基于電網(wǎng)GIS及LBS的主動式預(yù)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(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：長期以來，雨雪冰凍、臺風(fēng)、強(qiáng)對流、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的主動式預(yù)警研判分析方法，構(gòu)建基于電網(wǎng)GIS平臺的自然災(zāi)害綜合監(jiān)測預(yù)警模式，針對雷達(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)害主動預(yù)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(zāi)害監(jiān)測預(yù)報預(yù)警。
關(guān)鍵詞：電網(wǎng)GIS；LBS主動預(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
國網(wǎng)山東省電力公司對氣象災(zāi)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(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個氣象監(jiān)測站的4大類25小類專業(yè)氣象監(jiān)測預(yù)報預(yù)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(zāi)減災(zāi)綜合監(jiān)測預(yù)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(yù)報預(yù)警。電網(wǎng)災(zāi)害綜合監(jiān)測及主動式預(yù)警，一直是國內(nèi)外研究和關(guān)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(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，缺乏針對性和有效性數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用。
（2）電力氣象預(yù)報技術(shù)缺失，傳統(tǒng)數(shù)值模式無法實現(xiàn)電網(wǎng)氣象災(zāi)害精準(zhǔn)預(yù)警。
（3）災(zāi)害監(jiān)測、風(fēng)險分析、態(tài)勢研判、預(yù)警響應(yīng)、安全防控動因邏輯關(guān)系度低，缺乏主動預(yù)警智能研判手段。
1 基于電網(wǎng)GIS及LBS的主動式預(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，亟需開展基于電網(wǎng)GIS及LBS的主動式預(yù)警研判分析方法研究與應(yīng)用，通過移動應(yīng)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(shè)施的上報及獲取結(jié)合電力設(shè)施實際地理位置的歷史氣象信息、實時氣象信息、未來預(yù)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(shè)，為解決上述問題，本研究堅持電網(wǎng)災(zāi)害關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與應(yīng)急處置實踐有機(jī)結(jié)合的技術(shù)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(yù)報預(yù)警；
（2）基于LBS的專業(yè)氣象預(yù)報預(yù)警；
（3）基于雷達(dá)矢量化的電力氣象網(wǎng)格預(yù)報技術(shù)；
（4）基于LBS的監(jiān)測預(yù)警動因要素態(tài)勢協(xié)同智能分析技術(shù)。
圖1-基于LBS的主動研判預(yù)警分析
1.1基于LBS的氣象數(shù)據(jù)集成及監(jiān)測
根據(jù)LBS的移動應(yīng)用定位，對矢量位置進(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，實現(xiàn)及時的獲取預(yù)警信息，保障信息獲取的時效性。
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(yù)報以及未來7天天氣預(yù)報信息。并對當(dāng)前網(wǎng)格短時臨近的天氣進(jìn)行預(yù)報預(yù)警及雷達(dá)回波強(qiáng)度演變過程查看，實時監(jiān)測當(dāng)前網(wǎng)格有無雷電、山火、臺風(fēng)影響，實現(xiàn)當(dāng)前網(wǎng)格的氣象監(jiān)測、預(yù)報預(yù)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(jìn)行氣象實時監(jiān)測，包括風(fēng)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(dá)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(dá)圖外推120分鐘演變過程，通過播放觀看雷達(dá)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(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(tuán)的移動位置，水汽含量等。
通過對全省雷電、山火、臺風(fēng)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(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)、臺風(fēng)風(fēng)圈半徑等信息，對預(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。
通過對全省突發(fā)事件進(jìn)行監(jiān)測，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，對影響范圍內(nèi)電網(wǎng)設(shè)施及未來發(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)報預(yù)警
通過接入的氣象柵格預(yù)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(fēng)力、溫度、降水的動態(tài)精準(zhǔn)預(yù)報。自動繪制柵格預(yù)報超閾值區(qū)域，并對超閾值區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)設(shè)施進(jìn)行分析。
同時實時獲取全省雷電預(yù)警信息、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警信息、氣象及臺風(fēng)預(yù)警信息、電網(wǎng)預(yù)警信息，通過與地圖相結(jié)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(yù)警、電網(wǎng)預(yù)警等信息進(jìn)行分類統(tǒng)計，幫助提升電網(wǎng)建設(shè)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(diào)整或取消工作的決策輔助。
對全省任意關(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、危化企業(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)置選擇重點關(guān)注的電網(wǎng)設(shè)施或?qū)Ω鶕?jù)重大活動保障方案的重點保障電網(wǎng)設(shè)施進(jìn)行預(yù)報預(yù)警，可獲取電網(wǎng)設(shè)施的歷史氣象信息、實時監(jiān)測信息、未來預(yù)報信息及周圍山火、雷電、臺風(fēng)預(yù)警信息等。
通過移動終端，對當(dāng)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(dāng)有電網(wǎng)設(shè)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(jìn)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(yù)報及應(yīng)對措施，提高應(yīng)對處置能力及故障處置效率；當(dāng)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(jìn)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(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)報技術(shù)
研究基于雷達(dá)矢量化的電力氣象網(wǎng)格預(yù)報技術(shù)，將氣象雷達(dá)監(jiān)測數(shù)據(jù)在電網(wǎng)GIS平臺進(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)對流天氣的動態(tài)識別、主動預(yù)警和進(jìn)程跟蹤提供數(shù)據(jù)支持?；贚BS技術(shù)，針對雷達(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，實現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)施災(zāi)害主動預(yù)警。
1.4基于LBS的監(jiān)測預(yù)警動因要素態(tài)勢協(xié)同智能分析技術(shù)
研究基于LBS的監(jiān)測預(yù)警動因要素態(tài)勢協(xié)同智能分析技術(shù)：提出基于LBS的主動式預(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、動態(tài)協(xié)同智能分析標(biāo)繪方法，實現(xiàn)動因要素分布、風(fēng)險隱患屬性、主動預(yù)警研判和安全處置防控的實時智能分析和自動標(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形象，實現(xiàn)公司高品質(zhì)服務(wù)承諾。通過主動預(yù)警研判，科學(xué)輔助決策，風(fēng)險安全防控，優(yōu)化資源配置，全面提升了電網(wǎng)災(zāi)害綜合監(jiān)測和主動式預(yù)警能力。為電網(wǎng)山火、危化品企業(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、營銷、調(diào)控等部門、系統(tǒng)的專業(yè)數(shù)據(jù)應(yīng)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(yīng)用典范。
本項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)測和應(yīng)急處置實戰(zhàn)中，對國內(nèi)各行業(yè)有巨大的推廣應(yīng)用價值。
3 結(jié)語
開展基于電網(wǎng)GIS及LBS的主動式預(yù)警研判研究與應(yīng)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(dāng)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(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、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)報預(yù)警信息的效率。通過與電網(wǎng)GIS的結(jié)合，實現(xiàn)隨意查看任意電網(wǎng)設(shè)施的歷史氣象信息、實時氣象信息、未來預(yù)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(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)用戶對于獲取各氣象預(yù)報預(yù)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(yù)報預(yù)警信息和技術(shù)支撐。
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