專利名稱：電網(wǎng)氣象災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種計算機控制系統(tǒng)，特別是一種電網(wǎng)氣象災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
氣象災(zāi)害對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的威脅十分突出，現(xiàn)有技術(shù)中，國家公共氣象服務(wù)系統(tǒng)提供了氣象衛(wèi)星、多普勒雷達、雷電監(jiān)測等監(jiān)測條件，但是氣象災(zāi)害的地域性強，判斷時間短，其強弱度、影響時間、影響范圍對電網(wǎng)設(shè)備、運行等的影響也各不同。氣象信息作為電網(wǎng)系統(tǒng)中的獨立信息，沒有與電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)(簡稱GIS)結(jié)合，往往是獲得了氣象信息，卻無法與對應(yīng)的電網(wǎng)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，也就不能及時、準確獲得氣象災(zāi)害對電網(wǎng)具體設(shè)備和運行帶來的影響，使得氣象對電網(wǎng)的預(yù)警起不到應(yīng)有的作用，效率低，只能是在氣象災(zāi)害發(fā)生后才能采取對應(yīng)的措施。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種能夠?qū)崟r獲得氣象災(zāi)害對電網(wǎng)影響信息的基于GIS的電網(wǎng)氣象災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)。本實用新型是通過以下途徑來實現(xiàn)的電網(wǎng)氣象災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)要點在于，包括有多普勒雷達、雷達數(shù)據(jù)處理裝置、雷達數(shù)據(jù)識別裝置、經(jīng)緯度取樣裝置、電網(wǎng)GIS系統(tǒng)和短時預(yù)報裝置；其中多普勒雷達的數(shù)據(jù)輸出端與雷達數(shù)據(jù)處理裝置連接，雷達數(shù)據(jù)處理裝置的輸出接口與雷達數(shù)據(jù)識別裝置連接，經(jīng)緯度取樣裝置的取樣端與雷達數(shù)據(jù)識別裝置連接，輸出端與電網(wǎng)GIS系統(tǒng)連接， 短時預(yù)報裝置安裝在電網(wǎng)GIS系統(tǒng)中。在氣象系統(tǒng)中，多普勒雷達是一種實時氣象探測器，其對災(zāi)害性天氣有很強的監(jiān)測能力，最大探測距離半徑為460km。本實用新型所述的電網(wǎng)氣象災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)中，需要在一定的地域范圍內(nèi)的所有多普勒雷達提供實時數(shù)據(jù)，該實時數(shù)據(jù)為雷達氣象圖，或者是多個多普勒雷達氣象拼圖首先雷達數(shù)據(jù)處理裝置對所有的多普勒雷達所提供的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，去除噪聲、雜波，進行濾波處理，使得氣象圖或者拼圖能夠更為直觀和簡化；雷達數(shù)據(jù)識別裝置提取處理后雷達數(shù)據(jù)中雷達回波的反射因子，經(jīng)過計算后，與天氣屬性的基準表對比，識別氣象圖中各個區(qū)域的氣象屬性，并提供各個氣象區(qū)域的氣象屬性，氣象數(shù)據(jù)以及位置信息傳送給經(jīng)緯度取樣裝置，經(jīng)緯度取樣裝置取樣多普勒雷達的位置信息，并傳送到電網(wǎng)GIS系統(tǒng)中，將氣象圖疊加到電網(wǎng)GIS中，短時預(yù)報裝置根據(jù)氣象圖中各個區(qū)域的氣象屬性和氣象數(shù)據(jù)，提取電網(wǎng)中的運行信息、設(shè)備信息，最后根據(jù)氣象信息給出區(qū)域內(nèi)的短時氣象預(yù)報數(shù)據(jù)，一旦預(yù)報出現(xiàn)災(zāi)害信息，給予氣象預(yù)報對電力運行設(shè)備的短時災(zāi)害預(yù)警信息。本實用新型將多普勒雷達數(shù)據(jù)進行處理，并與電網(wǎng)GIS系統(tǒng)實現(xiàn)地域信息與災(zāi)害信息的有機整合，這樣，就能夠直觀的在電網(wǎng)GIS系統(tǒng)中看到設(shè)定區(qū)域內(nèi)的氣象狀況，得到對應(yīng)狀況的短時(一般指30分鐘-60分鐘)預(yù)報信息，從而獲得氣象災(zāi)害發(fā)生前30分鐘-60間，并且能夠根據(jù)短時預(yù)報信息迅速做出處理策略，對可能受氣象災(zāi)害影響的電網(wǎng)設(shè)備和運行狀態(tài)進行防護處理，起到預(yù)警的重要作用，減少電網(wǎng)設(shè)備和運行受氣象災(zāi)害的影響，為綜合防災(zāi)減災(zāi)的決策指揮提供重要的決策依據(jù)，顯著增強電網(wǎng)的災(zāi)害監(jiān)測、 災(zāi)害預(yù)警、災(zāi)害預(yù)防、災(zāi)害應(yīng)對和災(zāi)害整治能力，提高電網(wǎng)安全運行水平。本實用新型可以進一步具體為雷達數(shù)據(jù)處理裝置包括有連接的去噪處理裝置和濾波處理裝置，去噪處理裝置的數(shù)據(jù)接收端與多普勒雷達的數(shù)據(jù)傳輸端連接，輸出端與濾波處理裝置連接，濾波處理裝置的輸出接口與雷達數(shù)據(jù)識別裝置連接。去噪處理裝置首先掃描雷達實時數(shù)據(jù)，并預(yù)先設(shè)置連通區(qū)塊的大小和臨時閥值， 當掃描到的區(qū)域面積小于設(shè)置數(shù)據(jù)，則去掉該區(qū)域，這樣可以去掉大部分的孤立噪聲。濾波處理裝置包括中值濾波裝置和開閉運算濾波裝置。中值濾波是一種非線性數(shù)字濾波技術(shù)，經(jīng)常用于去除圖像中的噪聲，這個設(shè)計思想就是檢查輸入信號中的采樣并判斷它是否代表了信號，使用奇數(shù)個采用組成的觀察窗實現(xiàn)這項功能。觀察窗中的數(shù)值進行排序，位于觀察窗中間的中值作為輸出，然后丟棄最早的值，取得新的采用，重復(fù)上面的計算過程，這樣可以保存氣象圖中各個區(qū)域的邊緣特性，使得雷達數(shù)據(jù)邊緣平滑，有不失去雷達回波的特征。開閉運算主要利用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)，它的基本運算有4個，先腐蝕后膨脹稱為開，開運算能夠去除孤立的小點、毛刺和小橋(即連通兩塊區(qū)域的小點)，而總的位置和形狀不變。先膨脹后腐蝕稱為閉，閉運算可使斷裂的地方被彌合填平，彌合小裂縫，而總的位置和形狀不變，這樣可以最大程度保留雷達原有探測信息，又便于運算。雷達數(shù)據(jù)識別裝置可以進一步具體為雷達數(shù)據(jù)識別裝置包括有依序連接的邊緣檢測裝置、邊緣特征點提取裝置、和計
算處理裝置。邊緣檢測裝置包括有二值化處理模塊和閥值模塊，閥值模塊為設(shè)定的天氣屬性反射率閥值，二值化處理模塊根據(jù)閥值模塊提供的閥值對雷達氣象圖進行二值化，輸出計算原圖；該邊緣檢測裝置是籍著腐蝕算法，用NXN的結(jié)構(gòu)元素對原圖進行腐蝕，再用原圖像減去腐蝕的圖像得到邊緣輪廓而組成。腐蝕算法的具體步驟是首先確定天氣屬性的反射率閥值，然后根據(jù)閥值把雷達氣象圖進行二值化，形成計算原圖，腐蝕結(jié)構(gòu)元素取NXN的黑點塊，腐蝕使圖像邊界沿周邊減少一個像素，因此邊緣檢測就是用NXN的結(jié)構(gòu)元素對原圖進行腐蝕，再用原圖像減去腐蝕的圖像，就得到邊緣輪廓。由于該檢測方法檢測的圖像邊緣寬度僅為一個像素，因此具有較高的定位精度，同時，二值化處理后的圖像具有完整的輪廓，所以輪廓提取檢測到的邊緣具有連續(xù)性。邊緣特征點提取裝置為一種像素點跟蹤提取模塊，包括有初始像素模塊，該初始像素模塊中存儲有對二值化圖形進行掃描所得到的第一個圖像值為“真”的像素，邊緣特征提取裝置系籍著采用“N-近鄰”跟蹤遍歷形式對初始像素的8個方向進行跟蹤找到第二個像素點為當前像素，再同樣采用“N-近鄰”跟蹤遍歷形式對當前像素點進行跟蹤，如此反復(fù)， 直到當前像素與初始像素相同或者已經(jīng)遍歷過，得到一條邊界段而組成。在采用采用“N-近鄰”跟蹤遍歷形式對像素進行跟蹤時，最好總是選擇最右邊或者最左邊的像素為所得像素，這樣必會在一個方向上找到下一個邊界像素點。雷達數(shù)據(jù)識別裝置還包括有邊緣特征點簡化裝置，其插接在邊緣特征點提取裝置和計算處理裝置之間，該邊緣特征點簡化裝置系籍著采用迭代曲率比較法減少邊界特征點而組成的。通過邊緣特征點提取裝置所獲得的特征點數(shù)量巨大，而從多普勒雷達到電網(wǎng)GIS 之間的通訊難以滿足該巨量數(shù)據(jù)的傳輸，傳輸速度慢，短時預(yù)報的時間大大受限，因此需要對邊緣特征點進行簡化，從大量特征點種提取幾十個特征點來描述圖形輪廓，既保留了原有形狀的基本特征，又大大簡化其特征點。上述識別處理后的二值化圖像以一種數(shù)據(jù)的形式呈現(xiàn)，故而容易傳送和處理，是將多普勒雷達數(shù)據(jù)與電網(wǎng)GIS系統(tǒng)結(jié)合的實現(xiàn)基礎(chǔ)。邊緣檢測裝置、邊緣特征點提取裝置和邊緣特征點簡化裝置則是將多普勒雷達數(shù)據(jù)與電網(wǎng)GIS系統(tǒng)結(jié)合的技術(shù)方案所要解決的一大技術(shù)難題，特別是邊緣特征點簡化裝置，這是因為在氣象處理中，往往需要原始數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)越多，則精確度也就越高，得到的預(yù)報也就越準確，所以在數(shù)據(jù)處理過程中也是一再保留原有數(shù)據(jù)，導(dǎo)致研發(fā)陷入僵局，本實用新型的發(fā)明人突破常規(guī)，簡化了特征點數(shù)據(jù)， 發(fā)現(xiàn)預(yù)報結(jié)果偏差小，卻解決了數(shù)據(jù)傳輸和海量數(shù)據(jù)處理速度問題，因而也是本實用新型的一大創(chuàng)新。計算處理裝置根據(jù)邊緣檢測裝置和邊緣特征點提取裝置處理后的二值化圖像進行計算，然后根據(jù)雷達識別的氣象屬性表進行識別，確定天氣屬性。本實用新型還可以進一步具體為短時預(yù)報裝置包括有依序連接的雷達回波計算裝置、非降水回波識別裝置以及外推預(yù)報裝置。雷達回波計算裝置接收前后一個時間間隔的雷達氣象圖數(shù)據(jù)，將雷達數(shù)據(jù)區(qū)域按特征進行劃分，根據(jù)前后時刻數(shù)據(jù)區(qū)域的最大相關(guān)系數(shù)，確定雷達回波的運動矢量，從而獲得交叉相關(guān)數(shù)據(jù)。非降水回波有地物、近距離水汽、海浪等回波的影響，非降水回波識別裝置用于識別并剔除這些回波。外推預(yù)報裝置根據(jù)天氣屬性分區(qū)，計算機該區(qū)域內(nèi)的所有交叉相關(guān)數(shù)據(jù)，并進行計算平均得到外推分矢量，根據(jù)矢量來進行外推，最終得到1小時內(nèi)的短時臨近客觀預(yù)報結(jié)果。本實用新型還可以進一步具體為還包括有雷達數(shù)據(jù)校驗裝置和基準裝置，雷達數(shù)據(jù)校驗裝置插接在雷達數(shù)據(jù)處理裝置和雷達數(shù)據(jù)識別裝置之間，基準裝置接收端與自動氣象站連接，數(shù)據(jù)端與雷達數(shù)據(jù)校驗裝置的基準端連接。雷達數(shù)據(jù)校驗裝置可以對處理后的氣象數(shù)據(jù)進行校驗，根據(jù)自動氣象站提供的直接氣象數(shù)據(jù)作為基準數(shù)據(jù)與多普勒雷達數(shù)據(jù)對比，以校驗多普勒雷達數(shù)據(jù)，防止誤報，提高準確率。綜上所述，本實用新型提供了一種電網(wǎng)氣象災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)，將多普勒雷達數(shù)據(jù)與電網(wǎng)GIS系統(tǒng)實現(xiàn)地域信息和災(zāi)害信息的有機整合，能夠直觀的在電網(wǎng)GIS系統(tǒng)中看到設(shè)定區(qū)域內(nèi)的氣象狀況，得到對應(yīng)狀況的短時(一般指30分鐘-60分鐘)預(yù)報信息，并且能夠根據(jù)短時預(yù)報信息迅速做出處理策略，對可能受氣象災(zāi)害影響的電網(wǎng)設(shè)備和運行狀態(tài)進行防護處理，起到預(yù)警的重要作用，減少電網(wǎng)設(shè)備和運行受氣象災(zāi)害的影響，為綜合防災(zāi)減災(zāi)的決策指揮提供重要的決策依據(jù)，顯著增強電網(wǎng)的災(zāi)害監(jiān)測、災(zāi)害預(yù)警、災(zāi)害預(yù)防、災(zāi)害應(yīng)對和災(zāi)害整治能力，提高電網(wǎng)安全運行水平。

圖1所示為本實用新型所述的電網(wǎng)氣象災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)示意以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步描述。
具體實施方式
最佳實施例參照附圖1，電網(wǎng)氣象災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)，包括有多普勒雷達、雷達數(shù)據(jù)處理裝置、雷達數(shù)據(jù)識別裝置、雷達數(shù)據(jù)校驗裝置、基準裝置、經(jīng)緯度取樣裝置、電網(wǎng)GIS系統(tǒng)和短時預(yù)報裝置；其中多普勒雷達的數(shù)據(jù)輸出端與雷達數(shù)據(jù)處理裝置連接，雷達數(shù)據(jù)處理裝置的輸出接口與雷達數(shù)據(jù)識別裝置連接，雷達數(shù)據(jù)校驗裝置的接收端與雷達數(shù)據(jù)識別裝置連接，經(jīng)緯度取樣裝置的取樣端與雷達數(shù)據(jù)校驗裝置連接，輸出端與電網(wǎng)GIS系統(tǒng)連接，短時預(yù)報裝置安裝在電網(wǎng)GIS系統(tǒng)中。其中雷達數(shù)據(jù)處理裝置包括有連接的去噪處理裝置和濾波處理裝置，去噪處理裝置的數(shù)據(jù)接收端與多普勒雷達的數(shù)據(jù)傳輸端連接，輸出端與濾波處理裝置連接，濾波處理裝置的輸出接口與雷達數(shù)據(jù)識別裝置連接；雷達數(shù)據(jù)識別裝置包括有依序連接的邊緣檢測裝置、邊緣特征點提取裝置、邊緣特征點簡化裝置和計算處理裝置；短時預(yù)報裝置包括有依序連接的雷達回波計算裝置、非降水回波識別裝置以及外推預(yù)報裝置。上述電網(wǎng)氣象災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的工作流程為多普勒雷達體掃時間為6分鐘，如果有多個雷達站，把每個雷達站的37號產(chǎn)品(組合反射率因子)進行時間匹配，進行拼圖，提供最初的實時數(shù)據(jù)；雷達數(shù)據(jù)處理裝置對上述實時數(shù)據(jù)進行處理通過去噪處理裝置去除大部分孤立噪聲，通過濾波處理裝置進行中值濾波和開閉運算濾波，使得雷達數(shù)據(jù)邊緣平滑，最大程度保留雷達原有探測信息，便于以后的運算。雷達數(shù)據(jù)識別裝置通過邊緣檢測裝置獲得雷達圖像的邊緣輪廓，然后由邊緣特征點提取裝置提取圖像邊緣輪廓的特征點數(shù)據(jù)；之后由邊緣特征點簡化裝置簡化特征點，最后通過計算處理裝置計算，并根據(jù)雷達識別氣象屬性表進行識別，確定天氣屬性；雷達數(shù)據(jù)校驗裝置對處理后的氣象數(shù)據(jù)進行校驗，根據(jù)自動氣象站提供的直接氣象數(shù)據(jù)作為基準數(shù)據(jù)與多普勒雷達數(shù)據(jù)對比，以校驗多普勒雷達數(shù)據(jù)，防止誤報；經(jīng)緯度取樣裝置從雷達數(shù)據(jù)中取樣雷達數(shù)據(jù)的各個位置信息，并傳送到電網(wǎng)GIS 系統(tǒng)中，將氣象圖疊加到電網(wǎng)GIS中，短時預(yù)報裝置根據(jù)氣象圖中各個區(qū)域的氣象屬性和氣象數(shù)據(jù)，首先通過雷達回波計算裝置確定雷達回波的運動矢量，獲得交叉相關(guān)數(shù)據(jù)，然后通過非降水回波識別裝置剔除有地物、近距離水汽、海浪等回波，最后通過外推預(yù)報裝置根據(jù)矢量進行外推，獲得1小時內(nèi)的短時臨近客觀預(yù)報結(jié)果；電網(wǎng)GIS根據(jù)預(yù)報結(jié)果提取電網(wǎng)中的運行信息、設(shè)備信息，最后根據(jù)氣象信息給出區(qū)域內(nèi)的短時氣象預(yù)報數(shù)據(jù)，一旦預(yù)報出現(xiàn)災(zāi)害信息，給予氣象預(yù)報對電力運行設(shè)備的短時災(zāi)害預(yù)警信息。本實用新型未述部分與現(xiàn)有技術(shù)相同。
權(quán)利要求1.電網(wǎng)氣象災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，包括有多普勒雷達、雷達數(shù)據(jù)處理裝置、雷達數(shù)據(jù)識別裝置、經(jīng)緯度取樣裝置、電網(wǎng)GIS系統(tǒng)和短時預(yù)報裝置；其中多普勒雷達的數(shù)據(jù)輸出端與雷達數(shù)據(jù)處理裝置連接，雷達數(shù)據(jù)處理裝置的輸出接口與雷達數(shù)據(jù)識別裝置連接， 經(jīng)緯度取樣裝置的取樣端與雷達數(shù)據(jù)識別裝置連接，輸出端與電網(wǎng)GIS系統(tǒng)連接，短時預(yù)報裝置安裝在電網(wǎng)GIS系統(tǒng)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)氣象災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，雷達數(shù)據(jù)處理裝置包括有連接的去噪處理裝置和濾波處理裝置，去噪處理裝置的數(shù)據(jù)接收端與多普勒雷達的數(shù)據(jù)傳輸端連接，輸出端與濾波處理裝置連接，濾波處理裝置的輸出接口與雷達數(shù)據(jù)識別裝置連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)氣象災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，還包括有雷達數(shù)據(jù)校驗裝置和基準裝置，雷達數(shù)據(jù)校驗裝置插接在雷達數(shù)據(jù)處理裝置和雷達數(shù)據(jù)識別裝置之間，基準裝置接收端與自動氣象站連接，數(shù)據(jù)端與雷達數(shù)據(jù)校驗裝置的基準端連接。
專利摘要本實用新型涉及一種計算機控制系統(tǒng)，特別是一種電網(wǎng)氣象災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)要點在于，包括有多普勒雷達、雷達數(shù)據(jù)處理裝置、雷達數(shù)據(jù)識別裝置、經(jīng)緯度取樣裝置、電網(wǎng)GIS系統(tǒng)和短時預(yù)報裝置。其優(yōu)點在于，將多普勒雷達數(shù)據(jù)與電網(wǎng)GIS系統(tǒng)實現(xiàn)地域信息和災(zāi)害信息的有機整合，能夠直觀的在電網(wǎng)GIS系統(tǒng)中看到設(shè)定區(qū)域內(nèi)的氣象狀況，得到對應(yīng)狀況的短時預(yù)報信息，對可能受氣象災(zāi)害影響的電網(wǎng)設(shè)備和運行狀態(tài)進行防護處理，起到預(yù)警的重要作用，減少電網(wǎng)設(shè)備和運行受氣象災(zāi)害的影響，為綜合防災(zāi)減災(zāi)的決策指揮提供重要的決策依據(jù)，顯著增強電網(wǎng)的災(zāi)害監(jiān)測、災(zāi)害預(yù)警、災(zāi)害預(yù)防、災(zāi)害應(yīng)對和災(zāi)害整治能力，提高電網(wǎng)安全運行水平。
文檔編號G01S15/88GK202166754SQ201120151249
公開日2012年3月14日 申請日期2011年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月12日
發(fā)明者張世欽, 方朝雄, 童以長, 胡永洪, 黃仕勇 申請人:福建省電力有限公司