舒诚舜 金乐 周海波

摘要

综合雷电预警管理系统，主要对某个区域中多处大气电场数据的采集、分层过滤和分析处理，通过网络传输，实现大数据集成可视化管理;最终实现多区域雷暴全过程的动态实时监测和提前预警;并提供了多区域的离线三维卫星地图展示;这种“分散监测、集中管理”的软件架构有助于提高数据的精度，降低差错率;可视化界面让数据的运用管理更加友好便捷。

【关键词】雷电预警 软件架构 可视化界面离线 卫星地图 大数妮分析

1 前言

在全世界范围内，每秒钟就有大约50次云对地放电过程，即每年有将近两百万次的云对地放电过程。雷电以及它所造成的次生灾害，都危及人类的生命财产安全，并且造成巨大的社会、经济及环境损失。如果在石化企业、油库、加油站、旅游景区、学校等重要的雷电敏感场所，对雷电进行主动的预测（预先对雷电进行实时监测）、预判（预先判断本区域雷电风险）、预警（提前发出告警信息）、预防（提前采取主动性防护措施），就可以有效避免或降低雷电灾害的后果。

随着科技的进步和电子信息技术的飞速发展，通过软件对某个区域中多处大气电场数据的分散采集、分析和监测，通过大数据的智能化分析，预判雷电强度及轨迹的变化趋势，最终实现准确预警。

2 系统架构

（1）系统吸收借鉴了工业过程控制中“集散控制”的理念，采取“分散监测，集中管理”的架构;各层加入不同算法，提高预警准确度，降低误报率;该系统主要分为下几层：

1.雷电侦测探头;

2.数据接口单元;

3.数据库服务器。

雷电侦测探头：采取限幅消抖滤波法以保证数据的稳定性和合法性;

数据接口单元：采用本地硬连接方式获取多个不同种雷电侦测探头数据，对不同种雷电侦测探头数据进行分析得出当前雷电预警级别;

数据库服务器：监控多台数据接口单元，并对所有数据进行统一管理分析，通过对同一个区域不同方位探头数据通过插值和最小二乘拟合，估计出雷云的运动轨迹;并形成该区域每年不同时间段的雷电统计报表;该系统通过可视化界面实时动态呈现出不同预警级别的预警效果和预警范围。

（2）每个雷电侦测探头表示一个具体区域中某一方位的某一处;

（3）数据接口单元采取分组管理，一组数据接口单元为一个区域;

（4）数据库服务器统计多个区域雷电数据，并具有大数据分析功能。

3 大数据分析

3.1 雷云轨迹

主要逻辑为分层分析，先对雷电侦测探头层进行数据分析比，对得出方位，再对数据接口层进行数据比对，得出最终雷云轨迹;并在地图控件中标注出来。

3.2 预警提示

通过对该区域往年大气电场数据的统计和分析，统计出该区域每年雷暴常发生的月份，把每个月定义为不同的名称，主要分为安全期、来临期、注意期和危险期;根据这些统计数据，就可以实现在每年不同阶段来临之前提前提醒用户做好相关防范准备。

4 系统可视化界面

4.1 三维离线卫星地图

通过MapDownLoader地图下载工具下载到多个区域的卫星三维地图资源到MySQL数据库中，使用GISMysqlToLocalFile软件将下载到Mysql数据库中的瓦片数据导出为Ctype？/{z}/{x}/{y}.png格式，并保存到本地文件;通过开源的地图MapBox控件加载出这些离线地图资源。离线地图资源保证了该系统在没有互联网的环境里正常的运行;通过缓存技术提高了地图资源的加载速度，让画面更流畅;

4.2 雷电侦测探头可视化

根据雷电侦测探头安装位置的经纬度，在MapBox地图上根据经纬度标注出这些探头，在界面右上角列出所有雷电侦测探头列表，并动态实时显示雷电侦测探头附近大气电场强度实时值等数据;通过点击雷电侦测探头列表数据行可以随意切换到当前雷电侦测探头的视角位置;根据数据换算产生不同种预警级别时雷电侦测探头图标和雷电侦测探头列表行都会呈现不同种颜色（分别为黄色、橙色和红色）来提示用户，并在雷电侦测探头上标注出雷电所处大概范围。这样就做到了对预警的一目了然。

4.3 数据曲线统计报表

针对枯燥的大气电场数据具有可视化的曲线统计报表;报表包括历史数据报表、雷电预警事件报表、雷暴日统计报表、雷击事件报表等在曲线图上使用不同种颜色来分辨数据，这样让所有大气数据管理起来更加直观。

5 结语

综上所述，采用“分散监测，集中管理”的系统软件部署架构，通过数据分层过滤，运用限幅消抖滤波法、插值和最小二乘拟合等多种算法，有效地保证了数据的稳定性和合法性，提高了雷电预警的准确度，同时降低了误报率;如果需要，也可将预警的时间进一步提前;通过离线三维卫星地图和各种不同的曲线报表让用户在管理多区域大气电场数据时更加直观和便捷;

一套理想的雷电预警系统应能实现预测、预判、预警和预防，使用户可以提前开展有针对性的雷电防护预防性措施，從而有效避免或降低对人身安全造成的伤害及对生产环境的破坏。

参考文献

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