基于電網(wǎng)GIS的電網(wǎng)建設氣象監(jiān)測預警技術
孫世軍，韓 洪
（國網(wǎng)山東省電力公司，山東省 濟南市，250000）
Meteorological monitoring and early warning technology for power network construction based on GIS
SUN ShiJun,HAN Hong
(State Grid Shandong Electric Power Company, Jinan City, Shandong Province, 250000)
Abstract: Construction project management in recent years, facing huge pressure to safety, snow and rain, thunder and lightning, wind and other weather occurs, lack meteorological monitoring and early warning for each construction site, increased the adverse impacts on the project site safety and construction quality, easy to cause potential safety hazard, the current power grid construction project management the lack of effective means of monitoring and early warning, unable to meet the requirements of the current project the lean management.Implementation of GIS based on grid infrastructure construction monitoring and early warning module deployment and application projects, can be realized in the grid GIS construction engineering project, using the data from the professional meteorological monitoring and early warning when trigger infrastructure projects threshold set, through the network of mobile terminal in a timely manner to the construction site to push early warning information and matters needing attention, the effective protection of the early warning information timeliness, by strengthening the construction site meteorological disaster monitoring and early warning capability and improve the information level of power grid construction safety management.
Key words: Grid GIS;Infrastructure projects;Weather monitoring;Monitoring and early warning
摘要：近年來基建工程管理面臨巨大的安全壓力,雨雪、雷電、大風等惡劣天氣發(fā)生時，缺乏針對項目各施工現(xiàn)場的氣象監(jiān)測預警，加大了對項目現(xiàn)場安全及施工質量的不利影響，容易造成安全隱患，目前電網(wǎng)建設工程項目管理缺少有效的監(jiān)測預警手段，無法滿足當前工程項目精益化管理的要求。實施基于電網(wǎng)GIS的基建施工監(jiān)測預警模塊部署及應用項目，可在電網(wǎng)GIS上實現(xiàn)基建工程專題展示，利用專業(yè)的氣象監(jiān)測預警數(shù)據(jù)，當觸發(fā)基建工程閾值設定時，通過內網(wǎng)移動終端及時向工程現(xiàn)場推送預警信息及注意事項，有效保障了預警信息獲取的時效性，通過加強施工現(xiàn)場氣象災害監(jiān)測預警能力建設，全面提升電網(wǎng)建設安全管理的信息化水平。
關鍵詞：電網(wǎng)GIS；基建工程；氣象監(jiān)測；監(jiān)測預警
0 引言
在山東電力電網(wǎng)基建工程的建設過程中，2017年續(xù)建及新開工工程達到218項，建設高峰期施工作業(yè)現(xiàn)場近400個，參建隊伍300余支，參建人員近3萬人，基建管理面臨巨大的安全壓力。如有雨雪、雷電、大風等惡劣天氣發(fā)生時，缺乏對施工現(xiàn)場和項目管理的氣象監(jiān)測預警，加大了對項目現(xiàn)場安全及施工質量的不利影響，造成安全隱患，目前電網(wǎng)建設工程項目管理尚未有相關預警平臺，無法滿足當前工程項目精益化管理要求。
隨著國家電網(wǎng)公司電網(wǎng)建設安全管理要求的不斷加強，項目單位對建設目標管理和過程控制提出了更高的要求，亟需開發(fā)基于電網(wǎng)GIS的基建施工監(jiān)測預警技術，加強施工現(xiàn)場氣象災害監(jiān)測預警能力建設，提高預警信息獲取的時效性，全面提升電網(wǎng)工程安全管理的信息化水平。
1 山東電網(wǎng)GIS平臺
山東電網(wǎng)GIS平臺始建于2011年11月，2012年9月正式上線試運行。在前期開發(fā)中實現(xiàn)了與生產管理系統(tǒng)、配電自動化、營銷GIS、門戶目錄、IP多媒體子系統(tǒng)（IP multimedia subsystem，IMS）、輸變電狀態(tài)監(jiān)測等內部專業(yè)業(yè)務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成，在這些應用的基礎上不斷進行功能完善，實現(xiàn)了電網(wǎng)結構模型構建、電網(wǎng)資源的結構化管理和可視化展現(xiàn)，并通過與各業(yè)務系統(tǒng)的集成實現(xiàn)空間位置信息、電網(wǎng)拓撲信息和公共屬性信息的統(tǒng)一維護和管理，按照標準的面向服務的體系架構（SOA）和統(tǒng)一的服務規(guī)范為各類電網(wǎng)業(yè)務應用提供電網(wǎng)空間信息圖形和分析服務。同時不斷提升電網(wǎng)GIS平臺在生產、營銷、應急等相關專業(yè)的運行效率、應用實現(xiàn)效果及業(yè)務應用拓展的支撐能力。2013年以來，基于電網(wǎng)GIS平臺的電網(wǎng)防災減災綜合監(jiān)測預警和應急處置輔助決策等方面的深化應用，為基于基于電網(wǎng)GIS的電網(wǎng)建設氣象監(jiān)測預警技術研究提供了基礎數(shù)據(jù)和空間信息平臺。
2 存在問題
目前存在施工現(xiàn)場大風、暴雨等惡劣天氣的監(jiān)測預警手段不足，預警信息預報范圍及結果精細化程度不夠、通過內網(wǎng)無法對施工現(xiàn)場推送預警信息等問題。為提高施工現(xiàn)場災害性天氣監(jiān)測預警及分析應用能力，亟需開發(fā)基于電網(wǎng)GIS的電網(wǎng)建設氣象監(jiān)測預警技術，保障公司電網(wǎng)建設安全。
通過開展基于電網(wǎng)GIS的電網(wǎng)建設氣象監(jiān)測預警技術，保障基建專業(yè)對全省施工現(xiàn)場的風險管控水平，提高工程項目應對氣象災害的監(jiān)測預警能力。
3 研究內容
電網(wǎng)建設氣象監(jiān)測預警技術是通過對施工現(xiàn)場風力、降水、溫度等氣象條件的監(jiān)測，保障基建施工現(xiàn)場作業(yè)安全，提高基建專業(yè)施工現(xiàn)場綜合監(jiān)測預警能力和信息獲取能力。
整理現(xiàn)有的基建工程基礎數(shù)據(jù)，在電網(wǎng)GIS平臺實現(xiàn)基建工程專題分布及基本信息檢索，結合專業(yè)氣象監(jiān)測預報預警數(shù)據(jù)，實現(xiàn)基建工程現(xiàn)場氣象災害的監(jiān)測預警。
制定工程現(xiàn)場氣象預警閾值策略。結合山東省各區(qū)域氣象極值分布，制定工程現(xiàn)場氣象預警閾值策略。
通過氣象災害預警風險分析，分析影響工程范圍內的影響資源，及時向施工現(xiàn)場人員推送氣象災害告警信息，合理調整工程計劃，保障施工現(xiàn)場人員安全。
主要的研究內容有：工地基礎數(shù)據(jù)錄入、基建工程施工數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)網(wǎng)格化分析、工地氣象預警閾值梳理、智能預警分析。
3.1工地基礎數(shù)據(jù)錄入
梳理匯總全省2010年-2018年電網(wǎng)建設項目及施工現(xiàn)場基礎數(shù)據(jù)，包括名稱、位置、開工時間、竣工時間、建設內容、人員配置等基礎數(shù)據(jù)信息，按照行政區(qū)域、地市公司等歸屬條件進行分類整理，并處理成標準的數(shù)據(jù)格式，導入到數(shù)據(jù)庫，完成基建工地基礎數(shù)據(jù)錄入工作。
3.2基建工程施工數(shù)據(jù)錄入
針對新開工建設的工程進行重要施工數(shù)據(jù)的梳理及錄入工作，包括車輛進出路徑、設備安裝事項、設計標準等重要過程數(shù)據(jù)，制定施工數(shù)據(jù)錄入項目及模版，形成工程施工數(shù)據(jù)表，建立項目工程與施工工地數(shù)據(jù)的關聯(lián)關系。
3.3數(shù)據(jù)網(wǎng)格化分析
利用已制定的矢量化網(wǎng)格數(shù)據(jù)分析工具及方法，基于氣象數(shù)據(jù)與電網(wǎng)GIS網(wǎng)格對應的統(tǒng)一標準，利用數(shù)據(jù)處理工具對工地數(shù)據(jù)進行氣象網(wǎng)格關聯(lián)，按照網(wǎng)格對應關系，把所有工程數(shù)據(jù)差分到對應網(wǎng)格內，建立基建工地數(shù)據(jù)與氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)格的關聯(lián)關系，完成基建專業(yè)工地基礎數(shù)據(jù)的網(wǎng)格化預處理工作，為電網(wǎng)工程建設提供快速、精準的氣象數(shù)據(jù)關聯(lián)分析。在數(shù)據(jù)網(wǎng)格化過程中，空間數(shù)據(jù)插值方法主要是反距離插值法。
反距離加權插值Inverse Distance to a Power，也可以稱為距離倒數(shù)乘方法。是指距離倒數(shù)乘方格網(wǎng)化方法是一個加權平均插值法，可以進行確切的或者圓滑的方式插值。方次參數(shù)控制著權系數(shù)如何隨著離開一個格網(wǎng)結點距離的增加而下降。對于一個較大的方次，較近的數(shù)據(jù)點被給定一個較高的權重份額，對于一個較小的方次，權重比較均勻地分配給各數(shù)據(jù)點。
計算一個格網(wǎng)結點時給予一個特定數(shù)據(jù)點的權值與指定方次的從結點到觀測點的該結點被賦予距離倒數(shù)成比例。當計算一個格網(wǎng)結點時，配給的權重是一個分數(shù)，所有權重的總和等于1.0。當一個觀測點與一個格網(wǎng)結點重合時，該觀測點被給予一個實際為 1.0 的權重，所有其它觀測點被給予一個幾乎為 0.0 的權重。換言之，該結點被賦給與觀測點一致的值。這就是一個準確插值。
設有n個點，平面坐標為（xiyi），垂直高度為 
， ，倒數(shù)距離加權插值的插值函數(shù)為
。
其中， 是 點到 點的水平距離， 。 是一個大于0的常數(shù)，稱為加權冪指數(shù)。
容易看出， 是 的加權平均。
反距離加權插值法示意圖
3.4工地氣象預警閾值梳理
根據(jù)山東省氣象變化分布的特點和基建設施的防災標準，進行精確到1*1公里范圍內氣象網(wǎng)格數(shù)據(jù)匹配，統(tǒng)計分析近3年來每一個工地氣象條件，進行逐年、逐月、逐日的進行閾值分析，制定針對每個工程現(xiàn)場的氣象閾值策略，包括風力極大值、高溫、低溫、濕度、氣壓、能見度等氣象要素。同時結合電網(wǎng)建設工程的重點關注信息，制定并關聯(lián)每個工程及設施的風險控制策略，形成電網(wǎng)建設工程策略的算法，為電網(wǎng)工程建設提供精準的告警服務。
針對山東省自然災害種類、時間和區(qū)域分布以及對電網(wǎng)的影響，設定不同電壓等級電力線路高度閾值，應用拉依赫特曼乘冪率風廓線公式將氣象監(jiān)測標準高度（10米）的數(shù)據(jù)折算為線路實際高度的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)氣象要素與電網(wǎng)設施三維立體的精準關聯(lián)，針對性開展監(jiān)測、預報預警和動態(tài)修正。其中6kV、10kV桿塔線路高度取值為10米，35kV桿塔線路高度取值18米，110kV桿塔線路高度取值24米，220kV桿塔線路高度取值30米，500kV桿塔線路高度取值36米，600kV桿塔線路高度取值42米，1000kV桿塔線路高度取值65米。
3.5工地氣象預警閾值梳理
通過對網(wǎng)格化數(shù)據(jù)解析并結合電網(wǎng)GIS平臺展示，當災害天氣發(fā)生時，可自動分析強對流天氣走勢已經(jīng)影響的電網(wǎng)建設工程，
并發(fā)布當前施工工地的預警信息，包括預警的時間范圍、空間范圍，范圍內涉及的變電站、線路、桿塔、重要用戶、?；菲髽I(yè)、地質隱患點、山火隱患部位、防汛重點部位、應急集結點、三跨線路、監(jiān)拍裝置、高鐵/電鐵牽引站、充放電站等信息，以及當前災害的注意事項、防御指南、作業(yè)指導等知識庫信息。
（1）通過電網(wǎng)建設氣象監(jiān)測技術，借助數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，實現(xiàn)輸變電工程建設現(xiàn)場氣象信息的自動獲取，實現(xiàn)惡劣天氣的預判與預警并及時推送到施工單位與各級管理人員，做好現(xiàn)場安全措施，啟動應急預案，項目管理人員對現(xiàn)場開展安全檢查，消除了因惡劣天氣影響造成的安全隱患，避免了因天氣原因造成的人、財、物浪費及不必要的返工、窩工、誤工損失。
（2）數(shù)據(jù)網(wǎng)格化后，根據(jù)氣象預報數(shù)據(jù)和差值數(shù)據(jù)的處理結果生成災害數(shù)據(jù)文件，并計算出處于災害天氣影響范圍內的電網(wǎng)基建工程數(shù)據(jù)。
（3）建立災害天氣影響范圍與地理信息的有機整合，這樣能夠直觀在電網(wǎng)GIS系統(tǒng)中看到設定區(qū)域內的氣象狀況。實時監(jiān)控氣象信息變化，按照影響范圍精確關聯(lián)不同電網(wǎng)工程，根據(jù)當前的實時氣象信息做出針對電網(wǎng)工程的不同等級的災害預報預警信息，并做出相應的應急處置決策及方法。
4 結語
通過本技術，電網(wǎng)GIS實現(xiàn)惡劣天氣預警，及時推送到施工單位與各級管理人員，及時做好應急預案和安全措施，確保人身、電網(wǎng)、設備安全，強化工程本質安全，提升工程安全管理水平。
另一方面，業(yè)主項目部、施工單位、監(jiān)理單位以及各級管理人員可根據(jù)業(yè)務需要，實現(xiàn)施工現(xiàn)場氣象數(shù)據(jù)的實時獲取，惡劣天氣的預判預警，有助于合理分配各種資源。有力提升公司基建施工現(xiàn)場氣象風險預警能力，同時將大幅降低公司各項成本，減少經(jīng)濟損失，增加經(jīng)濟效益。
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