基于電網(wǎng)GIS的電網(wǎng)建設(shè)氣象監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)
孫世軍，韓 洪
（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司，山東省 濟(jì)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(lái)基建工程管理面臨巨大的安全壓力,雨雪、雷電、大風(fēng)等惡劣天氣發(fā)生時(shí)，缺乏針對(duì)項(xiàng)目各施工現(xiàn)場(chǎng)的氣象監(jiān)測(cè)預(yù)警，加大了對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)安全及施工質(zhì)量的不利影響，容易造成安全隱患，目前電網(wǎng)建設(shè)工程項(xiàng)目管理缺少有效的監(jiān)測(cè)預(yù)警手段，無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)前工程項(xiàng)目精益化管理的要求。實(shí)施基于電網(wǎng)GIS的基建施工監(jiān)測(cè)預(yù)警模塊部署及應(yīng)用項(xiàng)目，可在電網(wǎng)GIS上實(shí)現(xiàn)基建工程專(zhuān)題展示，利用專(zhuān)業(yè)的氣象監(jiān)測(cè)預(yù)警數(shù)據(jù)，當(dāng)觸發(fā)基建工程閾值設(shè)定時(shí)，通過(guò)內(nèi)網(wǎng)移動(dòng)終端及時(shí)向工程現(xiàn)場(chǎng)推送預(yù)警信息及注意事項(xiàng)，有效保障了預(yù)警信息獲取的時(shí)效性，通過(guò)加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警能力建設(shè)，全面提升電網(wǎng)建設(shè)安全管理的信息化水平。
關(guān)鍵詞：電網(wǎng)GIS；基建工程；氣象監(jiān)測(cè)；監(jiān)測(cè)預(yù)警
0 引言
在山東電力電網(wǎng)基建工程的建設(shè)過(guò)程中，2017年續(xù)建及新開(kāi)工工程達(dá)到218項(xiàng)，建設(shè)高峰期施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)近400個(gè)，參建隊(duì)伍300余支，參建人員近3萬(wàn)人，基建管理面臨巨大的安全壓力。如有雨雪、雷電、大風(fēng)等惡劣天氣發(fā)生時(shí)，缺乏對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)和項(xiàng)目管理的氣象監(jiān)測(cè)預(yù)警，加大了對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)安全及施工質(zhì)量的不利影響，造成安全隱患，目前電網(wǎng)建設(shè)工程項(xiàng)目管理尚未有相關(guān)預(yù)警平臺(tái)，無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)前工程項(xiàng)目精益化管理要求。
隨著國(guó)家電網(wǎng)公司電網(wǎng)建設(shè)安全管理要求的不斷加強(qiáng)，項(xiàng)目單位對(duì)建設(shè)目標(biāo)管理和過(guò)程控制提出了更高的要求，亟需開(kāi)發(fā)基于電網(wǎng)GIS的基建施工監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)，加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警能力建設(shè)，提高預(yù)警信息獲取的時(shí)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(tái)
山東電網(wǎng)GIS平臺(tái)始建于2011年11月，2012年9月正式上線(xiàn)試運(yùn)行。在前期開(kāi)發(fā)中實(shí)現(xiàn)了與生產(chǎn)管理系統(tǒng)、配電自動(dòng)化、營(yíng)銷(xiāo)GIS、門(mén)戶(hù)目錄、IP多媒體子系統(tǒng)（IP multimedia subsystem，IMS）、輸變電狀態(tài)監(jiān)測(cè)等內(nèi)部專(zhuān)業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成，在這些應(yīng)用的基礎(chǔ)上不斷進(jìn)行功能完善，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建、電網(wǎng)資源的結(jié)構(gòu)化管理和可視化展現(xiàn)，并通過(guò)與各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的集成實(shí)現(xiàn)空間位置信息、電網(wǎng)拓?fù)湫畔⒑凸矊傩孕畔⒌慕y(tǒng)一維護(hù)和管理，按照標(biāo)準(zhǔn)的面向服務(wù)的體系架構(gòu)（SOA）和統(tǒng)一的服務(wù)規(guī)范為各類(lèi)電網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用提供電網(wǎng)空間信息圖形和分析服務(wù)。同時(shí)不斷提升電網(wǎng)GIS平臺(tái)在生產(chǎn)、營(yíng)銷(xiāo)、應(yīng)急等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的運(yùn)行效率、應(yīng)用實(shí)現(xiàn)效果及業(yè)務(wù)應(yīng)用拓展的支撐能力。2013年以來(lái)，基于電網(wǎng)GIS平臺(tái)的電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警和應(yīng)急處置輔助決策等方面的深化應(yīng)用，為基于基于電網(wǎng)GIS的電網(wǎng)建設(shè)氣象監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)研究提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和空間信息平臺(tái)。
2 存在問(wèn)題
目前存在施工現(xiàn)場(chǎng)大風(fēng)、暴雨等惡劣天氣的監(jiān)測(cè)預(yù)警手段不足，預(yù)警信息預(yù)報(bào)范圍及結(jié)果精細(xì)化程度不夠、通過(guò)內(nèi)網(wǎng)無(wú)法對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)推送預(yù)警信息等問(wèn)題。為提高施工現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)害性天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警及分析應(yīng)用能力，亟需開(kāi)發(fā)基于電網(wǎng)GIS的電網(wǎng)建設(shè)氣象監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)，保障公司電網(wǎng)建設(shè)安全。
通過(guò)開(kāi)展基于電網(wǎng)GIS的電網(wǎng)建設(shè)氣象監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)，保障基建專(zhuān)業(yè)對(duì)全省施工現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)管控水平，提高工程項(xiàng)目應(yīng)對(duì)氣象災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)警能力。
3 研究?jī)?nèi)容
電網(wǎng)建設(shè)氣象監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)是通過(guò)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)力、降水、溫度等氣象條件的監(jiān)測(cè)，保障基建施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全，提高基建專(zhuān)業(yè)施工現(xiàn)場(chǎng)綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警能力和信息獲取能力。
整理現(xiàn)有的基建工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在電網(wǎng)GIS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)基建工程專(zhuān)題分布及基本信息檢索，結(jié)合專(zhuān)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)基建工程現(xiàn)場(chǎng)氣象災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)警。
制定工程現(xiàn)場(chǎng)氣象預(yù)警閾值策略。結(jié)合山東省各區(qū)域氣象極值分布，制定工程現(xiàn)場(chǎng)氣象預(yù)警閾值策略。
通過(guò)氣象災(zāi)害預(yù)警風(fēng)險(xiǎn)分析，分析影響工程范圍內(nèi)的影響資源，及時(shí)向施工現(xiàn)場(chǎng)人員推送氣象災(zāi)害告警信息，合理調(diào)整工程計(jì)劃，保障施工現(xiàn)場(chǎng)人員安全。
主要的研究?jī)?nèi)容有：工地基礎(chǔ)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(yù)警閾值梳理、智能預(yù)警分析。
3.1工地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入
梳理匯總?cè)?010年-2018年電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目及施工現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括名稱(chēng)、位置、開(kāi)工時(shí)間、竣工時(shí)間、建設(shè)內(nèi)容、人員配置等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，按照行政區(qū)域、地市公司等歸屬條件進(jìn)行分類(lèi)整理，并處理成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式，導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫(kù)，完成基建工地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入工作。
3.2基建工程施工數(shù)據(jù)錄入
針對(duì)新開(kāi)工建設(shè)的工程進(jìn)行重要施工數(shù)據(jù)的梳理及錄入工作，包括車(chē)輛進(jìn)出路徑、設(shè)備安裝事項(xiàng)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等重要過(guò)程數(shù)據(jù)，制定施工數(shù)據(jù)錄入項(xiàng)目及模版，形成工程施工數(shù)據(jù)表，建立項(xiàng)目工程與施工工地?cái)?shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)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(duì)應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，利用數(shù)據(jù)處理工具對(duì)工地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行氣象網(wǎng)格關(guān)聯(lián)，按照網(wǎng)格對(duì)應(yīng)關(guān)系，把所有工程數(shù)據(jù)差分到對(duì)應(yīng)網(wǎng)格內(nèi)，建立基建工地?cái)?shù)據(jù)與氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)格的關(guān)聯(lián)關(guān)系，完成基建專(zhuān)業(yè)工地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的網(wǎng)格化預(yù)處理工作，為電網(wǎng)工程建設(shè)提供快速、精準(zhǔn)的氣象數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析。在數(shù)據(jù)網(wǎng)格化過(guò)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(quán)插值Inverse Distance to a Power，也可以稱(chēng)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(gè)加權(quán)平均插值法，可以進(jìn)行確切的或者圓滑的方式插值。方次參數(shù)控制著權(quán)系數(shù)如何隨著離開(kāi)一個(gè)格網(wǎng)結(jié)點(diǎn)距離的增加而下降。對(duì)于一個(gè)較大的方次，較近的數(shù)據(jù)點(diǎn)被給定一個(gè)較高的權(quán)重份額，對(duì)于一個(gè)較小的方次，權(quán)重比較均勻地分配給各數(shù)據(jù)點(diǎn)。
計(jì)算一個(gè)格網(wǎng)結(jié)點(diǎn)時(shí)給予一個(gè)特定數(shù)據(jù)點(diǎn)的權(quán)值與指定方次的從結(jié)點(diǎn)到觀測(cè)點(diǎn)的該結(jié)點(diǎn)被賦予距離倒數(shù)成比例。當(dāng)計(jì)算一個(gè)格網(wǎng)結(jié)點(diǎn)時(shí)，配給的權(quán)重是一個(gè)分?jǐn)?shù)，所有權(quán)重的總和等于1.0。當(dāng)一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)與一個(gè)格網(wǎng)結(jié)點(diǎn)重合時(shí)，該觀測(cè)點(diǎn)被給予一個(gè)實(shí)際為 1.0 的權(quán)重，所有其它觀測(cè)點(diǎn)被給予一個(gè)幾乎為 0.0 的權(quán)重。換言之，該結(jié)點(diǎn)被賦給與觀測(cè)點(diǎn)一致的值。這就是一個(gè)準(zhǔn)確插值。
設(shè)有n個(gè)點(diǎn)，平面坐標(biāo)為（xiyi），垂直高度為 
， ，倒數(shù)距離加權(quán)插值的插值函數(shù)為
。
其中， 是 點(diǎn)到 點(diǎn)的水平距離， 。 是一個(gè)大于0的常數(shù)，稱(chēng)為加權(quán)冪指數(shù)。
容易看出， 是 的加權(quán)平均。
反距離加權(quán)插值法示意圖
3.4工地氣象預(yù)警閾值梳理
根據(jù)山東省氣象變化分布的特點(diǎn)和基建設(shè)施的防災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行精確到1*1公里范圍內(nèi)氣象網(wǎng)格數(shù)據(jù)匹配，統(tǒng)計(jì)分析近3年來(lái)每一個(gè)工地氣象條件，進(jìn)行逐年、逐月、逐日的進(jìn)行閾值分析，制定針對(duì)每個(gè)工程現(xiàn)場(chǎng)的氣象閾值策略，包括風(fēng)力極大值、高溫、低溫、濕度、氣壓、能見(jiàn)度等氣象要素。同時(shí)結(jié)合電網(wǎng)建設(shè)工程的重點(diǎn)關(guān)注信息，制定并關(guān)聯(lián)每個(gè)工程及設(shè)施的風(fēng)險(xiǎn)控制策略，形成電網(wǎng)建設(shè)工程策略的算法，為電網(wǎng)工程建設(shè)提供精準(zhǔn)的告警服務(wù)。
針對(duì)山東省自然災(zāi)害種類(lèi)、時(shí)間和區(qū)域分布以及對(duì)電網(wǎng)的影響，設(shè)定不同電壓等級(jí)電力線(xiàn)路高度閾值，應(yīng)用拉依赫特曼乘冪率風(fēng)廓線(xiàn)公式將氣象監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)高度（10米）的數(shù)據(jù)折算為線(xiàn)路實(shí)際高度的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)氣象要素與電網(wǎng)設(shè)施三維立體的精準(zhǔn)關(guān)聯(lián)，針對(duì)性開(kāi)展監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)預(yù)警和動(dòng)態(tài)修正。其中6kV、10kV桿塔線(xiàn)路高度取值為10米，35kV桿塔線(xiàn)路高度取值18米，110kV桿塔線(xiàn)路高度取值24米，220kV桿塔線(xiàn)路高度取值30米，500kV桿塔線(xiàn)路高度取值36米，600kV桿塔線(xiàn)路高度取值42米，1000kV桿塔線(xiàn)路高度取值65米。
3.5工地氣象預(yù)警閾值梳理
通過(guò)對(duì)網(wǎng)格化數(shù)據(jù)解析并結(jié)合電網(wǎng)GIS平臺(tái)展示，當(dāng)災(zāi)害天氣發(fā)生時(shí)，可自動(dòng)分析強(qiáng)對(duì)流天氣走勢(shì)已經(jīng)影響的電網(wǎng)建設(shè)工程，
并發(fā)布當(dāng)前施工工地的預(yù)警信息，包括預(yù)警的時(shí)間范圍、空間范圍，范圍內(nèi)涉及的變電站、線(xiàn)路、桿塔、重要用戶(hù)、?；菲髽I(yè)、地質(zhì)隱患點(diǎn)、山火隱患部位、防汛重點(diǎn)部位、應(yīng)急集結(jié)點(diǎn)、三跨線(xiàn)路、監(jiān)拍裝置、高鐵/電鐵牽引站、充放電站等信息，以及當(dāng)前災(zāi)害的注意事項(xiàng)、防御指南、作業(yè)指導(dǎo)等知識(shí)庫(kù)信息。
（1）通過(guò)電網(wǎng)建設(shè)氣象監(jiān)測(cè)技術(shù)，借助數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)輸變電工程建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)氣象信息的自動(dòng)獲取，實(shí)現(xiàn)惡劣天氣的預(yù)判與預(yù)警并及時(shí)推送到施工單位與各級(jí)管理人員，做好現(xiàn)場(chǎng)安全措施，啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，項(xiàng)目管理人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)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(cái)、物浪費(fèi)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(yù)報(bào)數(shù)據(jù)和差值數(shù)據(jù)的處理結(jié)果生成災(zāi)害數(shù)據(jù)文件，并計(jì)算出處于災(zāi)害天氣影響范圍內(nèi)的電網(wǎng)基建工程數(shù)據(jù)。
（3）建立災(zāi)害天氣影響范圍與地理信息的有機(jī)整合，這樣能夠直觀在電網(wǎng)GIS系統(tǒng)中看到設(shè)定區(qū)域內(nèi)的氣象狀況。實(shí)時(shí)監(jiān)控氣象信息變化，按照影響范圍精確關(guān)聯(lián)不同電網(wǎng)工程，根據(jù)當(dāng)前的實(shí)時(shí)氣象信息做出針對(duì)電網(wǎng)工程的不同等級(jí)的災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警信息，并做出相應(yīng)的應(yīng)急處置決策及方法。
4 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)本技術(shù)，電網(wǎng)GIS實(shí)現(xiàn)惡劣天氣預(yù)警，及時(shí)推送到施工單位與各級(jí)管理人員，及時(shí)做好應(yīng)急預(yù)案和安全措施，確保人身、電網(wǎng)、設(shè)備安全，強(qiáng)化工程本質(zhì)安全，提升工程安全管理水平。
另一方面，業(yè)主項(xiàng)目部、施工單位、監(jiān)理單位以及各級(jí)管理人員可根據(jù)業(yè)務(wù)需要，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)氣象數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取，惡劣天氣的預(yù)判預(yù)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(chǎng)氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警能力，同時(shí)將大幅降低公司各項(xiàng)成本，減少經(jīng)濟(jì)損失，增加經(jīng)濟(jì)效益。
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