[發明專利]雷電監測預警方法及系統

有效

• 申請號: 201310452874.6
• 申請日: 2013-09-25
• 公開（公告）號: CN103472342A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 張陽;孟青;張義軍
• 申請（專利權）人: 中國氣象科學研究院
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 李迪

技術領域

本發明涉及氣象災害預警技術領域，具體涉及一種雷電監測預警方法及系統。

背景技術

雷電災害是我國最嚴重的自然災害之一，由于其具有大電流、強電磁輻射等特性，常常引起森林火災、油庫爆炸、供電中斷、通訊故障、設備破壞等事故，也容易造成人員傷亡。據保守估計，我國每年因雷電災害造成的人員傷亡達上千人，直接經濟損失超過數億元，而由此造成的間接經濟損失和影響更是難以估計，雷電災害已經波及到各行各業和生活的方方面面。

為了有效預防雷電災害發生和降低雷電災害的危害，目前常常采取以下防雷方式：第一，被動方式防雷，主要通過加強設備、設施、建筑的防雷水平來降低雷擊發生時的受到的危害程度；第二，主動方式防雷，通過發展雷電探測及監測技術，進行預警預報，以提前做好斷電、斷網、屏蔽等防護準備；其中雷電探測及監測技術是雷電災害預報的關鍵。雷電預警是主動式防雷中一種重要的方法，常常用于常規氣象業務預報、森林雷擊火預警、航空航天保障、電力系統安全、建筑施工、工廠、油庫、旅游景點、體育場所、娛樂場和礦區等重要場所，能夠大幅減少雷電對人類社會的危害。

傳統技術中，許多商品化的雷電預警系統主要采用大氣平均電場儀監測大氣平均電場，根據大氣平均電場的閾值給出不同等級的雷電預警信息。但是，由于地形地貌、環境條件的不同，雷暴云對地放電的條件也不同，而且大氣平均電場值也可能由于周邊環境的變化而發生改變（例如：有帶靜電的物體經過等）；因此，這類靠單一的大氣平均電場值來判斷雷擊可能性的雷電預警系統存在準確率不高、容易出現虛警的缺點；另外，由于大氣平均電場儀探測距離的局限性，也存在提前預警時間短的不足。

發明內容

（一）要解決的技術問題

本發明的目的在于提供一種雷電監測預警方法及系統，用于降低雷電虛警率、提高雷電預警時效性以及提升雷電定位的精度。

（二）技術方案

本發明技術方案如下：

一種雷電監測預警方法，包括步驟：

S1.探測待監測區域的大氣平均電場、光輻射信號、電場變化信號、磁場變化信號以及GPS衛星信號并進行信號的調理以及轉換；

S2.根據電場變化信號判斷電場變化量是否滿足預設的觸發條件：

若是，則進行信號的采集存儲并執行步驟S3，若否，則刷新等待；

S3.對采集到的光輻射信號、電場變化信號和磁場變化信號進行波形特征提取，并根據提取的特征參量進行云地閃鑒別以及定位，同時存儲以及顯示閃電在地理信息系統中的位置、閃電時間以及閃電過程中光輻射信號、電場變化信號和磁場變化信號波形；

S4.根據所述云地閃鑒別以及定位結果和大氣平均電場幅值生成預警結果并根據所述預警結果發出警報信號。

優選的，所述步驟S3中，進行云地閃鑒別的方法包括：

S311.確定電場變化信號的峰值位置；

S312.提取所述峰值位置的特征參量，若電場變化信號同時滿足：

（a）0.5μs＜10%-90%的上升沿時間＜15μs；

（b）電場峰值＞電場起始值的1.2倍；

（c）下降沿過零時間＞5μs；

（d）對于近距離閃電，具有對應的光輻射信號變化；

則判定閃電為云地閃。

優選的，所述步驟S311之前還包括：對電場變化信號進行帶通濾波，去除掉靜電場的影響。

優選的，所述步驟S3中，進行云地閃定位的方法包括：

S321.在云地閃鑒別過程中獲取回擊位置，根據獲取的回擊位置計算光輻射信號、電場變化信號和磁場變化信號在回擊位置處的峰值；

S322.根據正交的磁場變化信號的兩個回擊峰值進行比例運算，計算閃電回擊通道相對于監測點的方位角，根據電場變化信號的正負來計算不同極性的回擊造成的方位角模糊；

S323.根據回擊位置處光輻射信號的強度來進行初步距離判斷：

若光輻射信號強度大于預設的閾值，則根據光輻射信號強度確定回擊距離；若回擊光輻射信號強度不大于所述預設的閾值，則根據同步的電場變化信號以及磁場變化信號數據確定回擊距離；

其中，根據同步的電場變化信號以及磁場變化信號數據確定回擊距離包括：

將正交的兩路磁場變化信號矢量合成一路磁場變化信號；

將回擊位置附近的電場變化信號和合成的磁場變化信號進行傅里葉變換；