淺談防雷預(yù)警信息系統(tǒng)

1、淺談海關(guān)防雷預(yù)警信息系統(tǒng)摘 要：本文主要介紹防雷預(yù)警信息系統(tǒng)的功能、原理，并介紹了該系統(tǒng)在黃埔海關(guān)的具體使用狀況。關(guān)鍵詞：防雷 預(yù)警 信息 系統(tǒng)引言雷電災(zāi)害被聯(lián)合國(guó)確定為世界最嚴(yán)重的十大自然災(zāi)害之一，全球每年因雷擊造成人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失不計(jì)其數(shù)。廣州市大區(qū)域地閃密度圖年平均雷暴日年雷擊次數(shù)平均地閃密度（次/平方公里·年）38東莞412009年黃埔關(guān)區(qū)雷電統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)雷電是一種自然現(xiàn)象，它的巨大能量眾所周知。幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，人類(lèi)對(duì)雷擊破壞性的研究、探索和采取預(yù)防的措施，已經(jīng)有了一套比較成熟的理論。云中或是在云對(duì)地之間的電場(chǎng)強(qiáng)度并不是到處一樣的，而是一個(gè)非常不均勻的電場(chǎng)，當(dāng)云中電荷密集處的電場(chǎng)

2、強(qiáng)度達(dá)到2530KV/cm時(shí)，就會(huì)由云向地開(kāi)始先導(dǎo)放電，當(dāng)先導(dǎo)通道的頂端接近地面時(shí)，可誘發(fā)迎面先導(dǎo)，當(dāng)先導(dǎo)與迎面先導(dǎo)會(huì)合時(shí)，即形成了從云到地面的強(qiáng)烈電離通道，這時(shí)出現(xiàn)極大的電流，這就是雷電的主放電階段，雷鳴和電閃都伴隨著出現(xiàn)。主放電階段存在的時(shí)間極短，約50100ms，主放電的過(guò)程是逆著先導(dǎo)通道發(fā)展的，速度約為光速的1/201/2，主放電的電流可達(dá)數(shù)十萬(wàn)安，是全部雷電流的主要部分，主放電到達(dá)云端時(shí)就結(jié)束，然后云中的殘余電荷經(jīng)過(guò)主放電通道流下來(lái)，稱為余光階段，由于云中電阻很大，余光階段對(duì)應(yīng)電流不大（約數(shù)百安），但持續(xù)時(shí)間卻較長(zhǎng)（0.030.15S）。由于云中可能同時(shí)存在著幾個(gè)電荷中心向第一通道放

3、電，因此雷電多呈多重性，每次放電相隔600ms到800ms，放電的數(shù)量平均23次。黃埔海關(guān)防雷系統(tǒng)從1997年開(kāi)始建設(shè)，一直不斷地進(jìn)行完善改造，部分防雷器運(yùn)行時(shí)間已長(zhǎng)達(dá)10年以上。雖然從總體來(lái)看大多數(shù)避雷器都在正常的工作狀態(tài)，但是存在無(wú)法統(tǒng)一預(yù)警，部分車(chē)場(chǎng)地形開(kāi)闊，容易發(fā)生雷擊災(zāi)害，甚至發(fā)生執(zhí)勤武警戰(zhàn)士遭受雷擊等意外事件，對(duì)雷雨天氣下的海關(guān)監(jiān)管工作造成嚴(yán)重影響。必須開(kāi)發(fā)一套集中、穩(wěn)定、高效的防雷預(yù)警系統(tǒng)，在雷電到來(lái)時(shí)及時(shí)預(yù)警雷擊，才能消除雷擊隱患，完善防雷系統(tǒng)，較好的保護(hù)海關(guān)人員和設(shè)備的安全。1.系統(tǒng)主要功能黃埔海關(guān)防雷預(yù)警系統(tǒng)利用雷電預(yù)警系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確偵測(cè)雷暴的產(chǎn)生和發(fā)展全過(guò)程，并在雷擊危險(xiǎn)來(lái)

4、臨前（不少于30分鐘）發(fā)出警告信號(hào)的先進(jìn)功能，與先進(jìn)的通信系統(tǒng)及個(gè)人通信設(shè)備或通信網(wǎng)絡(luò)（各種移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)和手機(jī)短信）相結(jié)合，及時(shí)將危險(xiǎn)警告通知需求用戶，使用戶可以在已知的規(guī)則下及時(shí)規(guī)避可能的危險(xiǎn)，能極大提高預(yù)警效率，進(jìn)而達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的目的。兼顧預(yù)警監(jiān)測(cè)點(diǎn)的控制范圍（預(yù)警設(shè)備的監(jiān)測(cè)范圍為1015公里）；監(jiān)測(cè)的連續(xù)性；監(jiān)測(cè)的有效性以及構(gòu)網(wǎng)成本因素；我們初步構(gòu)想雷電預(yù)警系統(tǒng)可在車(chē)檢場(chǎng)附近大樓樓頂建立監(jiān)測(cè)點(diǎn)，雷電預(yù)警系統(tǒng)的室內(nèi)電子設(shè)備放置于大樓機(jī)房?jī)?nèi)。黃埔海關(guān)防雷預(yù)警系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)當(dāng)?shù)乜臻g靜電場(chǎng)的變化，間接了解雷云電荷積累的變化，從而提前預(yù)測(cè)到雷閃發(fā)生的可能性。在建設(shè)防雷預(yù)警信息采集系統(tǒng)時(shí)，我處兼顧

5、預(yù)警監(jiān)測(cè)點(diǎn)的控制范圍、監(jiān)測(cè)的連續(xù)性、監(jiān)測(cè)的有效性以及構(gòu)網(wǎng)成本因素，在雷電多發(fā)的長(zhǎng)安車(chē)檢場(chǎng)與寮步車(chē)檢場(chǎng)附近的辦公大樓樓頂建立雷電預(yù)警系統(tǒng)檢測(cè)點(diǎn)，采集靜電場(chǎng)變化數(shù)據(jù)。在總關(guān)架設(shè)防雷預(yù)警平臺(tái)服務(wù)器，收集相應(yīng)數(shù)據(jù)，并做出分析和進(jìn)一步處理。做出不同的響應(yīng)，如發(fā)送防雷預(yù)警短信，向管理網(wǎng)內(nèi)各類(lèi)海關(guān)平臺(tái)發(fā)送報(bào)警信息，實(shí)現(xiàn)防雷預(yù)警信息的實(shí)時(shí)共享。2.系統(tǒng)主要原理2.1雷電預(yù)警原理電場(chǎng)是由電荷建立的，雷閃的發(fā)生來(lái)源于雷云內(nèi)部的電荷累積；這樣，只要能夠準(zhǔn)確檢測(cè)空間靜電場(chǎng)的的改變，就可以間接了解雷云電荷累積的變化：基于上述原理，只要不停地檢測(cè)它所在位置的靜電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)變化，并排除/修正其它非雷云電場(chǎng)的干擾，然后反映在輸出

6、結(jié)果中并與三個(gè)場(chǎng)強(qiáng)門(mén)限相比較，以確定警報(bào)等級(jí)。因此，在第一次雷閃前，系統(tǒng)就已經(jīng)探測(cè)到雷閃發(fā)生的可能性，并且迅速發(fā)出危險(xiǎn)信息。從而對(duì)人員、設(shè)備提供良好的保護(hù)，降低雷擊造成的損失。同時(shí)由于雷云電場(chǎng)的自身建立存在客觀規(guī)律。通常情況下，系統(tǒng)的檢測(cè)半徑在10 - 15 km范圍。系統(tǒng)使用三個(gè)危險(xiǎn)警報(bào)分級(jí)來(lái)界定雷閃的接近程度。為了獲得足夠的預(yù)警效果，第一等級(jí)的場(chǎng)強(qiáng)門(mén)限應(yīng)設(shè)得相應(yīng)較低，第二等級(jí)將提供進(jìn)一步確定信息，而第三等級(jí)將激活自動(dòng)操作系統(tǒng)。當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)降到門(mén)限場(chǎng)強(qiáng)水平以下時(shí)，警報(bào)聲將停止。uALARM1 - 1級(jí)警報(bào)（門(mén)限默認(rèn)值為2KV/m）雷暴形成，對(duì)雷暴的初始活動(dòng)報(bào)警。uALARM2 - 2級(jí)警報(bào)（門(mén)限默

7、認(rèn)值為4KV/m）雷暴逼近，對(duì)正在接近的雷暴或在本地生成的雷暴報(bào)警。uALARM3 - 3級(jí)警報(bào)（門(mén)限默認(rèn)值為8KV/m）雷暴即將發(fā)生，對(duì)即將在監(jiān)測(cè)地發(fā)生的雷擊報(bào)警。2.2預(yù)警信息發(fā)送利用StormDetec系統(tǒng)具備網(wǎng)絡(luò)傳輸功能，主機(jī)輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)由獵雷者II監(jiān)控軟件把數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒氡O(jiān)控服務(wù)器。數(shù)據(jù)的傳輸遵循最常用的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，通過(guò)對(duì)各系統(tǒng)站點(diǎn)的IP地址的訪問(wèn)。通過(guò)海關(guān)管理網(wǎng)，所有的分關(guān)監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息將被實(shí)時(shí)傳輸?shù)街行谋O(jiān)控機(jī)房?jī)?nèi)一臺(tái)部署了我關(guān)技術(shù)人員自行開(kāi)發(fā)的防雷信息采集系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)上，在雷暴接近時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)對(duì)防雷信息進(jìn)行分類(lèi)處理，根據(jù)等級(jí)的不同做出不同的警報(bào)。海關(guān)自行開(kāi)發(fā)的中央監(jiān)控系統(tǒng)

8、主要由采集端軟件，服務(wù)器端軟件兩部分組成。利用StormDetec系統(tǒng)具備網(wǎng)絡(luò)傳輸功能，主機(jī)輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)由獵雷者II監(jiān)控軟件把數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒氡O(jiān)控服務(wù)器。數(shù)據(jù)的傳輸遵循最常用的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，通過(guò)對(duì)各系統(tǒng)站點(diǎn)的IP地址的訪問(wèn)。通過(guò)海關(guān)管理網(wǎng)，所有的分關(guān)監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息將被實(shí)時(shí)傳輸?shù)街行谋O(jiān)控機(jī)房?jī)?nèi)一臺(tái)部署了我關(guān)技術(shù)人員自行開(kāi)發(fā)的防雷信息采集系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)上，在雷暴接近時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)對(duì)防雷信息進(jìn)行分類(lèi)處理，根據(jù)等級(jí)的不同做出不同的警報(bào)。監(jiān)控系統(tǒng)采集端計(jì)算機(jī)通過(guò)RS232通信口，與StormDetec系統(tǒng)主機(jī)直接連接的；實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控電場(chǎng)數(shù)據(jù)和發(fā)出預(yù)警，并通過(guò)服務(wù)器內(nèi)網(wǎng)IP地址把數(shù)據(jù)傳到內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)器上

9、。中央監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器端通過(guò)管理網(wǎng)與采集端計(jì)算機(jī)連接，把從采集端采集到的數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)使用SQL server 2008；數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)(webstorm.MDB)SITEDATA表結(jié)構(gòu)(電場(chǎng)值數(shù)據(jù)表)SiteInfo表結(jié)構(gòu)(站點(diǎn)表) 系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)最新發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)包中的雷電值判斷警報(bào)級(jí)別，當(dāng)警報(bào)級(jí)別超過(guò)閾值時(shí)，及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息，利用短信平臺(tái)WebService，根據(jù)StormDetec系統(tǒng)可以在雷暴發(fā)展的不同階段發(fā)出三級(jí)警報(bào)短信，但從實(shí)際情況出發(fā)，我們認(rèn)為在系統(tǒng)發(fā)出第二級(jí)警報(bào)后用戶仍有充足的行動(dòng)時(shí)間，因此我們考慮的警報(bào)發(fā)送流程如下：系統(tǒng)一級(jí)警報(bào)：專職監(jiān)測(cè)人員立即就位，由接收到警報(bào)起三小時(shí)內(nèi)

10、不得離開(kāi)崗位。系統(tǒng)二級(jí)警報(bào) ：監(jiān)測(cè)人員立即確認(rèn)并連續(xù)兩次向用戶發(fā)送報(bào)警信息（該信息應(yīng)由系統(tǒng)設(shè)為最高優(yōu)先級(jí)予以發(fā)送）。系統(tǒng)三級(jí)警報(bào)：同上系統(tǒng)警報(bào)解除：監(jiān)測(cè)系統(tǒng)確認(rèn)危險(xiǎn)已解除后，連續(xù)兩次向用戶發(fā)送報(bào)警解除信息。為避免在雷電天氣開(kāi)始和結(jié)束時(shí)，防雷設(shè)備接收的雷電記錄在閾值附近徘徊進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)短時(shí)間內(nèi)向用戶發(fā)送大量警報(bào)信息和解除警報(bào)信息的情況，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了可自定義的警報(bào)信息與解除警報(bào)信息最小間隔時(shí)間，一般這個(gè)時(shí)間設(shè)定為1小時(shí)。3.關(guān)鍵的技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)該系統(tǒng)是將海關(guān)科技在基礎(chǔ)建設(shè)上累計(jì)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)與國(guó)際先進(jìn)防雷技術(shù)向結(jié)合。在此過(guò)程中，運(yùn)用的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)極具特色與創(chuàng)新。黃埔海關(guān)防雷工預(yù)警系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在于通過(guò)考察

11、大氣電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)變化，運(yùn)用雷電損害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的計(jì)算方法，定量地確定雷電發(fā)生可能性，預(yù)測(cè)雷電災(zāi)害的來(lái)臨。圍繞著雷擊造成電子設(shè)備過(guò)電壓的主要成因，并排除/修正其它非雷云電場(chǎng)的干擾，然后反映在輸出結(jié)果中并與三個(gè)場(chǎng)強(qiáng)門(mén)限相比較，以確定警報(bào)等級(jí)。利用短信平臺(tái)動(dòng)態(tài)發(fā)送防雷預(yù)警信息，及時(shí)、高效地通知監(jiān)管場(chǎng)所工作人員雷電災(zāi)害的來(lái)臨，防患于未然。為了確保海關(guān)監(jiān)管場(chǎng)所安全，避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失，加強(qiáng)防雷預(yù)警信息應(yīng)用的制度建設(shè)，制定相關(guān)防雷標(biāo)準(zhǔn)。防雷預(yù)警系統(tǒng)充分利用海關(guān)管理網(wǎng)和短信平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)當(dāng)?shù)乜臻g靜電場(chǎng)的變化，間接了解雷云電荷積累的變化，從而提前預(yù)測(cè)到雷閃發(fā)生的可能性，在建設(shè)防雷預(yù)警信息采集系統(tǒng)時(shí)，我處兼顧

12、預(yù)警監(jiān)測(cè)點(diǎn)的控制范圍、監(jiān)測(cè)的連續(xù)性、監(jiān)測(cè)的有效性以及構(gòu)網(wǎng)成本因素，采集靜電場(chǎng)變化數(shù)據(jù)。在總關(guān)架設(shè)防雷預(yù)警平臺(tái)服務(wù)器，制定防雷預(yù)警信息規(guī)范，收集相應(yīng)數(shù)據(jù)，利用中央監(jiān)控程序及時(shí)、準(zhǔn)確、高效地做出分析。4.項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益或社會(huì)效益情況系統(tǒng)于2011年11月底陸續(xù)完成，在寮步車(chē)場(chǎng)和長(zhǎng)安車(chē)場(chǎng)運(yùn)行良好，顯示這是一套功能齊全、設(shè)計(jì)完善的防雷預(yù)警功能體系，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、高效，而防雷工程規(guī)范管理也落實(shí)到位，取得切實(shí)成效。系統(tǒng)達(dá)到建設(shè)目標(biāo)。該系統(tǒng)大大提高了海關(guān)對(duì)雷電災(zāi)害的預(yù)警能力，為監(jiān)管場(chǎng)所創(chuàng)造了一套安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、高效的雷電災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)，提供了可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)保障，經(jīng)初步驗(yàn)證，取得的效益巨大：經(jīng)濟(jì)效益巨大。防

13、雷預(yù)警系統(tǒng)啟用至今，各類(lèi)電子設(shè)備的雷擊受損率也大幅度下降。僅計(jì)算機(jī)終端設(shè)備一項(xiàng)，系統(tǒng)啟用后，下降2040；近三年，隨著工程進(jìn)一步深入建設(shè)，由于供電線路感應(yīng)雷電而造成設(shè)備損壞故障幾乎降為零。網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備方面每年挽回大量經(jīng)濟(jì)損失。應(yīng)用效益顯著。現(xiàn)場(chǎng)科室設(shè)置了管理電腦，可實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的警報(bào)狀態(tài)。針對(duì)不在辦公室的現(xiàn)場(chǎng)工作人員，建立短信通知機(jī)制。發(fā)生三級(jí)警報(bào)后，系統(tǒng)向指定的手機(jī)號(hào)碼發(fā)送告警短信。當(dāng)告警消除、當(dāng)?shù)貧庀髼l件穩(wěn)定后，系統(tǒng)發(fā)出告警解除短信，以便現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)正常工作。系統(tǒng)推廣至今，已分別為長(zhǎng)安車(chē)檢場(chǎng)和寮步車(chē)檢場(chǎng)發(fā)出三級(jí)預(yù)警信息16和29次，共發(fā)送短信1600余條。期間，未再發(fā)生人員因雷擊受傷的情況。

14、防雷預(yù)警系統(tǒng)與“信息系統(tǒng)安全運(yùn)行平臺(tái)”對(duì)接。生成告警后，預(yù)警系統(tǒng)會(huì)將告警信息通過(guò)數(shù)據(jù)接口發(fā)送到安全運(yùn)行平臺(tái)，便于運(yùn)維人員掌握現(xiàn)場(chǎng)情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)告警情況社會(huì)效益明顯。工程大大地改善了全關(guān)區(qū)防雷預(yù)警效率，減少了以往因電信、雷雨等外部原因?qū)е碌臉I(yè)務(wù)中斷，大大減少了因雷電災(zāi)害對(duì)通關(guān)效率造成的影響，提升了海關(guān)為社會(huì)經(jīng)濟(jì)服務(wù)的質(zhì)量。結(jié)語(yǔ)本文淺談了我關(guān)防雷預(yù)警信息系統(tǒng)的一些功能和原理，由于水平所限，這套系統(tǒng)還有很多地方可以改進(jìn)，界面不夠人性化等。希望在今后的工作中能夠繼續(xù)完善，并為海關(guān)防雷工作作出更多貢獻(xiàn)。（責(zé)任編輯： ）參考文獻(xiàn)：1 張友生. 系統(tǒng)分析師. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2010.3-10.2 陳平 褚華. 軟件設(shè)計(jì)師. 北京: 清華大學(xué)出版社, 20