基于電網(wǎng)GIS及LBS的主動(dòng)式預(yù)警研判分析方法
孫世軍，韓 洪
（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司，山東省 濟(jì)南市，250000）
Active Early Warning Research and Judgment Analysis Method Based on Grid GIS and LBS
SUN ShiJun,HAN Hong
(State Grid Shandong Electric Power Company, Jinan City, Shandong Province, 250000)
Abstract: For a long time, extreme weather and disasters, such as freezing rain and snow, typhoons, strong convection, mountain fires, have caused serious damage and losses to power grid facilities. From 2000 to 2013, only 235 power grid failures caused by natural disasters in Shandong Province, accounting for 65% of the total number of failures. The active early warning research and analysis method based on grid GIS and LBS is studied, and a comprehensive monitoring and early warning model of natural disasters based on grid GIS platform is constructed. The extreme value analysis of high-disaster meteorological factors and active early warning of grid facilities disasters are carried out for the power grid facilities covered by radar echo data, so as to achieve high-precision power meteorological data integration and disaster monitoring and early warning covering the grid.
Key words: Grid GIS;LBS active early warning;early warning research and judgment;grid early warning;collaborative analysis;composite display
摘要：長(zhǎng)期以來(lái)，雨雪冰凍、臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)對(duì)流、山火等極端天氣和災(zāi)害給電網(wǎng)設(shè)施造成嚴(yán)重的危害和損失。僅2000年－2013年山東省因自然災(zāi)害引發(fā)的影響電網(wǎng)安全的故障235起，占故障總數(shù)的65%。研究基于電網(wǎng)GIS及LBS的主動(dòng)式預(yù)警研判分析方法，構(gòu)建基于電網(wǎng)GIS平臺(tái)的自然災(zāi)害綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警模式，針對(duì)雷達(dá)回波數(shù)據(jù)覆蓋內(nèi)的電網(wǎng)設(shè)施，進(jìn)行高致災(zāi)氣象因子極值分析和電網(wǎng)設(shè)施災(zāi)害主動(dòng)預(yù)警，實(shí)現(xiàn)覆蓋電網(wǎng)的高精度電力氣象數(shù)據(jù)集成和災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警。
關(guān)鍵詞：電網(wǎng)GIS；LBS主動(dòng)預(yù)警；預(yù)警研判；網(wǎng)格預(yù)警；協(xié)同分析；復(fù)合展示
0 引言
國(guó)網(wǎng)山東省電力公司對(duì)氣象災(zāi)害引發(fā)的故障分別從年度趨勢(shì)、原因統(tǒng)計(jì)、影響程度、時(shí)間分布、區(qū)域分布五個(gè)方面開(kāi)展研究，總結(jié)自然災(zāi)害發(fā)生規(guī)律，進(jìn)行主要影響分析。建立氣象與電力專線網(wǎng)絡(luò)，將覆蓋全省至鄉(xiāng)鎮(zhèn)的1596個(gè)氣象監(jiān)測(cè)站的4大類25小類專業(yè)氣象監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警及歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)接入電網(wǎng)GIS平臺(tái)，建成電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)覆蓋山東電網(wǎng)全網(wǎng)的電力氣象數(shù)據(jù)集成和預(yù)報(bào)預(yù)警。電網(wǎng)災(zāi)害綜合監(jiān)測(cè)及主動(dòng)式預(yù)警，一直是國(guó)內(nèi)外研究和關(guān)注的重點(diǎn)，多年來(lái)通過(guò)不斷探索和研究，取得了一定成效，但仍存在以下問(wèn)題：
（1）監(jiān)測(cè)預(yù)警數(shù)據(jù)種類、數(shù)量、精度、廣度、集成度及與電網(wǎng)關(guān)聯(lián)度不夠，缺乏針對(duì)性和有效性數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用。
（2）電力氣象預(yù)報(bào)技術(shù)缺失，傳統(tǒng)數(shù)值模式無(wú)法實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)氣象災(zāi)害精準(zhǔn)預(yù)警。
（3）災(zāi)害監(jiān)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)分析、態(tài)勢(shì)研判、預(yù)警響應(yīng)、安全防控動(dòng)因邏輯關(guān)系度低，缺乏主動(dòng)預(yù)警智能研判手段。
1 基于電網(wǎng)GIS及LBS的主動(dòng)式預(yù)警研判分析方法研究
為了進(jìn)一步提升電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)能力、提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平，亟需開(kāi)展基于電網(wǎng)GIS及LBS的主動(dòng)式預(yù)警研判分析方法研究與應(yīng)用，通過(guò)移動(dòng)應(yīng)用及時(shí)、便捷、靈活的為電力各環(huán)節(jié)生產(chǎn)用戶獲取各種氣象信息。實(shí)現(xiàn)故障區(qū)域、故障設(shè)施的上報(bào)及獲取結(jié)合電力設(shè)施實(shí)際地理位置的歷史氣象信息、實(shí)時(shí)氣象信息、未來(lái)預(yù)報(bào)信息和措施建議等，為電網(wǎng)故障處置等工作提供決策信息。隨著我國(guó)智能電網(wǎng)的加快建設(shè)，為解決上述問(wèn)題，本研究堅(jiān)持電網(wǎng)災(zāi)害關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與應(yīng)急處置實(shí)踐有機(jī)結(jié)合的技術(shù)路線，主要開(kāi)展以下四方面研究：
（1）基于LBS的氣象數(shù)據(jù)集成及監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警；
（2）基于LBS的專業(yè)氣象預(yù)報(bào)預(yù)警；
（3）基于雷達(dá)矢量化的電力氣象網(wǎng)格預(yù)報(bào)技術(shù)；
（4）基于LBS的監(jiān)測(cè)預(yù)警動(dòng)因要素態(tài)勢(shì)協(xié)同智能分析技術(shù)。
圖1-基于LBS的主動(dòng)研判預(yù)警分析
1.1基于LBS的氣象數(shù)據(jù)集成及監(jiān)測(cè)
根據(jù)LBS的移動(dòng)應(yīng)用定位，對(duì)矢量位置進(jìn)行當(dāng)前網(wǎng)格的氣象預(yù)警信息、電網(wǎng)預(yù)警信息的預(yù)警提示，實(shí)現(xiàn)及時(shí)的獲取預(yù)警信息，保障信息獲取的時(shí)效性。
進(jìn)行當(dāng)前網(wǎng)格天氣現(xiàn)象及溫度、大風(fēng)、降水、濕度、能見(jiàn)度、氣壓等氣象6要素的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并可查看各個(gè)要素未來(lái)24小時(shí)演變曲線，同時(shí)可查看基于位置的未來(lái)24小時(shí)天氣預(yù)報(bào)以及未來(lái)7天天氣預(yù)報(bào)信息。并對(duì)當(dāng)前網(wǎng)格短時(shí)臨近的天氣進(jìn)行預(yù)報(bào)預(yù)警及雷達(dá)回波強(qiáng)度演變過(guò)程查看，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)當(dāng)前網(wǎng)格有無(wú)雷電、山火、臺(tái)風(fēng)影響，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前網(wǎng)格的氣象監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)預(yù)警匯總，可在第一時(shí)間獲取矢量位置最新的氣象匯總信息。
對(duì)全省進(jìn)行氣象實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括風(fēng)力、降水、溫度、濕度、能見(jiàn)度、氣壓等氣象要素監(jiān)測(cè)，并可查看各個(gè)要素未來(lái)24小時(shí)演變曲線，實(shí)現(xiàn)全省的實(shí)時(shí)氣象監(jiān)測(cè)，幫助公司各部門掌控全省的氣象情況。
根據(jù)接入的雷達(dá)矢量及外推數(shù)據(jù)，可得到全省短時(shí)臨近降雨區(qū)的位置、移向和速度，可以播放觀看雷達(dá)圖外推120分鐘演變過(guò)程，通過(guò)播放觀看雷達(dá)圖演變可自主判斷天氣狀況，實(shí)現(xiàn)基于定位的精確至小時(shí)分鐘的降水信息，隨時(shí)隨地掌握雨雪詳情。對(duì)自動(dòng)繪制的雷達(dá)回波超閾值區(qū)域，可查看區(qū)域內(nèi)可能影響的電網(wǎng)設(shè)施及防范措施。
通過(guò)對(duì)全省衛(wèi)星云圖播放，根據(jù)衛(wèi)星云圖演變過(guò)程分析云圖信息，觀測(cè)云團(tuán)的移動(dòng)位置，水汽含量等。
通過(guò)對(duì)全省雷電、山火、臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)，在地圖上以可視化形式直觀展示全省雷電、山火、臺(tái)風(fēng)的分布情況以及雷電電荷、電荷量、山火安全區(qū)、山火蔓延區(qū)、臺(tái)風(fēng)風(fēng)圈半徑等信息，對(duì)預(yù)警區(qū)域進(jìn)行預(yù)警提示展示。并可查看區(qū)域內(nèi)可能影響的電網(wǎng)設(shè)施及防范措施。
通過(guò)對(duì)全省突發(fā)事件進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可獲取突發(fā)事件位置的風(fēng)力、風(fēng)向、降水量等氣象信息，對(duì)影響范圍內(nèi)電網(wǎng)設(shè)施及未來(lái)發(fā)展路徑范圍內(nèi)可能影響的電力設(shè)施及重要用戶進(jìn)行預(yù)警。可根據(jù)告警信息做好電網(wǎng)運(yùn)行薄弱環(huán)節(jié)的事故預(yù)想，合理優(yōu)化潮流分布，有針對(duì)性的進(jìn)行故障處置、跳閘線路強(qiáng)送，以及下達(dá)巡線指令等。
1.2基于LBS的專業(yè)氣象預(yù)報(bào)預(yù)警
通過(guò)接入的氣象柵格預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)、氣象要素閾值告警信息及閾值告警分析數(shù)據(jù)等信息，在移動(dòng)端地圖上以色斑加數(shù)字的形式全景展示全省整體的天氣形勢(shì)，實(shí)現(xiàn)查看未來(lái)240小時(shí)風(fēng)力、溫度、降水的動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)預(yù)報(bào)。自動(dòng)繪制柵格預(yù)報(bào)超閾值區(qū)域，并對(duì)超閾值區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)設(shè)施進(jìn)行分析。
同時(shí)實(shí)時(shí)獲取全省雷電預(yù)警信息、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警信息、氣象及臺(tái)風(fēng)預(yù)警信息、電網(wǎng)預(yù)警信息，通過(guò)與地圖相結(jié)合的方式予以呈現(xiàn)，根據(jù)不同類型、等級(jí)、時(shí)間對(duì)已發(fā)布的氣象預(yù)警、電網(wǎng)預(yù)警等信息進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，幫助提升電網(wǎng)建設(shè)安全管理信息化水平實(shí)現(xiàn)為電網(wǎng)檢修計(jì)劃做出時(shí)間調(diào)整或取消工作的決策輔助。
對(duì)全省任意關(guān)注位置可進(jìn)行周邊3公里的預(yù)警信息、應(yīng)急資源、三跨線路、山火隱患、電網(wǎng)防汛、?；髽I(yè)、醫(yī)院、重要用戶等分析研判。根據(jù)電網(wǎng)設(shè)備負(fù)責(zé)人所負(fù)責(zé)的區(qū)域，設(shè)置選擇重點(diǎn)關(guān)注的電網(wǎng)設(shè)施或?qū)Ω鶕?jù)重大活動(dòng)保障方案的重點(diǎn)保障電網(wǎng)設(shè)施進(jìn)行預(yù)報(bào)預(yù)警，可獲取電網(wǎng)設(shè)施的歷史氣象信息、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息、未來(lái)預(yù)報(bào)信息及周圍山火、雷電、臺(tái)風(fēng)預(yù)警信息等。
通過(guò)移動(dòng)終端，對(duì)當(dāng)前所在位置存在誤差的天氣情況，可以通過(guò)文字、語(yǔ)音、圖片和視頻等方式為系統(tǒng)提交信息反饋；當(dāng)有電網(wǎng)設(shè)施發(fā)生故障時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)工作人員可以通過(guò)移動(dòng)終端實(shí)時(shí)上報(bào)電網(wǎng)故障的圖片、視頻等，將現(xiàn)場(chǎng)信息及時(shí)回傳系統(tǒng)，系統(tǒng)基于現(xiàn)場(chǎng)位置進(jìn)行分析研判，生成分析研判報(bào)告推送至移動(dòng)端。促使現(xiàn)場(chǎng)工作人員及時(shí)獲取故障點(diǎn)歷史氣象、實(shí)時(shí)氣象、未來(lái)預(yù)報(bào)及應(yīng)對(duì)措施，提高應(yīng)對(duì)處置能力及故障處置效率；當(dāng)有突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)人員基于矢量位置通過(guò)移動(dòng)終端上報(bào)信息，根據(jù)突發(fā)事件發(fā)生情況，通過(guò)文字描述、拍攝信息圖片或拍攝短視頻進(jìn)行上報(bào)現(xiàn)場(chǎng)情況。有利于突發(fā)事件指揮中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的掌控，為應(yīng)急處置提供重要支撐。
1.3基于雷達(dá)矢量化的電力氣象網(wǎng)格預(yù)報(bào)技術(shù)
研究基于雷達(dá)矢量化的電力氣象網(wǎng)格預(yù)報(bào)技術(shù)，將氣象雷達(dá)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在電網(wǎng)GIS平臺(tái)進(jìn)行矢量化網(wǎng)格化處理，精準(zhǔn)矢量定位、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和極值篩取，為強(qiáng)對(duì)流天氣的動(dòng)態(tài)識(shí)別、主動(dòng)預(yù)警和進(jìn)程跟蹤提供數(shù)據(jù)支持?；贚BS技術(shù)，針對(duì)雷達(dá)回波數(shù)據(jù)覆蓋內(nèi)的電網(wǎng)設(shè)施，進(jìn)行高致災(zāi)氣象因子極值分析，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)施災(zāi)害主動(dòng)預(yù)警。
1.4基于LBS的監(jiān)測(cè)預(yù)警動(dòng)因要素態(tài)勢(shì)協(xié)同智能分析技術(shù)
研究基于LBS的監(jiān)測(cè)預(yù)警動(dòng)因要素態(tài)勢(shì)協(xié)同智能分析技術(shù)：提出基于LBS的主動(dòng)式預(yù)警研判分析方法、特定區(qū)域電網(wǎng)災(zāi)害數(shù)據(jù)分析方法、動(dòng)態(tài)協(xié)同智能分析標(biāo)繪方法，實(shí)現(xiàn)動(dòng)因要素分布、風(fēng)險(xiǎn)隱患屬性、主動(dòng)預(yù)警研判和安全處置防控的實(shí)時(shí)智能分析和自動(dòng)標(biāo)繪，保障安全高效的預(yù)警響應(yīng)。
2 應(yīng)用效果及前景分析
國(guó)網(wǎng)山東省電力公司全面應(yīng)用本研究成果，在迎峰度夏、度冬及多次災(zāi)害性天氣、山火預(yù)警和危化品事故應(yīng)急響應(yīng)期間發(fā)揮重要作用：強(qiáng)化本質(zhì)安全要求，提升了應(yīng)急處置能力和公司社會(huì)形象，實(shí)現(xiàn)公司高品質(zhì)服務(wù)承諾。通過(guò)主動(dòng)預(yù)警研判，科學(xué)輔助決策，風(fēng)險(xiǎn)安全防控，優(yōu)化資源配置，全面提升了電網(wǎng)災(zāi)害綜合監(jiān)測(cè)和主動(dòng)式預(yù)警能力。為電網(wǎng)山火、?；菲髽I(yè)事故等災(zāi)害下的電力應(yīng)急處置提供可靠的預(yù)警研判、數(shù)據(jù)支持和應(yīng)急處置輔助決策支撐，防止次生災(zāi)害，保障人員安全。
本研究成果可廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)，以本研究成果已作為核心技術(shù)應(yīng)用于電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，為該系統(tǒng)在電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)、運(yùn)行檢修、營(yíng)銷服務(wù)、應(yīng)急處置等方面深化應(yīng)用提供技術(shù)支撐，滿足安監(jiān)、運(yùn)檢、營(yíng)銷、調(diào)控等部門、系統(tǒng)的專業(yè)數(shù)據(jù)應(yīng)用需求，樹(shù)立了跨行業(yè)專業(yè)數(shù)據(jù)集成和企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)交互共享的應(yīng)用典范。
本項(xiàng)目成果適用于其它行業(yè)，可廣泛應(yīng)用于安監(jiān)、防汛抗旱、森林防火等單位災(zāi)害監(jiān)測(cè)和應(yīng)急處置實(shí)戰(zhàn)中，對(duì)國(guó)內(nèi)各行業(yè)有巨大的推廣應(yīng)用價(jià)值。
3 結(jié)語(yǔ)
開(kāi)展基于電網(wǎng)GIS及LBS的主動(dòng)式預(yù)警研判研究與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電力各環(huán)節(jié)生產(chǎn)用戶不僅能夠快速便捷地了解當(dāng)前天氣信息，還能夠在即將發(fā)生對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生影響的災(zāi)害性天氣之前收到系統(tǒng)推送的氣象預(yù)警信息，為電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)工作提供及時(shí)、準(zhǔn)確、精細(xì)的氣象預(yù)警信息，提高公司各專業(yè)獲取氣象預(yù)報(bào)預(yù)警信息的效率。通過(guò)與電網(wǎng)GIS的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)隨意查看任意電網(wǎng)設(shè)施的歷史氣象信息、實(shí)時(shí)氣象信息、未來(lái)預(yù)報(bào)信息及歷史故障信息等，實(shí)現(xiàn)基于矢量位置的電網(wǎng)故障區(qū)域上報(bào)及及時(shí)獲取故障設(shè)備的綜合氣象、處置措施等信息。滿足電力各環(huán)節(jié)生產(chǎn)用戶對(duì)于獲取各氣象預(yù)報(bào)預(yù)警信息的需求，實(shí)現(xiàn)大云物移的電力氣象動(dòng)態(tài)交互，為電力生產(chǎn)工作提供預(yù)報(bào)預(yù)警信息和技術(shù)支撐。
參考文獻(xiàn)
馬琰鋼,鄭偉才,鄧闖.基于LBS的氣象報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J].計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò),2015,41(23):68-71
劉文,杜景林.基于LBS的氣象預(yù)警Android平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,52(24):6161-6165.
何文華. 基于地理位置即時(shí)信息推送服務(wù)分析及Shopylife的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué),2012.
王翔,李慶華,張鋒軍.基于LBS的智能推送技術(shù)研究[J].通信技術(shù),2011,44(12):95-97.
王赟,段燕楠,姚愚,何俊,甄廷忠,張秀年.氣象預(yù)警信息綜合發(fā)布平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].成都信息工程學(xué)院學(xué)報(bào),2011,26(06):656-662.
閻麗鳳,周雪松,吳煒,黃本峰.災(zāi)害性天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J].氣象科技,2014,42(05):804-810
路明月,張其林,駱興江,耿敏,楊凡,黃容.基于GIS的雷電災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)[J].氣象科技,2010,38(06):832-837.
潘靜,王寶香,張超.精細(xì)化氣象災(zāi)害預(yù)警短信息發(fā)布系統(tǒng)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,38(26):14547-14548.
張繼芬,張世欽,胡永洪.福建電網(wǎng)氣象信息預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2009,37(13):72-74.
楊林.基于GIS的福建省氣候監(jiān)測(cè)與災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)[J].氣象科技,2005(05):474-477.
梁斌. 廣州市氣象災(zāi)害預(yù)警信息發(fā)布研究[D].蘭州大學(xué),2015.
評(píng)論