集控中心卫星云图的建设及应用

张孙蓉

（贵州乌江水电开发有限责任公司水电站远程集控中心，贵州 贵阳550001）

卫星云图是监测和预警预报流域降水的直观实用的现代化工具，是水库防汛和生产调度不可或缺的重要信息。它在识别天气、监视和预报暴雨及台风等灾害性天气等方面，具有重要作用。由于梯级流域水电站水库调度中，对降雨预报的要求比较高，利用卫星云图对天气和洪水进行假想预报，可以提高假想预报的准确性，充分发挥梯级水库的防洪能力，减轻上下游的洪水灾害，提高水库利用率，进而在一定程度上最大限度地发挥电站的效益。

贵州乌江水电开发有限责任公司开发建设乌江干流贵州境内河段梯级水电站，已建成共9座水电站，总装机容量达到866.5万kW的大型梯级水电站群。水电站远程集控中心（简称集控中心）是乌江公司的生产指挥中心，是公司的发电调度控制机构，承担公司优化调度、洪水调度、远程控制、电量营销、火电监管等职能。

1 系统组成

现集控中心卫星云图系统接收和处理风云二号（FY-2）静止气象卫星数据的多功能处理系统。它不仅可以接收和处理云图资料，而且可以处理和分析常规天气观测报告、数字化天气雷达图像等气象资料。系统直接获取卫星的数据格式S-VISSR2.0或HiRID，写入硬盘并实时显示三维云图。集控水库调度人员利用卫星云图估算和预报梯级流域降水，同时利用精细化卫星云图与乌江流域遥测雨量站信息进行实时降水监测和预警分析。根据乌江公司安全、稳定、经济运行的需要，按“优化调度”生产管理模式。

1.1 系统硬件

系统硬件由3 m抛物面天线、馈源、低噪声放大器及下变频器（抗干扰）、云图数字接收机、USB数据进机和卫星云图数据处理服务器组成，系统结构见图1。

图1 卫星云图系统拓扑图

1.2 系统软件

软件由气象卫星云图接收处理软件、云图定量估算降水和预报软件模块、气象卫星三维云图制作软件模块、双星云图产品浏览器软件模块和云图精细化与乌江流域降水监测预报系统组成。软件结构见图2。

图2 软件结构

2 系统功能

卫星云图能够对风云2（FY-2）气象卫星的云图数据进行接收实时处理，每小时接收数据，汛期时每30 min/次，数据进机实时显示图像和扫描线，自动提取卫星参数，形成进机数据参数文件，实时生成位图并存储。经处理后的云图数据，生成1280×1024×24 bit的卫星投影红外1、红外2、红外4、三维、水汽和可见光图像文件。根据可见光云图太阳高度角及任意位置点云的返照率、计算可见光云图上低于某一给定反照率云的面积；根据红外及水汽云图上任意位置点的云顶温度，计算红外云图上低于某一给定温度云的面积。

云图精细化与乌江流域降水监测预报系统结合水情测报系统以WEB页面的方式展示，具有卫星云图、雷达预警、降水预报和台风预报4个模块。云图精细化与乌江流域降水监测预报系统界面见图3。

图3 云图精细化与乌江流域降水监测预报系统界面

卫星云图提供风云2号气象卫星红外1、水汽、可见光图像，以云图估测乌江流域未来1～3 h短时降水。雷达预警能提供乌江流域8个子流域天气雷达基本反射率图像查询显示，根据雷达数据估测瞬时降水。降水预报页面主要提供全国未来短时（1日内逐 6 h）及短期（1～3 d 逐 24 h）降水信息，结合地理信息系统（GIS），查询不同时间段内各个区域的降水分布情况。乌江流域内测站云图参数和降水预报图表显示输出等功能，具有生成可供浏览的图像资料、并具有瞬时降水强度估算、累积降水预报、流域面雨量预报统计等图表功能。台风路径可查询东南沿海及西太平洋最新台风路径实况和预报信息，以及1945年以来历史台风路径。具有台风定位/台风路径显示、台风距离测算。

3 系统的应用情况

集控中心卫星云图系统于2006年建设，2015年10月进行系统改造，2016年12月正式投入运行，系统运行至今情况良好，为梯级流域水库优化调度提供了及时、可靠的决策依据，取得了较好的实用效果。

3.1 降水预报和洪水调度

集控中心在乌江梯级流域水库调度中，根据卫星云图乌江流域降水监测预报的降水情况，结合气象局天气预报，进行天气和洪水假想预报，开展乌江梯级流域的防洪调度。通过识别卫星云图，获取参数以及大气流场等重要气象信息，对强降雨云系进行分析和预报，及时发现暴雨和强对流等灾害性天气。提前做好防洪应急措施，减轻梯级流域水库上下游的洪水灾害。系统改造后，3年内共成功调度洪水98场次，洪水预报合格率100%，达到部颁甲等标准，详见表1。

表1 2016～2018年乌江梯级水电站各区间洪水场次和精度评定统计表

3.2 优化调度增发电量，提高经济效益

乌江梯级流域水库调度充分利用卫星云图加强天气形势分析，1）结合实际积极采取梯级水库优化调度措施，及时调整发电运行方式；2）合理调配梯级水库发电及检修计划，优化调度增发电量，提高水资源利用率，进而在一定程度上最大限度地发挥各梯级电站的经济效益，从而在乌江公司全面实现了“能耗最低、效益最大”的调度目标，详见表2。

表2 乌江梯级水电站2016～2018年优化调度效益统计表

4 存在问题

4.1 数据存储问题

由于卫星原始数据存储一次大概是60 M，一天28次（汛期48次），根据服务器硬盘的大小，系统设定自动保存最近3个月的云图数据，以前的原始数据则自动覆盖。造成数据回朔难，无法进行长时间数据对比分析。

解决方案：在集控平台数据库增加卫星数据的存储，卫星云图系统每天定时将卫星数据压缩后，转发到集控数据平台进行存储，数据库可对XML文件、文本文件、图片文件、Word文件、NC文件等多种文件进行数据存储，以便于云图数据查询。

4.2 数字预报精确度问题

数字降水预报只有颜色和量级显示范围，没有具体数据，具体降雨量全靠水库调度员的经验进行分析，会带有个人的主观意见，导致不同调度员的调度方式存在一定的差异。

解决方案：建设更加精细化的智慧气象服务平台，将集控卫星云图系统融入其中，实现3 d或更长期的可遇见期逐小时、逐日定量降雨数值预报，降雨量有精准的数据，不需要人为判断的精细化预报服务。

5 结论

卫星云图系统在梯级水库调度中起到不容忽视的作用，是一个非常重要的生产管理系统。集控中心下一步继续与专业气象台深度合作，将卫星云图系统与集控水调系统充分融合，利用大数据与云技术，在乌江公司逐步建设基于数字化与智能化的智慧气象服务平台。