基于電網(wǎng)GIS及LBS的主動式預警研判分析方法
孫世軍，韓 洪
（國網(wǎng)山東省電力公司，山東省 濟南市，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：長期以來，雨雪冰凍、臺風、強對流、山火等極端天氣和災害給電網(wǎng)設施造成嚴重的危害和損失。僅2000年－2013年山東省因自然災害引發(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的主動式預警研判分析方法，構建基于電網(wǎng)GIS平臺的自然災害綜合監(jiān)測預警模式，針對雷達回波數(shù)據(jù)覆蓋內(nèi)的電網(wǎng)設施，進行高致災氣象因子極值分析和電網(wǎng)設施災害主動預警，實現(xiàn)覆蓋電網(wǎng)的高精度電力氣象數(shù)據(jù)集成和災害監(jiān)測預報預警。
關鍵詞：電網(wǎng)GIS；LBS主動預警；預警研判；網(wǎng)格預警；協(xié)同分析；復合展示
0 引言
國網(wǎng)山東省電力公司對氣象災害引發(fā)的故障分別從年度趨勢、原因統(tǒng)計、影響程度、時間分布、區(qū)域分布五個方面開展研究，總結自然災害發(fā)生規(guī)律，進行主要影響分析。建立氣象與電力專線網(wǎng)絡，將覆蓋全省至鄉(xiāng)鎮(zhèn)的1596個氣象監(jiān)測站的4大類25小類專業(yè)氣象監(jiān)測預報預警及歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)接入電網(wǎng)GIS平臺，建成電網(wǎng)防災減災綜合監(jiān)測預警系統(tǒng)，實現(xiàn)覆蓋山東電網(wǎng)全網(wǎng)的電力氣象數(shù)據(jù)集成和預報預警。電網(wǎng)災害綜合監(jiān)測及主動式預警，一直是國內(nèi)外研究和關注的重點，多年來通過不斷探索和研究，取得了一定成效，但仍存在以下問題：
（1）監(jiān)測預警數(shù)據(jù)種類、數(shù)量、精度、廣度、集成度及與電網(wǎng)關聯(lián)度不夠，缺乏針對性和有效性數(shù)據(jù)處理和應用。
（2）電力氣象預報技術缺失，傳統(tǒng)數(shù)值模式無法實現(xiàn)電網(wǎng)氣象災害精準預警。
（3）災害監(jiān)測、風險分析、態(tài)勢研判、預警響應、安全防控動因邏輯關系度低，缺乏主動預警智能研判手段。
1 基于電網(wǎng)GIS及LBS的主動式預警研判分析方法研究
為了進一步提升電網(wǎng)防災減災能力、提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行水平，亟需開展基于電網(wǎng)GIS及LBS的主動式預警研判分析方法研究與應用，通過移動應用及時、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。實現(xiàn)故障區(qū)域、故障設施的上報及獲取結合電力設施實際地理位置的歷史氣象信息、實時氣象信息、未來預報信息和措施建議等，為電網(wǎng)故障處置等工作提供決策信息。隨著我國智能電網(wǎng)的加快建設，為解決上述問題，本研究堅持電網(wǎng)災害關鍵技術研發(fā)與應急處置實踐有機結合的技術路線，主要開展以下四方面研究：
（1）基于LBS的氣象數(shù)據(jù)集成及監(jiān)測預報預警；
（2）基于LBS的專業(yè)氣象預報預警；
（3）基于雷達矢量化的電力氣象網(wǎng)格預報技術；
（4）基于LBS的監(jiān)測預警動因要素態(tài)勢協(xié)同智能分析技術。
圖1-基于LBS的主動研判預警分析
1.1基于LBS的氣象數(shù)據(jù)集成及監(jiān)測
根據(jù)LBS的移動應用定位，對矢量位置進行當前網(wǎng)格的氣象預警信息、電網(wǎng)預警信息的預警提示，實現(xiàn)及時的獲取預警信息，保障信息獲取的時效性。
進行當前網(wǎng)格天氣現(xiàn)象及溫度、大風、降水、濕度、能見度、氣壓等氣象6要素的實時監(jiān)測，并可查看各個要素未來24小時演變曲線，同時可查看基于位置的未來24小時天氣預報以及未來7天天氣預報信息。并對當前網(wǎng)格短時臨近的天氣進行預報預警及雷達回波強度演變過程查看，實時監(jiān)測當前網(wǎng)格有無雷電、山火、臺風影響，實現(xiàn)當前網(wǎng)格的氣象監(jiān)測、預報預警匯總，可在第一時間獲取矢量位置最新的氣象匯總信息。
對全省進行氣象實時監(jiān)測，包括風力、降水、溫度、濕度、能見度、氣壓等氣象要素監(jiān)測，并可查看各個要素未來24小時演變曲線，實現(xiàn)全省的實時氣象監(jiān)測，幫助公司各部門掌控全省的氣象情況。
根據(jù)接入的雷達矢量及外推數(shù)據(jù)，可得到全省短時臨近降雨區(qū)的位置、移向和速度，可以播放觀看雷達圖外推120分鐘演變過程，通過播放觀看雷達圖演變可自主判斷天氣狀況，實現(xiàn)基于定位的精確至小時分鐘的降水信息，隨時隨地掌握雨雪詳情。對自動繪制的雷達回波超閾值區(qū)域，可查看區(qū)域內(nèi)可能影響的電網(wǎng)設施及防范措施。
通過對全省衛(wèi)星云圖播放，根據(jù)衛(wèi)星云圖演變過程分析云圖信息，觀測云團的移動位置，水汽含量等。
通過對全省雷電、山火、臺風監(jiān)測，在地圖上以可視化形式直觀展示全省雷電、山火、臺風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)、臺風風圈半徑等信息，對預警區(qū)域進行預警提示展示。并可查看區(qū)域內(nèi)可能影響的電網(wǎng)設施及防范措施。
通過對全省突發(fā)事件進行監(jiān)測，可獲取突發(fā)事件位置的風力、風向、降水量等氣象信息，對影響范圍內(nèi)電網(wǎng)設施及未來發(fā)展路徑范圍內(nèi)可能影響的電力設施及重要用戶進行預警?？筛鶕?jù)告警信息做好電網(wǎng)運行薄弱環(huán)節(jié)的事故預想，合理優(yōu)化潮流分布，有針對性的進行故障處置、跳閘線路強送，以及下達巡線指令等。
1.2基于LBS的專業(yè)氣象預報預警
通過接入的氣象柵格預報數(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，實現(xiàn)查看未來240小時風力、溫度、降水的動態(tài)精準預報。自動繪制柵格預報超閾值區(qū)域，并對超閾值區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)設施進行分析。
同時實時獲取全省雷電預警信息、地質災害預警信息、氣象及臺風預警信息、電網(wǎng)預警信息，通過與地圖相結合的方式予以呈現(xiàn)，根據(jù)不同類型、等級、時間對已發(fā)布的氣象預警、電網(wǎng)預警等信息進行分類統(tǒng)計，幫助提升電網(wǎng)建設安全管理信息化水平實現(xiàn)為電網(wǎng)檢修計劃做出時間調整或取消工作的決策輔助。
對全省任意關注位置可進行周邊3公里的預警信息、應急資源、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)設備負責人所負責的區(qū)域，設置選擇重點關注的電網(wǎng)設施或對根據(jù)重大活動保障方案的重點保障電網(wǎng)設施進行預報預警，可獲取電網(wǎng)設施的歷史氣象信息、實時監(jiān)測信息、未來預報信息及周圍山火、雷電、臺風預警信息等。
通過移動終端，對當前所在位置存在誤差的天氣情況，可以通過文字、語音、圖片和視頻等方式為系統(tǒng)提交信息反饋；當有電網(wǎng)設施發(fā)生故障時，現(xiàn)場工作人員可以通過移動終端實時上報電網(wǎng)故障的圖片、視頻等，將現(xiàn)場信息及時回傳系統(tǒng)，系統(tǒng)基于現(xiàn)場位置進行分析研判，生成分析研判報告推送至移動端。促使現(xiàn)場工作人員及時獲取故障點歷史氣象、實時氣象、未來預報及應對措施，提高應對處置能力及故障處置效率；當有突發(fā)事件發(fā)生時，現(xiàn)場人員基于矢量位置通過移動終端上報信息，根據(jù)突發(fā)事件發(fā)生情況，通過文字描述、拍攝信息圖片或拍攝短視頻進行上報現(xiàn)場情況。有利于突發(fā)事件指揮中心對現(xiàn)場情況的掌控，為應急處置提供重要支撐。
1.3基于雷達矢量化的電力氣象網(wǎng)格預報技術
研究基于雷達矢量化的電力氣象網(wǎng)格預報技術，將氣象雷達監(jiān)測數(shù)據(jù)在電網(wǎng)GIS平臺進行矢量化網(wǎng)格化處理，精準矢量定位、數(shù)據(jù)關聯(lián)和極值篩取，為強對流天氣的動態(tài)識別、主動預警和進程跟蹤提供數(shù)據(jù)支持?；贚BS技術，針對雷達回波數(shù)據(jù)覆蓋內(nèi)的電網(wǎng)設施，進行高致災氣象因子極值分析，實現(xiàn)電網(wǎng)設施災害主動預警。
1.4基于LBS的監(jiān)測預警動因要素態(tài)勢協(xié)同智能分析技術
研究基于LBS的監(jiān)測預警動因要素態(tài)勢協(xié)同智能分析技術：提出基于LBS的主動式預警研判分析方法、特定區(qū)域電網(wǎng)災害數(shù)據(jù)分析方法、動態(tài)協(xié)同智能分析標繪方法，實現(xiàn)動因要素分布、風險隱患屬性、主動預警研判和安全處置防控的實時智能分析和自動標繪，保障安全高效的預警響應。
2 應用效果及前景分析
國網(wǎng)山東省電力公司全面應用本研究成果，在迎峰度夏、度冬及多次災害性天氣、山火預警和?；肥鹿蕬表憫陂g發(fā)揮重要作用：強化本質安全要求，提升了應急處置能力和公司社會形象，實現(xiàn)公司高品質服務承諾。通過主動預警研判，科學輔助決策，風險安全防控，優(yōu)化資源配置，全面提升了電網(wǎng)災害綜合監(jiān)測和主動式預警能力。為電網(wǎng)山火、?；菲髽I(yè)事故等災害下的電力應急處置提供可靠的預警研判、數(shù)據(jù)支持和應急處置輔助決策支撐，防止次生災害，保障人員安全。
本研究成果可廣泛應用于電力行業(yè)，以本研究成果已作為核心技術應用于電網(wǎng)防災減災綜合監(jiān)測預警系統(tǒng)，為該系統(tǒng)在電網(wǎng)規(guī)劃建設、運行檢修、營銷服務、應急處置等方面深化應用提供技術支撐，滿足安監(jiān)、運檢、營銷、調控等部門、系統(tǒng)的專業(yè)數(shù)據(jù)應用需求，樹立了跨行業(yè)專業(yè)數(shù)據(jù)集成和企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)交互共享的應用典范。
本項目成果適用于其它行業(yè)，可廣泛應用于安監(jiān)、防汛抗旱、森林防火等單位災害監(jiān)測和應急處置實戰(zhàn)中，對國內(nèi)各行業(yè)有巨大的推廣應用價值。
3 結語
開展基于電網(wǎng)GIS及LBS的主動式預警研判研究與應用，實現(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前天氣信息，還能夠在即將發(fā)生對電網(wǎng)產(chǎn)生影響的災害性天氣之前收到系統(tǒng)推送的氣象預警信息，為電網(wǎng)防災減災工作提供及時、準確、精細的氣象預警信息，提高公司各專業(yè)獲取氣象預報預警信息的效率。通過與電網(wǎng)GIS的結合，實現(xiàn)隨意查看任意電網(wǎng)設施的歷史氣象信息、實時氣象信息、未來預報信息及歷史故障信息等，實現(xiàn)基于矢量位置的電網(wǎng)故障區(qū)域上報及及時獲取故障設備的綜合氣象、處置措施等信息。滿足電力各環(huán)節(jié)生產(chǎn)用戶對于獲取各氣象預報預警信息的需求，實現(xiàn)大云物移的電力氣象動態(tài)交互，為電力生產(chǎn)工作提供預報預警信息和技術支撐。
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