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深圳市闪电定位系统如何应用

作者: 中文核心期刊2018-10-11阅读:文章来源:中文核心期刊咨询网

  利用数据库查询功能从时间范围和空间范围内筛选出深圳市闪电定位的数据,采用ArcGis软件的Arcmap组件中的点密度分析功能对其进行分析,得出了深圳市的历年平均地闪密度分布图及雷灾点附近地闪定位图,并统计得出某一位置附近雷电流雷击概率,对雷电灾害风险评估、雷灾调查等领域的应用具有重要意义,如:合理选取地闪密度值、判断灾害是否由雷电引起以及可能引起雷灾的闪电位置及参数等。接下来小编简单介绍一篇优秀计算机论文。

信息技术与网络安全

  1 引言

  随着近年来我国各省市闪电定位系统的建立与完善,闪电定位数据已在雷电临近预报及雷电防护工作中得到广泛应用。在雷电临近预报的应用上,闪电定位资料作为雷电临近预报的重要参数之一[1],这方面的应用和研究也较多[2]-[3]。在雷电防护的应用上,雷电灾害风险评估中的地闪密度、雷电流累积概率等参数均可从闪电定位数据中获得,而且多年的地闪数据能突出反映被评估对象所在地理位置的实际雷电活动规律,比经验公式计算更为准确;另外在雷灾调查与鉴定中,闪电定位数据是判断灾害是否为雷电引发的一项重要参考依据。本文介绍了深圳市闪电定位系统的结构、探测原理、探测参量与指标等,总结了闪电定位数据在深圳市雷电灾害风险评估、雷灾调查与鉴定中的应用,以期对雷电防护工作有一定的参考价值。

  2 闪电定位系统介绍及其数据说明

  2.1 闪电定位系统介绍

  深圳市闪电定位系统是由ADTD雷击探测仪、中心数据处理站、图形显示工作站、数据库与网络浏览服务器、通讯系统5个主要部分组成,能够实时、连续、高精度地提供雷电发生的时间、位置、极性、强度等雷电活动参数。系统采用联合雷电定位(IMPACT)原理,即测向定位是利用一对正交的磁场线圈,测定雷电所在的方位;时差定位是测定雷电信号到达各测站的时刻,并根据雷电信号到达各测站的时间差来计算确定产生雷电的位置。由5个探测站组成的雷电监测定位网,可以覆盖整个深圳市,该雷电监测定位系统的探测参量与相关指标(见表1)。

  2.2 数据存储结构

  闪电定位的数据是实时采集并实时存入Oracle数据库的数据表中,该数据表包含了探测到的地闪的主要特征参数,如地闪时间、经度、纬度、电流强度和陡度、电荷、能量、定位方式及误差等。同时在入库的时候给每条记录都增加了一个地闪所发生区域的字段,构成了完整的空间数据表的数据结构形式。

  3 数据处理与分析方法

  3.1 数据处理

  本文采用2005-2012年共8年的闪电定位数据,利用数据库查询功能导出数据表中时间、经度、纬度、电流强度和陡度、定位方式6个字段。其中时间精确到秒,经纬度精确到小数点后6位,电流强度和陡度精确到小数点后1位,定位方式选择三站以上的定位数据。

  3.2 数据分析方法

  本文主要介绍按闪电定位数据来绘制地闪密度图,雷击点临近地闪定位图、地闪的时间和地域分布特性等。运用ArcGIS软件的ArcMap组件,绘制地闪密度图、雷击点临近地闪定位图,并结合ArcToolbox中的空间分析模块所提供的Analysis Tools、Data Management Tools、Spatial Statistics Tools功能进行相关数据处理和分析,其中Analysis Tools是用来把导出的深圳外切矩形数据与深圳边界求交集,从而得到深圳界内的地闪数据,Data Management Tools是用来进行空间投影即原始数据的地理坐标系转换成投影坐标系,Spatial Statistics Tools是把处理好的数据进行点密度分析,即可得到地闪密度。[4]

  4 雷电灾害风险评估中的应用

  4.1 全市地闪密度图的绘制

  雷电灾害风险评估中风险值的计算需计算建筑物的年预计雷击次数,年预计雷击次数与雷击大地的年平均密度(Ng)直接相关。按《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010的规定,Ng=0.1×Td,Td为年平均雷暴日,Td根据当地气象台、站资料确定,这样全市的Ng值是相同的,但根据实测数据分析结果,雷电分布差异很大[5]。

  利用ArcGIS软件绘制了深圳市的年平均地闪密度分布图(见图1),图中色标由深蓝色到深红色,所表示的地闪密度依次升高。其地闪密度分布特征是:西部高于东部,高密度区主要分布在宝安区和市区的部分地区。

  4.2 单个建筑物所在位置地闪密度取值

  在雷电灾害风险评估中,当确定建筑物地理信息后,在ArcMap的地闪密度图中可进行标注,所取实例为深圳西涌天文台(见图2),考虑到闪电定位存在的误差,提取标注点所在1km2单元格及周边8格单元格的地闪密度数值,取其平均值作为地闪密度值(见表2)。

  5 雷灾调查与鉴定中的应用

  当雷击事故发生时,根据发生时间及地理信息,查询事故发生前后半小时,事故点附近1km、1.5km及3km内的的闪电定位数据。在雷电灾害调查与鉴定时应结合剩磁测量的结果和闪电定位的情况综合考虑,给出判定结论。[7]

  2013年8月30日上午5时左右,深圳某学校雷云过境后,消防监控系统瘫痪。依据闪电定位系统数据分析,8月30日4:45-5:15该校3公里范围内共发生地闪7次(见图3)。其中距离学校最近的一次地闪发生在4:57,学校西偏北方向约455m,此次地闪为负地闪,地闪强度为-51.8kA,平均陡度为-13kA/μs。根据闪电定位和剩磁测量结果,鉴定为雷击建筑物附近产生闪电感应导致电子设备损坏。

  6 小结与不足

  采用闪电定位数据和地理信息系统软件的方法,分析了深圳市雷电活动规律,并利用该规律在雷电防护中做了一些应用,小结如下:(1)闪电定位数据可以为雷电灾害风险评估提供准确、符合建筑物所在地实际雷电活动规律的地闪密度值,为评估的定量计算提供数据基础。(2)闪电定位数据可以为雷灾调查提供灾害发生时的闪电分布情况,结合剩磁测量的结果判断灾害是否由雷电引起,并可找出可能引起雷灾的闪电位置及参数等。

  由于目前闪电定位系统的探测精度和准确度较低,导致采集到的闪电位置与实际发生的位置偏离很大,三站以下定位数据(不可信数据)占到全部数据的一半以上,并且探测得到的雷电流幅值与真实值也有误差。因此,更有效的将闪电定位数据应用到防雷减灾工作中,亟需提高闪电定位系统的探测水平。

  参考文献

  [1]姚叶青,袁松,张义军,蔡辉,丁卫东,郝莹,边富昌.利用闪电定位和雷达资料进行雷电临近预报方法研究[J].热带气象学报.2011(06).

  [2]罗林艳,祝燕德,王智刚,郭在华,罗宇.基于大气电场与闪电资料的雷电临近预警方法[J].成都信息工程学院学报.2010(05).

  [3]吴健,陈毅芬,曾智聪.利用地面电场仪与闪电定位资料进行短时雷电预警的方法[J]. 气象与环境科学.2009(01)

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  《信息技术与网络安全》(原:微型机与应用)(月刊),创刊于1982年,是由华北计算机系统工程研究所主办的国家级科技期刊。该刊35年来为信息技术和应用的发展作出杰出贡献,先后获评全国优秀科技期刊、中国科技期刊精品数据库收录期刊、中国期刊全文数据库收录期刊、中国学术期刊综合评价数据库统计刊源期刊、中国核心期刊(遴选)数据库收录期刊等。

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