基于电网GIS的电网建设气象监测预警技术

基于电网GIS的电网建设气象监测预警技术

孙世军,韩 洪

(国网山东省电力公司,山东省 济南市,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:近年来基建工程管理面临巨大的安全压力,雨雪、雷电、大风等恶劣天气发生时,缺乏针对项目各施工现场的气象监测预警,加大了对项目现场安全及施工质量的不利影响,容易造成安全隐患,目前电网建设工程项目管理缺少有效的监测预警手段,无法满足当前工程项目精益化管理的要求。实施基于电网GIS的基建施工监测预警模块部署及应用项目,可在电网GIS上实现基建工程专题展示,利用专业的气象监测预警数据,当触发基建工程阈值设定时,通过内网移动终端及时向工程现场推送预警信息及注意事项,有效保障了预警信息获取的时效性,通过加强施工现场气象灾害监测预警能力建设,全面提升电网建设安全管理的信息化水平。

关键词:电网GIS;基建工程;气象监测;监测预警

0  引言

在山东电力电网基建工程的建设过程中,2017年续建及新开工工程达到218项,建设高峰期施工作业现场近400个,参建队伍300余支,参建人员近3万人,基建管理面临巨大的安全压力。如有雨雪、雷电、大风等恶劣天气发生时,缺乏对施工现场和项目管理的气象监测预警,加大了对项目现场安全及施工质量的不利影响,造成安全隐患,目前电网建设工程项目管理尚未有相关预警平台,无法满足当前工程项目精益化管理要求。

随着国家电网公司电网建设安全管理要求的不断加强,项目单位对建设目标管理和过程控制提出了更高的要求,亟需开发基于电网GIS的基建施工监测预警技术,加强施工现场气象灾害监测预警能力建设,提高预警信息获取的时效性,全面提升电网工程安全管理的信息化水平。

1  山东电网GIS平台

山东电网GIS平台始建于2011年11月,2012年9月正式上线试运行。在前期开发中实现了与生产管理系统、配电自动化、营销GIS、门户目录、IP多媒体子系统(IP multimedia subsystem,IMS)、输变电状态监测等内部专业业务系统的数据集成,在这些应用的基础上不断进行功能完善,实现了电网结构模型构建、电网资源的结构化管理和可视化展现,并通过与各业务系统的集成实现空间位置信息、电网拓扑信息和公共属性信息的统一维护和管理,按照标准的面向服务的体系架构(SOA)和统一的服务规范为各类电网业务应用提供电网空间信息图形和分析服务。同时不断提升电网GIS平台在生产、营销、应急等相关专业的运行效率、应用实现效果及业务应用拓展的支撑能力。2013年以来,基于电网GIS平台的电网防灾减灾综合监测预警和应急处置辅助决策等方面的深化应用,为基于基于电网GIS的电网建设气象监测预警技术研究提供了基础数据和空间信息平台。

2  存在问题

目前存在施工现场大风、暴雨等恶劣天气的监测预警手段不足,预警信息预报范围及结果精细化程度不够、通过内网无法对施工现场推送预警信息等问题。为提高施工现场灾害性天气监测预警及分析应用能力,亟需开发基于电网GIS的电网建设气象监测预警技术,保障公司电网建设安全。

通过开展基于电网GIS的电网建设气象监测预警技术,保障基建专业对全省施工现场的风险管控水平,提高工程项目应对气象灾害的监测预警能力。

3  研究内容

电网建设气象监测预警技术是通过对施工现场风力、降水、温度等气象条件的监测,保障基建施工现场作业安全,提高基建专业施工现场综合监测预警能力和信息获取能力。

整理现有的基建工程基础数据,在电网GIS平台实现基建工程专题分布及基本信息检索,结合专业气象监测预报预警数据,实现基建工程现场气象灾害的监测预警。

制定工程现场气象预警阈值策略。结合山东省各区域气象极值分布,制定工程现场气象预警阈值策略。

通过气象灾害预警风险分析,分析影响工程范围内的影响资源,及时向施工现场人员推送气象灾害告警信息,合理调整工程计划,保障施工现场人员安全。

主要的研究内容有:工地基础数据录入、基建工程施工数据录入、数据网格化分析、工地气象预警阈值梳理、智能预警分析。

3.1工地基础数据录入

梳理汇总全省2010年-2018年电网建设项目及施工现场基础数据,包括名称、位置、开工时间、竣工时间、建设内容、人员配置等基础数据信息,按照行政区域、地市公司等归属条件进行分类整理,并处理成标准的数据格式,导入到数据库,完成基建工地基础数据录入工作。

3.2基建工程施工数据录入

针对新开工建设的工程进行重要施工数据的梳理及录入工作,包括车辆进出路径、设备安装事项、设计标准等重要过程数据,制定施工数据录入项目及模版,形成工程施工数据表,建立项目工程与施工工地数据的关联关系。

3.3数据网格化分析

利用已制定的矢量化网格数据分析工具及方法,基于气象数据与电网GIS网格对应的统一标准,利用数据处理工具对工地数据进行气象网格关联,按照网格对应关系,把所有工程数据差分到对应网格内,建立基建工地数据与气象数据网格的关联关系,完成基建专业工地基础数据的网格化预处理工作,为电网工程建设提供快速、精准的气象数据关联分析。在数据网格化过程中,空间数据插值方法主要是反距离插值法。

反距离加权插值Inverse Distance to a Power,也可以称为距离倒数乘方法。是指距离倒数乘方格网化方法是一个加权平均插值法,可以进行确切的或者圆滑的方式插值。方次参数控制着权系数如何随着离开一个格网结点距离的增加而下降。对于一个较大的方次,较近的数据点被给定一个较高的权重份额,对于一个较小的方次,权重比较均匀地分配给各数据点。

计算一个格网结点时给予一个特定数据点的权值与指定方次的从结点到观测点的该结点被赋予距离倒数成比例。当计算一个格网结点时,配给的权重是一个分数,所有权重的总和等于1.0。当一个观测点与一个格网结点重合时,该观测点被给予一个实际为 1.0 的权重,所有其它观测点被给予一个几乎为 0.0 的权重。换言之,该结点被赋给与观测点一致的值。这就是一个准确插值。

设有n个点,平面坐标为(xiyi),垂直高度为 ,倒数距离加权插值的插值函数为

其中, 点到 点的水平距离, 是一个大于0的常数,称为加权幂指数。

容易看出, 的加权平均。

反距离加权插值法示意图

3.4工地气象预警阈值梳理

根据山东省气象变化分布的特点和基建设施的防灾标准,进行精确到1*1公里范围内气象网格数据匹配,统计分析近3年来每一个工地气象条件,进行逐年、逐月、逐日的进行阈值分析,制定针对每个工程现场的气象阈值策略,包括风力极大值、高温、低温、湿度、气压、能见度等气象要素。同时结合电网建设工程的重点关注信息,制定并关联每个工程及设施的风险控制策略,形成电网建设工程策略的算法,为电网工程建设提供精准的告警服务。

针对山东省自然灾害种类、时间和区域分布以及对电网的影响,设定不同电压等级电力线路高度阈值,应用拉依赫特曼乘幂率风廓线公式将气象监测标准高度(10米)的数据折算为线路实际高度的数据,实现气象要素与电网设施三维立体的精准关联,针对性开展监测、预报预警和动态修正。其中6kV、10kV杆塔线路高度取值为10米,35kV杆塔线路高度取值18米,110kV杆塔线路高度取值24米,220kV杆塔线路高度取值30米,500kV杆塔线路高度取值36米,600kV杆塔线路高度取值42米,1000kV杆塔线路高度取值65米。

3.5工地气象预警阈值梳理

通过对网格化数据解析并结合电网GIS平台展示,当灾害天气发生时,可自动分析强对流天气走势已经影响的电网建设工程,

并发布当前施工工地的预警信息,包括预警的时间范围、空间范围,范围内涉及的变电站、线路、杆塔、重要用户、危化品企业、地质隐患点、山火隐患部位、防汛重点部位、应急集结点、三跨线路、监拍装置、高铁/电铁牵引站、充放电站等信息,以及当前灾害的注意事项、防御指南、作业指导等知识库信息。

(1)通过电网建设气象监测技术,借助数据互联互通,实现输变电工程建设现场气象信息的自动获取,实现恶劣天气的预判与预警并及时推送到施工单位与各级管理人员,做好现场安全措施,启动应急预案,项目管理人员对现场开展安全检查,消除了因恶劣天气影响造成的安全隐患,避免了因天气原因造成的人、财、物浪费及不必要的返工、窝工、误工损失。

(2)数据网格化后,根据气象预报数据和差值数据的处理结果生成灾害数据文件,并计算出处于灾害天气影响范围内的电网基建工程数据。

(3)建立灾害天气影响范围与地理信息的有机整合,这样能够直观在电网GIS系统中看到设定区域内的气象状况。实时监控气象信息变化,按照影响范围精确关联不同电网工程,根据当前的实时气象信息做出针对电网工程的不同等级的灾害预报预警信息,并做出相应的应急处置决策及方法。

4  结语

通过本技术,电网GIS实现恶劣天气预警,及时推送到施工单位与各级管理人员,及时做好应急预案和安全措施,确保人身、电网、设备安全,强化工程本质安全,提升工程安全管理水平。

另一方面,业主项目部、施工单位、监理单位以及各级管理人员可根据业务需要,实现施工现场气象数据的实时获取,恶劣天气的预判预警,有助于合理分配各种资源。有力提升公司基建施工现场气象风险预警能力,同时将大幅降低公司各项成本,减少经济损失,增加经济效益。

参考文献

  1. 郁松. 电网建设工程项目风险管理研究[D]. 昆明理工大学, 2013.

  2. 孟卫萍. 电网建设工程项目动态风险管理及实证研究[D]. 华北电力大学(保定) 华北电力大学, 2013.

  3. 王兴发,曹怀予,肖军诗.我国电网自然灾害预警系统研究[J].安全与环境工程,2012年6期.

  4. 郑国光. 加强气象监测预警能力建设 努力提高气象灾害防御水平[J]. 信息化建设, 2005(8):9-11.

  5. 王磊, 王子昕. 恶劣气象监测预警预报系统的设计[J]. 公路交通科技, 2012(s1):135-141.

  6. 徐启运, 尹宪志, 张定全,等. 西北地区强沙尘暴天气监测预警系统工程建设方案[J]. 干旱气象, 2001, 19(2):52-54.

  7. 徐祥德. 推动“世界屋脊”灾害性天气上游预警系统 新一代气象综合监测网工程建设与技术发展[J]. 科学中国人, 2008(8):126-127.

  8. 李术才, 薛翊国, 张庆松,等. 高风险岩溶地区隧道施工地质灾害综合预报预警关键技术研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2008, 27(7):1297-1307.

  9. 毛庆传, 吴建生. 我国输电网建设新举措促进架空输电线新发展灾害型气候对电网影响及新型导线应用分析[C]// 2008中国电线电缆行业大会. 2008.

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基于电网GIS的电网建设气象监测预警技术

作者:孙世军 韩洪  发布时间:2018-12-14   来源:中国电力网

基于电网GIS的电网建设气象监测预警技术

孙世军,韩 洪

(国网山东省电力公司,山东省 济南市,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:近年来基建工程管理面临巨大的安全压力,雨雪、雷电、大风等恶劣天气发生时,缺乏针对项目各施工现场的气象监测预警,加大了对项目现场安全及施工质量的不利影响,容易造成安全隐患,目前电网建设工程项目管理缺少有效的监测预警手段,无法满足当前工程项目精益化管理的要求。实施基于电网GIS的基建施工监测预警模块部署及应用项目,可在电网GIS上实现基建工程专题展示,利用专业的气象监测预警数据,当触发基建工程阈值设定时,通过内网移动终端及时向工程现场推送预警信息及注意事项,有效保障了预警信息获取的时效性,通过加强施工现场气象灾害监测预警能力建设,全面提升电网建设安全管理的信息化水平。

关键词:电网GIS;基建工程;气象监测;监测预警

0  引言

在山东电力电网基建工程的建设过程中,2017年续建及新开工工程达到218项,建设高峰期施工作业现场近400个,参建队伍300余支,参建人员近3万人,基建管理面临巨大的安全压力。如有雨雪、雷电、大风等恶劣天气发生时,缺乏对施工现场和项目管理的气象监测预警,加大了对项目现场安全及施工质量的不利影响,造成安全隐患,目前电网建设工程项目管理尚未有相关预警平台,无法满足当前工程项目精益化管理要求。

随着国家电网公司电网建设安全管理要求的不断加强,项目单位对建设目标管理和过程控制提出了更高的要求,亟需开发基于电网GIS的基建施工监测预警技术,加强施工现场气象灾害监测预警能力建设,提高预警信息获取的时效性,全面提升电网工程安全管理的信息化水平。

1  山东电网GIS平台

山东电网GIS平台始建于2011年11月,2012年9月正式上线试运行。在前期开发中实现了与生产管理系统、配电自动化、营销GIS、门户目录、IP多媒体子系统(IP multimedia subsystem,IMS)、输变电状态监测等内部专业业务系统的数据集成,在这些应用的基础上不断进行功能完善,实现了电网结构模型构建、电网资源的结构化管理和可视化展现,并通过与各业务系统的集成实现空间位置信息、电网拓扑信息和公共属性信息的统一维护和管理,按照标准的面向服务的体系架构(SOA)和统一的服务规范为各类电网业务应用提供电网空间信息图形和分析服务。同时不断提升电网GIS平台在生产、营销、应急等相关专业的运行效率、应用实现效果及业务应用拓展的支撑能力。2013年以来,基于电网GIS平台的电网防灾减灾综合监测预警和应急处置辅助决策等方面的深化应用,为基于基于电网GIS的电网建设气象监测预警技术研究提供了基础数据和空间信息平台。

2  存在问题

目前存在施工现场大风、暴雨等恶劣天气的监测预警手段不足,预警信息预报范围及结果精细化程度不够、通过内网无法对施工现场推送预警信息等问题。为提高施工现场灾害性天气监测预警及分析应用能力,亟需开发基于电网GIS的电网建设气象监测预警技术,保障公司电网建设安全。

通过开展基于电网GIS的电网建设气象监测预警技术,保障基建专业对全省施工现场的风险管控水平,提高工程项目应对气象灾害的监测预警能力。

3  研究内容

电网建设气象监测预警技术是通过对施工现场风力、降水、温度等气象条件的监测,保障基建施工现场作业安全,提高基建专业施工现场综合监测预警能力和信息获取能力。

整理现有的基建工程基础数据,在电网GIS平台实现基建工程专题分布及基本信息检索,结合专业气象监测预报预警数据,实现基建工程现场气象灾害的监测预警。

制定工程现场气象预警阈值策略。结合山东省各区域气象极值分布,制定工程现场气象预警阈值策略。

通过气象灾害预警风险分析,分析影响工程范围内的影响资源,及时向施工现场人员推送气象灾害告警信息,合理调整工程计划,保障施工现场人员安全。

主要的研究内容有:工地基础数据录入、基建工程施工数据录入、数据网格化分析、工地气象预警阈值梳理、智能预警分析。

3.1工地基础数据录入

梳理汇总全省2010年-2018年电网建设项目及施工现场基础数据,包括名称、位置、开工时间、竣工时间、建设内容、人员配置等基础数据信息,按照行政区域、地市公司等归属条件进行分类整理,并处理成标准的数据格式,导入到数据库,完成基建工地基础数据录入工作。

3.2基建工程施工数据录入

针对新开工建设的工程进行重要施工数据的梳理及录入工作,包括车辆进出路径、设备安装事项、设计标准等重要过程数据,制定施工数据录入项目及模版,形成工程施工数据表,建立项目工程与施工工地数据的关联关系。

3.3数据网格化分析

利用已制定的矢量化网格数据分析工具及方法,基于气象数据与电网GIS网格对应的统一标准,利用数据处理工具对工地数据进行气象网格关联,按照网格对应关系,把所有工程数据差分到对应网格内,建立基建工地数据与气象数据网格的关联关系,完成基建专业工地基础数据的网格化预处理工作,为电网工程建设提供快速、精准的气象数据关联分析。在数据网格化过程中,空间数据插值方法主要是反距离插值法。

反距离加权插值Inverse Distance to a Power,也可以称为距离倒数乘方法。是指距离倒数乘方格网化方法是一个加权平均插值法,可以进行确切的或者圆滑的方式插值。方次参数控制着权系数如何随着离开一个格网结点距离的增加而下降。对于一个较大的方次,较近的数据点被给定一个较高的权重份额,对于一个较小的方次,权重比较均匀地分配给各数据点。

计算一个格网结点时给予一个特定数据点的权值与指定方次的从结点到观测点的该结点被赋予距离倒数成比例。当计算一个格网结点时,配给的权重是一个分数,所有权重的总和等于1.0。当一个观测点与一个格网结点重合时,该观测点被给予一个实际为 1.0 的权重,所有其它观测点被给予一个几乎为 0.0 的权重。换言之,该结点被赋给与观测点一致的值。这就是一个准确插值。

设有n个点,平面坐标为(xiyi),垂直高度为 ,倒数距离加权插值的插值函数为

其中, 点到 点的水平距离, 是一个大于0的常数,称为加权幂指数。

容易看出, 的加权平均。

反距离加权插值法示意图

3.4工地气象预警阈值梳理

根据山东省气象变化分布的特点和基建设施的防灾标准,进行精确到1*1公里范围内气象网格数据匹配,统计分析近3年来每一个工地气象条件,进行逐年、逐月、逐日的进行阈值分析,制定针对每个工程现场的气象阈值策略,包括风力极大值、高温、低温、湿度、气压、能见度等气象要素。同时结合电网建设工程的重点关注信息,制定并关联每个工程及设施的风险控制策略,形成电网建设工程策略的算法,为电网工程建设提供精准的告警服务。

针对山东省自然灾害种类、时间和区域分布以及对电网的影响,设定不同电压等级电力线路高度阈值,应用拉依赫特曼乘幂率风廓线公式将气象监测标准高度(10米)的数据折算为线路实际高度的数据,实现气象要素与电网设施三维立体的精准关联,针对性开展监测、预报预警和动态修正。其中6kV、10kV杆塔线路高度取值为10米,35kV杆塔线路高度取值18米,110kV杆塔线路高度取值24米,220kV杆塔线路高度取值30米,500kV杆塔线路高度取值36米,600kV杆塔线路高度取值42米,1000kV杆塔线路高度取值65米。

3.5工地气象预警阈值梳理

通过对网格化数据解析并结合电网GIS平台展示,当灾害天气发生时,可自动分析强对流天气走势已经影响的电网建设工程,

并发布当前施工工地的预警信息,包括预警的时间范围、空间范围,范围内涉及的变电站、线路、杆塔、重要用户、危化品企业、地质隐患点、山火隐患部位、防汛重点部位、应急集结点、三跨线路、监拍装置、高铁/电铁牵引站、充放电站等信息,以及当前灾害的注意事项、防御指南、作业指导等知识库信息。

(1)通过电网建设气象监测技术,借助数据互联互通,实现输变电工程建设现场气象信息的自动获取,实现恶劣天气的预判与预警并及时推送到施工单位与各级管理人员,做好现场安全措施,启动应急预案,项目管理人员对现场开展安全检查,消除了因恶劣天气影响造成的安全隐患,避免了因天气原因造成的人、财、物浪费及不必要的返工、窝工、误工损失。

(2)数据网格化后,根据气象预报数据和差值数据的处理结果生成灾害数据文件,并计算出处于灾害天气影响范围内的电网基建工程数据。

(3)建立灾害天气影响范围与地理信息的有机整合,这样能够直观在电网GIS系统中看到设定区域内的气象状况。实时监控气象信息变化,按照影响范围精确关联不同电网工程,根据当前的实时气象信息做出针对电网工程的不同等级的灾害预报预警信息,并做出相应的应急处置决策及方法。

4  结语

通过本技术,电网GIS实现恶劣天气预警,及时推送到施工单位与各级管理人员,及时做好应急预案和安全措施,确保人身、电网、设备安全,强化工程本质安全,提升工程安全管理水平。

另一方面,业主项目部、施工单位、监理单位以及各级管理人员可根据业务需要,实现施工现场气象数据的实时获取,恶劣天气的预判预警,有助于合理分配各种资源。有力提升公司基建施工现场气象风险预警能力,同时将大幅降低公司各项成本,减少经济损失,增加经济效益。

参考文献

  1. 郁松. 电网建设工程项目风险管理研究[D]. 昆明理工大学, 2013.

  2. 孟卫萍. 电网建设工程项目动态风险管理及实证研究[D]. 华北电力大学(保定) 华北电力大学, 2013.

  3. 王兴发,曹怀予,肖军诗.我国电网自然灾害预警系统研究[J].安全与环境工程,2012年6期.

  4. 郑国光. 加强气象监测预警能力建设 努力提高气象灾害防御水平[J]. 信息化建设, 2005(8):9-11.

  5. 王磊, 王子昕. 恶劣气象监测预警预报系统的设计[J]. 公路交通科技, 2012(s1):135-141.

  6. 徐启运, 尹宪志, 张定全,等. 西北地区强沙尘暴天气监测预警系统工程建设方案[J]. 干旱气象, 2001, 19(2):52-54.

  7. 徐祥德. 推动“世界屋脊”灾害性天气上游预警系统 新一代气象综合监测网工程建设与技术发展[J]. 科学中国人, 2008(8):126-127.

  8. 李术才, 薛翊国, 张庆松,等. 高风险岩溶地区隧道施工地质灾害综合预报预警关键技术研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2008, 27(7):1297-1307.

  9. 毛庆传, 吴建生. 我国输电网建设新举措促进架空输电线新发展灾害型气候对电网影响及新型导线应用分析[C]// 2008中国电线电缆行业大会. 2008.

      关键词:电力, 电网,GIS,山东电力


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