陜西省防雷減災綜合服務車的設計與實現

摘要 新形勢下全力做好能源化工行業及重大災情、突發社會公共安全事件、重大活動等現場防雷減災綜合服務，對陜西省防雷減災專業氣象服務工作提出了更高的要求。通過建設防雷減災綜合服務車項目，可全面提升和擴充防雷專業氣象服務的現場保障服務能力，從而滿足新形勢下不同場合現場保障服務的需求。

關鍵詞 防雷;減災;專業氣象服務;綜合服務車

中圖分類號：P429 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2022）04–0103–03

陜西是我國能源儲備和輸出大省，能源化工產業是陜西經濟發展的核心支柱產業。大型能化企業整個產業鏈受到災害性天氣影響顯著。陜西能化項目多位于陜北黃土高原，氣候復雜多變，同時廠區占地面積大，設備儀器露天安置，且廣泛應用電子信息技術，對專業氣象的要求越來越高，精細化、系統性的需要也逐漸增多。因此，為國家重大建設項目提供全面、系統、精細化的專業氣象保障服務便成為題中應有之義。

近年來，陜西專業氣象服務能力發展較快，但在專業氣象服務中仍存在“小、低、散”的問題，在國家大型能化項目的服務中，綜合性、系統性、現代化、規范化、信息化程度有待提高，而且固定觀測設備的資料收集分析無法滿足大型能化園區專業氣象服務突發性、復雜性的要求，因此，建設陜西省防雷減災綜合服務車具有重大的現實意義。

1 設計思路與功能

防雷減災綜合服務車是以省級雷電預警系統和閃電定位系統為依托，配備車載式氣象觀測設備、移動式氣象觀測設備、防雷技術服務設備、視頻監控系統等，為人工影響天氣、防止和處置突發事件、自然災害事故等各種情況下的現場防雷應急保障提供現場雷電觀測、防雷檢測和預報預測分析等多種防雷保障綜合服務，也為進一步研究雷電的特性和預報方法獲取最為寶貴的近距離資料。同時，在任何地點均能通過衛星通信或5G公網建立通信鏈路，再經過地面氣象專網與國家、省、市、縣氣象局指揮車中心連接，快速進行數據傳輸、氣象預報預測分析、天氣視頻會商，可通過局域網等方式與現有的移動X波段雷達車、移動風廓線雷達車進行組網，組成陜西省氣象局移動應急系統（圖1）?？蓪崿F應急現場水平、垂直氣象觀測。

2 功能設計與實現

防雷減災綜合服務車按系統結構可分為防雷減災應急指揮系統、現場氣象要素觀測系統、防雷檢測技術服務系統載車以及綜合保障系統[1]。

2.1 防雷減災應急指揮

防雷減災服務車的防雷減災應急指揮系統可建設通信網絡系統和視頻會商系統?？赏ㄟ^4G無線網絡借助VPN技術建立與省局內網的連接，保證現場通信指揮暢通，以及現場與后方指揮中心的通信聯絡;高清視頻天氣會商功能不僅可以采集現場音視頻信息，還可實現雙向圖像、語音傳輸，通過無線傳輸的方式，與國家、省、市、縣氣象局指揮中心實現雙向互聯互通，快速進行數據傳輸、氣象預報預測分析、天氣視頻會商。使指揮機關在決策時能夠獲得現場的準確信息和關鍵細節。

現場氣象探測數據通過通信網絡系統上傳數據信息，通信網絡系統主要包括衛星通信分系統、5G通信分系統、局域網絡分系統。衛星通信分系統和5G通信分系統互為備份，相輔相成，主要負責應急保障車與數據中心的暢通通信。局域網絡分系統主要負責防雷減災綜合服務車內部設備之間的相互通信。

視頻會商系統由視頻會議終端、車頂一體攝像機、混切矩陣、硬盤錄像機、數字調音臺、音響系統、話筒、4路視音頻分配器、液晶顯示器等組成。通過操作、監視、控制各種設備，實現現場視音頻和多媒體信息的采集、切換、顯示、存儲、回放。對現場的視音頻信號進行采集、存儲、顯示、調度、傳輸，并通過衛星或4G通信等傳輸到指揮中心，與現有的地面音視頻系統連接，使現場可以與指揮中心進行視訊會商，為指揮中心提供清晰、全面、直觀、形象、生動的應急現場情報資訊和多媒體信息，滿足對天氣會商的需求。

2.2 現場氣象要素觀測系統

現場氣象要素觀測系統主要包括車載自動氣象站、便攜式自動氣象站、大氣電場儀、閃電自動觸發儀、閃電高速攝像機、現場無人機氣象探測及視頻監控系統[2]。根據環境和需求的不同可進行不同組合，提供滿足需求的現場觀測數據。

現場氣象要素觀測系統應包括1套車載六要素（溫度、濕度、氣壓、風向、風速、雨量）自動氣象站（表1）、1套大氣電場儀、1套閃電自動觸發儀、1套閃電高速攝像機、1套衛星定位儀（GPS或北斗）、1套無人機氣象探測及視頻監控系統。

車載自動氣象站安裝在工程車車頂平臺上（圖2），選用中國氣象局規定的列裝產品，數據格式符合氣象業務觀測規定，能并入區域自動站網。

車載能見度能夠實現應急現場能見度的測量。采用世界氣象組織認可的前散射測量原理（42°的特殊設計），保證更大的測量范圍，從而使檢測到的數據更具有代表性。儀器主要技術指標見表2所示。

車載自動氣象站采用可靠的三防設計，防護級別達到IP65級，能充分滿足不同場合的應用;精細的結構設計保證快速安裝和拆卸;軍工級的電器標準提高了設備的環境適應性，充分保證設備穩定性和可靠性;低功耗的特點適用多種供電方式;配置靈活，在六要素基礎上，預留2個備用接口，便于接入其他設備;多種通訊方式，可同時應用本地通訊和遠程無線通訊，以滿足不同需求;大容量數據存儲，存儲的時間間隔可任意設定，最小可設定到1 min;具有報警功能，當要素測量值超過用戶設定閾值或防雷模塊損壞時，主動報警。

為保證車載自動站風向風速觀測的規范性、數據的準確性，配備電動升降風桿和指北針。

電動升降桿具有電動和手動2種工作方式，且手搖操作方便;配備可拆卸的風向旗，并在風桿適當部位預留安裝卡口，使用時不影響車頂其他部件的工作。升降桿在工作時不需要采用鋼絲繩拉固;升降桿底部設有出水孔，安裝升降桿時，需在出水孔處預留一定的空間，使桿體內積水能順利排出。

2.3 視頻監控綜合系統軟件

車載自動氣象站配有氣象要素采集綜合顯示系統[3]。該系統具有設置、日志查詢、實時數據顯示、歷史數據顯示、歷史數據查詢、設備管理、氣象報文等功能，實現車載自動站氣象信息采集、數據處理、數據顯示、設備管理。

2.4 雷電監測預警預報系統

防雷減災綜合服務車設有車載式雷電監測站和大氣電場儀，雷電監測站可自動采集和定位遙測100 km以內的閃電放電參數，大氣電場儀通過測量地面大氣電場的變化，可以反演出高空云層電場的變化，對雷擊的危險性做出一定的預報，并把經過預處理的閃電數據實時地通過通訊系統送到中心數據處理站，實時進行交匯處理[4]。信息處理和發布系統可以結合各類資料和分析意見，發布和更新現場信息，決定采取何種應急預案，降低雷暴天氣對人員、建筑物、用電設備等造成的影響和損害，提供處置決策參考。

雷電監測站探測閃電發生時輻射出的電磁脈沖，利用垂直相交的2個感應線圈得出2個垂直的分向量，并根據矢量合成得出閃電發生的方向。依據以上原理，設計的閃電發生裝置，4個放電線圈分置在閃電定位儀東、南、西、北4個方向，通過控制器可以使放電線圈產生符合的閃電頻率和強度的電磁脈沖。通過閃電定位儀返回的數據與放電線圈的實際方位進行對比，可對閃電定位儀進行測試。

該系統結合實際業務需求，以地理信息系統為基礎，充分利用地理信息系統提供的多種功能，使產品表現形式多樣化，將探測結果直觀地展示給用戶，可快速準確地傳遞雷電信息，有利于防災減災服務。三維閃電專業版圖形顯示系統利用地理信息系統（GIS）和數據庫技術相結合進行開發。

2.5 防雷檢測技術服務系統

通過移動防雷檢測系統、防雷裝置在線監測系統、雷電峰值電流測試系統，會同搭載各類檢測儀器，為重點大型項目提供全面、系統的防雷檢測技術服務[5]?？赏瑫r開展防雷工程質量抽查、防雷產品質量抽查、雷擊事故調查鑒定等。同時，通過閃電高速攝像系統，觀測閃電形成、先導、擊穿、回擊等整個過程，記錄自然閃電的形狀和結構，進而查找雷電災害致災機理，為雷電專項服務、重大雷電災害分析和鑒定提供原理和技術支持。

2.6 載車

因防雷綜合服務車需搭載多種系統、設備等，載車需滿足搭載功能設備的重量和空間要求。由于能化項目等大多地處偏僻地區，且氣象災害、突發事件或大型活動發生地點存在不確定性，載車需具備較強的環境適應能力，為確保保障車可以到達鄉鎮，保障車必須具有較強的通過性。能夠在本通信指揮體系覆蓋地域范圍內的氣候、地理環境條件下長期、可靠、正常使用。

綜合對比，考慮費用和建成后的掛牌、年審、保養等，載貨車二類底盤配中型集裝箱、中型依維柯、中巴車均可滿足需求。

2.7 綜合保障系統

綜合保障系統包括供電系統、數據接收處理系統、駐車空調、車身電控穩定系統、升降照明系統、調試測試維護維修工具等。其車體穩定，能夠滿足各類車載設備所需動力，為工作人員提供比較舒適的工作環境。防雷綜合服務車配備的電源、照明以及輔助設備設施等須保障獨立、長時間地執行任務。

車頂須保持良好的密封性和排水系統流暢。車頂設備應布局合理，避免設備間的相互影響和各通信系統間的相互干擾。車頂工作平臺應安全可靠。放置天線的位置應進行特殊加固。

服務車必須提供完整、安全的交流和直流配電系統。總功率滿足全車滿負荷運行要求，并留有20%余量。市電供電、車載發電機供電可由車載配電系統任意切換。分別控制交直流電源，在明顯位置安裝電壓表、電流表以及頻率表，可檢測各路輸入的參數值。配備保護開關、轉換開關、控制開關以及發電機控制面板。安裝車載發電機，滿負荷工作不小于8 h。市電220 V接入車內，提供交流電源。

作為眾多通信設備的載體，合理選擇防過壓保護器件對防雷電至關重要。壓敏電阻的高通流耐量、強耐浪涌能力、大極間電容適合電源口的防雷。感應雷電流按不超過5 kA計算，電源口防雷選用壓敏電阻標稱值為560 V/10 kA或680 V/10 kA即可。

為有效預防因雷擊而影響車內設備的正常工作，在電源、信號輸入口設有避雷模塊，衛星天線旁設有衛星天線避雷裝置。為保證整車等電位接地，在電源、信號輸入口分別設有電源地、信號地以及車皮地。

各設備機柜均設有相互獨立的機殼地和信號地，并分設接地匯流條。廂體與車體連接為同一導體，其接地端子設在車體外部。通信車移動使用時，由接地鏈條接地，靜止使用時，由接地柱接地。車體避雷裝置設置獨立的接地體，并與車體絕緣，接地電阻≤10 Ω。車體的良好接地性能對雷擊能起到較好的防護作用。

3 效益分析

防雷綜合服務車完成并投入使用后，將大幅提升陜西省氣象部門大型能化項目專業氣象服務和防災減災能力。

3.1 產品更豐富，通信方式更有保障

通過在常規車載氣象六要素基礎上增添雷電監測預警預報相關系統，可以為預報、決策提供更多第一手現場資料。通信方式增加的4G通信方式可以更快捷地將現場觀測數據、圖像發回數據中心，更快捷地進行現場天氣會商，為現場服務、決策贏得時間。

3.2 彰顯氣象科技實力，加強人才隊伍建設

防雷綜合服務車搭載各類探測設備、通信設備、預報服務系統能夠更好地提升現場氣象應急保障和專業氣象服務能力，讓項目方更加直觀地了解氣象科技實力、現場預報以及技術服務能力，增強防災減災的合力。同時為氣象系統培養出一支更全面、應急處置和專業技術服務更強的隊伍。

參考文獻

[1] 王光波，武寧，吳華斌.新形勢下提升防雷安全監管能力的探討[J].農業災害研究，2020，10（7）：51-52，56.

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[3] 馬賽飛，劉鈞.多要素智能主控制器嵌入式軟件設計[J].計算機應用與軟件， 2019，36（7）：273-276.

[4] 張咪娜.雷電預警與雷電防護智能化監控系統設計[J].電氣防爆，2020（6）：42-46.

[5] 陳慧，賴亞勝，陳聰.基于互聯網+的防雷檢測服務平臺設計與實現[J].廣東氣象，2021，43（5）：75-77.

責任編輯：黃艷飛

Design and Implementation of Comprehensive Service Vehicle for Lightning Protection and Disaster Reduction in Shaanxi Province

CHEN Wen （Shaanxi Emergency Early Warning Information Release Center， Xi’an Shaanxi 710014）

Abstract Under the new situation， make every effort to provide comprehensive on-site lightning protection and disaster reduction services for the energy and chemical industry and major disasters， sudden social and public security events， major activities and so on， which put forward higher requirements for the professional meteorological service of lightning protection and disaster reduction in Shaanxi province. Through the construction of lightning protection and disaster reduction comprehensive service vehicle project， the on-site support service capacity of lightning protection professional meteorological services can be comprehensively improved and expanded， so as to meet the needs of on-site support services in different occasions under the new situation.

Key words Lightning protection; Disaster reduction; Professional meteorological service; Integrated service vehicle

作者簡介 陳雯（1984—），女，陜西西安人，工程師，主要從事雷電科學與防護技術研究。

收稿日期 2022-01-12