一、概述
近年來,與氣候變暖有關(guān)的極端天氣或氣候事件在全球大多數(shù)地方越來越頻繁地發(fā)生,造成各種災(zāi)害,給社會經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境以及人類健康帶來諸多不利影響。在我國的大部分地區(qū),每年3月以后,各種雷電天氣明顯增多,雷電事故頻繁發(fā)生,嚴(yán)重危及景區(qū)的工作人員和游客生命財產(chǎn)安全。
由山西捷力通科技有限公司研發(fā)的“大氣電場監(jiān)測與雷電預(yù)警系統(tǒng)Pre-Storm2.0”,可實時、安全、可靠地發(fā)布雷電災(zāi)害預(yù)警信息。為景區(qū)有關(guān)部門做好防雷減災(zāi)工作提供支持,為廣大人民群眾增強(qiáng)防雷意識,采取避險措施提供了有效的幫助,可有效保障游客生命及財產(chǎn)安全。
二、預(yù)雷者Pre-Storm大氣電場儀介紹
Pre-Storm大氣電場儀工作原理
眾所周知,雷電是由于雷雨云中的電荷達(dá)到一定的數(shù)量時,在云內(nèi)不同部位之間與地面之間就形成了很強(qiáng)的電場,當(dāng)電荷積聚到一定程度時,就會在云與云之間或云與地之間發(fā)生放電現(xiàn)象。即雷電的發(fā)生來源于雷云內(nèi)部的電荷累積,這意味著只要能夠準(zhǔn)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)多年來世界各地所記錄的相關(guān)氣象資料表明,雷電的發(fā)生需一定條件,并且具有規(guī)律性:以在平面距地面約1.5m處設(shè)立的監(jiān)測點為例,當(dāng)雷云靠近或形成時,地面的靜電場也會發(fā)生劇烈變化。在通常的標(biāo)準(zhǔn)情況下(平地、平原、沒有尖端放電),在一個晴好天氣的平均場強(qiáng)是150V/m,當(dāng)場強(qiáng)檢測值達(dá)到2KV/m以上,通常意味著該地點上方有雷云產(chǎn)生;而當(dāng)雷閃產(chǎn)生時,場強(qiáng)將急劇增大,甚至?xí)哌_(dá)15KV/m以上。一般情況下,獨立雷云(對流雷云)或雷云群的產(chǎn)生需要大約20分鐘。我們認(rèn)為,而當(dāng)?shù)孛鎴鰪?qiáng)達(dá)到2KV/m以上時,該地點就會受到其上方的雷云的影響,雷雨云正在逐漸形成或正在靠近。
在氣象領(lǐng)域,對于雷暴的檢測手段,分為間接檢測和直接檢測兩種;間接檢測的方法包括了多普勒氣象雷達(dá)、衛(wèi)星云圖等;而直接檢測手段則主要是大氣電場儀、閃電定位儀等。
大氣電場儀是唯一針對雷電發(fā)生的最根本因素一雷云電荷量,即大氣電場進(jìn)行監(jiān)測的系統(tǒng);它能夠通過對電場強(qiáng)度、極性變化的探測和分析,實時的監(jiān)測本地雷云變化,并對可能造成雷擊危險的大氣電場變化加以識別和預(yù)警。
Pre-Storm大氣電場監(jiān)測與雷電預(yù)警系統(tǒng)采用國內(nèi)最先進(jìn)的的最精確的大氣電場儀為傳感器,通過多年對大氣電場數(shù)據(jù)積累和分析,由各方專家們精心設(shè)計、深度開發(fā),構(gòu)成的高智能、高準(zhǔn)確率的大氣電場監(jiān)測與雷電預(yù)警系統(tǒng)。
Pre-Storm的主要優(yōu)勢
Pre-Storm是建立在差模測量技術(shù)基礎(chǔ)上的大氣探測產(chǎn)品,它的工作原理是對不斷被屏蔽及開放的探測電極帶點涼的增益放大,轉(zhuǎn)換位數(shù)字電場值,從而實時監(jiān)測大氣電場的變化,進(jìn)而實現(xiàn)對半徑15-20km左右區(qū)域可能產(chǎn)生的雷電進(jìn)行預(yù)測和報警。
獨特的外形設(shè)計
Pre-Storm的外形設(shè)計獨特能有效避免積水、積雪、灰塵、鳥糞等所對所測電場產(chǎn)生的影響,該外形已申請專利保護(hù)。
先進(jìn)的硬件系統(tǒng)
采用了精度更高、更靈敏的電子元器件,保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)采用了最新一代的數(shù)據(jù)采集芯片,取樣速度是8毫秒,而同類產(chǎn)品的取樣速度約在32毫秒左右。
較強(qiáng)的抗干擾能力
在嵌入式軟件中,增加了數(shù)據(jù)預(yù)處理功能,是周邊的環(huán)境電場對探測所造成的影響降至最低限度,保證了所測數(shù)據(jù)的有效性,同時在某種程度上,降低了對安裝點的要求。
靈活的通訊功能
數(shù)據(jù)傳輸支持LAN、GPRS、CDMA2000、3G等網(wǎng)絡(luò),并能提供雙模通訊功能。采用了先進(jìn)的通訊控制接口,進(jìn)而可以直接通過現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和切換市電與UPS電源等操作。
能多探頭組網(wǎng)
Pre-Storm可以在單機(jī)或聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下使用,單機(jī)可以為單一場所提供雷電預(yù)警,即為單點雷電監(jiān)測系統(tǒng)Local-Storm。
Pre-Storm可以多臺聯(lián)網(wǎng)使用可以組成雷電偵測網(wǎng)絡(luò),即為網(wǎng)絡(luò)雷電監(jiān)測系統(tǒng)Net-Storm。用戶可以實時地對不同范圍進(jìn)行探測與觀察,通過計算機(jī)軟件把按一定規(guī)律分布在各處的探頭收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和計算、分析,掌握整個區(qū)域某一時段的帶電云層的變化資料,并可以做出較為準(zhǔn)確的推測和預(yù)報。
能與其他氣象設(shè)備配合使用
Pre-Storm能與其他氣象設(shè)備配合使用來提高預(yù)警的準(zhǔn)確率,如氣象雷達(dá)、閃電定位儀等。
提供多種報警手段
能提供聲、光報警,語音廣播報警,手機(jī)短信報警等功能。
能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境
Pre-Storm所采用的核心材料在海洋和化學(xué)工業(yè)環(huán)境中具有較強(qiáng)的耐腐蝕能力,能適應(yīng)各種惡劣的安裝環(huán)境。
預(yù)警范圍
理論上,對空間電場的探測是不存在范圍限制的。但實際上,鑒于電場衰減變化的固有物理定律,以及一些其它環(huán)境客觀因素的影響,所有基于場磨原理的雷電預(yù)警系統(tǒng)設(shè)備只能在一定范圍內(nèi)起到預(yù)警作用。一般而言,Pre-Storm系統(tǒng)的有效預(yù)警范圍實在15~20km的范圍。雷暴現(xiàn)象,由于上述原因,將無法觸發(fā)有效的預(yù)警警報。我們也可以將多臺Pre-Storm按一定的規(guī)律聯(lián)網(wǎng)布局,組成雷電偵測網(wǎng)絡(luò),利用計算機(jī)軟件把收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、統(tǒng)計、分析,從而對大范圍區(qū)域的雷電活動做出較為準(zhǔn)確的推測與預(yù)報,對于那些如氣象、電信、航空等行業(yè)的用戶來說,以此來彌補單點預(yù)警系統(tǒng)的局限性。
從實踐經(jīng)驗而言,任何一個單一的監(jiān)均測手段存在氣不足之處;例如大氣電場儀就很容易因雷云受風(fēng)向影響在最后時刻改變方向,或者因其他原因,使雷暴未能在發(fā)布了預(yù)警信息的安裝地點附近發(fā)生,而產(chǎn)生事實上的誤報。所以,通過多個系統(tǒng)(如多普勒雷達(dá)、閃電定位系統(tǒng)等)所提供的信息進(jìn)行交叉參照分析,綜合得出監(jiān)測結(jié)果才是較為可靠的辦法。
三、旅游風(fēng)景區(qū)雷電預(yù)警通用方案
與傳統(tǒng)防雷系統(tǒng)不同,大氣電場監(jiān)測與雷電預(yù)警系統(tǒng)是公認(rèn)的最有效的防止戶外雷擊傷害人類和減少設(shè)備損壞的措施。
3.1中小型旅游風(fēng)景區(qū)(方圓15公里以內(nèi))雷電預(yù)警方案
方圓15公里以內(nèi)的中小型旅游風(fēng)景區(qū),包括各種游樂場、高爾夫球場、休閑中心等單個場所,區(qū)內(nèi)人員集中,遭雷擊風(fēng)險較高。對中小型旅游風(fēng)景區(qū)我們推薦安裝使用單點雷電監(jiān)測系統(tǒng)(Local-Storm)。
Local-Storm的工作原理
在景區(qū)范圍內(nèi)安裝一套單點雷電監(jiān)測系統(tǒng)(Local-Storm),將大氣電場儀偵測探頭安裝在樓頂或空曠地帶,預(yù)警主機(jī)可以選擇安裝機(jī)房內(nèi)。又大氣電場儀感應(yīng)到雷電活動信息后實時把數(shù)據(jù)傳送到計算機(jī),經(jīng)過安裝在計算機(jī)上的專用軟件的分析和處理,可在雷電來臨之前自動發(fā)出預(yù)警信號,也可由機(jī)房內(nèi)值班人員再綜合相關(guān)管理規(guī)則把雷電預(yù)警信息通過廣播、聲光報警、短信報警或者其他途徑傳遞給景點內(nèi)游客,提醒游客及時采取避雷措施。計算機(jī)能對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲,方便有關(guān)部門或人員作日后查詢、統(tǒng)計和分析之用。
Local-Storm的基本結(jié)構(gòu)
單點雷電監(jiān)測系統(tǒng)Local-Storm的基本結(jié)構(gòu)見圖3,它有大氣電場儀、控制箱、計算機(jī)、聲光報警系統(tǒng)、大氣電場監(jiān)測與雷電預(yù)警軟件等組成。
大氣電場儀:實時采集本地方圓15公里左右大氣電場。
控制箱:連接大氣電場儀與計算機(jī),控制聲光報警系統(tǒng),為大氣電場儀和聲光報警系統(tǒng)供電。
計算機(jī):信息處理、數(shù)據(jù)分析和儲存,實時監(jiān)測電場強(qiáng)度。推薦使用2.5G以上主頻、2G以上內(nèi)存,500G以上硬盤,操作系統(tǒng)使用XP或server2003系統(tǒng)的計算機(jī)。
聲光報警系統(tǒng):分為聲音報警(人聲、蜂鳴器)和三色燈報警,聲音報警中蜂鳴器由控制箱直接輸出控制,人聲可為計算機(jī)軟件語音功能。三色燈報警是根據(jù)當(dāng)前場強(qiáng)大小和預(yù)警等級做出的三個階段的雷電預(yù)警。
大氣電場監(jiān)測與雷電預(yù)警軟件(Local-Storm Manager2.0):所有信息的處理、分析、提示預(yù)警信息,歷史數(shù)據(jù)的分析和查詢。
3.2大型旅游風(fēng)景區(qū)(方圓15公里以上)雷電預(yù)警組網(wǎng)方案
對于那些方圓超過15公里或更大的大型旅游風(fēng)景區(qū),比如黃山,張家界,我們建議使用網(wǎng)絡(luò)雷電監(jiān)測系統(tǒng)(Net-Storm)。
在大型風(fēng)景區(qū),可利用現(xiàn)有的公用網(wǎng)絡(luò)資源,只安裝一臺中心計算機(jī)服務(wù)器、在風(fēng)景區(qū)內(nèi)安裝多臺大氣電場儀組成一個雷電偵測網(wǎng)絡(luò),區(qū)域內(nèi)的所有景點可以共享雷電預(yù)警信息,此舉不僅可以節(jié)約投資,而且還能大大提高雷電預(yù)警的準(zhǔn)確率。
(1)、工作原理
在景區(qū)內(nèi)按一定的間距安裝多臺Pre-Storm大氣電場儀,組成一個實時雷電偵測網(wǎng)絡(luò),每個大氣電場儀采集本地電場強(qiáng)度,實時把數(shù)據(jù)傳送到中心計算機(jī)服務(wù)器,經(jīng)過安裝在服務(wù)器上的專用軟件的分析和處理,來發(fā)布預(yù)警信息,并對數(shù)據(jù)進(jìn)行了存儲,方便日后對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、統(tǒng)計和分析。景區(qū)內(nèi)所有景點的工作人員可通過網(wǎng)絡(luò)訪問中心服務(wù)器以獲得實時雷電預(yù)警信息,并可以通過聲光報警,語音廣播報警,手機(jī)信息報警等手段及時通知游客避雷,以保護(hù)游客安全。
(2)、基本結(jié)構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)雷電監(jiān)測系統(tǒng)Net-Storm基本結(jié)構(gòu)見圖6,由多個單點雷電預(yù)警系統(tǒng)Local-Storm站點(計算機(jī)可選)、中心計算機(jī)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、大氣電場監(jiān)測與雷電預(yù)警軟件Net-Storm manager2.0等組成。
單點雷電監(jiān)測系統(tǒng):詳情見上文。
中心計算機(jī)服務(wù)器:收集區(qū)域內(nèi)所有電場儀的數(shù)據(jù)、分析并處理,發(fā)布全區(qū)雷電預(yù)警信息。推薦使用服務(wù)器級計算機(jī)。
網(wǎng)絡(luò)設(shè)備:有線網(wǎng)絡(luò)或GPRS無線網(wǎng)絡(luò)。
大氣電場監(jiān)測與雷電預(yù)警軟件Net-Storm manager2.0:區(qū)域內(nèi)所有大氣電場儀所采集信息的處理、分析,提示預(yù)警信息,歷史數(shù)據(jù)的分析和查詢。
大型景區(qū)因其覆蓋面積廣,還可以將Net-Storm系統(tǒng)與其它氣象設(shè)備配合使用(如閃電定位儀,多普勒氣象雷達(dá))來提高預(yù)警的準(zhǔn)確率。
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