綜合雷電預(yù)警管理系統(tǒng)軟件架構(gòu)及其可視化界面的實(shí)現(xiàn)

舒誠舜 金樂 周海波

摘要

綜合雷電預(yù)警管理系統(tǒng)，主要對(duì)某個(gè)區(qū)域中多處大氣電場數(shù)據(jù)的采集、分層過濾和分析處理，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)集成可視化管理;最終實(shí)現(xiàn)多區(qū)域雷暴全過程的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測和提前預(yù)警;并提供了多區(qū)域的離線三維衛(wèi)星地圖展示;這種“分散監(jiān)測、集中管理”的軟件架構(gòu)有助于提高數(shù)據(jù)的精度，降低差錯(cuò)率;可視化界面讓數(shù)據(jù)的運(yùn)用管理更加友好便捷。

【關(guān)鍵詞】雷電預(yù)警 軟件架構(gòu) 可視化界面離線 衛(wèi)星地圖 大數(shù)妮分析

1 前言

在全世界范圍內(nèi)，每秒鐘就有大約50次云對(duì)地放電過程，即每年有將近兩百萬次的云對(duì)地放電過程。雷電以及它所造成的次生災(zāi)害，都危及人類的生命財(cái)產(chǎn)安全，并且造成巨大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)及環(huán)境損失。如果在石化企業(yè)、油庫、加油站、旅游景區(qū)、學(xué)校等重要的雷電敏感場所，對(duì)雷電進(jìn)行主動(dòng)的預(yù)測（預(yù)先對(duì)雷電進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測）、預(yù)判（預(yù)先判斷本區(qū)域雷電風(fēng)險(xiǎn)）、預(yù)警（提前發(fā)出告警信息）、預(yù)防（提前采取主動(dòng)性防護(hù)措施），就可以有效避免或降低雷電災(zāi)害的后果。

隨著科技的進(jìn)步和電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，通過軟件對(duì)某個(gè)區(qū)域中多處大氣電場數(shù)據(jù)的分散采集、分析和監(jiān)測，通過大數(shù)據(jù)的智能化分析，預(yù)判雷電強(qiáng)度及軌跡的變化趨勢，最終實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確預(yù)警。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

（1）系統(tǒng)吸收借鑒了工業(yè)過程控制中“集散控制”的理念，采取“分散監(jiān)測，集中管理”的架構(gòu);各層加入不同算法，提高預(yù)警準(zhǔn)確度，降低誤報(bào)率;該系統(tǒng)主要分為下幾層：

1.雷電偵測探頭;

2.數(shù)據(jù)接口單元;

3.數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

雷電偵測探頭：采取限幅消抖濾波法以保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和合法性;

數(shù)據(jù)接口單元：采用本地硬連接方式獲取多個(gè)不同種雷電偵測探頭數(shù)據(jù)，對(duì)不同種雷電偵測探頭數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出當(dāng)前雷電預(yù)警級(jí)別;

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器：監(jiān)控多臺(tái)數(shù)據(jù)接口單元，并對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理分析，通過對(duì)同一個(gè)區(qū)域不同方位探頭數(shù)據(jù)通過插值和最小二乘擬合，估計(jì)出雷云的運(yùn)動(dòng)軌跡;并形成該區(qū)域每年不同時(shí)間段的雷電統(tǒng)計(jì)報(bào)表;該系統(tǒng)通過可視化界面實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)出不同預(yù)警級(jí)別的預(yù)警效果和預(yù)警范圍。

（2）每個(gè)雷電偵測探頭表示一個(gè)具體區(qū)域中某一方位的某一處;

（3）數(shù)據(jù)接口單元采取分組管理，一組數(shù)據(jù)接口單元為一個(gè)區(qū)域;

（4）數(shù)據(jù)庫服務(wù)器統(tǒng)計(jì)多個(gè)區(qū)域雷電數(shù)據(jù)，并具有大數(shù)據(jù)分析功能。

3 大數(shù)據(jù)分析

3.1 雷云軌跡

主要邏輯為分層分析，先對(duì)雷電偵測探頭層進(jìn)行數(shù)據(jù)分析比，對(duì)得出方位，再對(duì)數(shù)據(jù)接口層進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)，得出最終雷云軌跡;并在地圖控件中標(biāo)注出來。

3.2 預(yù)警提示

通過對(duì)該區(qū)域往年大氣電場數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析，統(tǒng)計(jì)出該區(qū)域每年雷暴常發(fā)生的月份，把每個(gè)月定義為不同的名稱，主要分為安全期、來臨期、注意期和危險(xiǎn)期;根據(jù)這些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，就可以實(shí)現(xiàn)在每年不同階段來臨之前提前提醒用戶做好相關(guān)防范準(zhǔn)備。

4 系統(tǒng)可視化界面

4.1 三維離線衛(wèi)星地圖

通過MapDownLoader地圖下載工具下載到多個(gè)區(qū)域的衛(wèi)星三維地圖資源到MySQL數(shù)據(jù)庫中，使用GISMysqlToLocalFile軟件將下載到Mysql數(shù)據(jù)庫中的瓦片數(shù)據(jù)導(dǎo)出為Ctype？/{z}/{x}/{y}.png格式，并保存到本地文件;通過開源的地圖MapBox控件加載出這些離線地圖資源。離線地圖資源保證了該系統(tǒng)在沒有互聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境里正常的運(yùn)行;通過緩存技術(shù)提高了地圖資源的加載速度，讓畫面更流暢;

4.2 雷電偵測探頭可視化

根據(jù)雷電偵測探頭安裝位置的經(jīng)緯度，在MapBox地圖上根據(jù)經(jīng)緯度標(biāo)注出這些探頭，在界面右上角列出所有雷電偵測探頭列表，并動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示雷電偵測探頭附近大氣電場強(qiáng)度實(shí)時(shí)值等數(shù)據(jù);通過點(diǎn)擊雷電偵測探頭列表數(shù)據(jù)行可以隨意切換到當(dāng)前雷電偵測探頭的視角位置;根據(jù)數(shù)據(jù)換算產(chǎn)生不同種預(yù)警級(jí)別時(shí)雷電偵測探頭圖標(biāo)和雷電偵測探頭列表行都會(huì)呈現(xiàn)不同種顏色（分別為黃色、橙色和紅色）來提示用戶，并在雷電偵測探頭上標(biāo)注出雷電所處大概范圍。這樣就做到了對(duì)預(yù)警的一目了然。

4.3 數(shù)據(jù)曲線統(tǒng)計(jì)報(bào)表

針對(duì)枯燥的大氣電場數(shù)據(jù)具有可視化的曲線統(tǒng)計(jì)報(bào)表;報(bào)表包括歷史數(shù)據(jù)報(bào)表、雷電預(yù)警事件報(bào)表、雷暴日統(tǒng)計(jì)報(bào)表、雷擊事件報(bào)表等在曲線圖上使用不同種顏色來分辨數(shù)據(jù)，這樣讓所有大氣數(shù)據(jù)管理起來更加直觀。

5 結(jié)語

綜上所述，采用“分散監(jiān)測，集中管理”的系統(tǒng)軟件部署架構(gòu)，通過數(shù)據(jù)分層過濾，運(yùn)用限幅消抖濾波法、插值和最小二乘擬合等多種算法，有效地保證了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和合法性，提高了雷電預(yù)警的準(zhǔn)確度，同時(shí)降低了誤報(bào)率;如果需要，也可將預(yù)警的時(shí)間進(jìn)一步提前;通過離線三維衛(wèi)星地圖和各種不同的曲線報(bào)表讓用戶在管理多區(qū)域大氣電場數(shù)據(jù)時(shí)更加直觀和便捷;

一套理想的雷電預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)預(yù)測、預(yù)判、預(yù)警和預(yù)防，使用戶可以提前開展有針對(duì)性的雷電防護(hù)預(yù)防性措施，從而有效避免或降低對(duì)人身安全造成的傷害及對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的破壞。

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