基于雷电定位系统的雷电临近预警技术规范

国家标准 GB/T40619一2021 基于雷电定位系统的雷电临近预警 技术规范 Technicalspecifieationforlightningnowcastingandwarmingbasedon ightninglocationsysem 2021-10-11发布 2022-05-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标涯花管理委员会国家标准
GB/40619一2021 目 次 前言 引言 范围 2 规范性引用文件 术语和定义 总则 雷电临近预警 5. 预警参数确定 5.2预警流程设置 5.3预警信息生成 证实方法 附录A资料性)雷电临近预警过程示例 参考文献
GB/40619一2021 前 言 本文件按照GB/T1.1一2020<标准化工作导则第1部分;标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草 请注意本文件的某些内容可能涉及专利 本文件的发布机构不承担识别专利的责任 本文件由全国雷电防护标准化技术委员会(SAC/TC258)提出并归口 本文件起草单位;国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司、四川中光防雷科技股份有限公司、 湖北省防雷中心、江西省气象服务中心,湖南省气象灾害防御技术中心、,福建省气象科学研究所、陆军工 程大学野战工程学院、广州华炜科技有限公司、中科天际科技股份有限公司、国网北京市电力公司电力 科学研究院 本文件主要起草人谷山强、李健、杨国华、王学良、姚喜梅、吴大伟、余建华、唐瑶曾金全、郝胤博、 邱实、房翔、刘凤妨、高攀亮、张建培、周恺
GB/T40619一2021 引 言 可用于雷电临近预警的参量有多种,如雷电定位数据、大气电场强度、雷达回波等 本文件中雷电 临近预警技术是基于雷电定位数据实现,不涉及其他预警参量 如对预警准确率要求较高,可加人其他 参量进行综合预警 IN
GB/T40619一2021 基于雷电定位系统的雷电临近预警 技术规范 范围 本文件规定了基于雷电定位系统的雷电临近预警中预警参数确定、预警流程设置、预警信息生成等 方面的要求,描述了对应的证实方法 本文件适用于基于雷电定位系统的雷电临近预警 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 其中,注日期的引用文 件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于 本文件 GB/T38121一2019雷电防护雷暴预警系统 术语和定义 GB/T381212019界定的以及下列术语和定义适用于本文件 3.1 地闪 colud-t0groundlightning;CG 云地间的大气放电现象 注由一个或多个雷击组成 [来源:GB/T21714.1一2015,3.1,有修改] 3.2 LIS 雷电定位系统lightning locationsystem; 闪电定位系统 通过探测雷电放电过程中产生的电磁辐射信号,采用多种雷电定位技术和方法,来确定雷电发生时 间、位置、极性等多项雷电参数的系统 注:由多个设在不同地理位置的雷电传感器(又称子站、数据处理和系统监控中心(又称中心站)、产品输出和显示 系统以及配套的通信设施等组成 3.3 LRE 雷电相关事件lightningreated event; 雷电击中被保护的建筑物或建筑物附近或与建筑相连的线路及线路附近的事件 [[来源:GB/T38121一2019,3.1.16] 3.4 TA 目标区域 targetarea; 需要进行预警的地理区域,以便该区域发生雷电相关事件前帮助决策并采取预防措施 [来源:GB/T38121一2019,3.1.2打
GB/T40619一2021 3.5 周边区域surroundingarea;s 环绕并包围目标区域，且存在雷电相关事件引发潜在风险的地理区域 注任何在周边区域发生的雷电相关事件均具有潜在风险 当评估一个雷暴预警系统时,该区域用于确定虚警率 和其他性能参数 [来源.GB/T381212019,3.1.23,有修改 3.6 ightningnowcastingandwarning 雷电临近预警 对目标区域和周边区域未来一段时间内雷电发生情况进行告警 注:通常以级别表征 3.7 中值定位精度 medianlneationaeuray;A 实际雷击位置与雷电定位系统确定的雷击位置之间距离的中值 来源:GB/T370472018,3.1.15] 3.8 缓冲区域bufferarea;BA 以预先设置的宽度环绕并包围目标区域,用于监测目标区域之外的地闪活动,确定雷电临近预警等 级的区域 3.9 驻留时间dweltime;DT 不符合预警判据后,警报持续的时间 [来源.GB/T381212019,3.1.5] 总则 4.1雷电定位系统在目标区域和周边区域的地闪探测效率宜大于85% 注地闪探测效率指探测到的地闪次数占实际发生的地闪总数的百分比 在一次地闪中,至少探测到其中任意一 次回击，即认为探测到该地闪 4.2用于预警的雷电定位数据中值定位精度宜优于500m 雷电临近预警宜包含预警参数确定、预警流程设置、预警信息生成等内容 4.3 5 雷电临近预警 5.1预警参数确定 5.1.1 参数内容 根据目标对象防雷需求确定雷电临近预警参数,应包括目标区域,缓冲区域、预警岗值、顶警数据源 时间窗口以及预警信息更新周期 5.1.2 目标区域 目标区域可为一个单一的点,例如有工人作业的塔、规模有限的工厂等,如图1a);也可以是特定区 域,例如大型建筑、风电场、高尔夫球场等,如图1b) 但安全起见,与目标物理相连且可能产生雷击过 电压传导效应的区域应一并设置为目标区域,如图1c),目标区域发生的每一次地闪被视为一个可引起
GB/40619一2021 过电压的雷电相关事件 T 外廷连 按线 单点 任意形状 涵盖服务区 a 注1黑色区域表示目标物本身 注2:外延连接线表示与目标物连接的因自身雷击可导致日标物致灾的关联部分 图1不同形状目标区域示例 5.1.3缓冲区域 缓冲区域应根据目标区域的地理环境、雷击特性、防雷需求预先设定 通常宜设置成三层级缓冲区 域,如图2所示 每一级缓冲区域的宽度(d)应不小于中值定位精度的2倍 标引序号说明: -级缓冲区宽度; d dd. 二级缓冲区宽度; 三级缓冲区宽度 d 图2缓冲区域 5.1.4预警阐值 预警阂值指预警启动或预警等级更新时缓冲区内地闪个数需要达到的数值,预警启动时预警阂值 宜设置为1 5.1.5预警数据源时间窗口 从启动(或更新)预警时刻往回截取雷电预警数据源的时间段宜不超过30min.
GB/T40619一2021 5.1.6预警信息更新周期 预警信息更新的时间间隔可依据预警实时性需求设置,宜不超过10" min 5.2预警流程设置 5.2.1预警流程组成 雷电临近预警流程应包含启动预警、持续预警和结束预警三个阶段,具体流程设置见图3 雷电定位系统监测 地理信息系统 雷电定位系统探测 处理平台 站布置、运维情况 数据按收平台 分析中值定位精度， 叠加基础地理信息 设置预警参数 要素和数据 查询级冲区域及目标区 域地闪个数 地闪个数大于或等于 预警阂值？ 否 是 启动预警 依据预警等级计算程序 确定当前时刻预警等级 预警等级是否与上 更新预警信息 期内的等级一致3 等待至下一个预警信息 持续预警 更新时刻 查询缓冲区域及目标区 泼地闪个数 地闪个数是否小于 预警风值" 等待至下一个预警信息 更新时刻 不满足预警条件的持续 时间增加A7 不满足预 条件的持续时间是香 5 大于驻留时间? 结束预警 注1:！为预警信息更新周期 注2雷电临近预警过程示例见附录A的A.I 图3雷电临近预警流程
GB/40619一2021 5.2.2启动预警 预警数据源可采用实际监测的地闪数据或外推后的地闪数据,基于外推的预警数据源生成方法见 A.2 当地闪个数大于或等于预警闵值时应启动预警 注:地闪个数指雷电预警数据源时间窗口内各缓冲区域和目标区域的地闪个数 5.2.3持续预警 启动预警后,进人持续预警阶段 应依据预警信息更新周期,滚动开展预警等级计算 预警等级的 计算应综合考虑地闪个数以及所处缓冲区域的层级,宜分为三个等级,由高到低依次为I级、I级、皿 级.见表1 表1雷电临近预警等级划分 雷电临近预警等级 地闪数量 三级缓冲区 二级缓冲区 -级缓冲区或目标区域 地闪个数=预警阔值 皿级 级 I级 地闪个数>预警同值 I级 I级 ！级 预警阔值宜设置为1 预警等级计算过程中,当地闪个数小于预警阔值时,应判断不满足预警条件的持续时间是否小于预 警驻留时间,若小于则预警等级降低一级,直至降为皿级保持不变 驻留时间宜不小于3个预警信息更 新周期 5.2.4结束预警 当地闪个数小于预警阔值且持续时间大于或等于预警驻留时间时,结束预警 5.3预警信息生成 启动、结束预警阶段应分别直接生成启动,结束预警信息 在持续预警阶段,仅当预警等级发生变化时,生成持续镇警信息 启动、持续预警信息内容宜包含预警阶段,预警时间、目标名称、预警等级 结束预警信息内容宜包 含预警阶段、预警时间、目标名称 证实方法 使用虚警率、漏报率等指标评价雷电临近预警效果,具体方法按GB/T381212019中第8章 执行
GB/T40619一2021 附 录 A 资料性) 雷电临近预警过程示例 雷电临近预警过程 A.1 A.1.1概述 本示例描述点状目标的雷电临近预警过程,具体预警步骤见A.1.2A.1.5 A.1.2预警参数确定 预警参数确定如下 -设置成三层级缓冲区域,每级缓冲区域的宽度为1knm: -设置三个预警等级,由高到低依次为I级、级、级 预警阂值为1; -预警数据源时间窗口为20min; 预警信息更新周期为l0min; 驻留时间为30min 图A.1为18点50分至20点40分某建筑物在每个预警信息更新周期内以雷电预警数据源时间窗 口查询到的地闪个数及分布情况 19:00 19:10 8:50 19:20 19:30 19:40 19:50 20:00 20:10 20:20 20:30 20:40 注:表示雷电 图A.1某建筑物的雷电活动情况示意图
GB/40619一2021 A.1.3启动预警 在19点00分,建筑物A的目标区域和缓冲区域内存在1个雷电,此时启动预警,预警等级为 叩级,生成预警信息“启动预警;19点00分,建筑物A附近区域可能发生雷电活动,预警等级为皿级,请 密切关注 ” A.1.4持续预警 启动预警后,进人持续预警阶段 依据预警等级计算规则,滚动的开展预警等级计算 在19点10分,预警等级为I级,较启动预警阶段增加一级,生成预警信息“持续预警:l9点10分 建筑物A附近区域可能持续发生雷暴活动,预警等级为级,请密切关注 ” 在19点20分,预警等级为I级较上一时次增加一级,生成预警信息“持续预警;19点20分,建筑 物A附近区域可能持续发生雷暴活动,雷暴活动趋势增强,预警等级为I级,请密切关注并做好相应的 安全防护应急措施 ” 在19点30分19点50分,预警等级均为I级,未发生变化,不生成预警信息 在20点00分,预警等级为I级,较上- 时次下降一级,生成预警信息“持续预警:20点00分,建筑 物A附近区域可能持续发生雷暴活动,雷暴活动趋势减弱,预警等级为I级,请密切关注 " 在20点10分,预警等级为业级,较上一时次下降 -级,生成预警信息"持续预警;20点10分,建筑 物A附近区域可能持续发生雷暴活动,雷暴活动趋势减弱,预警等级为级,请密切关注 ”" 0,此时不满足预警条件的持续时间为10min,小于预警驻留时间,上 在20点20分，地闪个数等于 个时次的预警等级为皿级,此时预警等级保持不变仍为皿级,不生成预警信息 在20点30分,地闪个数等于0,此时不满足预警条件的持续时间为20min,小于预警驻留时间,预 警等级仍为级,不生成预警信息 A.1.5结束预警 在20点40分,地闪个数等于0,此时不满足预警条件的持续时间为30nmin,等于预警驻留时间,结 束本次预警并生成预警信息“结束预警:20点40分,建筑物A附近区域无雷暴活动发生 ” A.2基于外推的预警数据源生成方法 A.2.1步骤一;确立外推区域，一般为方便计算可划一个比缓冲区域更大的矩形框区域,矩形框区域任 意边界至少离最大缓冲区域边界10km范围 A.2.2步骤二;获取过去一段时间外推区域内全部雷电地闪,将该数据集合采用可滑动的时间窗进行 切分,时间窗采用30nmin,滑动时间间隔取值为预警信息更新周期 数据集被分为S,Sa,,S,其中 N宜不大于5 A..,2.3步骤三;对s采用密度聚类算法进行分类划分,得到K个分类,并分别求出每个分类的聚类质 心点cin.cig,,ei 设第i个分类中有M个雷电地闪,第个雷电地闪的坐标为(r;y;),则第i个 分类的质心点e的坐标(r;，y,)按公式(A.1)计算 iE[1,2,K] A.l A.2.4步骤四;采用质心点c,cI 为初始点,对S采用同样的密度聚类算法进行分类划分,得 ,c1K 到K个分类,并计算出每个分类质心点cac!,,csk 步骤五,循环步骤四直到计算完所有集合s ,S,,s、,获得了一组质心点集合((ei,e;, A.2.5
GB/T40619一202 ciK),(cac拉,esx),,(cxi,c8,cxw),对每一个类别质心集cim,cm,c>m),mE1,2, K,采用线性回归方法计算拟合质心运动函数,并预测未来质心位置c(N+m,求出未来质心位置与当 前最新质心位置的位置变化Ar ,Ay. A.2.6步骤六:依据(Ar,Ay.)对S、中所有的地闪雷击点进行位置的外推偏移,得到外推雷电地闪 集合S+，
GB/40619一2021 参考文献 [1]GB/T21714.1一2015雷电防护第1部分:;总则 [[2]GB/T37047一2018基于雷电定位系统(LI.S)的地闪密度总则 [[3]DL/T1283一2013电力系统雷电定位监测系统技术规程 4]QX/T792007闪电监测定位系统第1部分:技术条件 [5]Qx/T2682一2015雷电临近预警技术指南

基于雷电定位系统的雷电临近预警技术规范GB/T40619-2021

引言

随着社会的进步和科学技术的发展，人们对自然灾害的认识越来越深刻，其中雷电灾害的威胁越来越受到关注。为了提高雷电灾害预防的能力，保护人民生命财产安全，国家发布了一系列相关标准，其中GB/T40619-2021《基于雷电定位系统的雷电临近预警技术规范》就是其中之一。

背景

雷电灾害是一种极具破坏性的天气灾害，其危害不仅限于雷击直接造成的损失，还包括由于雷电引发的火灾、爆炸、停电等次生灾害。因此，提高雷电灾害的监测和预警能力对于预防雷电灾害具有重要意义。

目的

GB/T40619-2021的制定旨在规范基于雷电定位系统的雷电临近预警技术，为相关单位和个人提供科学、规范的雷电灾害监测和预警服务，减少雷电灾害造成的损失。

适用范围

本规范适用于基于雷电定位系统的雷电临近预警技术的监测、分析、预警和应急处理等方面。

主要内容

本规范主要包括以下内容：

• 术语和定义；
• 雷电定位系统的原理、技术指标和性能测试方法；
• 雷电临近预警技术的原理、算法和性能评估；
• 雷电临近预警系统的组成、安装和调试；
• 雷电临近预警信息的发布和传播；
• 雷电临近预警管理和服务。

结论

GB/T40619-2021的发布将为我国雷电灾害监测和预警工作提供有效的技术支撑，有助于提高雷电灾害的防范能力，减少雷电灾害造成的损失。但是，在实际应用过程中，还需要不断完善预警系统的性能和服务质量，以应对复杂多变的雷电灾害形势。

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