预警信号，超过阈值的MEMS大气电场仪监测数据与其他雷电观测数据源不一致，停止发出雷电预警信号。
7.根据权利要求6所述的一种雷电组网定位数据的成图方法，其特征在于，所述步骤7)中，超过阈值的MEMS大气电场仪监测数据长期与雷电观测数据源数据不一致，需要对MEMS大气电场仪进行维护或调整。
8.根据权利要求1所述的一种雷电组网定位数据的成图方法，其特征在于，所述步骤8)中，通过超过阈值的数据量越大，填充区域内的颜色越深，分等级进行预警。
9.根据权利要求1所述的一种雷电组网定位数据的成图方法，其特征在于，所述步骤5)-9)中，对多个目标位置MEMS大气电场仪的监测数据进行分析和比较，评估系统观测数据的质量，使用统计方法和数据挖掘技术来发现数据之间的关联和趋势。
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