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綠谷G20數(shù)采儀在雷電預警系統(tǒng)上的應用

2021-02-22

綠谷G20數(shù)采儀在雷電預警系統(tǒng)上的應用

原創(chuàng)?畢亞杰?四十學藝

因為工作的關系和養(yǎng)成的職業(yè)習慣，我在多年前做了一些雷電防護工程，因此一直都有關注這一領域的新技術和新應用。雷電預警系統(tǒng)簡單來講就是在雷電沒有來之前提出預警，從而達到主動防范的目的，在沒有出現(xiàn)雷電預警系統(tǒng)之前我們對于雷電的防護都是被動防護技術，盡管也出現(xiàn)了一些尖端放電等技術，從理論上講都沒有辦法達到有效的防護，黃海油庫大爆炸就是一個實例。我對雷電預警系統(tǒng)的研究也是基于這一原因。下面是我之前寫的一篇文章：

《雷電預警技術》2005年

雷電災害被聯(lián)合國確定為世界最嚴重的十大自然災害之一，全球每年因雷擊造成人員傷亡、財產(chǎn)損失不計其數(shù)。在我國，每年因雷擊造成的人員傷亡約為3000～4000?人，財產(chǎn)損失在50～100億元左右；進入21世紀，國家經(jīng)濟與社會發(fā)展，對雷電災害的監(jiān)測預警和防御的科學認識提出了更高、更廣泛的需求，雷電的探測和預警已經(jīng)成為現(xiàn)代防雷技術的重要研發(fā)方向之一！它不僅能提高人類防雷的主動性，還能有效幫助雷災原因的調(diào)查。近年來，溫室效應造成全球氣候變暖，隨之而來的是雷雨季節(jié)的延長，雷擊事故也隨之大幅度上升，所以雷電的預警防護變得更加重要。在具體的防護中存在以下的問題：

·??????經(jīng)濟實力：大多數(shù)單位的經(jīng)濟實力相對較弱，在防雷方面可以投入的資金均非常有限。從成本的角度來考慮，許多地點幾乎沒有安裝完善的直擊雷防護設施的可能；

·??????防護意識：許多單位對于防雷知識的了解和重視程度差，雷電防護知識的普及率很低。有的單位到了發(fā)生雷擊事故才想起需要作防雷措施，這幾年來防雷技改工程可以看出，都是事后補救；

·??????技術手段限制：表現(xiàn)在防雷工程缺乏專業(yè)的施工和手段；

·??????防護措施不足，許多單位的雷電防護只是做了簡單的直擊雷防護，沒有做感應雷防護；

·??????許多營房、倉庫、測試間改造沒有作防雷措施；

在上述客觀條件下，我們認為，必須轉換思路，采取“變被動為主動，主動和被動相結合”的積極做法。做到事前行動，事后防范。即在雷電發(fā)生之前通知各部事先采取積極的措施，如離開危險的區(qū)域（如離開曠野和樹下，在安裝了直擊雷防護設備的場所躲避），把室內(nèi)的進出線插頭拔掉等方法；同時加強基本防雷設施的安裝，如在民房和倉儲根據(jù)規(guī)范盡可能的安裝避雷針和避雷帶等。而國家政府部門應該在其中起到引導和推動的作用，以達到有效利用資金，減少損失，使各單位基層能夠?qū)⒏嗟馁Y金用于促進地方經(jīng)濟發(fā)展的生產(chǎn)建設當中。新型雷電預警系統(tǒng)的出現(xiàn)，加上個人移動通信設備（手機）的普及和移動通信網(wǎng)絡對城鎮(zhèn)鄉(xiāng)村的全面覆蓋，使實現(xiàn)“變被動為主動，主動和被動相結合”的實用雷電防護措施具備了所有的技術條件。新型雷電預警系統(tǒng)通常的有效偵測范圍為半徑10km即314km2，而縣級城市中心和鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域以及經(jīng)濟密集地域一般均不超過100km這一特點，如果能夠選擇適當?shù)攸c安裝雷電預警系統(tǒng)，就可以在雷暴發(fā)生之前，利用移動通信手段（如手機短信群發(fā)功能）就能及時準確地將雷電警告信息發(fā)送至廣大用戶，并促使用戶只需按正確的行動規(guī)則采取相應的措施（如躲避行動），就可以將損失降到較低的程度。

二、雷電預警系統(tǒng)意義及原理

雷電預警系統(tǒng)是一種能在雷電電磁釋放前提供有效的實時的信息決策系統(tǒng)，能夠?qū)妆┻M行預防性偵測，并在第一次雷擊前探測到雷擊的發(fā)生并傳輸信息提示危險。以往的各種防雷措施，由于技術條件的限制，幾乎都是考慮雷閃發(fā)生之后的被動防護措施，對于雷閃發(fā)生之前的應對措施和手段幾乎處于空白，所以只有在雷閃發(fā)生的前后階段，都能擁有相應應對措施，實現(xiàn)主動和被動的防護體系，才是真正意義上完善的雷電防護體系。建設雷電預警系統(tǒng)可以帶來以下幾方面好處：

（1）相對于其他系統(tǒng)，如多普勒雷達，雷電定位系統(tǒng)等設備，雷電預警系統(tǒng)具有針對性強，可即時發(fā)布近距離雷暴警報，結果準確和投資較節(jié)省的特點；

（2）只要在雷暴來臨之前通過雷電預警系統(tǒng)準確偵測，及時發(fā)送報警信息（通過移動電話短信群發(fā)功能），并采取相應的措施（人員撤離、設備轉移、斷電、離線等），就可以將可能的損失降到很低；

（3）節(jié)省了各單位、家庭的電涌保護器安裝以及維護的投資；

（4）積累雷電發(fā)生資料，準確統(tǒng)計當?shù)乩纂姲l(fā)生情況，如雷暴日的統(tǒng)計，雷暴烈度記錄，為氣象研究及加強雷電防護提供可靠數(shù)據(jù)。

雷電預警系統(tǒng)的工作原理：

眾所周知，靜電場是由點和建立的，雷閃的發(fā)生來源于雷云內(nèi)部的電荷積累：這就意味著，只要準確檢測空間靜電場的變化，就可以間接了解雷云電荷累積的情況。根據(jù)多年來世界各國所記錄的相關氣象資料表明，雷閃的發(fā)生需要一定的條件，而且具有規(guī)律性：以在平地距地面1.5米處設的檢測點為例，在通常的標準情況下（平地、平原、沒有尖端放電），在一個好天氣的平均場強是250V/m，當場強檢測值達到2KV/m以上時，通常意味著該點上方雷云已經(jīng)產(chǎn)生，如果場強持續(xù)增大到4KV/m，發(fā)生雷電現(xiàn)象的可能性就將超過90%，雷閃發(fā)生時，場強會增大至14KV/m以上。一般情況下，獨立雷云、對流雷云和雷云群產(chǎn)生至少需要約20分鐘時間。雷電預警系統(tǒng)就是根據(jù)上述原理設計，它能夠檢測所在位置的靜電場強變化，并排除、修正其他非雷云電場的干擾，然后反映在輸出結果中并與預設的三個場強門限相比較，以確定警報等級。這樣在第一次雷閃前，系統(tǒng)就探測到雷閃發(fā)生的可能性，并及時發(fā)出警報，從而對人員、設備提供良好的保護，降低雷擊造成的損失。系統(tǒng)檢測范圍為10到15公里。系統(tǒng)設定三個報警級別：
1級警報（雷暴形成），對雷暴的初始活動報警
2級警報（雷暴逼近），對正在接近的雷暴或在本地生成的雷暴報警
3級警報（雷暴即將發(fā)生），對即將在監(jiān)測地發(fā)生的雷擊報警

三、雷電預警系統(tǒng)的使用和技術優(yōu)勢

雷電預警是目前世界上較先進的技術，具有全數(shù)字化的信息處理流程和大動態(tài)的檢測范圍，系統(tǒng)安裝簡便，可擴展性強，報警方式靈活可靠，系統(tǒng)還具有較強的糾錯能力。在許多重要地方的應用非常成功。基本上都是芬蘭、瑞典、美國的進口設備，非常昂貴。使得利用普及受到了一定的限制。

綠谷G20是綠谷公司2020年開發(fā)的一款數(shù)據(jù)采集儀，廣泛應用于環(huán)保數(shù)據(jù)的采集。具有兼容性強、操作簡單的特點。因為其開放何兼容性在農(nóng)業(yè)、水利、環(huán)保、氣象等領域都有應用。因此，在雷電預警系統(tǒng)上的應用成為可能，而且大大減低了成本，使應用普及成為可能。

系統(tǒng)采用大氣電場儀通過RS485數(shù)據(jù)傳輸采集到G20數(shù)采儀，數(shù)采儀可以設置報警上限，數(shù)據(jù)采集儀可以對數(shù)據(jù)進行處理。并上傳到云平臺或中央集控室。

可以根據(jù)需要對一個很大的區(qū)域布置無限多的監(jiān)測點。進行組網(wǎng)監(jiān)控。比如一個廠區(qū)、庫區(qū)、甚至是一個城市。

采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件，實現(xiàn)集中統(tǒng)計及顯示報警。比如MapXtreme，MapXtreme是MapInfo公司推出的基于因特網(wǎng)/內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的地圖服務器。通過對GIS軟件Maplnfo和MapX的功能集成，信息管理員只需要在Web服務器上安裝MapXtreme，并對其進行編程和管理，用戶即可通過Web瀏覽器訪問MapXtreme，并獲得MapX— treme所提供的GIS功能，如地圖的顯示、制作專題地圖和進行地理分析等。G20數(shù)采儀本身支持多種通訊方式?？梢院芊奖銓?shù)據(jù)傳輸?shù)街醒爰鼗蛟破脚_，實現(xiàn)全天候監(jiān)控和數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能。