基于电网GIS及LBS的主动式预警研判分析方法
孙世军，韩 洪
（国网山东省电力公司，山东省 济南市，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：长期以来，雨雪冰冻、台风、强对流、山火等极端天气和灾害给电网设施造成严重的危害和损失。仅2000年－2013年山东省因自然灾害引发的影响电网安全的故障235起，占故障总数的65%。研究基于电网GIS及LBS的主动式预警研判分析方法，构建基于电网GIS平台的自然灾害综合监测预警模式，针对雷达回波数据覆盖内的电网设施，进行高致灾气象因子极值分析和电网设施灾害主动预警，实现覆盖电网的高精度电力气象数据集成和灾害监测预报预警。
关键词：电网GIS；LBS主动预警；预警研判；网格预警；协同分析；复合展示
0 引言
国网山东省电力公司对气象灾害引发的故障分别从年度趋势、原因统计、影响程度、时间分布、区域分布五个方面开展研究，总结自然灾害发生规律，进行主要影响分析。建立气象与电力专线网络，将覆盖全省至乡镇的1596个气象监测站的4大类25小类专业气象监测预报预警及历史统计数据接入电网GIS平台，建成电网防灾减灾综合监测预警系统，实现覆盖山东电网全网的电力气象数据集成和预报预警。电网灾害综合监测及主动式预警，一直是国内外研究和关注的重点，多年来通过不断探索和研究，取得了一定成效，但仍存在以下问题：
（1）监测预警数据种类、数量、精度、广度、集成度及与电网关联度不够，缺乏针对性和有效性数据处理和应用。
（2）电力气象预报技术缺失，传统数值模式无法实现电网气象灾害精准预警。
（3）灾害监测、风险分析、态势研判、预警响应、安全防控动因逻辑关系度低，缺乏主动预警智能研判手段。
1 基于电网GIS及LBS的主动式预警研判分析方法研究
为了进一步提升电网防灾减灾能力、提高电网安全稳定运行水平，亟需开展基于电网GIS及LBS的主动式预警研判分析方法研究与应用，通过移动应用及时、便捷、灵活的为电力各环节生产用户获取各种气象信息。实现故障区域、故障设施的上报及获取结合电力设施实际地理位置的历史气象信息、实时气象信息、未来预报信息和措施建议等，为电网故障处置等工作提供决策信息。随着我国智能电网的加快建设，为解决上述问题，本研究坚持电网灾害关键技术研发与应急处置实践有机结合的技术路线，主要开展以下四方面研究：
（1）基于LBS的气象数据集成及监测预报预警；
（2）基于LBS的专业气象预报预警；
（3）基于雷达矢量化的电力气象网格预报技术；
（4）基于LBS的监测预警动因要素态势协同智能分析技术。
图1-基于LBS的主动研判预警分析
1.1基于LBS的气象数据集成及监测
根据LBS的移动应用定位，对矢量位置进行当前网格的气象预警信息、电网预警信息的预警提示，实现及时的获取预警信息，保障信息获取的时效性。
进行当前网格天气现象及温度、大风、降水、湿度、能见度、气压等气象6要素的实时监测，并可查看各个要素未来24小时演变曲线，同时可查看基于位置的未来24小时天气预报以及未来7天天气预报信息。并对当前网格短时临近的天气进行预报预警及雷达回波强度演变过程查看，实时监测当前网格有无雷电、山火、台风影响，实现当前网格的气象监测、预报预警汇总，可在第一时间获取矢量位置最新的气象汇总信息。
对全省进行气象实时监测，包括风力、降水、温度、湿度、能见度、气压等气象要素监测，并可查看各个要素未来24小时演变曲线，实现全省的实时气象监测，帮助公司各部门掌控全省的气象情况。
根据接入的雷达矢量及外推数据，可得到全省短时临近降雨区的位置、移向和速度，可以播放观看雷达图外推120分钟演变过程，通过播放观看雷达图演变可自主判断天气状况，实现基于定位的精确至小时分钟的降水信息，随时随地掌握雨雪详情。对自动绘制的雷达回波超阈值区域，可查看区域内可能影响的电网设施及防范措施。
通过对全省卫星云图播放，根据卫星云图演变过程分析云图信息，观测云团的移动位置，水汽含量等。
通过对全省雷电、山火、台风监测，在地图上以可视化形式直观展示全省雷电、山火、台风的分布情况以及雷电电荷、电荷量、山火安全区、山火蔓延区、台风风圈半径等信息，对预警区域进行预警提示展示。并可查看区域内可能影响的电网设施及防范措施。
通过对全省突发事件进行监测，可获取突发事件位置的风力、风向、降水量等气象信息，对影响范围内电网设施及未来发展路径范围内可能影响的电力设施及重要用户进行预警。可根据告警信息做好电网运行薄弱环节的事故预想，合理优化潮流分布，有针对性的进行故障处置、跳闸线路强送，以及下达巡线指令等。
1.2基于LBS的专业气象预报预警
通过接入的气象栅格预报数据、气象要素阈值告警信息及阈值告警分析数据等信息，在移动端地图上以色斑加数字的形式全景展示全省整体的天气形势，实现查看未来240小时风力、温度、降水的动态精准预报。自动绘制栅格预报超阈值区域，并对超阈值区域内电网设施进行分析。
同时实时获取全省雷电预警信息、地质灾害预警信息、气象及台风预警信息、电网预警信息，通过与地图相结合的方式予以呈现，根据不同类型、等级、时间对已发布的气象预警、电网预警等信息进行分类统计，帮助提升电网建设安全管理信息化水平实现为电网检修计划做出时间调整或取消工作的决策辅助。
对全省任意关注位置可进行周边3公里的预警信息、应急资源、三跨线路、山火隐患、电网防汛、危化企业、医院、重要用户等分析研判。根据电网设备负责人所负责的区域，设置选择重点关注的电网设施或对根据重大活动保障方案的重点保障电网设施进行预报预警，可获取电网设施的历史气象信息、实时监测信息、未来预报信息及周围山火、雷电、台风预警信息等。
通过移动终端，对当前所在位置存在误差的天气情况，可以通过文字、语音、图片和视频等方式为系统提交信息反馈；当有电网设施发生故障时，现场工作人员可以通过移动终端实时上报电网故障的图片、视频等，将现场信息及时回传系统，系统基于现场位置进行分析研判，生成分析研判报告推送至移动端。促使现场工作人员及时获取故障点历史气象、实时气象、未来预报及应对措施，提高应对处置能力及故障处置效率；当有突发事件发生时，现场人员基于矢量位置通过移动终端上报信息，根据突发事件发生情况，通过文字描述、拍摄信息图片或拍摄短视频进行上报现场情况。有利于突发事件指挥中心对现场情况的掌控，为应急处置提供重要支撑。
1.3基于雷达矢量化的电力气象网格预报技术
研究基于雷达矢量化的电力气象网格预报技术，将气象雷达监测数据在电网GIS平台进行矢量化网格化处理，精准矢量定位、数据关联和极值筛取，为强对流天气的动态识别、主动预警和进程跟踪提供数据支持。基于LBS技术，针对雷达回波数据覆盖内的电网设施，进行高致灾气象因子极值分析，实现电网设施灾害主动预警。
1.4基于LBS的监测预警动因要素态势协同智能分析技术
研究基于LBS的监测预警动因要素态势协同智能分析技术：提出基于LBS的主动式预警研判分析方法、特定区域电网灾害数据分析方法、动态协同智能分析标绘方法，实现动因要素分布、风险隐患属性、主动预警研判和安全处置防控的实时智能分析和自动标绘，保障安全高效的预警响应。
2 应用效果及前景分析
国网山东省电力公司全面应用本研究成果，在迎峰度夏、度冬及多次灾害性天气、山火预警和危化品事故应急响应期间发挥重要作用：强化本质安全要求，提升了应急处置能力和公司社会形象，实现公司高品质服务承诺。通过主动预警研判，科学辅助决策，风险安全防控，优化资源配置，全面提升了电网灾害综合监测和主动式预警能力。为电网山火、危化品企业事故等灾害下的电力应急处置提供可靠的预警研判、数据支持和应急处置辅助决策支撑，防止次生灾害，保障人员安全。
本研究成果可广泛应用于电力行业，以本研究成果已作为核心技术应用于电网防灾减灾综合监测预警系统，为该系统在电网规划建设、运行检修、营销服务、应急处置等方面深化应用提供技术支撑，满足安监、运检、营销、调控等部门、系统的专业数据应用需求，树立了跨行业专业数据集成和企业内部数据交互共享的应用典范。
本项目成果适用于其它行业，可广泛应用于安监、防汛抗旱、森林防火等单位灾害监测和应急处置实战中，对国内各行业有巨大的推广应用价值。
3 结语
开展基于电网GIS及LBS的主动式预警研判研究与应用，实现电力各环节生产用户不仅能够快速便捷地了解当前天气信息，还能够在即将发生对电网产生影响的灾害性天气之前收到系统推送的气象预警信息，为电网防灾减灾工作提供及时、准确、精细的气象预警信息，提高公司各专业获取气象预报预警信息的效率。通过与电网GIS的结合，实现随意查看任意电网设施的历史气象信息、实时气象信息、未来预报信息及历史故障信息等，实现基于矢量位置的电网故障区域上报及及时获取故障设备的综合气象、处置措施等信息。满足电力各环节生产用户对于获取各气象预报预警信息的需求，实现大云物移的电力气象动态交互，为电力生产工作提供预报预警信息和技术支撑。
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