闪电多点定位系统的开发与应用

苏 伟 罗佳俊

（1. 天津市防雷中心，天津 300074；2. 深圳市盾牌防雷技术有限公司，深圳 广东 518067）

闪电多点定位系统的开发与应用

苏 伟1罗佳俊2

（1. 天津市防雷中心，天津 300074；2. 深圳市盾牌防雷技术有限公司，深圳 广东 518067）

介绍开发闪电多点定位系统思路和框架结构，并提供核心源代码。该系统可对闪电定位系统监测到的闪电资料进行处理后存储于SQL2000数据库中，通过程序调用数据将闪电数据重新定位于地理信息地图中。该系统的开发与应用对于多个相同类型的大型建设工程、重点工程、爆炸和火灾危险环境、人员密集场所的雷击风险评估、雷电分布规律和雷灾事故调查具有重要的作用。

闪电监测；地理信息系统；多点定位

闪电是一种重要的灾害性天气现象[1]。由于闪电产生的瞬时放电电流强度大，常常对地面设施造成影响，严重的甚至发生人员伤亡事故，同时闪电放电时产生的强大电磁场对电子信息系统、易燃易爆场所等构成严重威胁。因此，对闪电进行准确的定位和监测就显得非常必要。随着我国雷电监测预警网的建立和不断完善，闪电同其它气象现象如气温、气压、风速风向、湿度等一样，已经可以实现全自动、连续性地记录监测，对于研究雷电时空分布规律、闪电参量的测量研究和采取有效措施减轻雷电灾害具有重要的价值。

现有雷电监测系统的图形显示终端虽然具有闪电数据查询功能，并与GIS信息结合在一起，但是满足不了雷电监测服务的实际需要，如不能对多个项目周围的雷电同时进行同时统计分析、不能对直观地看出不同统计半径范围内雷电分布状况等。因此，本文以雷电监测系统获取的闪电资料为基础，结合GIS系统，介绍闪电多点定位系统的开发与应用，从而更好地服务于防雷减灾和风险评估。

1 闪电定位监测系统介绍

雷电定位监测系统（Lightning Location System，LLS）基于当代雷电物理研究成果，采用卫星同步对时技术（GPS）、地理信息系统（GIS）和雷电遥测、波形传播延时处理以及超量程计算技术，结合“时间到达＋定向”综合定位模型，实时计算显示云对地雷击的发生时间、位置、雷电流幅值和极性、回击次数、每次回击的参数，并以雷击点的分时彩色图清晰地显示雷暴的运动轨迹[2]。LLS是一套全自动、大面积、高精度、实时雷电监测系统，是当代雷电探测和雷电预警领域的高新技术。

目前国际上应用的闪电定位监测系统主要由三大类[3]，一类是磁方向定位法（DMF），一类是时差定位法（TOA），另外一类是时差方向混合定位法（IMPACT），也是目前国内闪电定位监测系统采用的定位方法。从监测的数据看，定位方法有二站时差法、三站时差测向法、四站算法三种。国内常用的两种闪电定位监测系统为中国科学院空间科学与应用研究中心的ADTD型和中国华云公司的LD-II型两种。两者均可以监测到的闪电数据有时间、经度、纬度、强度、陡度、误差、定位方式、省、市、县等参数。

2 闪电多点定位系统的构架

考虑到各个地方的气象部门只拥有所在地区的闪电资料，为了便于管理闪电数据，提高数据的存储和调取速度，本系统采用客户机/服务器（Client/Server，C/S）模式，它是一种分布式系统结构。客户机通过互联网获取国家雷电监测预警中心的闪电数据，并存储到本地服务器的闪电信息数据库中，客户机具备一定的数据处理功能，用户在客户机端对服务器闪电信息数据库中的闪电数据进行调阅统计，同时调取本地的 mapinfo和 GISmap地图，并在客户端的显示器上显示定位图形，从而达到客户端共享数据和单独分析处理数据的目的。本系统适合于局域网络或者气象系统的内部网络专线，提高了数据库的安全性和访问速度。该系统基于VB.NET语言程序开发，采用的定位软件为 MapX 5.0，地图包为 GISmap，数据库软件 SQL2000，服务器系统Windows server 2003，系统结构图如图1所示。

图1 系统结构

3 闪电多点定位系统的开发

本文以中国气象局国家雷电监测预警网监测到的闪电数据为基础，介绍两种闪电多点定位系统的思想和核心代码。但是本系统可以兼容 ADTD和LD-II两种系统监测的雷电数据。两种闪电多点定位分别为同点不同半径的多点定位和不同点相同半径的多点定位，用于对某一点周围不同半径的雷电时空分布特征分析和项目类型相同、半径相同而位置不同的周围雷电时空分布特征。除了闪电定位在GIS系统上外，还统计出某段时间内每个点任意半径范围内总地闪次数、雷击大地密度、正闪次数、最大正闪、最小正闪、正闪比例、平均正闪、负闪次数、最大负闪、最小负闪、负闪比例和平均负闪等数据，并可查看每一次地闪的详细参数。

3.1 同点不同半径的多点定位功能实现

本功能实现的重点在于选择了闪电信息数据库，确定评估对象的经纬度后，能够筛选出某个时间段和半径内的闪电记录数据，并将闪电数据转换为正闪符号“+”和负闪符号“-”，同时显示在GIS地图上，所有的正、负闪电均落在以经纬度定位点为圆心的一个圆内，并将该圆在地图上画出。另外，将符合条件的闪电资料进行统计分析，自动计算出总地闪次数、雷击大地密度、正闪次数、最大正闪、最小正闪、正闪比例、平均正闪、负闪次数、最大负闪、最小负闪、负闪比例和平均负闪等数据。同时，可以预览符合条件的筛选出来的闪电数据，并导出为 EXCEL文件。当半径发生变化而评估点和时间段固定时，不同半径范围内的闪电信息将全部显示在GIS地图上，并自动完成上述统计计算功能。

1）筛选数据

筛选数据的要点在于计算闪电信息数据库中指定时间段内的每条闪电记录中经纬度与指定点经纬度之间的距离，当距离小于或等于半径 r时，符合要求，当距离大于半径 r时不符合要求。后台数据库数据逐行查询和符合半径范围内的数据筛选核心代码如下：

2）正、负地闪在GIS地图上的显示

该功能的要点在于在地图上创建一个临时层，并通过函数将正、负闪电记录转换为图片显示在临时层。当输入多个半径时，分别创建不同的临时层。核心代码如下：

3）闪电资料统计

本功能的重点在于区分正、负闪电的数量及幅值大小等，核心代码如下：

3.2 不同点相同半径的多点定位功能实现

该功能与同点不同半径的多点定位功能的区别在于，多点定位可以保存项目，将多个属性相同的项目分别同时定位在地图上，并对闪电资料进行统计定位。闪电信息数据筛选、统计、定位与同点不同半径的多点定位功能类似，再次不在列举代码。新建不同点相同半径的多点定位功能核心代码如下：

4 闪电多点定位系统的应用

本应用以中国石化股份公司天津分公司100万t/年乙烯及配套项目和天津京津塘高速公路 3个收费站为例，分别分析2011年内不同半径及相同半径内的闪电时空分布规律。

图2 闪电多点定位系统界面

4.1 闪电信息数据库的链接

闪电信息数据库是该系统用于存储、调阅闪电数据的重要后台处理平台。该平台采用SQL2000作为数据库，具有存储数据大、速度快的特点。用户通过本软件的数据库设定功能，可以很方便的将数据库连接上，从而实现数据库与客户端的数据交换。设定数据库连接的界面如图3所示。

4.2 同点不同半径的多点定位功能应用

以中国石化股份公司天津分公司 100万 t/年乙烯及配套项目为例，分析2011年全面附近3～5km范围内的落雷概况，并统计出以下参数。

图3 数据库的设定与连接

表1 中心经纬度117.4096，38.82432011年3～5km范围内闪电数据统计

中国石化股份公司天津分公司100万t/年乙烯及配套项目2011年内的闪电数据查询统计如表1所示。

图4 经纬度117.4096，38.82432011年3～5km范围内闪电定位

4.3 不同点相同半径的多点定位功能

该功能对于属性相同、地理位置不同的大型项目、重点项目和易燃易爆项目等的闪电定位监测具有重要的意义。对大型项目的闪电状况进行闪电定位监测，必要时结合大气电场监测系统发布雷电预警，并对大型项目，易燃易爆项目和人员密集场所进行雷电专项服务。

表2 京津塘高速公里收费站3公里范围落雷数据统计表（取三个站为例）

图5 京津塘高速公里收费站3km范围闪电定位

5 结论

该软件通过测试，可以稳定地运行在Windows XP和Windows 7系统中，并且可以实现预期的功能。全面地统计闪电数据并分析其活动规律，对于防雷减灾工作意义重大。闪电多点定位系统的开发和应用为防雷减灾工作尤其是雷击风险评估工作提供了可靠的闪电数据和直观闪电分布规律，为决策者快速做出科学决策、提高公共服务水平具有重要的作用。

[1] 周后福. 安徽省雷电监测预报及风险评估[M]. 合肥：中国科技大学出版社, 2010.

[2] 朱义东，邵宝珠，凌立平. 雷电定位系统在辽宁电网的应用[J]. 东北电力技术, 2009(12): 24-26.

[3] 梁华，徐志龙，马良，等. 浅谈LD-Ⅱ型时差法雷电定位系统[J]. 气象水文海洋仪器, 2009(2): 67-69.

Development and Application of Lightning Location System

Su Wei1 Luo Jiajun2
(1. Tianjin Lightning Protection Center , Tianjin 300074;2. Shenzhen DOWIN Lightning Technologies Co., Ltd, Shenzhen, Guangdong 518067)

Introduces the thinking and the framework of developing the lightning location system,and provide the core source code. This system can be used for storing the lightning data in the SQL2000database which from the lightning location system to monitor, and according the program calls the data to put lightning data relocation to geographic information map. The development and application of the system plays an important role in the same type of large construction projects, key projects, explosion and fire hazardous environment, personnel intensive places risk assessment of lightning, thunder and lightning disaster distribution accident investigation.

lightning monitoring; geographic information system; multi point positioning

苏 伟（1960-），男，高级工程师，主要研究方向：雷电监测预警与风险评估。