田　兵，李　冬，鄧　昊，于海濤，顏　康

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司，濟(jì)南　250001）

基于實(shí)時(shí)氣象信息的電網(wǎng)災(zāi)害預(yù)警分析

田兵，李冬，鄧昊，于海濤，顏康

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司，濟(jì)南250001）

氣象信息作為電網(wǎng)系統(tǒng)中的獨(dú)立部分，沒(méi)有與電網(wǎng)GIS結(jié)合。當(dāng)氣象災(zāi)害發(fā)生時(shí)，由于未能及時(shí)有效地預(yù)警，無(wú)法提前預(yù)知?dú)庀鬄?zāi)害對(duì)電網(wǎng)設(shè)備的影響，只能在氣象災(zāi)害發(fā)生后采取對(duì)應(yīng)措施，影響了電網(wǎng)的可靠供電。在電網(wǎng)GIS中對(duì)電網(wǎng)資源和氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行格網(wǎng)化表達(dá)，能夠直觀展示電網(wǎng)資源受氣象變化影響后的空間分布及山東省內(nèi)不同區(qū)域的分布規(guī)律，還能夠在時(shí)間上形成以格網(wǎng)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)系列，便于實(shí)時(shí)分析氣象數(shù)據(jù)對(duì)電網(wǎng)設(shè)備的影響。

電網(wǎng)GIS平臺(tái)；實(shí)時(shí)氣象；災(zāi)害預(yù)警；格網(wǎng)化；關(guān)聯(lián)分析

0　引言

電網(wǎng)設(shè)施監(jiān)測(cè)預(yù)警水平的高低直接影響電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。在發(fā)生氣象災(zāi)害的緊急情況下，及時(shí)準(zhǔn)確獲取當(dāng)前受災(zāi)電網(wǎng)設(shè)施實(shí)時(shí)氣象信息及氣象預(yù)警信息，可以充分發(fā)揮應(yīng)急力量，控制事態(tài)發(fā)展，保護(hù)電網(wǎng)設(shè)備和人員安全，并減少損失。在GIS平臺(tái)中，由于空間多元數(shù)據(jù)量大而雜，劃分格網(wǎng)的單元數(shù)據(jù)量大，速度慢，格網(wǎng)質(zhì)量難以保證，嚴(yán)重影響GIS平臺(tái)運(yùn)行效率。而且怎樣從海量數(shù)據(jù)中尋找有用數(shù)據(jù)對(duì)GIS平臺(tái)來(lái)說(shuō)是一個(gè)重要的課題。

為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提出一種基于GIS平臺(tái)氣象影響范圍分析災(zāi)害預(yù)警分析方法，根據(jù)GIS平臺(tái)中格網(wǎng)數(shù)量生成格網(wǎng)矩陣，通過(guò)對(duì)矩陣內(nèi)多元數(shù)據(jù)元素和氣象變化數(shù)據(jù)的分析，綜合計(jì)算、精確剖析氣象變化對(duì)各電網(wǎng)設(shè)備（桿塔、變電站、電纜等）造成的影響，使電網(wǎng)運(yùn)維部門(mén)能夠直接查看故障電網(wǎng)設(shè)備。

1　基于實(shí)時(shí)氣象信息的電網(wǎng)災(zāi)害預(yù)警分析方法

1.1數(shù)據(jù)接入和數(shù)據(jù)集成規(guī)范

由于氣象數(shù)據(jù)與電網(wǎng)資源數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接入方式、數(shù)據(jù)格式及存儲(chǔ)使用規(guī)范不同，需要一整套完善的氣象數(shù)據(jù)接入及數(shù)據(jù)集成規(guī)范。包括：氣象信息獲取，即通過(guò)建立專門(mén)氣象數(shù)據(jù)通道，第一時(shí)間獲取氣象部門(mén)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息、預(yù)警信息及各種災(zāi)害預(yù)報(bào)信息；建立氣象數(shù)據(jù)接入及集成規(guī)范，即根據(jù)數(shù)據(jù)類型及電網(wǎng)對(duì)氣象數(shù)據(jù)需求制定專門(mén)的氣象數(shù)據(jù)接入及集成規(guī)范，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間的氣象數(shù)據(jù)交互。

1.2可靠的氣象數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及分析機(jī)制

建立基于電網(wǎng)GIS的氣象數(shù)據(jù)服務(wù)器，按照信息安全規(guī)定，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)、預(yù)警數(shù)據(jù)、專題服務(wù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型、全省電網(wǎng)設(shè)施分布及氣象監(jiān)測(cè)站分布進(jìn)行氣象數(shù)據(jù)預(yù)處理，提高前臺(tái)數(shù)據(jù)展示效率。

1.3基于電網(wǎng)GIS的氣象數(shù)據(jù)展現(xiàn)

1）建立電網(wǎng)GIS氣象數(shù)據(jù)庫(kù)，針對(duì)不同的氣象數(shù)據(jù)格式（格點(diǎn)數(shù)據(jù)、XML格式數(shù)據(jù)、TXT格式數(shù)據(jù)和二進(jìn)制格式）分別建立數(shù)據(jù)表；創(chuàng)建電網(wǎng)GIS氣象數(shù)據(jù)庫(kù)索引；建立數(shù)據(jù)庫(kù)過(guò)濾標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；創(chuàng)建不同氣象數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)字段，即建立與每種數(shù)據(jù)格式對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)字段。

2）分別對(duì)不同格式的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理內(nèi)容包括：將風(fēng)速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為風(fēng)力等級(jí)，將角度轉(zhuǎn)化為風(fēng)向，生成風(fēng)標(biāo)圖片；將溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為溫度范圍，將氣象編碼轉(zhuǎn)化為天氣預(yù)報(bào)圖片；將天氣預(yù)報(bào)圖片、風(fēng)標(biāo)圖片以及溫度范圍3個(gè)要素合成一張圖片；對(duì)原始數(shù)據(jù)和處理后的數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)至電網(wǎng)GIS氣象數(shù)據(jù)庫(kù)；對(duì)TXT文本格式的地質(zhì)災(zāi)害或森林火險(xiǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描分析，提取預(yù)警級(jí)別、類型、發(fā)布時(shí)間、預(yù)警發(fā)布單位、有效時(shí)限信息進(jìn)行分類存儲(chǔ)。將處理完成的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成電網(wǎng)GIS能夠存儲(chǔ)并直接展示的數(shù)據(jù)格式，并存儲(chǔ)至電網(wǎng)GIS氣象數(shù)據(jù)庫(kù)。

標(biāo)準(zhǔn)氣象數(shù)據(jù)接口包括氣象數(shù)據(jù)接收端數(shù)據(jù)接口（用于實(shí)時(shí)接收氣象數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)），氣象數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口（用于向電網(wǎng)GIS提供氣象數(shù)據(jù)），對(duì)外接口（電網(wǎng)GIS對(duì)外提供統(tǒng)一的氣象服務(wù)接口）。

3）對(duì)電網(wǎng)GIS氣象數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)不同格式的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行解析，并將解析的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至前臺(tái)服務(wù)器。

4）對(duì)于解析出的數(shù)據(jù)，利用灰度增強(qiáng)方法對(duì)可調(diào)用的氣象數(shù)據(jù)的最大范圍進(jìn)行擴(kuò)展，增強(qiáng)展示效果。

1.4電網(wǎng)設(shè)施精確定位及關(guān)聯(lián)分析

根據(jù)氣象局提供的氣象監(jiān)測(cè)站坐標(biāo)信息對(duì)電力設(shè)備的地理坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)校準(zhǔn)，再通過(guò)16進(jìn)制轉(zhuǎn)換坐標(biāo)，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系將氣象監(jiān)測(cè)站坐標(biāo)信息定位到電網(wǎng)GIS地圖中；直接由電網(wǎng)GIS平臺(tái)導(dǎo)出設(shè)備圖層至電網(wǎng)GIS地圖中，將經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后的1600多個(gè)監(jiān)測(cè)站坐標(biāo)定位到電網(wǎng)GIS地圖，建立單獨(dú)的氣象圖層。具體步驟為：

1）根據(jù)實(shí)際的查詢需求，在電網(wǎng)GIS平臺(tái)上選取設(shè)備圖層范圍。

2）查詢?cè)O(shè)備圖層范圍內(nèi)氣象監(jiān)測(cè)站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的氣象數(shù)據(jù)。

3）將有氣象數(shù)據(jù)的圖層與電網(wǎng)GIS平臺(tái)的設(shè)備圖層進(jìn)行疊加。

4）根據(jù)氣象圖層和電網(wǎng)設(shè)備圖層疊加結(jié)果分析設(shè)備空間分布情況及監(jiān)測(cè)站氣象要素，確定當(dāng)前設(shè)備的氣象信息，實(shí)現(xiàn)氣象信息與電力設(shè)備關(guān)聯(lián)。還可以圓周范圍動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)，根據(jù)不同時(shí)間實(shí)際情況，可以人工調(diào)整關(guān)聯(lián)范圍，關(guān)聯(lián)氣象要素及電力設(shè)備對(duì)象，如根據(jù)冬季凍雨易發(fā)時(shí)增大關(guān)聯(lián)范圍，綜合分析大監(jiān)站與區(qū)域站 （大監(jiān)站為24 h值守大型氣象監(jiān)測(cè)站，監(jiān)測(cè)要素齊全，準(zhǔn)確性高；區(qū)域站為無(wú)人值守自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，監(jiān)測(cè)要素少，準(zhǔn)確性相對(duì)較低），詳細(xì)了解電力設(shè)備周?chē)鷼庀笄闆r，如圖1所示。

圖1　電網(wǎng)設(shè)施精確定位

1.5電網(wǎng)資源格網(wǎng)化氣象影響范圍分析

圖2　影響范圍分析

把地理區(qū)域劃分為多塊網(wǎng)格，并根據(jù)GIS平臺(tái)中網(wǎng)格數(shù)量生成網(wǎng)格矩陣；實(shí)時(shí)獲取氣象信息；在GIS平臺(tái)前端容器進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)；并按照氣象信息對(duì)電網(wǎng)設(shè)施影響要素等功能展示的要求進(jìn)行顯示調(diào)用圖層算法編制與部署，根據(jù)接收氣象數(shù)據(jù)的邏輯處理動(dòng)態(tài)調(diào)用到圖層；把地理區(qū)域劃分為多塊網(wǎng)格，并根據(jù)GIS平臺(tái)中網(wǎng)格數(shù)量生成網(wǎng)格矩陣；實(shí)時(shí)獲取氣象信息；在GIS平臺(tái)前端容器進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)；按照氣象信息對(duì)電網(wǎng)設(shè)施影響要素等功能展示的要求進(jìn)行顯示，如圖2所示。

2　實(shí)現(xiàn)功能

2.1實(shí)時(shí)氣象監(jiān)測(cè)功能

將覆蓋山東省1 600多個(gè)氣象監(jiān)測(cè)站的實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)在電網(wǎng)GIS平臺(tái)上與變電站、線路、桿塔等矢量數(shù)據(jù)疊加結(jié)合，可實(shí)時(shí)掌握變電站及輸電走廊附近的溫度、風(fēng)向、風(fēng)速、相對(duì)濕度、降水強(qiáng)度、地面氣壓、能見(jiàn)度等氣象監(jiān)測(cè)信息，為電網(wǎng)提供直觀的氣象實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)上點(diǎn)擊相應(yīng)電網(wǎng)設(shè)施在顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的同時(shí)，提供以上要素過(guò)去24 h演變曲線，研究了解氣象演變對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響規(guī)律。

2.2災(zāi)害性天氣預(yù)警功能

實(shí)現(xiàn)對(duì)省、市、縣3級(jí)預(yù)警信號(hào)及14類災(zāi)害性天氣預(yù)警信息在國(guó)網(wǎng)GIS系統(tǒng)上的實(shí)時(shí)展示，同時(shí)與此范圍內(nèi)的電力設(shè)施相關(guān)聯(lián)，生成受影響的設(shè)備列表。另一方面，根據(jù)山東地域氣候特點(diǎn)和電網(wǎng)實(shí)際分布，結(jié)合衛(wèi)星云圖、雷達(dá)圖等精準(zhǔn)專業(yè)預(yù)報(bào)預(yù)警和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，可生成山東電網(wǎng)雷電、強(qiáng)降雨、大風(fēng)、大霧、臺(tái)風(fēng)、高溫等氣象專題圖。利用電網(wǎng)GIS平臺(tái)中移動(dòng)GIS支撐和三維GIS應(yīng)用，拓展相關(guān)氣象信息數(shù)據(jù)的短信推送、手機(jī)發(fā)布、基于GIS的移動(dòng)應(yīng)用和三維應(yīng)用等功能，如圖3所示。

圖3　氣象災(zāi)害預(yù)警及處置分析

2.3電網(wǎng)故障預(yù)警功能

將氣象監(jiān)測(cè)預(yù)警數(shù)據(jù)與電網(wǎng)設(shè)備抗災(zāi)害等級(jí)信息結(jié)合，分析災(zāi)害情況下可能發(fā)生故障的設(shè)備，生成故障設(shè)備文件，發(fā)送至調(diào)度智能分析模塊。

2.4調(diào)度智能分析功能

結(jié)合氣象預(yù)警數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的電網(wǎng)故障分析計(jì)算，計(jì)算結(jié)果包括電網(wǎng)事故總體狀態(tài)、失電區(qū)域線路、變電站和用戶、按失電區(qū)域提供調(diào)度恢復(fù)供電參考方案，并將計(jì)算結(jié)果傳送到應(yīng)急系統(tǒng)，為應(yīng)急系統(tǒng)的狀態(tài)查看、應(yīng)急啟動(dòng)、方案生成提供參考信息。

2.5預(yù)警狀態(tài)分析功能

應(yīng)急系統(tǒng)獲取調(diào)度智能分析模塊的計(jì)算結(jié)果，查看預(yù)警事故可能造成的停電區(qū)域線路和用戶情況及調(diào)度智能分析模塊提供的參考方案。

3　應(yīng)用及意義

3.1實(shí)際應(yīng)用

2014-05-12防災(zāi)減災(zāi)綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)上線試運(yùn)行，氣象監(jiān)測(cè)、氣象預(yù)警、電網(wǎng)氣象、輔助決策、信息報(bào)送、應(yīng)急處置等主要功能開(kāi)始推廣試用。

2014-05-27煙臺(tái)強(qiáng)對(duì)流天氣災(zāi)害及2014-05-29威海山火應(yīng)急處置期間，結(jié)合災(zāi)害地點(diǎn)實(shí)時(shí)氣象、電網(wǎng)分布，實(shí)時(shí)監(jiān)控災(zāi)害發(fā)展態(tài)勢(shì)，為應(yīng)急處置提供了最直接有效的技術(shù)支持。

2015年“4.17”煙臺(tái)龍口山火監(jiān)測(cè)預(yù)警、“6.10”強(qiáng)對(duì)流災(zāi)害天氣、第9號(hào)臺(tái)風(fēng)“燦鴻”等應(yīng)急處置期間，憑借實(shí)時(shí)、有效的監(jiān)測(cè)預(yù)警數(shù)據(jù)，在著火點(diǎn)控制、臺(tái)風(fēng)預(yù)警等方面發(fā)揮了巨大作用，體現(xiàn)了很強(qiáng)的實(shí)效性。

3.2現(xiàn)實(shí)意義

通過(guò)GIS應(yīng)用提升電網(wǎng)精益化管理水平。電網(wǎng)GIS平臺(tái)采用開(kāi)放的架構(gòu)、通用的技術(shù)，整合了基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和電網(wǎng)資源數(shù)據(jù)，基于實(shí)時(shí)氣象的電網(wǎng)災(zāi)害預(yù)警分析對(duì)提升GIS系統(tǒng)功能、深化GIS應(yīng)用具有深遠(yuǎn)意義，提升了電網(wǎng)的精益化管理水平。

提升了電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)能力。氣象部門(mén)精細(xì)化氣象數(shù)據(jù)，集成電網(wǎng)GIS平臺(tái)地圖資源數(shù)據(jù)與電網(wǎng)資源數(shù)據(jù)，將監(jiān)測(cè)預(yù)警氣象信息數(shù)據(jù)在應(yīng)急處置、電網(wǎng)運(yùn)行、供電服務(wù)預(yù)警等方面進(jìn)行深化應(yīng)用，提高了電網(wǎng)對(duì)災(zāi)害的防范、抵抗能力。

提高了突發(fā)事件中響應(yīng)速度和調(diào)度準(zhǔn)確性?；趯?shí)時(shí)氣象的電網(wǎng)災(zāi)害預(yù)警分析為各級(jí)調(diào)度監(jiān)視電網(wǎng)運(yùn)行狀況，出現(xiàn)問(wèn)題要迅速開(kāi)展先期處置，確保主網(wǎng)穩(wěn)定、供電平穩(wěn)；為各單位組織搶修 隊(duì)伍，提前進(jìn)駐電網(wǎng)易發(fā)事故地點(diǎn)附近的安全區(qū)域，充分發(fā)揮應(yīng)急救援基干分隊(duì)作用，確保以最快速度展開(kāi)電網(wǎng)搶修。提高供電企業(yè)內(nèi)部各部門(mén)、各單位間協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)，形成合力，提高應(yīng)急指揮及決策效率，全面做好應(yīng)急裝備和物資提供。

4　結(jié)語(yǔ)

加強(qiáng)基于實(shí)時(shí)氣象的電網(wǎng)災(zāi)害預(yù)警分析研究，提升電網(wǎng)系統(tǒng)基于氣象因素的防災(zāi)減災(zāi)能力，對(duì)增強(qiáng)應(yīng)急指揮決策管理水平具有重要意義。因此，未來(lái)應(yīng)重點(diǎn)完善電網(wǎng)—?dú)庀舐?lián)動(dòng)機(jī)制，深化基于電網(wǎng)GIS的氣象應(yīng)用水平，最大限度地使電網(wǎng)資源運(yùn)行少受氣象災(zāi)害的侵?jǐn)_，提升電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)水平。

［1］國(guó)家電網(wǎng)公司，國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司，國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司紹興供電公司，等.基于GIS的電網(wǎng)防臺(tái)救災(zāi)輔助決策支持系統(tǒng)：中國(guó)，201310747527.6［P］.2013-12-31.

［2］張鐵英.基于GIS的多源氣象數(shù)據(jù)合成與分析［J］.黑龍江科技信息，2013（4）：35.

［3］程耿東，蔡文學(xué).基于分災(zāi)模式的結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)設(shè)計(jì)概念初探［J］.自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，1996（1）：22-27.

［4］羅文芳.提高應(yīng)對(duì)氣象災(zāi)害應(yīng)急服務(wù)能力的探討與思考［J］.防災(zāi)科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2008（2）：11-15.

［5］唐田.關(guān)于電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)問(wèn)題的研究與探討［J］.云南電力技術(shù)，2012（6）：14-20.

Grid Disaster Warning Based on Real-time Weather Information

TIAN Bing，LI Dong，DENG Hao，YU Haitao，YAN Kang
（State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250001，China）

As an independent part of the grid system，meteorological information does not combine with grid GIS.When meteorological disasters occur，because of the failure to alert in a timely and effective manner，the meteorological disaster impact on power grid equipment cannot be predicted.Corresponding measures are taken only after disasters which seriously affects reliable power supply.The gridding of grid resources and meteorological data in the grid GIS can directly display the spatial distribution of grid resources after climate change，and the distribution law of different areas in Shandong province.Data series based on the lattice network are formed in terms of time，which are convenient for the real-time influence analysis of meteorological data for grid equipment.

grid GIS platform；real-time weather；disaster warning；gridding；correlation analysis

TM7；P45

A

1007-9904（2015）11-0040-03

2015-06-07

田兵（1965），男，高級(jí)工程師，從事信息通信管理工作；

李冬（1971），男，高級(jí)工程師，從事信息管理工作；

鄧昊（1982），男，工程師，從事信息化咨詢工作；

于海濤（1980），男，工程師，從事信息化咨詢工作；

顏康（1982），男，工程師，從事信息化咨詢工作。