江西機場集團公司機場雷電預警組網方案(2012)

1、江西省機場集團公司 機場雷電預警組網方案 江西五和技術有限公司 2013 年01月03日 目錄 一、前言 1 二、目前階段不同的雷電預警系統(tǒng) 2 三、雷電預警系統(tǒng)技術發(fā)展過程 3 四、新型雷電預警系統(tǒng)鷹眼 YJ10 介紹 3 4.1 、鷹眼 YJ10 雷電預警系統(tǒng)的設計理念 3 4.2 、鷹眼 YJ10 雷電預警系統(tǒng)的設計標準 4 4.3、 鷹眼YJ10雷電預警系統(tǒng)的工作原理 5 4.4、 鷹眼 YJ10 雷電預警系統(tǒng)的產品優(yōu)勢 7 4.5、 鷹眼YJ10雷電報警系統(tǒng)組成 10 4.6、 鷹眼雷電報警系統(tǒng)產品型號 10 五、江西省城市雷暴日介紹： 11 六、雷電預警方案 11 七、鷹眼雷電預警

2、系統(tǒng)配置 17 八、結束語 18 機場雷電預警組網方案江西五和技術有限公司 、前言 雷電災害被聯(lián)合國確定為世界最嚴重的十大自然災害之一，全球每年因雷擊造成人員傷 亡、財產損失不計其數。在我國，每年因雷擊造成的人員傷亡約為3000 -4000人，財產損 失在50 - 100億元左右。 多年來，對雷電防護工作的開展，國家政府一直給予了高度的關注和支持，建國以來我 們的雷電防護研究不斷深入發(fā)展，各種規(guī)范、標準日臻完善，近年來防雷技術水平已經跨入 世界先進行列；但鑒于以往的技術手段限制，對于大型戶外運動休閑場所、旅游景區(qū)、易燃 易爆物儲存場所以及某些重點區(qū)域的防護，但對于目前的防雷技術手段（接閃，過電

3、壓保護， 接地，等電位連接，屏蔽）仍不能滿足實際客觀的需求，依然停留在閃電發(fā)生之后的措施， 并受到種種條件的限制。在閃電發(fā)生前應采取的手段和措施仍然是空白，從而使上述場所依 然處于雷電的危險之中。 進入21世紀，隨著我國經濟和科技的高速發(fā)展，以電力和電子為基礎的現代化生活日漸 普及，微電子器件和信息技術的應用越來越廣，雷電災害造成的經濟損失也會越來嚴重，特 別是對通信、媒體，計算機網絡等設施呈現上升的趨勢，一些重要設施、區(qū)域等都迫切需要 雷電的監(jiān)測和預報，特別是一些戶外重大活動更需要雷電和空間電環(huán)境的監(jiān)測和短時預報。 因此，對雷電災害的監(jiān)測預警和防御的科學認識提出了更高、更廣泛的需求。 7 要

4、技能型操作員才能操作 二、目前階段不同的雷電預警系統(tǒng) 1、利用多普勒效應進行定位，測速，測距等工作的雷達。所謂多 普勒效應就是，當聲音，光和無線電波等振動源與觀測者以相對 速度相對運動時，觀測者所收到的振動頻率與振動源所發(fā)出的頻 率有所不同。 2、“大氣電場運算監(jiān)視器”-這些監(jiān)視器測量潛在的地球電場的電 壓梯度差，并且當閾值增加到雷電擊穿值時它們會對變化做出報告。 但是，此種雷電技術實施十分困難，因為它需要針對每個安裝地點進 行校準，即按照安裝的區(qū)域、安裝的高度、天線的位置以及安裝周圍 環(huán)境（建筑物的高低等）等因素對系統(tǒng)進行校準，才能使其在正確時 間觸發(fā)警報。此外，使用此系統(tǒng)時，每次情況發(fā)生變

5、化時都要對它再 次校準，如天線位置改變，附近出現新建的更高建筑等。 3、專業(yè)雷電監(jiān)測網絡-如美國國家雷電監(jiān)測網絡或法國的 Meteorage，在大地區(qū)或國家安裝了大量的傳感器。 但是，只有通過訂 購才能獲取當地的雷暴數據。該網絡對以前的雷擊信息進行了存檔， 可以按用戶需求取得這些信息 4、Inferometers-這類設備是多站點設備，價格比射頻（RF） 監(jiān)測儀昂貴。這類設備測量的雷擊數據比較精確，但是通常需 5、“個人用雷電監(jiān)測儀”系統(tǒng)-結構簡單且十分不可靠。由于該系統(tǒng) 是由EMP（即電磁脈沖）觸發(fā)，所以，來自于其它電磁發(fā)射的設備（如 電子設備、電器或者甚至汽車引擎）會導致它誤報警或者錯失雷

6、擊而未 報警。而且，因受電磁干擾影響，使得“個人用雷電監(jiān)測儀”在室外經 常不能正常工作。 三、雷電預警系統(tǒng)技術發(fā)展過程 對于雷云的監(jiān)測，在很長的時間里是由能夠判斷雷云體積、運動速度和方向的，多普勒 雷達系統(tǒng)來進行的，但多普勒雷達不能準確判斷雷云帶電量，且準確性較低，造價昂貴。近 年來還出現了監(jiān)測雷云電場量的大氣電場儀和能夠通過接收雷電發(fā)生時的電磁脈沖接收儀， 大氣電場儀監(jiān)測范圍較大，但操作復雜、需要針對每個安裝地點進行校準，每次情況發(fā)生變 化時都要對它再次校準，所以精準性較差，容易產生誤報；而電磁輻射接收儀準確率100% 沒有誤報，但需依據發(fā)生首次雷擊后才能監(jiān)測雷電，監(jiān)測范圍有限，因此，以上的

7、雷電預警系 統(tǒng)在一定程度上還存在時間性、準確性方面的欠缺。 四、 新型雷電預警系統(tǒng)一鷹眼YJ10介紹 4.1、鷹眼YJ10雷電預警系統(tǒng)的設計理念 為了搞好雷電防護工作，江西五和技術有限公司與深圳市中科源能達電子技術有限公司長 期合作關系，組織多位業(yè)內專家共同開發(fā)出中國第一套有自己主知識產權的新型雷電預警系 統(tǒng)。公司在2006年開始與重點大學和研究團隊開展合作。公司研發(fā)部從2008年就開始參與 現場雷電的測試活動，從而在雷電現象及其物理特性方面積累了豐富經驗。依靠這些經驗和 專業(yè)知識，致力于研發(fā)創(chuàng)新型雷電預警系統(tǒng)。該系統(tǒng)符合以下要求： ? 提前報警：可定位落雷電點，提前預報雷擊，讓人有時間停止工

8、作，有時間保持操作安全， 有時間讓人員撤離到安全區(qū)域，有時間進行信息溝通。 ? 雷電監(jiān)測儀的準確性，電場儀的傳感器采用垂直輻動， 直接監(jiān)測雷云，不受流水與動物等 影響。 ?“即插即用”技術，安裝時無需校準。 ? 組網靈活：可以利用現有的網絡資料或公共網絡資料組建雷電預警信息網。 ? 操作簡單：中文操作系統(tǒng)、用戶友好，日常使用不需人工干預，系統(tǒng)自動完成報警，不同 級別的報警發(fā)出不同的預警。 4.2、鷹眼YJ10雷電預警系統(tǒng)的設計標準 所有防雷產品都有現行標準依據，但是，針對雷電預警系統(tǒng)，國際上還沒有雷電預警系 統(tǒng)方面的標準頒布，所以研發(fā)人員即將公布的歐洲標準EN50-536 （現未公布）作為設計

9、參考 標準。雖然該標準尚未公布，但是已經被歐洲電子技術標準委員會（CENELEC批準應用于以下 范圍： “物理現象的鑒定，這些物理現象是預先監(jiān)測雷暴的基礎；傳感器技術要求的制定，這些 傳感器實時收集雷電跟蹤和范圍的相關參數的準確數據；以及對傳感器進行的測試”。 該標準提供傳感器和網絡的技術要求，傳感器和網絡實時收集雷電跟蹤和范圍的相關參 數的準確數據。該標準描述傳感器和網絡收集的警報和歷史數據的用途。該標準應用的領域 是雷暴監(jiān)測系統(tǒng)通過大氣電活動獲取信息，從而達到監(jiān)測與預防的目的。 如圖1所示，該標準根據雷暴形成的不同階段提出雷電預警不同的類別， 依據該標準，我司研發(fā)的鷹眼 YJ10屬于一類雷

10、電預警系統(tǒng)。 蘭1_書_ 90S0 E kV/m- WUsLW 4E 50 海平TET cf仝 離空 O 1 k 23(4, s (7 M 8 A 1 o kV/m. * 9 O Lkm 一類：目的是監(jiān)測雷暴整個生命周期（第1至4階段） 二類：監(jiān)測閃電（第2至4階段） 三類：只監(jiān)測云對地閃電（第 3和4階段）。 圖1雷電預警系統(tǒng)類別 4.3、鷹眼YJ10雷電預警系統(tǒng)的工作原理 太陽風、等離子體以及磁氣圈中地磁場的交互作用，形成了太陽風與磁氣圈之間的大 氣電場層。正常條件下，大氣電場強度為每米幾百伏，但是暴風雨的來臨能推進大氣電場 強度到每米幾千伏。在晴朗的天氣里，電場強度范圍是：+500V/m

11、到-500V/m。接近雷暴的 時候，電場強度隨著閃電能量的增加而逐漸增加。電場強度達到+/-2kV/m，說明閃電的 能量高。而當雷暴產生時，大氣電場強度能增大到15kV/m以上。由于這個變化過程較為緩 慢，大概需要30分鐘左右的時間，所以我們可以使用地面電場儀來了解其周圍地區(qū)雷暴的 發(fā)展活動狀況，并預測嚴厲暴風雨的可能性。 雷云完全成形. 正負電荷完全 分篦 積雨云 雷運消散（只育正 雷云消敲成卷云層 電荷存留在云層和窩層云的形式 中 圖2暴風雨過程中云層結構的演變 如圖3所示，與云底部相反的電荷會被地面電場儀 感應到，而在地面電場儀靈敏度范圍內，地面電場 儀上的感應電荷強度與云底部附近的電荷

12、成正比，因此 地面電場儀可以幫助我們實時探測其周圍地區(qū)的大氣電 場信號。 圖3雷云產生的電場 電場儀 室夕 (2)戳據處理轉換 室卩I 主機1 、r主機2 控制器早 (3)數據分析并預警，數 據查詢分析 團務器 口 (1)實時采集兩個雷電. 參數 畫電電磁 番云的電場強度 音箱等 但是僅僅了解雷云的電荷量還是無法確定雷電的發(fā)生的時間及地點，所以，研究人員根 據多年來世界各地所記錄的相關氣象資料發(fā)現，當雷雨云產生時，其電活動會按照特定的電 磁頻譜和時間在大氣中產生電磁場，這些電磁頻譜和時間與雷電現象相關，有關的研究工作 能夠對雷電的電活動規(guī)律做出評估：即提供電磁頻譜和時間相關的參數。這么說來，雷

13、電發(fā) 生需要一定的條件，并且具有規(guī)律性。 所以，鷹眼系統(tǒng)依據雷電的規(guī)律及發(fā)生的特性，通過采取雙傳感器即電場儀與雷電探測 器相結合,前者監(jiān)測本地的電場值，后者監(jiān)測較遠距離雷擊情況及雷擊漂移的方向速度等，確 定雷電漂移軌跡，分析該雷云是否將漂移到本地。排除了周邊飄過或徘徊的雷云引起的誤報 警，大大提高了預警準確率。 (4)聲光報警 實現各種自動 控制 圖4 YJ10鷹眼雷電預警的工作原理 4.4、鷹眼YJ10雷電預警系統(tǒng)的產品優(yōu)勢 1、系統(tǒng)分析 鷹眼雷電監(jiān)測預警系統(tǒng)不僅能實現對近距離雷暴的預警， 同時還可以監(jiān)測電場儀周邊一 定距離范圍內的閃電發(fā)生狀況。由于觀測人員能夠同時很直觀地看到閃電的移動趨勢

14、和電場 的變化，因此，比起以往僅靠地面電場來對雷暴進行預警。 鷹眼雷電監(jiān)測預警系統(tǒng)能夠讓觀 測人員更直觀地了解雷暴的發(fā)展狀況，從而實現更準確的短時預 報。 鷹眼雷電監(jiān)測預警系統(tǒng)是一種高集成度的產品，設備安裝簡便，易于維護維修。儀器機加 工大部分采用數控加工，保證各部件的尺寸精度和互換裝配要求；儀器各連接處用硅膠密 封圈進行密封，防水性能絕佳。電路部分元器件均選用工業(yè)級和軍品的器件， 保證能夠在寬 溫度范圍內長時間穩(wěn)定可靠運行，系統(tǒng)平均無故障運行時間達到了一年以上。 因此，鷹眼雷電監(jiān)測預警系統(tǒng)是一套穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)，只要保障設備的供電正常和網絡 的暢通，系統(tǒng)就可以長時間穩(wěn)定運行。 2、應用范圍 鷹

15、眼雷電監(jiān)測預警系統(tǒng)可用于常規(guī)氣象業(yè)務預報、森林雷擊火預警、航空航天保障、電 力系統(tǒng)安全、建筑施工、工廠、油庫、游景點、體育場所、娛樂場和礦區(qū)等重要場所的短時 雷暴監(jiān)測和預報。在得到預警信息以后，現場操作人員可根據實際情況，決定采取相應的措 施。如撤離現場人員、暫時關閉正在運行的設備、取消計劃的作業(yè)、提醒操作人員采取相應 的避雷措施等。 3、鷹眼雷電監(jiān)測預警系統(tǒng)的經濟效益和社會效益相比 從結構上，單靠地面電場儀對雷電進行短時預警是不行的，而鷹眼雷電監(jiān)測預警系統(tǒng)采用 雙傳感器進行監(jiān)測，能夠實現更精確、更直觀地觀測和預報。通過一定時間的經驗積累，可 以使觀測人員對雷暴的局部活動習性有一個更加深刻的了

16、解，為小尺度雷暴活動與地面電場 關系的研究提供準確的資料。 從另一方面來講，對于雷擊比較敏感的單位，由于人工觀測畢竟存在著很大的局限性， 且誤判率比較高，不能作為一種科學的手段指導工作。而鷹眼雷電監(jiān)測預警系統(tǒng)能夠實時提 供更科學、更準確的雷電預警信息，能夠有效的減少人員和財產的損失，在保障生產安全的 前提下，將因雷擊造成的經濟損失降到最低。 建立有效的短時雷電預警系統(tǒng)，對整個社會也是一個很大的貢獻。目前一個鷹眼就可以 對半徑20100公里范圍內的閃電進行預警，這樣的話可以像發(fā)布短期災害性天氣預報一樣發(fā) 布短時雷電預警信息，讓人們及時采取必要的防護措施，如關閉手機、家用電器，不在易受 雷擊的場所

17、逗留等，將能夠有效的減少因雷擊對人民生命財產造成的損失。因此建立雷電短 時監(jiān)測預警系統(tǒng)有著很大的社會效益。此外，由于安裝該系統(tǒng)以后，各站點就會實時接收當 地的閃電數據，在發(fā)生雷擊事故以后，還可以利用該系統(tǒng)查詢分析事故的原因。 4、利用該系統(tǒng)可開展的業(yè)務 1、 為油庫、電力部門、大型辦公場所、室外運動場、學校等提供如手機短信或廣播形 式的預警信息。如建立以鷹眼為中心一定距離范圍內建筑的詳細信息數據庫，根據不同部門 對防雷安全要求的不同，在不同的危險等級為相應的部門提供短時雷電預警信息服務。 2、為社會提供公益預報服務。如在電視臺或廣播臺的短時天氣預報中發(fā)布短時雷電預警 信息，提醒廣大市民采取相應

18、的防雷措施。 3、森林防火中的應用。在林區(qū)安裝多個地面電場儀，通過多站雷電監(jiān)測預警系統(tǒng)監(jiān)測各 點雷暴發(fā)生的可能性，在防火重點區(qū)域 提前采取措施，保證一旦發(fā)現火點，能夠及時采取行 動，避免火勢進一步擴大。 機場雷電預警組網方案江西五和技術有限公司 4.5、鷹眼YJ10雷電報警系統(tǒng)組成 1曲 4 it 雷電探測器 電場儀 1 A陸黑“？ I 數據處理器 控制服務器 系統(tǒng)軟件 17 4.6、鷹眼雷電報警系統(tǒng)產品型號 鷹眼雷電預警系統(tǒng)型號 型號 鷹眼YJ10型 鷹眼YJ11型 傳感器 雷電探測器與電場儀組合傳感器 電場儀 預警方式 黃、橙、紅三級電腦自動聲光報警 黃、橙、紅三級電腦自動聲光報警 最大監(jiān)

19、測范圍 監(jiān)測300公里，預警范圍100公里 預警范圍20公里 預警時間 提前大于30分鐘 提前20分鐘 預警率 100% 100% 使用壽命 20年 20年 價格 較咼 實惠 應用范圍 全功能型的雷電預警系統(tǒng)， 米用組合式傳 感器監(jiān)測雷電，監(jiān)測范圍大，預警準確率 咼，可應用在一切露天作業(yè)場合，特別適 合于軍隊、石化、碼頭、礦山、移動通信 等場合. 單電場儀傳感器預警系統(tǒng)，功能完善， 預警準確率咼，價格實惠，適用于一 般的露天作業(yè)場合， 民用建筑，碼頭、 礦山、移動通信等場合 五、江西省城市雷暴日介紹: 01 南昌市56.4 02 景德鎮(zhèn)市59.8 03 上饒市65.0 04 吉安市71.6 0

20、5 寧崗78.2 06 廣昌69.4 07 九江市45.7 08 新余市59.4 09 鷹潭市70 .0 10 贛州市67.2 11 廣昌縣70 . 7 12 彭澤57.2 13 廬山48.3 14 修水67.8 15 玉山65.7 16 宜春67.5 17 萍鄉(xiāng)68.7 18 南城71.1 19 樂安65.0 20 遂川69.7 21 大余74.5 22 尋烏84.6 由以上資料可以看出江西省所有城市都處于多雷區(qū)，有些城市甚至處于強雷區(qū)。 六、雷電預警方案 江西省機場集團公司機場分布在江西六個地方，分別是昌北機場、九江機場、贛州機場、景 德鎮(zhèn)機場、宜春機場、井岡山機場，而上饒機場尚在規(guī)劃中。

21、 鷹眼YJ10的預警范圍為100公里，鷹眼YJ11的預警范圍為20公里，一般來說，安裝一個鷹 眼YJ11完全滿足預警需求，但機場的地域面積較大，且設有遠近觀測站，離機場較遠，例如江西 昌北機場的南遠臺距機場就有 32.9公里遠，南近臺距機場有11.75公里遠，所以單鷹眼YJ11無 法滿足機場的需求，如何進行合理的布置，如何實現最大范圍的監(jiān)測，如何組建一個全面覆蓋各 個地方民航的雷電預警網絡，這是一種技術難點。 因此，我們從客戶角度出發(fā)，深入探討，建議在其機場的信息中心點各安裝一套鷹眼YJ10 和一套鷹眼YJ11,這樣在每個機場就組成一套整體的雷電預警網，由鷹眼YJ11監(jiān)測整個機場內的 雷擊，鷹

22、眼YJ10預測機場較遠外的雷擊，兩者彼此通過智能聯(lián)網來共享雷電數據，當有雷云接近 100公里時，鷹眼YJ10開始工作發(fā)出警報，然后通過網絡提供數據給 YJ11，從而警示機場工作人 員時刻關注雷擊動態(tài)，并做好預防準備。當雷云接近20公里時，鷹眼YJ11開始工作發(fā)出警報， 機場工作人員停止戶外作業(yè)，飛機停飛及設備斷電等措施。 這樣，不但解決機場地域較大的問題，還提高了預警機制，提高精準度，并可通過互聯(lián)網與 其它機場的鷹眼雷電預警系統(tǒng)相連，時時了解本地的或外地機場雷擊情況，從而組建一個全面覆 蓋各個地方民航的雷電預警網絡。 ih 仙h O YJIOffi眼雷電預警系統(tǒng) O VJItffi眼雷電預書系

23、統(tǒng) 南北全長約匕620公里 東西全長約：49Q公里 圖5江西省鷹眼雷電預警示意圖 具體方案如下: 1、首先在江西省昌北機場、九江機場、贛州機場、景德鎮(zhèn)機場、宜春機場、井岡山機場六個 機場平臺設置六個中心機房，在各中心機房安裝一組雷電探測器（室外雷電探頭及室內主機）、 一組電場儀（室外電場儀及室內主機），型號YJ10。雷電探頭與電場儀安裝在室外樓頂上，主機 及計算機安裝在室內。操作系統(tǒng)采取鷹眼V1.3.6操作系統(tǒng)，數據源都是本地傳感器。為了其他平 臺的系統(tǒng)穩(wěn)定地獲取本中心機房雷電探測器的雷電數據，以上六個城市的中心機房需要一個固定 的IP。 2、其次在江西省昌北機場、九江機場、贛州機場、景德鎮(zhèn)機

24、場、宜春機場、井岡山機場所在 候機樓樓頂各安裝一臺電場儀，型號 YJ10。室內安裝主機及計算機，操作系統(tǒng)采取鷹眼V1.3.6 操作系統(tǒng)，雷電數據通過網絡從本地中心機房的獲取，電場數據從本地電場儀獲取。 昌北機場九江機場景德績機場 0 Internet 宜睜機場 轄州機場 圖6江西省鷹眼雷電預警系統(tǒng)網絡拓樸圖 3、雷電預警系統(tǒng)安裝 鷹眼雷電預警系統(tǒng)配置了專用的安裝附件， 現場不需采購任何安裝附件，安裝簡便。見如下照 片。 片轉:片I* BE* 3F : 世 1 nmi . itn 腎 常鼻童嗨 fl贏 IeHbM ma Ail litt4 dm it 4 梅聲會 出 1N hffg )H| 囊土

25、 H 曷 YJ10型 J11 型 電場儀室外安裝 探測儀室外安裝 軟件界面 室內主機與計算機安裝 鷹眼專業(yè)軟件功能界面 鷹眼YJ10雷電預警系統(tǒng)顯示界面 歷史數據查詢功能 314蟲1 口工 時卄M I Brar-fr ”2.爐 ax*- n |p O * XI 74 tfa Vrtu 門 ts M W3T- PMB- . J5 悅 A * 44 uv-v-31 ti n- 3IHM4心3 W t V h 乍 rl Hi 2 i p.ir-n-W ft Jrt ZW =倫聲 L- -i !+*H* HI .|J Fi li* *!*- 燒 記錄查詢功能，可根據年 月曰查詢雷擊記錄 江西省廣播電視臺雷電預警組網方案江西五和技術有限公司 19 圖表分析功能 按年份圖表分析雷擊狀況 及電場峰值 電場波形圖：可將記錄 中的電場頻率數據實時 回放，從而了解當時的 雷電強度。 雷擊數據回放：可將記錄 中的雷擊數據實時回放， 從而了解當時的落雷點。 七、鷹眼雷電預警系統(tǒng)報價 1、在江西省昌北機場、九江機場、贛州機場、景德鎮(zhèn)機場、宜春機場、井岡山機場六個機場平臺 設置六個中心機房，在各中心機房安裝一組雷電探測器（室外雷電探頭及室內主機）、一組電場 儀（室外電場儀及室內主機），共計 6套YJ10。 單套YJ10雷電預警系統(tǒng)報價表 序 號 名稱 型號/規(guī)格 最大規(guī)格尺寸 數量 單價 1 傳感器1