基于電網(wǎng)GIS的電網(wǎng)建設(shè)氣象監(jiān)測預(yù)警技術(shù)
孫世軍，韓 洪
（國網(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，缺乏針對項目各施工現(xiàn)場的氣象監(jiān)測預(yù)警，加大了對項目現(xiàn)場安全及施工質(zhì)量的不利影響，容易造成安全隱患，目前電網(wǎng)建設(shè)工程項目管理缺少有效的監(jiān)測預(yù)警手段，無法滿足當(dāng)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(yù)警模塊部署及應(yīng)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(yù)警數(shù)據(jù)，當(dāng)觸發(fā)基建工程閾值設(shè)定時，通過內(nèi)網(wǎng)移動終端及時向工程現(xiàn)場推送預(yù)警信息及注意事項，有效保障了預(yù)警信息獲取的時效性，通過加強(qiáng)施工現(xiàn)場氣象災(zāi)害監(jiān)測預(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；監(jiān)測預(yù)警
0 引言
在山東電力電網(wǎng)基建工程的建設(shè)過程中，2017年續(xù)建及新開工工程達(dá)到218項，建設(shè)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(fēng)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(yù)警，加大了對項目現(xiàn)場安全及施工質(zhì)量的不利影響，造成安全隱患，目前電網(wǎng)建設(shè)工程項目管理尚未有相關(guān)預(yù)警平臺，無法滿足當(dāng)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(shè)安全管理要求的不斷加強(qiáng)，項目單位對建設(shè)目標(biāo)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(yù)警技術(shù)，加強(qiáng)施工現(xiàn)場氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警能力建設(shè)，提高預(yù)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(chǎn)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(nèi)部專業(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)，并通過與各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的集成實現(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)。同時不斷提升電網(wǎng)GIS平臺在生產(chǎn)、營銷、應(yīng)急等相關(guān)專業(yè)的運行效率、應(yīng)用實現(xiàn)效果及業(yè)務(wù)應(yīng)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(zāi)減災(zāi)綜合監(jiān)測預(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。
2 存在問題
目前存在施工現(xiàn)場大風(fēng)、暴雨等惡劣天氣的監(jiān)測預(yù)警手段不足，預(yù)警信息預(yù)報范圍及結(jié)果精細(xì)化程度不夠、通過內(nèi)網(wǎng)無法對施工現(xiàn)場推送預(yù)警信息等問題。為提高施工現(xiàn)場災(zāi)害性天氣監(jiān)測預(yù)警及分析應(yīng)用能力，亟需開發(fā)基于電網(wǎng)GIS的電網(wǎng)建設(shè)氣象監(jiān)測預(yù)警技術(shù)，保障公司電網(wǎng)建設(shè)安全。
通過開展基于電網(wǎng)GIS的電網(wǎng)建設(shè)氣象監(jiān)測預(yù)警技術(shù)，保障基建專業(yè)對全省施工現(xiàn)場的風(fēng)險管控水平，提高工程項目應(yīng)對氣象災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)警能力。
3 研究內(nèi)容
電網(wǎng)建設(shè)氣象監(jiān)測預(yù)警技術(shù)是通過對施工現(xiàn)場風(fēng)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(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平臺實現(xiàn)基建工程專題分布及基本信息檢索，結(jié)合專業(yè)氣象監(jiān)測預(yù)報預(yù)警數(shù)據(jù)，實現(xiàn)基建工程現(xiàn)場氣象災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)警。
制定工程現(xiàn)場氣象預(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)場氣象預(yù)警閾值策略。
通過氣象災(zāi)害預(yù)警風(fēng)險分析，分析影響工程范圍內(nèi)的影響資源，及時向施工現(xiàn)場人員推送氣象災(zāi)害告警信息，合理調(diào)整工程計劃，保障施工現(xiàn)場人員安全。
主要的研究內(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)項目及施工現(xiàn)場基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括名稱、位置、開工時間、竣工時間、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，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
針對新開工建設(shè)的工程進(jìn)行重要施工數(shù)據(jù)的梳理及錄入工作，包括車輛進(jìn)出路徑、設(shè)備安裝事項、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)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(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)格對應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，利用數(shù)據(jù)處理工具對工地數(shù)據(jù)進(jìn)行氣象網(wǎng)格關(guān)聯(lián)，按照網(wǎng)格對應(yīng)關(guān)系，把所有工程數(shù)據(jù)差分到對應(yīng)網(wǎng)格內(nèi)，建立基建工地數(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(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)如何隨著離開一個格網(wǎng)結(jié)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(quán)重份額，對于一個較小的方次，權(quán)重比較均勻地分配給各數(shù)據(jù)點。
計算一個格網(wǎng)結(jié)點時給予一個特定數(shù)據(jù)點的權(quán)值與指定方次的從結(jié)點到觀測點的該結(jié)點被賦予距離倒數(shù)成比例。當(dāng)計算一個格網(wǎng)結(jié)點時，配給的權(quán)重是一個分?jǐn)?shù)，所有權(quán)重的總和等于1.0。當(dāng)一個觀測點與一個格網(wǎng)結(jié)點重合時，該觀測點被給予一個實際為 1.0 的權(quán)重，所有其它觀測點被給予一個幾乎為 0.0 的權(quán)重。換言之，該結(jié)點被賦給與觀測點一致的值。這就是一個準(zhǔn)確插值。
設(shè)有n個點，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 點到 點的水平距離， 。 是一個大于0的常數(shù)，稱為加權(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)計分析近3年來每一個工地氣象條件，進(jìn)行逐年、逐月、逐日的進(jìn)行閾值分析，制定針對每個工程現(xiàn)場的氣象閾值策略，包括風(fēng)力極大值、高溫、低溫、濕度、氣壓、能見度等氣象要素。同時結(jié)合電網(wǎng)建設(shè)工程的重點關(guān)注信息，制定并關(guān)聯(lián)每個工程及設(shè)施的風(fēng)險控制策略，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)。
針對山東省自然災(zāi)害種類、時間和區(qū)域分布以及對電網(wǎng)的影響，設(shè)定不同電壓等級電力線路高度閾值，應(yīng)用拉依赫特曼乘冪率風(fēng)廓線公式將氣象監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)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(shè)施三維立體的精準(zhǔn)關(guān)聯(lián)，針對性開展監(jiān)測、預(yù)報預(yù)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(yù)警閾值梳理
通過對網(wǎng)格化數(shù)據(jù)解析并結(jié)合電網(wǎng)GIS平臺展示，當(dāng)災(zāi)害天氣發(fā)生時，可自動分析強(qiáng)對流天氣走勢已經(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)警的時間范圍、空間范圍，范圍內(nèi)涉及的變電站、線路、桿塔、重要用戶、危化品企業(yè)、地質(zhì)隱患點、山火隱患部位、防汛重點部位、應(yīng)急集結(jié)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(dāng)前災(zāi)害的注意事項、防御指南、作業(yè)指導(dǎo)等知識庫信息。
（1）通過電網(wǎng)建設(shè)氣象監(jiān)測技術(shù)，借助數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，實現(xiàn)輸變電工程建設(shè)現(xiàn)場氣象信息的自動獲取，實現(xiàn)惡劣天氣的預(yù)判與預(yù)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(yīng)急預(yù)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(yù)報數(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。實時監(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)前的實時氣象信息做出針對電網(wǎng)工程的不同等級的災(zāi)害預(yù)報預(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
通過本技術(shù)，電網(wǎng)GIS實現(xiàn)惡劣天氣預(yù)警，及時推送到施工單位與各級管理人員，及時做好應(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(wù)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(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)場氣象風(fēng)險預(yù)警能力，同時將大幅降低公司各項成本，減少經(jīng)濟(jì)損失，增加經(jīng)濟(jì)效益。
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