智慧氣象服務云平臺設計與實現

摘要：惡劣天氣會直接影響電網設備的正常運行，隨著我國電網規(guī)模的不斷擴大，部分偏遠地區(qū)的電網設備受到極端天氣等因素影響，對電網的安全性造成較大威脅。因此，文章基于信息化氣象監(jiān)測技術和氣象預警系統(tǒng)，實現多種氣象要素的實時監(jiān)測，并且提供氣象預警和預報服務，為電網系統(tǒng)的安全運行提供科學依據，文中對智慧氣象服務云平臺設計與實現進行了深入研究。

關鍵詞：智慧氣象；電網設備；架構；設計

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.03.015

中圖分類號：P 4-39， TP 3" " " " " " " "文獻標示碼：A" " " " " " " "文章編碼：1672-7274（2023）03-00-03

Design and Implementation of Smart Weather Service Cloud Platform

XING Hongwei1， LIU Han2， LU Yuan1， NING Shuguang1， ZHAO Kuiyu1

（1. Shandong Lusoft Digital Technology Co.， Ltd.， Jinan 250000， China;

2. State Grid Shandong Electric Power Company， Jinan 250000， China）

Abstract： Severe weather will directly affect the normal operation of power grid equipment. With the continuous expansion of China's power grid scale， power grid equipment in some remote areas will be affected by extreme weather and other factors， which will pose a great threat to the security of the power grid. Therefore， based on the information meteorological monitoring technology and meteorological early warning system， this paper realizes the real-time monitoring of various meteorological elements， and provides meteorological early warning and forecasting services， providing scientific basis for the safe operation of the power grid system. In view of this， the design and implementation of smart weather service cloud platform will be studied in depth below.

Key words： smart weather; grid equipment; framework; design

電網的安全運行與氣象因素有著緊密聯系，氣溫、降水、光照強度都會對電網運行造成顯著影響，尤其是一些極端天氣引發(fā)的自然災害，會對電網設備造成巨大損失。因此，需要對氣象條件進行科學預測，降低極端天氣對電網設備造成的損失，為電網的安全運行提供保障。智慧氣象服務依托云計算能力，結合氣象局的歷史數據、圖像以及視頻等資源，將氣象服務融入到不同領域，建立防災減災救災體系，提升氣象環(huán)境監(jiān)測預警預報、信息發(fā)布、多部門聯動、災害分析評估等服務，增強氣象預警預報能力、預警信息發(fā)布能力、預警聯動支撐能力、預警響應評估能力以及預警平臺運維管理能力。目前，智慧氣象服務云平臺的設計與實現，可以有效提供精準的氣象觀測數據，借助衛(wèi)星云圖、自動化氣象觀測系統(tǒng)，結合氣象行業(yè)數據、圖像、視頻等資源，將氣象防災減災救災體系和氣象服務體系有機結合，聚焦氣象監(jiān)測預警預報、信息發(fā)布、部門聯動、分析評估等關鍵環(huán)節(jié)，提升氣象預警預報能力、預警信息發(fā)布能力、預警聯動支撐能力、預警響應評估能力和預警平臺運維管理能力。

1" 智慧氣象服務云平臺架構設計

智慧氣象服務實現了氣象信息跨行業(yè)的融合，將氣象服務延伸到不同領域，便于氣象數據資源的共享。智慧氣象服務滿足了社會多元化發(fā)展的需求，為不同領域提供高質量的氣象服務。我國電網系統(tǒng)的發(fā)展與氣候環(huán)境因素有著非常緊密的聯系，復雜多變的天氣會影響電網系統(tǒng)的運行狀態(tài)，增加故障發(fā)生的概率。通過智慧氣象服務為電網智能化發(fā)展提供多樣化、個性化的服務，為電網設備的安全運行保駕護航[1]。智慧氣象服務云平臺網絡架構如圖1所示。

1.1 建立氣象數據云平臺

智慧氣象服務平臺將城市氣象局與電網管理系統(tǒng)相連接，實現全市氣象數據的資源共享。氣象數據云平臺的各項數據均來自于城市氣象觀測站、衛(wèi)星、雷達監(jiān)測等，建立氣象數據云平臺，通過深度學習的方法實現對未來短時臨近天氣預報，提升氣象預報準確率、精細化程度，并利用人工智能算法，大大提升氣象預報以及氣象災害預警信息制作效率，及時針對特定群體進行一鍵信息發(fā)布，為交通、農業(yè)、電力等部門提供快速、及時、準確氣象預報信息[2]。

1.2 精細化氣象預報預警

平臺可以對氣象數據進行實時監(jiān)測并上傳，氣象預測結果的精準度更高。通過建立精細化氣象預警分析模型，分析氣象圖表、氣候特征，結合地域特點對地區(qū)氣象歷史數據進行整合分析，掌握氣候特征和變化規(guī)律，以便更加準確地預測未來氣候的變化趨勢。智慧氣象服務云平臺擁有氣象災害災前預測功能，可實現在氣象災害發(fā)生前，對可能發(fā)生災害的地點、時間、規(guī)模、危害程度和災害發(fā)生范圍進行預測性估測并提供氣象災害災時跟蹤評估業(yè)務，實現氣象災害發(fā)生后對災害現實情況和可能發(fā)生趨勢的適時性評估，可廣泛應用于電網環(huán)境監(jiān)測[3]。

1.3 氣象現場監(jiān)測

智慧氣象服務平臺通過氣象站區(qū)域自動站時間氣象數據的及時、精準監(jiān)測，為氣象數據及時、精準發(fā)布提供依據。針對氣象環(huán)境具有突發(fā)性和多變性，通過建設視頻監(jiān)控共享平臺，在海量數據信息的支持下實現對氣象環(huán)境的精準預測。基于地理信息公共服務平臺建立統(tǒng)一的視頻資源監(jiān)控系統(tǒng)，用于傳輸實時監(jiān)控視頻，氣象部門也可以使用全市視頻監(jiān)控資源，對氣象數據進行分析利用[4]。

2" 智慧氣象服務云平臺軟、硬件設計

智慧氣象服務平臺作為適合于電力線路、變電站區(qū)域的地理和氣候特點的最佳物理參數方案配置，對資料獲取和預處理做了質量控制。提供精準預測是智慧氣象服務平臺的技術優(yōu)勢，通過對極端氣候條件的預判，可幫助電網部門進行災害防控，同時，在電網線路規(guī)劃方面，可以通過氣象服務進行變電站區(qū)域、電網線路規(guī)劃。下文對智慧氣象服務云平臺設計進行詳細分析。

2.1 硬件設計

智慧氣象服務云平臺采用Browser/Server Architecture架構設計，電網用戶可以通過瀏覽器，直接對智慧氣象服務平臺進行訪問，同時海量的氣象環(huán)境信息都會以網頁可視化形式呈現，人性化的界面讓操作更加簡單，可以通過各種移動終端下載需要的氣象服務數據。該系統(tǒng)包括數據傳輸處理模塊、應用服務器和信息服務平臺顯示模塊。數據傳輸處理模塊可以實現氣象信息服務平臺數據的實時更新，并對所有的數據進行過濾糾錯，所有數據將統(tǒng)一存儲在數據庫中，并且為電網用戶開放，電網管理員可以通過身份認證的方式對數據庫進行訪問。智慧氣象服務平臺硬件系統(tǒng)由氣象成果轉化展示平臺、預報產品制作以及預警發(fā)布平臺、氣象應急指揮平臺組成。智慧氣象服務云平臺通過5G網絡實現數據信息的傳輸功能，包括預報數據、實況數據和常規(guī)氣象信息數據，預報數據即電網氣象預報結果數據等，經過信息化處理后進入數據庫[5]。

2.2 氣象成果轉化展示平臺

氣象成果轉化平臺是將氣象部門在預報、科研、服務等領域取得等成果進行本地轉化并展示。可以實時監(jiān)視全國范圍內的云圖、雷達拼圖、多普勒雷達掃描圖像、自動站監(jiān)測數據、實時雨量溫度等變化以及預報模式生成的預報服務產品，實現對監(jiān)測區(qū)域內的氣象數據全天候的收集。智慧氣象服務平臺可以通過建立數據庫服務器和網絡服務器，以實現數據采集、設備控制、測量、參數調節(jié)和各類信號報警等功能，實時數據平臺能夠高效并準確地獲取電網模型數據、設備運行數據、圖形數據和其他所需要的文件數據，使得氣象服務更加準確、高效。

2.3 氣象應急指揮

智慧氣象服務云平臺可以對一些突發(fā)的氣象災害進行應急響應，通過對當地氣象局監(jiān)測的氣象信息進行整合，集約化處理，尤其是對重大災害性天氣進行準確預測，電網管理系統(tǒng)通過云平臺可以共享氣象信息，從氣象信息系統(tǒng)獲取電網區(qū)域氣象信息以及自然災害的各項數據信息，從而對電網設備進行有針對性的防災部署，在提高電網運行的安全性的同時降低電力企業(yè)的損失[6]。

2.4 多維度數據關聯處理

智慧氣象服務平臺具有完善的氣象監(jiān)測功能和海量的數據存儲功能，可以實現多種業(yè)務功能和業(yè)務類型的拓展。通過大數據處理技術，將電網智能化管理系統(tǒng)和氣象服務系統(tǒng)的數據庫連接在一起，可更加方便地查詢各項氣候信息，提高電網環(huán)境的風險預測和管理水平。智慧氣象服務云平臺功能豐富實用，通過多數據庫的緊密關聯，從而實現各個維度的精準計算和顯示。其中包括表格顯示、時間序列圖顯示以及GIS地圖顯示等。

3" 智慧氣象服務云平臺的應用評價

智慧氣象服務云平臺通過整合基礎資源、完善風險預警體系、推動氣象數據開放共享和接口標準化，實現氣象服務的個性化和多元化，進一步拓寬了氣象服務的應用范圍。目前，山東電網的氣象服務主要采用當地氣象局提供的預報數據、雷達拼圖等，和電網的設備設施、具體的業(yè)務場景沒有深度融合，各個業(yè)務部門、各個業(yè)務系統(tǒng)使用的氣象服務分散，存在煙囪叢立、數據割裂、模型簡單、實用性差等缺陷。亟須建設統(tǒng)一的智慧氣象服務云平臺，利用大數據、分布式計算、AI人工智能、Microservice等技術，實現海量氣象數據和實時觀測數據的統(tǒng)一接入、存儲、管理、服務和監(jiān)控，為應急指揮、電力作業(yè)、重大活動保障、電力調度、電力交易等業(yè)務提供統(tǒng)一的服務入口和服務支撐。

結合我國實際國情打造智慧氣象服務云平臺，滿足電網智能化、多元化的發(fā)展需求。以“業(yè)務一體化、服務一體化”為核心，為智慧城市建設提供設計規(guī)劃。按照電網資源業(yè)務中臺及“三區(qū)四層微服務微應用”體系架構要求，打造時空精細、智能開放、靈活定制的智慧電力氣象數據共享平臺，實現氣象數據、統(tǒng)一服務以及統(tǒng)一監(jiān)控的服務管理模式。面向智慧氣象服務云平臺中各類分析應用，提供統(tǒng)一的元數據管理、數據接入和大數據存儲、數據訪問、數據挖掘、數據分析服務和應用業(yè)務數據共享服務。基于數據中樞，快速構建標準化電力業(yè)務數據池，為各類分析計算應用及上層業(yè)務服務提供標準數據支持。完成氣象模型管理計算中心研究，研究相關算法模型的安全接入、動態(tài)引用和融合演進支持，整合模型的中央存儲倉庫功能及大數據、云計算環(huán)境下基于人工智能引擎的算法模型運算應用功能，整體實現對電力氣象技術支撐業(yè)務相關算法模型的統(tǒng)一存儲管理和模型的訓練、接入、部署、計算和應用。面對新能源電力系統(tǒng)發(fā)展需求及未來發(fā)展趨勢，針對新型電力系統(tǒng)對氣象變化高度敏感的特點，立足電網安全供電目標，立足電力安全生產需要，立足新能源開發(fā)與消納和電網數字化轉型需要，基于平臺，通過設立省、市、縣三級協同體系的組織架構，實現與氣象部門電力氣象應急席位的聯動融合，設立氣象專家團隊，讓氣象預警預報服務成為電網內部業(yè)務流程的一部分，形成跨機構運行的服務平臺，解決電網氣象災害“防御過度”與“防御不足”并存的困擾，堅持平戰(zhàn)結合，打造電力-氣象日常值班協同機制、電力-氣象動態(tài)監(jiān)測預警協同機制、電力-氣象應急處置分析研判協同機制、電力-氣象服務協同管控機制等四大協同響應機制。

4" 結束語

綜上所述，氣象服務與人們的生活有著緊密聯系，智慧氣象則是將氣象服務延伸到不同領域，改善人們的生活狀態(tài)，尤其是在電網領域，隨著電網規(guī)模的不斷擴大，對氣象環(huán)境的敏感度越來越強，一些極端氣象災害會對電網設備的安全運行造成重大影響。對天氣條件進行準確預測不僅可以降低極端惡劣天氣對電網設備造成損害，而且還能避免一些安全生產的風險。智慧氣象服務平臺的設計與應用，有效實現了當地氣象局信息與電力企業(yè)的深度融合，集中氣象服務和電力企業(yè)各部門的資源優(yōu)勢，分析電力企業(yè)各個業(yè)務系統(tǒng)對氣象服務的需求，以信息化技術提升電力氣象精細化服務水平。■

參考文獻

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