城市雷电预警方案

城市雷电预警方案

（第一版）

2018年11月20日

目录

一、前言3

1、参考标准或依据4

二、雷电预警系统设计4

1、雷电预警系统性能指标4

2、城市雷电预警系统整体设计5

3、硬件系统配置5

4、软件系统组成7

1）软件功能（见表1、2）7 2）雷电预警识别（表1、2、3）8

三、安装说明9

1、电场探头（T M C）的位置要求9

2、探头安装位置选择10

3、接地连接方式10

4、雷电预警系统数据转换箱安装11

5、系统电缆连接（含专用防水连接头）11

6、各地应用实例11

四、雷电预警系统工作原理12

五、雷电预警系统优点12

一、前言

雷电是一种非常复杂的自然现象，雷电灾害也是“联合国国际灾害十年”公布的最严重的十种自然灾害之一。雷电形成过程中伴随有声、光、热、电磁场等多种效应的产生，为雷电预警提供了有效的信息。

全球气候环境的不断恶劣，雷电灾害对学校等人员密集地的危害越来越严重；雷电灾害已对其造成不可忽视的威胁，一旦发生事故，后果不堪设想。

随着我国经济的发展，雷电对大城市的发展建设的威胁也不容忽视,雷电灾害发生率和危害程度，特别是对通信、媒体、计算机网络等设施呈现上升的趋势。一些重要设施、区域等都需要雷电的监测和预报，特别是一些户外重大活动更需要雷电和空间电环境的监测和短时预报。

虽然目前一些城市和地区先后建立了闪电定位监测网，这无疑为城市雷电监测提供了有利条件，但雷电的产生是雷雨云中电荷累积的结果，只有当雷雨云中电荷积累到一定程度达到击穿电场强度之后闪电才开始发生，闪电定位系统也才可能对其进行监测，所以这些定位系统无法探测到闪电形成前云中的电荷积累活动。1

随着雷雨云的发展，起电过程逐渐增强，电荷逐渐累积，云内外大气电场增大，云下的地面电场强度也随着雷雨云的发展演变而发生剧烈变化，地面大气电场仪通过感应测得雷雨云中电荷产生的静电场以及电场的极性和连续变化，从而得到雷雨云中强电荷中心的演变信息。由于地面大气电场是空中所有带电物在地面产生的电场的矢量和，所以单点地面大气电场的测量不能准确地反映雷雨云中的雷电活动状况，需要地面电场仪的组网观测并通过空中云场的观测大致确定雷雨云的空间位置，才能根据电场资料反演得到可靠的雷雨云中强电荷中心的强度、极性和分布全面地揭示雷雨云中电荷分布特征，为雷电的监测和预报提供更全面的信息。

因此通过组建地面电场仪网，结合其它气象观测手段，将为城市雷电和灾害性天气过程预报技术的发展提供新的方法，为城市安全和社会的稳定发展提供雷电安全保障服务。

雷电预警装置以地面静电场的物理测量理论和分析理论为基础，辅以科学测量手段及高性能数据处理、分析软件，实时采集、处理并分析当前区域内的电场变化情况，根据相应的数学模型，准确地推算出当前雷电情况并予以报警，同时作出相应措施，即可大大降低雷电灾害对城市居民及相关设施的影响。

1、参考标准或依据

1）电场变化参照依据

根据国内多个气象局的大气电场仪全年春季、夏季和秋季的监测资料，分析了当地大气电场各季节日变化、晴天和雷暴天气下的变化特征，分析结果表明：全年大气电场具有“双峰双谷”的日变化特征，峰值基本出现在07—09时和20—23时，谷值出现在04—06时和15—17时。对大多数陆地测站而言，电场日变化和地方时间有密切关系，但各地全年大气电场的平均值有差异，如：北京地区为0．31k V／m；哈尔滨地区为0.51k V/m;呈现晴天电场随纬度而增大，称为纬度效应。

另外，在工业区，由于空气中存在高浓度的气溶胶，电场强度会增至每米数百伏。2）雷暴电场特征及预警阀值参照依据

根据国内多个气象监测点数字，全年晴天大气电场的日变化规律要比年平均更为明显，其电场值要比全年日平均值大40％左右；雷电的发生与电场仪的快变抖动之间存在着很好的对应关系。根据大气电场的变化特征和所对应的雷暴过程对大气电场的雷电预警阈值评估，一般按照三级雷电警报，其预警阀值根据各地区情况有所差异。如：北京地区三级预警阀值值分别为2.84k V／m，5.58k V／m，8.29k V／m。哈尔滨地区为2.94k V/m，5.88k V/m，9.25k V/m。

二、雷电预警系统设计

1、雷电预警系统性能指标

1）预警时间：≤20分钟；

2）测量范围：-50k v/m－50k v/m；

3）雷电预警范围：≤10k m；

4）电场值分辨率：≤0.05K V/m；

5）防护等级：I P65

6）采用黄橙红三级声光预警，对于即将来临的雷电根据不同的强度等划分为不同的危险等级，从而发出不同的声光报警；

7）可在客户端上实时显示场强等信息；

8）具备信息记录功能，储存空间远远大于1年，方便用户查阅历史记录数据以及进行数据分析；

9）根据历史数据分析结果，可对设备报警阀值进行远程修改，降低设备雷电误报率。

2、城市雷电预警系统整体设计

由于城市居民、建筑、设备等均十分密集，固雷电预警探头部署采用网格化形式，每3～5公里安装一个雷电预警探头，形成预警保护网，在雷电来之际给出准备预警。如图1所示。

图1城市雷电预警网格化部署示意图

3、硬件系统配置

（1）电源、信号都采用单独配线有线传输方式

信号采用有线传输方式，将外部电场信号传至中心控制室。如图2所示。电场探测头安装在室外，客户端、交换机等装置（硬件）配置在中心控制室内。电源、信号都采用单独配线有线传输方式，信号采用有线传输方式，将外部电场信号传至每个通讯机房，通过城市网络将各个站点的雷电预警数据传送至中心控制室。

图2雷电预警硬件网络示意图（有线）

（2）电源单独配线信号采用G P R S无线模块传输方式

采用无线传输（利用G P R S网络），将外部数据无线传输至中心控制室。

如图3所示。