一、概述

      近年來(lái)，與氣候變暖有關(guān)的極端天氣或氣候事件在全球大多數(shù)地方越來(lái)越頻繁地發(fā)生，造成各種災(zāi)害，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境以及人類(lèi)健康帶來(lái)諸多不利影響。在我國(guó)的大部分地區(qū)，每年3月以后，各種雷電天氣明顯增多，雷電事故頻繁發(fā)生，嚴(yán)重危及景區(qū)的工作人員和游客生命財(cái)產(chǎn)安全。

    由山西捷力通科技有限公司研發(fā)的“大氣電場(chǎng)監(jiān)測(cè)與雷電預(yù)警系統(tǒng)Pre-Storm2.0”，可實(shí)時(shí)、安全、可靠地發(fā)布雷電災(zāi)害預(yù)警信息。為景區(qū)有關(guān)部門(mén)做好防雷減災(zāi)工作提供支持，為廣大人民群眾增強(qiáng)防雷意識(shí)，采取避險(xiǎn)措施提供了有效的幫助，可有效保障游客生命及財(cái)產(chǎn)安全。

二、預(yù)雷者Pre-Storm大氣電場(chǎng)儀介紹

Pre-Storm大氣電場(chǎng)儀工作原理

眾所周知，雷電是由于雷雨云中的電荷達(dá)到一定的數(shù)量時(shí)，在云內(nèi)不同部位之間與地面之間就形成了很強(qiáng)的電場(chǎng)，當(dāng)電荷積聚到一定程度時(shí)，就會(huì)在云與云之間或云與地之間發(fā)生放電現(xiàn)象。即雷電的發(fā)生來(lái)源于雷云內(nèi)部的電荷累積，這意味著只要能夠準(zhǔn)確檢測(cè)空間靜電場(chǎng)的變化，就可以間接了解雷云電荷累積的情況。

 根據(jù)多年來(lái)世界各地所記錄的相關(guān)氣象資料表明，雷電的發(fā)生需一定條件，并且具有規(guī)律性：以在平面距地面約1.5m處設(shè)立的監(jiān)測(cè)點(diǎn)為例，當(dāng)雷云靠近或形成時(shí)，地面的靜電場(chǎng)也會(huì)發(fā)生劇烈變化。在通常的標(biāo)準(zhǔn)情況下（平地、平原、沒(méi)有尖端放電），在一個(gè)晴好天氣的平均場(chǎng)強(qiáng)是150V/m，當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)檢測(cè)值達(dá)到2KV/m以上，通常意味著該地點(diǎn)上方有雷云產(chǎn)生;而當(dāng)雷閃產(chǎn)生時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)將急劇增大，甚至?xí)哌_(dá)15KV/m以上。一般情況下，獨(dú)立雷云（對(duì)流雷云）或雷云群的產(chǎn)生需要大約20分鐘。我們認(rèn)為，而當(dāng)?shù)孛鎴?chǎng)強(qiáng)達(dá)到2KV/m以上時(shí)，該地點(diǎn)就會(huì)受到其上方的雷云的影響，雷雨云正在逐漸形成或正在靠近。

       在氣象領(lǐng)域，對(duì)于雷暴的檢測(cè)手段，分為間接檢測(cè)和直接檢測(cè)兩種；間接檢測(cè)的方法包括了多普勒氣象雷達(dá)、衛(wèi)星云圖等；而直接檢測(cè)手段則主要是大氣電場(chǎng)儀、閃電定位儀等。

大氣電場(chǎng)儀是唯一針對(duì)雷電發(fā)生的最根本因素一雷云電荷量，即大氣電場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)；它能夠通過(guò)對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度、極性變化的探測(cè)和分析，實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)本地雷云變化，并對(duì)可能造成雷擊危險(xiǎn)的大氣電場(chǎng)變化加以識(shí)別和預(yù)警。

Pre-Storm大氣電場(chǎng)監(jiān)測(cè)與雷電預(yù)警系統(tǒng)采用國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的的最精確的大氣電場(chǎng)儀為傳感器，通過(guò)多年對(duì)大氣電場(chǎng)數(shù)據(jù)積累和分析，由各方專(zhuān)家們精心設(shè)計(jì)、深度開(kāi)發(fā)，構(gòu)成的高智能、高準(zhǔn)確率的大氣電場(chǎng)監(jiān)測(cè)與雷電預(yù)警系統(tǒng)。

Pre-Storm的主要優(yōu)勢(shì)

     Pre-Storm是建立在差模測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)上的大氣探測(cè)產(chǎn)品，它的工作原理是對(duì)不斷被屏蔽及開(kāi)放的探測(cè)電極帶點(diǎn)涼的增益放大，轉(zhuǎn)換位數(shù)字電場(chǎng)值，從而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大氣電場(chǎng)的變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)半徑15-20km左右區(qū)域可能產(chǎn)生的雷電進(jìn)行預(yù)測(cè)和報(bào)警。

 獨(dú)特的外形設(shè)計(jì)

         Pre-Storm的外形設(shè)計(jì)獨(dú)特能有效避免積水、積雪、灰塵、鳥(niǎo)糞等所對(duì)所測(cè)電場(chǎng)產(chǎn)生的影響，該外形已申請(qǐng)專(zhuān)利保護(hù)。

 先進(jìn)的硬件系統(tǒng)

     采用了精度更高、更靈敏的電子元器件，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)采用了最新一代的數(shù)據(jù)采集芯片，取樣速度是8毫秒，而同類(lèi)產(chǎn)品的取樣速度約在32毫秒左右。

 較強(qiáng)的抗干擾能力

      在嵌入式軟件中，增加了數(shù)據(jù)預(yù)處理功能，是周邊的環(huán)境電場(chǎng)對(duì)探測(cè)所造成的影響降至最低限度，保證了所測(cè)數(shù)據(jù)的有效性，同時(shí)在某種程度上，降低了對(duì)安裝點(diǎn)的要求。

 靈活的通訊功能

   數(shù)據(jù)傳輸支持LAN、GPRS、CDMA2000、3G等網(wǎng)絡(luò)，并能提供雙模通訊功能。采用了先進(jìn)的通訊控制接口，進(jìn)而可以直接通過(guò)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和切換市電與UPS電源等操作。

 能多探頭組網(wǎng)

   Pre-Storm可以在單機(jī)或聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下使用，單機(jī)可以為單一場(chǎng)所提供雷電預(yù)警，即為單點(diǎn)雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)Local-Storm。

   Pre-Storm可以多臺(tái)聯(lián)網(wǎng)使用可以組成雷電偵測(cè)網(wǎng)絡(luò)，即為網(wǎng)絡(luò)雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)Net-Storm。用戶(hù)可以實(shí)時(shí)地對(duì)不同范圍進(jìn)行探測(cè)與觀察，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件把按一定規(guī)律分布在各處的探頭收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和計(jì)算、分析，掌握整個(gè)區(qū)域某一時(shí)段的帶電云層的變化資料，并可以做出較為準(zhǔn)確的推測(cè)和預(yù)報(bào)。

 能與其他氣象設(shè)備配合使用

    Pre-Storm能與其他氣象設(shè)備配合使用來(lái)提高預(yù)警的準(zhǔn)確率，如氣象雷達(dá)、閃電定位儀等。

 提供多種報(bào)警手段

    能提供聲、光報(bào)警，語(yǔ)音廣播報(bào)警，手機(jī)短信報(bào)警等功能。

 能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境

Pre-Storm所采用的核心材料在海洋和化學(xué)工業(yè)環(huán)境中具有較強(qiáng)的耐腐蝕能力，能適應(yīng)各種惡劣的安裝環(huán)境。

預(yù)警范圍

   理論上，對(duì)空間電場(chǎng)的探測(cè)是不存在范圍限制的。但實(shí)際上，鑒于電場(chǎng)衰減變化的固有物理定律，以及一些其它環(huán)境客觀因素的影響，所有基于場(chǎng)磨原理的雷電預(yù)警系統(tǒng)設(shè)備只能在一定范圍內(nèi)起到預(yù)警作用。一般而言，Pre-Storm系統(tǒng)的有效預(yù)警范圍實(shí)在15~20km的范圍。雷暴現(xiàn)象，由于上述原因，將無(wú)法觸發(fā)有效的預(yù)警警報(bào)。我們也可以將多臺(tái)Pre-Storm按一定的規(guī)律聯(lián)網(wǎng)布局，組成雷電偵測(cè)網(wǎng)絡(luò)，利用計(jì)算機(jī)軟件把收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、統(tǒng)計(jì)、分析，從而對(duì)大范圍區(qū)域的雷電活動(dòng)做出較為準(zhǔn)確的推測(cè)與預(yù)報(bào)，對(duì)于那些如氣象、電信、航空等行業(yè)的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，以此來(lái)彌補(bǔ)單點(diǎn)預(yù)警系統(tǒng)的局限性。

    從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)而言，任何一個(gè)單一的監(jiān)均測(cè)手段存在氣不足之處；例如大氣電場(chǎng)儀就很容易因雷云受風(fēng)向影響在最后時(shí)刻改變方向，或者因其他原因，使雷暴未能在發(fā)布了預(yù)警信息的安裝地點(diǎn)附近發(fā)生，而產(chǎn)生事實(shí)上的誤報(bào)。所以，通過(guò)多個(gè)系統(tǒng)（如多普勒雷達(dá)、閃電定位系統(tǒng)等）所提供的信息進(jìn)行交叉參照分析，綜合得出監(jiān)測(cè)結(jié)果才是較為可靠的辦法。

三、旅游風(fēng)景區(qū)雷電預(yù)警通用方案

       與傳統(tǒng)防雷系統(tǒng)不同，大氣電場(chǎng)監(jiān)測(cè)與雷電預(yù)警系統(tǒng)是公認(rèn)的最有效的防止戶(hù)外雷擊傷害人類(lèi)和減少設(shè)備損壞的措施。

3.1中小型旅游風(fēng)景區(qū)（方圓15公里以?xún)?nèi)）雷電預(yù)警方案

   方圓15公里以?xún)?nèi)的中小型旅游風(fēng)景區(qū)，包括各種游樂(lè)場(chǎng)、高爾夫球場(chǎng)、休閑中心等單個(gè)場(chǎng)所，區(qū)內(nèi)人員集中，遭雷擊風(fēng)險(xiǎn)較高。對(duì)中小型旅游風(fēng)景區(qū)我們推薦安裝使用單點(diǎn)雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Local-Storm）。 

Local-Storm的工作原理

   在景區(qū)范圍內(nèi)安裝一套單點(diǎn)雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Local-Storm），將大氣電場(chǎng)儀偵測(cè)探頭安裝在樓頂或空曠地帶，預(yù)警主機(jī)可以選擇安裝機(jī)房?jī)?nèi)。又大氣電場(chǎng)儀感應(yīng)到雷電活動(dòng)信息后實(shí)時(shí)把數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)安裝在計(jì)算機(jī)上的專(zhuān)用軟件的分析和處理，可在雷電來(lái)臨之前自動(dòng)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，也可由機(jī)房?jī)?nèi)值班人員再綜合相關(guān)管理規(guī)則把雷電預(yù)警信息通過(guò)廣播、聲光報(bào)警、短信報(bào)警或者其他途徑傳遞給景點(diǎn)內(nèi)游客，提醒游客及時(shí)采取避雷措施。計(jì)算機(jī)能對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，方便有關(guān)部門(mén)或人員作日后查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)和分析之用。

Local-Storm的基本結(jié)構(gòu)

      單點(diǎn)雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)Local-Storm的基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3，它有大氣電場(chǎng)儀、控制箱、計(jì)算機(jī)、聲光報(bào)警系統(tǒng)、大氣電場(chǎng)監(jiān)測(cè)與雷電預(yù)警軟件等組成。

大氣電場(chǎng)儀：實(shí)時(shí)采集本地方圓15公里左右大氣電場(chǎng)。

控制箱：連接大氣電場(chǎng)儀與計(jì)算機(jī)，控制聲光報(bào)警系統(tǒng)，為大氣電場(chǎng)儀和聲光報(bào)警系統(tǒng)供電。

計(jì)算機(jī)：信息處理、數(shù)據(jù)分析和儲(chǔ)存，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電場(chǎng)強(qiáng)度。推薦使用2.5G以上主頻、2G以上內(nèi)存，500G以上硬盤(pán)，操作系統(tǒng)使用XP或server2003系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)。

聲光報(bào)警系統(tǒng)：分為聲音報(bào)警（人聲、蜂鳴器）和三色燈報(bào)警，聲音報(bào)警中蜂鳴器由控制箱直接輸出控制，人聲可為計(jì)算機(jī)軟件語(yǔ)音功能。三色燈報(bào)警是根據(jù)當(dāng)前場(chǎng)強(qiáng)大小和預(yù)警等級(jí)做出的三個(gè)階段的雷電預(yù)警。

大氣電場(chǎng)監(jiān)測(cè)與雷電預(yù)警軟件（Local-Storm Manager2.0）：所有信息的處理、分析、提示預(yù)警信息，歷史數(shù)據(jù)的分析和查詢(xún)。

3.2大型旅游風(fēng)景區(qū)（方圓15公里以上）雷電預(yù)警組網(wǎng)方案

對(duì)于那些方圓超過(guò)15公里或更大的大型旅游風(fēng)景區(qū)，比如黃山，張家界，我們建議使用網(wǎng)絡(luò)雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Net-Storm）。

在大型風(fēng)景區(qū)，可利用現(xiàn)有的公用網(wǎng)絡(luò)資源，只安裝一臺(tái)中心計(jì)算機(jī)服務(wù)器、在風(fēng)景區(qū)內(nèi)安裝多臺(tái)大氣電場(chǎng)儀組成一個(gè)雷電偵測(cè)網(wǎng)絡(luò)，區(qū)域內(nèi)的所有景點(diǎn)可以共享雷電預(yù)警信息，此舉不僅可以節(jié)約投資，而且還能大大提高雷電預(yù)警的準(zhǔn)確率。

（1）、工作原理

在景區(qū)內(nèi)按一定的間距安裝多臺(tái)Pre-Storm大氣電場(chǎng)儀，組成一個(gè)實(shí)時(shí)雷電偵測(cè)網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)大氣電場(chǎng)儀采集本地電場(chǎng)強(qiáng)度，實(shí)時(shí)把數(shù)據(jù)傳送到中心計(jì)算機(jī)服務(wù)器，經(jīng)過(guò)安裝在服務(wù)器上的專(zhuān)用軟件的分析和處理，來(lái)發(fā)布預(yù)警信息，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了存儲(chǔ)，方便日后對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)和分析。景區(qū)內(nèi)所有景點(diǎn)的工作人員可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)中心服務(wù)器以獲得實(shí)時(shí)雷電預(yù)警信息，并可以通過(guò)聲光報(bào)警，語(yǔ)音廣播報(bào)警，手機(jī)信息報(bào)警等手段及時(shí)通知游客避雷，以保護(hù)游客安全。

（2）、基本結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)Net-Storm基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6，由多個(gè)單點(diǎn)雷電預(yù)警系統(tǒng)Local-Storm站點(diǎn)（計(jì)算機(jī)可選）、中心計(jì)算機(jī)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、大氣電場(chǎng)監(jiān)測(cè)與雷電預(yù)警軟件Net-Storm manager2.0等組成。

單點(diǎn)雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：詳情見(jiàn)上文。

中心計(jì)算機(jī)服務(wù)器：收集區(qū)域內(nèi)所有電場(chǎng)儀的數(shù)據(jù)、分析并處理，發(fā)布全區(qū)雷電預(yù)警信息。推薦使用服務(wù)器級(jí)計(jì)算機(jī)。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)或GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。

大氣電場(chǎng)監(jiān)測(cè)與雷電預(yù)警軟件Net-Storm manager2.0：區(qū)域內(nèi)所有大氣電場(chǎng)儀所采集信息的處理、分析，提示預(yù)警信息，歷史數(shù)據(jù)的分析和查詢(xún)。

大型景區(qū)因其覆蓋面積廣，還可以將Net-Storm系統(tǒng)與其它氣象設(shè)備配合使用（如閃電定位儀，多普勒氣象雷達(dá)）來(lái)提高預(yù)警的準(zhǔn)確率。

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