一、概述

      近年來，與氣候變暖有關(guān)的極端天氣或氣候事件在全球大多數(shù)地方越來越頻繁地發(fā)生，造成各種災(zāi)害，給社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境以及人類健康帶來諸多不利影響。在我國的大部分地區(qū)，每年3月以后，各種雷電天氣明顯增多，雷電事故頻繁發(fā)生，嚴(yán)重危及景區(qū)的工作人員和游客生命財產(chǎn)安全。

    由山西捷力通科技有限公司研發(fā)的“大氣電場監(jiān)測與雷電預(yù)警系統(tǒng)Pre-Storm2.0”，可實時、安全、可靠地發(fā)布雷電災(zāi)害預(yù)警信息。為景區(qū)有關(guān)部門做好防雷減災(zāi)工作提供支持，為廣大人民群眾增強防雷意識，采取避險措施提供了有效的幫助，可有效保障游客生命及財產(chǎn)安全。

二、預(yù)雷者Pre-Storm大氣電場儀介紹

Pre-Storm大氣電場儀工作原理

眾所周知，雷電是由于雷雨云中的電荷達到一定的數(shù)量時，在云內(nèi)不同部位之間與地面之間就形成了很強的電場，當(dāng)電荷積聚到一定程度時，就會在云與云之間或云與地之間發(fā)生放電現(xiàn)象。即雷電的發(fā)生來源于雷云內(nèi)部的電荷累積，這意味著只要能夠準(zhǔn)確檢測空間靜電場的變化，就可以間接了解雷云電荷累積的情況。

 根據(jù)多年來世界各地所記錄的相關(guān)氣象資料表明，雷電的發(fā)生需一定條件，并且具有規(guī)律性：以在平面距地面約1.5m處設(shè)立的監(jiān)測點為例，當(dāng)雷云靠近或形成時，地面的靜電場也會發(fā)生劇烈變化。在通常的標(biāo)準(zhǔn)情況下（平地、平原、沒有尖端放電），在一個晴好天氣的平均場強是150V/m，當(dāng)場強檢測值達到2KV/m以上，通常意味著該地點上方有雷云產(chǎn)生;而當(dāng)雷閃產(chǎn)生時，場強將急劇增大，甚至?xí)哌_15KV/m以上。一般情況下，獨立雷云（對流雷云）或雷云群的產(chǎn)生需要大約20分鐘。我們認(rèn)為，而當(dāng)?shù)孛鎴鰪娺_到2KV/m以上時，該地點就會受到其上方的雷云的影響，雷雨云正在逐漸形成或正在靠近。

       在氣象領(lǐng)域，對于雷暴的檢測手段，分為間接檢測和直接檢測兩種；間接檢測的方法包括了多普勒氣象雷達、衛(wèi)星云圖等；而直接檢測手段則主要是大氣電場儀、閃電定位儀等。

大氣電場儀是唯一針對雷電發(fā)生的最根本因素一雷云電荷量，即大氣電場進行監(jiān)測的系統(tǒng)；它能夠通過對電場強度、極性變化的探測和分析，實時的監(jiān)測本地雷云變化，并對可能造成雷擊危險的大氣電場變化加以識別和預(yù)警。

Pre-Storm大氣電場監(jiān)測與雷電預(yù)警系統(tǒng)采用國內(nèi)最先進的的最精確的大氣電場儀為傳感器，通過多年對大氣電場數(shù)據(jù)積累和分析，由各方專家們精心設(shè)計、深度開發(fā)，構(gòu)成的高智能、高準(zhǔn)確率的大氣電場監(jiān)測與雷電預(yù)警系統(tǒng)。

Pre-Storm的主要優(yōu)勢

     Pre-Storm是建立在差模測量技術(shù)基礎(chǔ)上的大氣探測產(chǎn)品，它的工作原理是對不斷被屏蔽及開放的探測電極帶點涼的增益放大，轉(zhuǎn)換位數(shù)字電場值，從而實時監(jiān)測大氣電場的變化，進而實現(xiàn)對半徑15-20km左右區(qū)域可能產(chǎn)生的雷電進行預(yù)測和報警。

 獨特的外形設(shè)計

         Pre-Storm的外形設(shè)計獨特能有效避免積水、積雪、灰塵、鳥糞等所對所測電場產(chǎn)生的影響，該外形已申請專利保護。

 先進的硬件系統(tǒng)

     采用了精度更高、更靈敏的電子元器件，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)采用了最新一代的數(shù)據(jù)采集芯片，取樣速度是8毫秒，而同類產(chǎn)品的取樣速度約在32毫秒左右。

 較強的抗干擾能力

      在嵌入式軟件中，增加了數(shù)據(jù)預(yù)處理功能，是周邊的環(huán)境電場對探測所造成的影響降至最低限度，保證了所測數(shù)據(jù)的有效性，同時在某種程度上，降低了對安裝點的要求。

 靈活的通訊功能

   數(shù)據(jù)傳輸支持LAN、GPRS、CDMA2000、3G等網(wǎng)絡(luò)，并能提供雙模通訊功能。采用了先進的通訊控制接口，進而可以直接通過現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)來進行遠程監(jiān)控和切換市電與UPS電源等操作。

 能多探頭組網(wǎng)

   Pre-Storm可以在單機或聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下使用，單機可以為單一場所提供雷電預(yù)警，即為單點雷電監(jiān)測系統(tǒng)Local-Storm。

   Pre-Storm可以多臺聯(lián)網(wǎng)使用可以組成雷電偵測網(wǎng)絡(luò)，即為網(wǎng)絡(luò)雷電監(jiān)測系統(tǒng)Net-Storm。用戶可以實時地對不同范圍進行探測與觀察，通過計算機軟件把按一定規(guī)律分布在各處的探頭收集到的數(shù)據(jù)進行匯總和計算、分析，掌握整個區(qū)域某一時段的帶電云層的變化資料，并可以做出較為準(zhǔn)確的推測和預(yù)報。

 能與其他氣象設(shè)備配合使用

    Pre-Storm能與其他氣象設(shè)備配合使用來提高預(yù)警的準(zhǔn)確率，如氣象雷達、閃電定位儀等。

 提供多種報警手段

    能提供聲、光報警，語音廣播報警，手機短信報警等功能。

 能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境

Pre-Storm所采用的核心材料在海洋和化學(xué)工業(yè)環(huán)境中具有較強的耐腐蝕能力，能適應(yīng)各種惡劣的安裝環(huán)境。

預(yù)警范圍

   理論上，對空間電場的探測是不存在范圍限制的。但實際上，鑒于電場衰減變化的固有物理定律，以及一些其它環(huán)境客觀因素的影響，所有基于場磨原理的雷電預(yù)警系統(tǒng)設(shè)備只能在一定范圍內(nèi)起到預(yù)警作用。一般而言，Pre-Storm系統(tǒng)的有效預(yù)警范圍實在15~20km的范圍。雷暴現(xiàn)象，由于上述原因，將無法觸發(fā)有效的預(yù)警警報。我們也可以將多臺Pre-Storm按一定的規(guī)律聯(lián)網(wǎng)布局，組成雷電偵測網(wǎng)絡(luò)，利用計算機軟件把收集到的數(shù)據(jù)進行匯總、統(tǒng)計、分析，從而對大范圍區(qū)域的雷電活動做出較為準(zhǔn)確的推測與預(yù)報，對于那些如氣象、電信、航空等行業(yè)的用戶來說，以此來彌補單點預(yù)警系統(tǒng)的局限性。

    從實踐經(jīng)驗而言，任何一個單一的監(jiān)均測手段存在氣不足之處；例如大氣電場儀就很容易因雷云受風(fēng)向影響在最后時刻改變方向，或者因其他原因，使雷暴未能在發(fā)布了預(yù)警信息的安裝地點附近發(fā)生，而產(chǎn)生事實上的誤報。所以，通過多個系統(tǒng)（如多普勒雷達、閃電定位系統(tǒng)等）所提供的信息進行交叉參照分析，綜合得出監(jiān)測結(jié)果才是較為可靠的辦法。

三、旅游風(fēng)景區(qū)雷電預(yù)警通用方案

       與傳統(tǒng)防雷系統(tǒng)不同，大氣電場監(jiān)測與雷電預(yù)警系統(tǒng)是公認(rèn)的最有效的防止戶外雷擊傷害人類和減少設(shè)備損壞的措施。

3.1中小型旅游風(fēng)景區(qū)（方圓15公里以內(nèi)）雷電預(yù)警方案

   方圓15公里以內(nèi)的中小型旅游風(fēng)景區(qū)，包括各種游樂場、高爾夫球場、休閑中心等單個場所，區(qū)內(nèi)人員集中，遭雷擊風(fēng)險較高。對中小型旅游風(fēng)景區(qū)我們推薦安裝使用單點雷電監(jiān)測系統(tǒng)（Local-Storm）。 

Local-Storm的工作原理

   在景區(qū)范圍內(nèi)安裝一套單點雷電監(jiān)測系統(tǒng)（Local-Storm），將大氣電場儀偵測探頭安裝在樓頂或空曠地帶，預(yù)警主機可以選擇安裝機房內(nèi)。又大氣電場儀感應(yīng)到雷電活動信息后實時把數(shù)據(jù)傳送到計算機，經(jīng)過安裝在計算機上的專用軟件的分析和處理，可在雷電來臨之前自動發(fā)出預(yù)警信號，也可由機房內(nèi)值班人員再綜合相關(guān)管理規(guī)則把雷電預(yù)警信息通過廣播、聲光報警、短信報警或者其他途徑傳遞給景點內(nèi)游客，提醒游客及時采取避雷措施。計算機能對所有數(shù)據(jù)進行存儲，方便有關(guān)部門或人員作日后查詢、統(tǒng)計和分析之用。

Local-Storm的基本結(jié)構(gòu)

      單點雷電監(jiān)測系統(tǒng)Local-Storm的基本結(jié)構(gòu)見圖3，它有大氣電場儀、控制箱、計算機、聲光報警系統(tǒng)、大氣電場監(jiān)測與雷電預(yù)警軟件等組成。

大氣電場儀：實時采集本地方圓15公里左右大氣電場。

控制箱：連接大氣電場儀與計算機，控制聲光報警系統(tǒng)，為大氣電場儀和聲光報警系統(tǒng)供電。

計算機：信息處理、數(shù)據(jù)分析和儲存，實時監(jiān)測電場強度。推薦使用2.5G以上主頻、2G以上內(nèi)存，500G以上硬盤，操作系統(tǒng)使用XP或server2003系統(tǒng)的計算機。

聲光報警系統(tǒng)：分為聲音報警（人聲、蜂鳴器）和三色燈報警，聲音報警中蜂鳴器由控制箱直接輸出控制，人聲可為計算機軟件語音功能。三色燈報警是根據(jù)當(dāng)前場強大小和預(yù)警等級做出的三個階段的雷電預(yù)警。

大氣電場監(jiān)測與雷電預(yù)警軟件（Local-Storm Manager2.0）：所有信息的處理、分析、提示預(yù)警信息，歷史數(shù)據(jù)的分析和查詢。

3.2大型旅游風(fēng)景區(qū)（方圓15公里以上）雷電預(yù)警組網(wǎng)方案

對于那些方圓超過15公里或更大的大型旅游風(fēng)景區(qū)，比如黃山，張家界，我們建議使用網(wǎng)絡(luò)雷電監(jiān)測系統(tǒng)（Net-Storm）。

在大型風(fēng)景區(qū)，可利用現(xiàn)有的公用網(wǎng)絡(luò)資源，只安裝一臺中心計算機服務(wù)器、在風(fēng)景區(qū)內(nèi)安裝多臺大氣電場儀組成一個雷電偵測網(wǎng)絡(luò)，區(qū)域內(nèi)的所有景點可以共享雷電預(yù)警信息，此舉不僅可以節(jié)約投資，而且還能大大提高雷電預(yù)警的準(zhǔn)確率。

（1）、工作原理

在景區(qū)內(nèi)按一定的間距安裝多臺Pre-Storm大氣電場儀，組成一個實時雷電偵測網(wǎng)絡(luò)，每個大氣電場儀采集本地電場強度，實時把數(shù)據(jù)傳送到中心計算機服務(wù)器，經(jīng)過安裝在服務(wù)器上的專用軟件的分析和處理，來發(fā)布預(yù)警信息，并對數(shù)據(jù)進行了存儲，方便日后對所采集的數(shù)據(jù)進行查詢、統(tǒng)計和分析。景區(qū)內(nèi)所有景點的工作人員可通過網(wǎng)絡(luò)訪問中心服務(wù)器以獲得實時雷電預(yù)警信息，并可以通過聲光報警，語音廣播報警，手機信息報警等手段及時通知游客避雷，以保護游客安全。

（2）、基本結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)雷電監(jiān)測系統(tǒng)Net-Storm基本結(jié)構(gòu)見圖6，由多個單點雷電預(yù)警系統(tǒng)Local-Storm站點（計算機可選）、中心計算機服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、大氣電場監(jiān)測與雷電預(yù)警軟件Net-Storm manager2.0等組成。

單點雷電監(jiān)測系統(tǒng)：詳情見上文。

中心計算機服務(wù)器：收集區(qū)域內(nèi)所有電場儀的數(shù)據(jù)、分析并處理，發(fā)布全區(qū)雷電預(yù)警信息。推薦使用服務(wù)器級計算機。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：有線網(wǎng)絡(luò)或GPRS無線網(wǎng)絡(luò)。

大氣電場監(jiān)測與雷電預(yù)警軟件Net-Storm manager2.0：區(qū)域內(nèi)所有大氣電場儀所采集信息的處理、分析，提示預(yù)警信息，歷史數(shù)據(jù)的分析和查詢。

大型景區(qū)因其覆蓋面積廣，還可以將Net-Storm系統(tǒng)與其它氣象設(shè)備配合使用（如閃電定位儀，多普勒氣象雷達）來提高預(yù)警的準(zhǔn)確率。

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