陜西省防雷減災(zāi)綜合服務(wù)車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要 新形勢(shì)下全力做好能源化工行業(yè)及重大災(zāi)情、突發(fā)社會(huì)公共安全事件、重大活動(dòng)等現(xiàn)場(chǎng)防雷減災(zāi)綜合服務(wù)，對(duì)陜西省防雷減災(zāi)專業(yè)氣象服務(wù)工作提出了更高的要求。通過建設(shè)防雷減災(zāi)綜合服務(wù)車項(xiàng)目，可全面提升和擴(kuò)充防雷專業(yè)氣象服務(wù)的現(xiàn)場(chǎng)保障服務(wù)能力，從而滿足新形勢(shì)下不同場(chǎng)合現(xiàn)場(chǎng)保障服務(wù)的需求。

關(guān)鍵詞 防雷;減災(zāi);專業(yè)氣象服務(wù);綜合服務(wù)車

中圖分類號(hào)：P429 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2022）04–0103–03

陜西是我國(guó)能源儲(chǔ)備和輸出大省，能源化工產(chǎn)業(yè)是陜西經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心支柱產(chǎn)業(yè)。大型能化企業(yè)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)艿綖?zāi)害性天氣影響顯著。陜西能化項(xiàng)目多位于陜北黃土高原，氣候復(fù)雜多變，同時(shí)廠區(qū)占地面積大，設(shè)備儀器露天安置，且廣泛應(yīng)用電子信息技術(shù)，對(duì)專業(yè)氣象的要求越來越高，精細(xì)化、系統(tǒng)性的需要也逐漸增多。因此，為國(guó)家重大建設(shè)項(xiàng)目提供全面、系統(tǒng)、精細(xì)化的專業(yè)氣象保障服務(wù)便成為題中應(yīng)有之義。

近年來，陜西專業(yè)氣象服務(wù)能力發(fā)展較快，但在專業(yè)氣象服務(wù)中仍存在“小、低、散”的問題，在國(guó)家大型能化項(xiàng)目的服務(wù)中，綜合性、系統(tǒng)性、現(xiàn)代化、規(guī)范化、信息化程度有待提高，而且固定觀測(cè)設(shè)備的資料收集分析無法滿足大型能化園區(qū)專業(yè)氣象服務(wù)突發(fā)性、復(fù)雜性的要求，因此，建設(shè)陜西省防雷減災(zāi)綜合服務(wù)車具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 設(shè)計(jì)思路與功能

防雷減災(zāi)綜合服務(wù)車是以省級(jí)雷電預(yù)警系統(tǒng)和閃電定位系統(tǒng)為依托，配備車載式氣象觀測(cè)設(shè)備、移動(dòng)式氣象觀測(cè)設(shè)備、防雷技術(shù)服務(wù)設(shè)備、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等，為人工影響天氣、防止和處置突發(fā)事件、自然災(zāi)害事故等各種情況下的現(xiàn)場(chǎng)防雷應(yīng)急保障提供現(xiàn)場(chǎng)雷電觀測(cè)、防雷檢測(cè)和預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)分析等多種防雷保障綜合服務(wù)，也為進(jìn)一步研究雷電的特性和預(yù)報(bào)方法獲取最為寶貴的近距離資料。同時(shí)，在任何地點(diǎn)均能通過衛(wèi)星通信或5G公網(wǎng)建立通信鏈路，再經(jīng)過地面氣象專網(wǎng)與國(guó)家、省、市、縣氣象局指揮車中心連接，快速進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、氣象預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)分析、天氣視頻會(huì)商，可通過局域網(wǎng)等方式與現(xiàn)有的移動(dòng)X波段雷達(dá)車、移動(dòng)風(fēng)廓線雷達(dá)車進(jìn)行組網(wǎng)，組成陜西省氣象局移動(dòng)應(yīng)急系統(tǒng)（圖1）?？蓪?shí)現(xiàn)應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)水平、垂直氣象觀測(cè)。

2 功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

防雷減災(zāi)綜合服務(wù)車按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為防雷減災(zāi)應(yīng)急指揮系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)氣象要素觀測(cè)系統(tǒng)、防雷檢測(cè)技術(shù)服務(wù)系統(tǒng)載車以及綜合保障系統(tǒng)[1]。

2.1 防雷減災(zāi)應(yīng)急指揮

防雷減災(zāi)服務(wù)車的防雷減災(zāi)應(yīng)急指揮系統(tǒng)可建設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和視頻會(huì)商系統(tǒng)?？赏ㄟ^4G無線網(wǎng)絡(luò)借助VPN技術(shù)建立與省局內(nèi)網(wǎng)的連接，保證現(xiàn)場(chǎng)通信指揮暢通，以及現(xiàn)場(chǎng)與后方指揮中心的通信聯(lián)絡(luò);高清視頻天氣會(huì)商功能不僅可以采集現(xiàn)場(chǎng)音視頻信息，還可實(shí)現(xiàn)雙向圖像、語音傳輸，通過無線傳輸?shù)姆绞?，與國(guó)家、省、市、縣氣象局指揮中心實(shí)現(xiàn)雙向互聯(lián)互通，快速進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、氣象預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)分析、天氣視頻會(huì)商。使指揮機(jī)關(guān)在決策時(shí)能夠獲得現(xiàn)場(chǎng)的準(zhǔn)確信息和關(guān)鍵細(xì)節(jié)。

現(xiàn)場(chǎng)氣象探測(cè)數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上傳數(shù)據(jù)信息，通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要包括衛(wèi)星通信分系統(tǒng)、5G通信分系統(tǒng)、局域網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)。衛(wèi)星通信分系統(tǒng)和5G通信分系統(tǒng)互為備份，相輔相成，主要負(fù)責(zé)應(yīng)急保障車與數(shù)據(jù)中心的暢通通信。局域網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)防雷減災(zāi)綜合服務(wù)車內(nèi)部設(shè)備之間的相互通信。

視頻會(huì)商系統(tǒng)由視頻會(huì)議終端、車頂一體攝像機(jī)、混切矩陣、硬盤錄像機(jī)、數(shù)字調(diào)音臺(tái)、音響系統(tǒng)、話筒、4路視音頻分配器、液晶顯示器等組成。通過操作、監(jiān)視、控制各種設(shè)備，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)視音頻和多媒體信息的采集、切換、顯示、存儲(chǔ)、回放。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的視音頻信號(hào)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、顯示、調(diào)度、傳輸，并通過衛(wèi)星或4G通信等傳輸?shù)街笓]中心，與現(xiàn)有的地面音視頻系統(tǒng)連接，使現(xiàn)場(chǎng)可以與指揮中心進(jìn)行視訊會(huì)商，為指揮中心提供清晰、全面、直觀、形象、生動(dòng)的應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)情報(bào)資訊和多媒體信息，滿足對(duì)天氣會(huì)商的需求。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)氣象要素觀測(cè)系統(tǒng)

現(xiàn)場(chǎng)氣象要素觀測(cè)系統(tǒng)主要包括車載自動(dòng)氣象站、便攜式自動(dòng)氣象站、大氣電場(chǎng)儀、閃電自動(dòng)觸發(fā)儀、閃電高速攝像機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)無人機(jī)氣象探測(cè)及視頻監(jiān)控系統(tǒng)[2]。根據(jù)環(huán)境和需求的不同可進(jìn)行不同組合，提供滿足需求的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)。

現(xiàn)場(chǎng)氣象要素觀測(cè)系統(tǒng)應(yīng)包括1套車載六要素（溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量）自動(dòng)氣象站（表1）、1套大氣電場(chǎng)儀、1套閃電自動(dòng)觸發(fā)儀、1套閃電高速攝像機(jī)、1套衛(wèi)星定位儀（GPS或北斗）、1套無人機(jī)氣象探測(cè)及視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

車載自動(dòng)氣象站安裝在工程車車頂平臺(tái)上（圖2），選用中國(guó)氣象局規(guī)定的列裝產(chǎn)品，數(shù)據(jù)格式符合氣象業(yè)務(wù)觀測(cè)規(guī)定，能并入?yún)^(qū)域自動(dòng)站網(wǎng)。

車載能見度能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)能見度的測(cè)量。采用世界氣象組織認(rèn)可的前散射測(cè)量原理（42°的特殊設(shè)計(jì)），保證更大的測(cè)量范圍，從而使檢測(cè)到的數(shù)據(jù)更具有代表性。儀器主要技術(shù)指標(biāo)見表2所示。

車載自動(dòng)氣象站采用可靠的三防設(shè)計(jì)，防護(hù)級(jí)別達(dá)到IP65級(jí)，能充分滿足不同場(chǎng)合的應(yīng)用;精細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保證快速安裝和拆卸;軍工級(jí)的電器標(biāo)準(zhǔn)提高了設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性，充分保證設(shè)備穩(wěn)定性和可靠性;低功耗的特點(diǎn)適用多種供電方式;配置靈活，在六要素基礎(chǔ)上，預(yù)留2個(gè)備用接口，便于接入其他設(shè)備;多種通訊方式，可同時(shí)應(yīng)用本地通訊和遠(yuǎn)程無線通訊，以滿足不同需求;大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，存儲(chǔ)的時(shí)間間隔可任意設(shè)定，最小可設(shè)定到1 min;具有報(bào)警功能，當(dāng)要素測(cè)量值超過用戶設(shè)定閾值或防雷模塊損壞時(shí)，主動(dòng)報(bào)警。

為保證車載自動(dòng)站風(fēng)向風(fēng)速觀測(cè)的規(guī)范性、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，配備電動(dòng)升降風(fēng)桿和指北針。

電動(dòng)升降桿具有電動(dòng)和手動(dòng)2種工作方式，且手搖操作方便;配備可拆卸的風(fēng)向旗，并在風(fēng)桿適當(dāng)部位預(yù)留安裝卡口，使用時(shí)不影響車頂其他部件的工作。升降桿在工作時(shí)不需要采用鋼絲繩拉固;升降桿底部設(shè)有出水孔，安裝升降桿時(shí)，需在出水孔處預(yù)留一定的空間，使桿體內(nèi)積水能順利排出。

2.3 視頻監(jiān)控綜合系統(tǒng)軟件

車載自動(dòng)氣象站配有氣象要素采集綜合顯示系統(tǒng)[3]。該系統(tǒng)具有設(shè)置、日志查詢、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、設(shè)備管理、氣象報(bào)文等功能，實(shí)現(xiàn)車載自動(dòng)站氣象信息采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、設(shè)備管理。

2.4 雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)

防雷減災(zāi)綜合服務(wù)車設(shè)有車載式雷電監(jiān)測(cè)站和大氣電場(chǎng)儀，雷電監(jiān)測(cè)站可自動(dòng)采集和定位遙測(cè)100 km以內(nèi)的閃電放電參數(shù)，大氣電場(chǎng)儀通過測(cè)量地面大氣電場(chǎng)的變化，可以反演出高空云層電場(chǎng)的變化，對(duì)雷擊的危險(xiǎn)性做出一定的預(yù)報(bào)，并把經(jīng)過預(yù)處理的閃電數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地通過通訊系統(tǒng)送到中心數(shù)據(jù)處理站，實(shí)時(shí)進(jìn)行交匯處理[4]。信息處理和發(fā)布系統(tǒng)可以結(jié)合各類資料和分析意見，發(fā)布和更新現(xiàn)場(chǎng)信息，決定采取何種應(yīng)急預(yù)案，降低雷暴天氣對(duì)人員、建筑物、用電設(shè)備等造成的影響和損害，提供處置決策參考。

雷電監(jiān)測(cè)站探測(cè)閃電發(fā)生時(shí)輻射出的電磁脈沖，利用垂直相交的2個(gè)感應(yīng)線圈得出2個(gè)垂直的分向量，并根據(jù)矢量合成得出閃電發(fā)生的方向。依據(jù)以上原理，設(shè)計(jì)的閃電發(fā)生裝置，4個(gè)放電線圈分置在閃電定位儀東、南、西、北4個(gè)方向，通過控制器可以使放電線圈產(chǎn)生符合的閃電頻率和強(qiáng)度的電磁脈沖。通過閃電定位儀返回的數(shù)據(jù)與放電線圈的實(shí)際方位進(jìn)行對(duì)比，可對(duì)閃電定位儀進(jìn)行測(cè)試。

該系統(tǒng)結(jié)合實(shí)際業(yè)務(wù)需求，以地理信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)，充分利用地理信息系統(tǒng)提供的多種功能，使產(chǎn)品表現(xiàn)形式多樣化，將探測(cè)結(jié)果直觀地展示給用戶，可快速準(zhǔn)確地傳遞雷電信息，有利于防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)。三維閃電專業(yè)版圖形顯示系統(tǒng)利用地理信息系統(tǒng)（GIS）和數(shù)據(jù)庫技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行開發(fā)。

2.5 防雷檢測(cè)技術(shù)服務(wù)系統(tǒng)

通過移動(dòng)防雷檢測(cè)系統(tǒng)、防雷裝置在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、雷電峰值電流測(cè)試系統(tǒng)，會(huì)同搭載各類檢測(cè)儀器，為重點(diǎn)大型項(xiàng)目提供全面、系統(tǒng)的防雷檢測(cè)技術(shù)服務(wù)[5]?？赏瑫r(shí)開展防雷工程質(zhì)量抽查、防雷產(chǎn)品質(zhì)量抽查、雷擊事故調(diào)查鑒定等。同時(shí)，通過閃電高速攝像系統(tǒng)，觀測(cè)閃電形成、先導(dǎo)、擊穿、回?fù)舻日麄€(gè)過程，記錄自然閃電的形狀和結(jié)構(gòu)，進(jìn)而查找雷電災(zāi)害致災(zāi)機(jī)理，為雷電專項(xiàng)服務(wù)、重大雷電災(zāi)害分析和鑒定提供原理和技術(shù)支持。

2.6 載車

因防雷綜合服務(wù)車需搭載多種系統(tǒng)、設(shè)備等，載車需滿足搭載功能設(shè)備的重量和空間要求。由于能化項(xiàng)目等大多地處偏僻地區(qū)，且氣象災(zāi)害、突發(fā)事件或大型活動(dòng)發(fā)生地點(diǎn)存在不確定性，載車需具備較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，為確保保障車可以到達(dá)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，保障車必須具有較強(qiáng)的通過性。能夠在本通信指揮體系覆蓋地域范圍內(nèi)的氣候、地理環(huán)境條件下長(zhǎng)期、可靠、正常使用。

綜合對(duì)比，考慮費(fèi)用和建成后的掛牌、年審、保養(yǎng)等，載貨車二類底盤配中型集裝箱、中型依維柯、中巴車均可滿足需求。

2.7 綜合保障系統(tǒng)

綜合保障系統(tǒng)包括供電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)接收處理系統(tǒng)、駐車空調(diào)、車身電控穩(wěn)定系統(tǒng)、升降照明系統(tǒng)、調(diào)試測(cè)試維護(hù)維修工具等。其車體穩(wěn)定，能夠滿足各類車載設(shè)備所需動(dòng)力，為工作人員提供比較舒適的工作環(huán)境。防雷綜合服務(wù)車配備的電源、照明以及輔助設(shè)備設(shè)施等須保障獨(dú)立、長(zhǎng)時(shí)間地執(zhí)行任務(wù)。

車頂須保持良好的密封性和排水系統(tǒng)流暢。車頂設(shè)備應(yīng)布局合理，避免設(shè)備間的相互影響和各通信系統(tǒng)間的相互干擾。車頂工作平臺(tái)應(yīng)安全可靠。放置天線的位置應(yīng)進(jìn)行特殊加固。

服務(wù)車必須提供完整、安全的交流和直流配電系統(tǒng)?？偣β蕽M足全車滿負(fù)荷運(yùn)行要求，并留有20%余量。市電供電、車載發(fā)電機(jī)供電可由車載配電系統(tǒng)任意切換。分別控制交直流電源，在明顯位置安裝電壓表、電流表以及頻率表，可檢測(cè)各路輸入的參數(shù)值。配備保護(hù)開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、控制開關(guān)以及發(fā)電機(jī)控制面板。安裝車載發(fā)電機(jī)，滿負(fù)荷工作不小于8 h。市電220 V接入車內(nèi)，提供交流電源。

作為眾多通信設(shè)備的載體，合理選擇防過壓保護(hù)器件對(duì)防雷電至關(guān)重要。壓敏電阻的高通流耐量、強(qiáng)耐浪涌能力、大極間電容適合電源口的防雷。感應(yīng)雷電流按不超過5 kA計(jì)算，電源口防雷選用壓敏電阻標(biāo)稱值為560 V/10 kA或680 V/10 kA即可。

為有效預(yù)防因雷擊而影響車內(nèi)設(shè)備的正常工作，在電源、信號(hào)輸入口設(shè)有避雷模塊，衛(wèi)星天線旁設(shè)有衛(wèi)星天線避雷裝置。為保證整車等電位接地，在電源、信號(hào)輸入口分別設(shè)有電源地、信號(hào)地以及車皮地。

各設(shè)備機(jī)柜均設(shè)有相互獨(dú)立的機(jī)殼地和信號(hào)地，并分設(shè)接地匯流條。廂體與車體連接為同一導(dǎo)體，其接地端子設(shè)在車體外部。通信車移動(dòng)使用時(shí)，由接地鏈條接地，靜止使用時(shí)，由接地柱接地。車體避雷裝置設(shè)置獨(dú)立的接地體，并與車體絕緣，接地電阻≤10 Ω。車體的良好接地性能對(duì)雷擊能起到較好的防護(hù)作用。

3 效益分析

防雷綜合服務(wù)車完成并投入使用后，將大幅提升陜西省氣象部門大型能化項(xiàng)目專業(yè)氣象服務(wù)和防災(zāi)減災(zāi)能力。

3.1 產(chǎn)品更豐富，通信方式更有保障

通過在常規(guī)車載氣象六要素基礎(chǔ)上增添雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)相關(guān)系統(tǒng)，可以為預(yù)報(bào)、決策提供更多第一手現(xiàn)場(chǎng)資料。通信方式增加的4G通信方式可以更快捷地將現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)、圖像發(fā)回?cái)?shù)據(jù)中心，更快捷地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)天氣會(huì)商，為現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)、決策贏得時(shí)間。

3.2 彰顯氣象科技實(shí)力，加強(qiáng)人才隊(duì)伍建設(shè)

防雷綜合服務(wù)車搭載各類探測(cè)設(shè)備、通信設(shè)備、預(yù)報(bào)服務(wù)系統(tǒng)能夠更好地提升現(xiàn)場(chǎng)氣象應(yīng)急保障和專業(yè)氣象服務(wù)能力，讓項(xiàng)目方更加直觀地了解氣象科技實(shí)力、現(xiàn)場(chǎng)預(yù)報(bào)以及技術(shù)服務(wù)能力，增強(qiáng)防災(zāi)減災(zāi)的合力。同時(shí)為氣象系統(tǒng)培養(yǎng)出一支更全面、應(yīng)急處置和專業(yè)技術(shù)服務(wù)更強(qiáng)的隊(duì)伍。

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責(zé)任編輯：黃艷飛

Design and Implementation of Comprehensive Service Vehicle for Lightning Protection and Disaster Reduction in Shaanxi Province

CHEN Wen （Shaanxi Emergency Early Warning Information Release Center， Xi’an Shaanxi 710014）

Abstract Under the new situation， make every effort to provide comprehensive on-site lightning protection and disaster reduction services for the energy and chemical industry and major disasters， sudden social and public security events， major activities and so on， which put forward higher requirements for the professional meteorological service of lightning protection and disaster reduction in Shaanxi province. Through the construction of lightning protection and disaster reduction comprehensive service vehicle project， the on-site support service capacity of lightning protection professional meteorological services can be comprehensively improved and expanded， so as to meet the needs of on-site support services in different occasions under the new situation.

Key words Lightning protection; Disaster reduction; Professional meteorological service; Integrated service vehicle

作者簡(jiǎn)介 陳雯（1984—），女，陜西西安人，工程師，主要從事雷電科學(xué)與防護(hù)技術(shù)研究。

收稿日期 2022-01-12