摘要 新形勢下全力做好能源化工行業(yè)及重大災情、突發(fā)社會公共安全事件、重大活動等現(xiàn)場防雷減災綜合服務，對陜西省防雷減災專業(yè)氣象服務工作提出了更高的要求。通過建設防雷減災綜合服務車項目，可全面提升和擴充防雷專業(yè)氣象服務的現(xiàn)場保障服務能力，從而滿足新形勢下不同場合現(xiàn)場保障服務的需求。

關(guān)鍵詞 防雷;減災;專業(yè)氣象服務;綜合服務車

中圖分類號：P429 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2022）04–0103–03

陜西是我國能源儲備和輸出大省，能源化工產(chǎn)業(yè)是陜西經(jīng)濟發(fā)展的核心支柱產(chǎn)業(yè)。大型能化企業(yè)整個產(chǎn)業(yè)鏈受到災害性天氣影響顯著。陜西能化項目多位于陜北黃土高原，氣候復雜多變，同時廠區(qū)占地面積大，設備儀器露天安置，且廣泛應用電子信息技術(shù)，對專業(yè)氣象的要求越來越高，精細化、系統(tǒng)性的需要也逐漸增多。因此，為國家重大建設項目提供全面、系統(tǒng)、精細化的專業(yè)氣象保障服務便成為題中應有之義。

近年來，陜西專業(yè)氣象服務能力發(fā)展較快，但在專業(yè)氣象服務中仍存在“小、低、散”的問題，在國家大型能化項目的服務中，綜合性、系統(tǒng)性、現(xiàn)代化、規(guī)范化、信息化程度有待提高，而且固定觀測設備的資料收集分析無法滿足大型能化園區(qū)專業(yè)氣象服務突發(fā)性、復雜性的要求，因此，建設陜西省防雷減災綜合服務車具有重大的現(xiàn)實意義。

1 設計思路與功能

防雷減災綜合服務車是以省級雷電預警系統(tǒng)和閃電定位系統(tǒng)為依托，配備車載式氣象觀測設備、移動式氣象觀測設備、防雷技術(shù)服務設備、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等，為人工影響天氣、防止和處置突發(fā)事件、自然災害事故等各種情況下的現(xiàn)場防雷應急保障提供現(xiàn)場雷電觀測、防雷檢測和預報預測分析等多種防雷保障綜合服務，也為進一步研究雷電的特性和預報方法獲取最為寶貴的近距離資料。同時，在任何地點均能通過衛(wèi)星通信或5G公網(wǎng)建立通信鏈路，再經(jīng)過地面氣象專網(wǎng)與國家、省、市、縣氣象局指揮車中心連接，快速進行數(shù)據(jù)傳輸、氣象預報預測分析、天氣視頻會商，可通過局域網(wǎng)等方式與現(xiàn)有的移動X波段雷達車、移動風廓線雷達車進行組網(wǎng)，組成陜西省氣象局移動應急系統(tǒng)（圖1）?？蓪崿F(xiàn)應急現(xiàn)場水平、垂直氣象觀測。

2 功能設計與實現(xiàn)

防雷減災綜合服務車按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為防雷減災應急指揮系統(tǒng)、現(xiàn)場氣象要素觀測系統(tǒng)、防雷檢測技術(shù)服務系統(tǒng)載車以及綜合保障系統(tǒng)[1]。

2.1 防雷減災應急指揮

防雷減災服務車的防雷減災應急指揮系統(tǒng)可建設通信網(wǎng)絡系統(tǒng)和視頻會商系統(tǒng)。可通過4G無線網(wǎng)絡借助VPN技術(shù)建立與省局內(nèi)網(wǎng)的連接，保證現(xiàn)場通信指揮暢通，以及現(xiàn)場與后方指揮中心的通信聯(lián)絡;高清視頻天氣會商功能不僅可以采集現(xiàn)場音視頻信息，還可實現(xiàn)雙向圖像、語音傳輸，通過無線傳輸?shù)姆绞?，與國家、省、市、縣氣象局指揮中心實現(xiàn)雙向互聯(lián)互通，快速進行數(shù)據(jù)傳輸、氣象預報預測分析、天氣視頻會商。使指揮機關(guān)在決策時能夠獲得現(xiàn)場的準確信息和關(guān)鍵細節(jié)。

現(xiàn)場氣象探測數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡系統(tǒng)上傳數(shù)據(jù)信息，通信網(wǎng)絡系統(tǒng)主要包括衛(wèi)星通信分系統(tǒng)、5G通信分系統(tǒng)、局域網(wǎng)絡分系統(tǒng)。衛(wèi)星通信分系統(tǒng)和5G通信分系統(tǒng)互為備份，相輔相成，主要負責應急保障車與數(shù)據(jù)中心的暢通通信。局域網(wǎng)絡分系統(tǒng)主要負責防雷減災綜合服務車內(nèi)部設備之間的相互通信。

視頻會商系統(tǒng)由視頻會議終端、車頂一體攝像機、混切矩陣、硬盤錄像機、數(shù)字調(diào)音臺、音響系統(tǒng)、話筒、4路視音頻分配器、液晶顯示器等組成。通過操作、監(jiān)視、控制各種設備，實現(xiàn)現(xiàn)場視音頻和多媒體信息的采集、切換、顯示、存儲、回放。對現(xiàn)場的視音頻信號進行采集、存儲、顯示、調(diào)度、傳輸，并通過衛(wèi)星或4G通信等傳輸?shù)街笓]中心，與現(xiàn)有的地面音視頻系統(tǒng)連接，使現(xiàn)場可以與指揮中心進行視訊會商，為指揮中心提供清晰、全面、直觀、形象、生動的應急現(xiàn)場情報資訊和多媒體信息，滿足對天氣會商的需求。

2.2 現(xiàn)場氣象要素觀測系統(tǒng)

現(xiàn)場氣象要素觀測系統(tǒng)主要包括車載自動氣象站、便攜式自動氣象站、大氣電場儀、閃電自動觸發(fā)儀、閃電高速攝像機、現(xiàn)場無人機氣象探測及視頻監(jiān)控系統(tǒng)[2]。根據(jù)環(huán)境和需求的不同可進行不同組合，提供滿足需求的現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)。

現(xiàn)場氣象要素觀測系統(tǒng)應包括1套車載六要素（溫度、濕度、氣壓、風向、風速、雨量）自動氣象站（表1）、1套大氣電場儀、1套閃電自動觸發(fā)儀、1套閃電高速攝像機、1套衛(wèi)星定位儀（GPS或北斗）、1套無人機氣象探測及視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

車載自動氣象站安裝在工程車車頂平臺上（圖2），選用中國氣象局規(guī)定的列裝產(chǎn)品，數(shù)據(jù)格式符合氣象業(yè)務觀測規(guī)定，能并入?yún)^(qū)域自動站網(wǎng)。

車載能見度能夠?qū)崿F(xiàn)應急現(xiàn)場能見度的測量。采用世界氣象組織認可的前散射測量原理（42°的特殊設計），保證更大的測量范圍，從而使檢測到的數(shù)據(jù)更具有代表性。儀器主要技術(shù)指標見表2所示。

車載自動氣象站采用可靠的三防設計，防護級別達到IP65級，能充分滿足不同場合的應用;精細的結(jié)構(gòu)設計保證快速安裝和拆卸;軍工級的電器標準提高了設備的環(huán)境適應性，充分保證設備穩(wěn)定性和可靠性;低功耗的特點適用多種供電方式;配置靈活，在六要素基礎上，預留2個備用接口，便于接入其他設備;多種通訊方式，可同時應用本地通訊和遠程無線通訊，以滿足不同需求;大容量數(shù)據(jù)存儲，存儲的時間間隔可任意設定，最小可設定到1 min;具有報警功能，當要素測量值超過用戶設定閾值或防雷模塊損壞時，主動報警。

為保證車載自動站風向風速觀測的規(guī)范性、數(shù)據(jù)的準確性，配備電動升降風桿和指北針。

電動升降桿具有電動和手動2種工作方式，且手搖操作方便;配備可拆卸的風向旗，并在風桿適當部位預留安裝卡口，使用時不影響車頂其他部件的工作。升降桿在工作時不需要采用鋼絲繩拉固;升降桿底部設有出水孔，安裝升降桿時，需在出水孔處預留一定的空間，使桿體內(nèi)積水能順利排出。

2.3 視頻監(jiān)控綜合系統(tǒng)軟件

車載自動氣象站配有氣象要素采集綜合顯示系統(tǒng)[3]。該系統(tǒng)具有設置、日志查詢、實時數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、設備管理、氣象報文等功能，實現(xiàn)車載自動站氣象信息采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、設備管理。

2.4 雷電監(jiān)測預警預報系統(tǒng)

防雷減災綜合服務車設有車載式雷電監(jiān)測站和大氣電場儀，雷電監(jiān)測站可自動采集和定位遙測100 km以內(nèi)的閃電放電參數(shù)，大氣電場儀通過測量地面大氣電場的變化，可以反演出高空云層電場的變化，對雷擊的危險性做出一定的預報，并把經(jīng)過預處理的閃電數(shù)據(jù)實時地通過通訊系統(tǒng)送到中心數(shù)據(jù)處理站，實時進行交匯處理[4]。信息處理和發(fā)布系統(tǒng)可以結(jié)合各類資料和分析意見，發(fā)布和更新現(xiàn)場信息，決定采取何種應急預案，降低雷暴天氣對人員、建筑物、用電設備等造成的影響和損害，提供處置決策參考。

雷電監(jiān)測站探測閃電發(fā)生時輻射出的電磁脈沖，利用垂直相交的2個感應線圈得出2個垂直的分向量，并根據(jù)矢量合成得出閃電發(fā)生的方向。依據(jù)以上原理，設計的閃電發(fā)生裝置，4個放電線圈分置在閃電定位儀東、南、西、北4個方向，通過控制器可以使放電線圈產(chǎn)生符合的閃電頻率和強度的電磁脈沖。通過閃電定位儀返回的數(shù)據(jù)與放電線圈的實際方位進行對比，可對閃電定位儀進行測試。

該系統(tǒng)結(jié)合實際業(yè)務需求，以地理信息系統(tǒng)為基礎，充分利用地理信息系統(tǒng)提供的多種功能，使產(chǎn)品表現(xiàn)形式多樣化，將探測結(jié)果直觀地展示給用戶，可快速準確地傳遞雷電信息，有利于防災減災服務。三維閃電專業(yè)版圖形顯示系統(tǒng)利用地理信息系統(tǒng)（GIS）和數(shù)據(jù)庫技術(shù)相結(jié)合進行開發(fā)。

2.5 防雷檢測技術(shù)服務系統(tǒng)

通過移動防雷檢測系統(tǒng)、防雷裝置在線監(jiān)測系統(tǒng)、雷電峰值電流測試系統(tǒng)，會同搭載各類檢測儀器，為重點大型項目提供全面、系統(tǒng)的防雷檢測技術(shù)服務[5]?？赏瑫r開展防雷工程質(zhì)量抽查、防雷產(chǎn)品質(zhì)量抽查、雷擊事故調(diào)查鑒定等。同時，通過閃電高速攝像系統(tǒng)，觀測閃電形成、先導、擊穿、回擊等整個過程，記錄自然閃電的形狀和結(jié)構(gòu)，進而查找雷電災害致災機理，為雷電專項服務、重大雷電災害分析和鑒定提供原理和技術(shù)支持。

2.6 載車

因防雷綜合服務車需搭載多種系統(tǒng)、設備等，載車需滿足搭載功能設備的重量和空間要求。由于能化項目等大多地處偏僻地區(qū)，且氣象災害、突發(fā)事件或大型活動發(fā)生地點存在不確定性，載車需具備較強的環(huán)境適應能力，為確保保障車可以到達鄉(xiāng)鎮(zhèn)，保障車必須具有較強的通過性。能夠在本通信指揮體系覆蓋地域范圍內(nèi)的氣候、地理環(huán)境條件下長期、可靠、正常使用。

綜合對比，考慮費用和建成后的掛牌、年審、保養(yǎng)等，載貨車二類底盤配中型集裝箱、中型依維柯、中巴車均可滿足需求。

2.7 綜合保障系統(tǒng)

綜合保障系統(tǒng)包括供電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)接收處理系統(tǒng)、駐車空調(diào)、車身電控穩(wěn)定系統(tǒng)、升降照明系統(tǒng)、調(diào)試測試維護維修工具等。其車體穩(wěn)定，能夠滿足各類車載設備所需動力，為工作人員提供比較舒適的工作環(huán)境。防雷綜合服務車配備的電源、照明以及輔助設備設施等須保障獨立、長時間地執(zhí)行任務。

車頂須保持良好的密封性和排水系統(tǒng)流暢。車頂設備應布局合理，避免設備間的相互影響和各通信系統(tǒng)間的相互干擾。車頂工作平臺應安全可靠。放置天線的位置應進行特殊加固。

服務車必須提供完整、安全的交流和直流配電系統(tǒng)?？偣β蕽M足全車滿負荷運行要求，并留有20%余量。市電供電、車載發(fā)電機供電可由車載配電系統(tǒng)任意切換。分別控制交直流電源，在明顯位置安裝電壓表、電流表以及頻率表，可檢測各路輸入的參數(shù)值。配備保護開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、控制開關(guān)以及發(fā)電機控制面板。安裝車載發(fā)電機，滿負荷工作不小于8 h。市電220 V接入車內(nèi)，提供交流電源。

作為眾多通信設備的載體，合理選擇防過壓保護器件對防雷電至關(guān)重要。壓敏電阻的高通流耐量、強耐浪涌能力、大極間電容適合電源口的防雷。感應雷電流按不超過5 kA計算，電源口防雷選用壓敏電阻標稱值為560 V/10 kA或680 V/10 kA即可。

為有效預防因雷擊而影響車內(nèi)設備的正常工作，在電源、信號輸入口設有避雷模塊，衛(wèi)星天線旁設有衛(wèi)星天線避雷裝置。為保證整車等電位接地，在電源、信號輸入口分別設有電源地、信號地以及車皮地。

各設備機柜均設有相互獨立的機殼地和信號地，并分設接地匯流條。廂體與車體連接為同一導體，其接地端子設在車體外部。通信車移動使用時，由接地鏈條接地，靜止使用時，由接地柱接地。車體避雷裝置設置獨立的接地體，并與車體絕緣，接地電阻≤10 Ω。車體的良好接地性能對雷擊能起到較好的防護作用。

3 效益分析

防雷綜合服務車完成并投入使用后，將大幅提升陜西省氣象部門大型能化項目專業(yè)氣象服務和防災減災能力。

3.1 產(chǎn)品更豐富，通信方式更有保障

通過在常規(guī)車載氣象六要素基礎上增添雷電監(jiān)測預警預報相關(guān)系統(tǒng)，可以為預報、決策提供更多第一手現(xiàn)場資料。通信方式增加的4G通信方式可以更快捷地將現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)、圖像發(fā)回數(shù)據(jù)中心，更快捷地進行現(xiàn)場天氣會商，為現(xiàn)場服務、決策贏得時間。

3.2 彰顯氣象科技實力，加強人才隊伍建設

防雷綜合服務車搭載各類探測設備、通信設備、預報服務系統(tǒng)能夠更好地提升現(xiàn)場氣象應急保障和專業(yè)氣象服務能力，讓項目方更加直觀地了解氣象科技實力、現(xiàn)場預報以及技術(shù)服務能力，增強防災減災的合力。同時為氣象系統(tǒng)培養(yǎng)出一支更全面、應急處置和專業(yè)技術(shù)服務更強的隊伍。

參考文獻

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責任編輯：黃艷飛

Design and Implementation of Comprehensive Service Vehicle for Lightning Protection and Disaster Reduction in Shaanxi Province

CHEN Wen （Shaanxi Emergency Early Warning Information Release Center， Xi’an Shaanxi 710014）

Abstract Under the new situation， make every effort to provide comprehensive on-site lightning protection and disaster reduction services for the energy and chemical industry and major disasters， sudden social and public security events， major activities and so on， which put forward higher requirements for the professional meteorological service of lightning protection and disaster reduction in Shaanxi province. Through the construction of lightning protection and disaster reduction comprehensive service vehicle project， the on-site support service capacity of lightning protection professional meteorological services can be comprehensively improved and expanded， so as to meet the needs of on-site support services in different occasions under the new situation.

Key words Lightning protection; Disaster reduction; Professional meteorological service; Integrated service vehicle

作者簡介 陳雯（1984—），女，陜西西安人，工程師，主要從事雷電科學與防護技術(shù)研究。

收稿日期 2022-01-12