陕西省防雷减灾综合服务车的设计与实现

摘要 新形势下全力做好能源化工行业及重大灾情、突发社会公共安全事件、重大活动等现场防雷减灾综合服务，对陕西省防雷减灾专业气象服务工作提出了更高的要求。通过建设防雷减灾综合服务车项目，可全面提升和扩充防雷专业气象服务的现场保障服务能力，从而满足新形势下不同场合现场保障服务的需求。

关键词 防雷;减灾;专业气象服务;综合服务车

中图分类号：P429 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2022）04–0103–03

陕西是我国能源储备和输出大省，能源化工产业是陕西经济发展的核心支柱产业。大型能化企业整个产业链受到灾害性天气影响显著。陕西能化项目多位于陕北黄土高原，气候复杂多变，同时厂区占地面积大，设备仪器露天安置，且广泛应用电子信息技术，对专业气象的要求越来越高，精细化、系统性的需要也逐渐增多。因此，为国家重大建设项目提供全面、系统、精细化的专业气象保障服务便成为题中应有之义。

近年来，陕西专业气象服务能力发展较快，但在专业气象服务中仍存在“小、低、散”的问题，在国家大型能化项目的服务中，综合性、系统性、现代化、规范化、信息化程度有待提高，而且固定观测设备的资料收集分析无法满足大型能化园区专业气象服务突发性、复杂性的要求，因此，建设陕西省防雷减灾综合服务车具有重大的现实意义。

1 设计思路与功能

防雷减灾综合服务车是以省级雷电预警系统和闪电定位系统为依托，配备车载式气象观测设备、移动式气象观测设备、防雷技术服务设备、视频监控系统等，为人工影响天气、防止和处置突发事件、自然灾害事故等各种情况下的现场防雷应急保障提供现场雷电观测、防雷检测和预报预测分析等多种防雷保障综合服务，也为进一步研究雷电的特性和预报方法获取最为宝贵的近距离资料。同时，在任何地点均能通过卫星通信或5G公网建立通信链路，再经过地面气象专网与国家、省、市、县气象局指挥车中心连接，快速进行数据传输、气象预报预测分析、天气视频会商，可通过局域网等方式与现有的移动X波段雷达车、移动风廓线雷达车进行组网，组成陕西省气象局移动应急系统（图1）。可实现应急现场水平、垂直气象观测。

2 功能设计与实现

防雷减灾综合服务车按系统结构可分为防雷减灾应急指挥系统、现场气象要素观测系统、防雷检测技术服务系统载车以及综合保障系统[1]。

2.1 防雷减灾应急指挥

防雷减灾服务车的防雷减灾应急指挥系统可建设通信网络系统和视频会商系统。可通过4G无线网络借助VPN技术建立与省局内网的连接，保证现场通信指挥畅通，以及现场与后方指挥中心的通信联络;高清视频天气会商功能不仅可以采集现场音视频信息，还可实现双向图像、语音传输，通过无线传输的方式，与国家、省、市、县气象局指挥中心实现双向互联互通，快速进行数据传输、气象预报预测分析、天气视频会商。使指挥机关在决策时能够获得现场的准确信息和关键细节。

现场气象探测数据通过通信网络系统上传数据信息，通信网络系统主要包括卫星通信分系统、5G通信分系统、局域网络分系统。卫星通信分系统和5G通信分系统互为备份，相辅相成，主要负责应急保障车与数据中心的畅通通信。局域网络分系统主要负责防雷减灾综合服务车内部设备之间的相互通信。

视频会商系统由视频会议终端、车顶一体摄像机、混切矩阵、硬盘录像机、数字调音台、音响系统、话筒、4路视音频分配器、液晶显示器等组成。通过操作、监视、控制各种设备，实现现场视音频和多媒体信息的采集、切换、显示、存储、回放。对现场的视音频信号进行采集、存储、显示、调度、传输，并通过卫星或4G通信等传输到指挥中心，与现有的地面音视频系统连接，使现场可以与指挥中心进行视讯会商，为指挥中心提供清晰、全面、直观、形象、生动的应急现场情报资讯和多媒体信息，满足对天气会商的需求。

2.2 现场气象要素观测系统

现场气象要素观测系统主要包括车载自动气象站、便携式自动气象站、大气电场仪、闪电自动触发仪、闪电高速摄像机、现场无人机气象探测及视频监控系统[2]。根据环境和需求的不同可进行不同组合，提供满足需求的现场观测数据。

现场气象要素观测系统应包括1套车载六要素（温度、湿度、气压、风向、风速、雨量）自动气象站（表1）、1套大气電场仪、1套闪电自动触发仪、1套闪电高速摄像机、1套卫星定位仪（GPS或北斗）、1套无人机气象探测及视频监控系统。

车载自动气象站安装在工程车车顶平台上（图2），选用中国气象局规定的列装产品，数据格式符合气象业务观测规定，能并入区域自动站网。

车载能见度能够实现应急现场能见度的测量。采用世界气象组织认可的前散射测量原理（42°的特殊设计），保证更大的测量范围，从而使检测到的数据更具有代表性。仪器主要技术指标见表2所示。

车载自动气象站采用可靠的三防设计，防护级别达到IP65级，能充分满足不同场合的应用;精细的结构设计保证快速安装和拆卸;军工级的电器标准提高了设备的环境适应性，充分保证设备稳定性和可靠性;低功耗的特点适用多种供电方式;配置灵活，在六要素基础上，预留2个备用接口，便于接入其他设备;多种通讯方式，可同时应用本地通讯和远程无线通讯，以满足不同需求;大容量数据存储，存储的时间间隔可任意设定，最小可设定到1 min;具有报警功能，当要素测量值超过用户设定阈值或防雷模块损坏时，主动报警。

为保证车载自动站风向风速观测的规范性、数据的准确性，配备电动升降风杆和指北针。

电动升降杆具有电动和手动2种工作方式，且手摇操作方便;配备可拆卸的风向旗，并在风杆适当部位预留安装卡口，使用时不影响车顶其他部件的工作。升降杆在工作时不需要采用钢丝绳拉固;升降杆底部设有出水孔，安装升降杆时，需在出水孔处预留一定的空间，使杆体内积水能顺利排出。

2.3 视频监控综合系统软件

车载自动气象站配有气象要素采集综合显示系统[3]。该系统具有设置、日志查询、实时数据显示、历史数据显示、历史数据查询、设备管理、气象报文等功能，实现车载自动站气象信息采集、数据处理、数据显示、设备管理。

2.4 雷电监测预警预报系统

防雷减灾综合服务车设有车载式雷电监测站和大气电场仪，雷电监测站可自动采集和定位遥测100 km以内的闪电放电参数，大气电场仪通过测量地面大气电场的变化，可以反演出高空云层电场的变化，对雷击的危险性做出一定的预报，并把经过预处理的闪电数据实时地通过通讯系统送到中心数据处理站，实时进行交汇处理[4]。信息处理和发布系统可以结合各类资料和分析意见，发布和更新现场信息，决定采取何种应急预案，降低雷暴天气对人员、建筑物、用电设备等造成的影响和损害，提供处置决策参考。

雷电监测站探测闪电发生时辐射出的电磁脉冲，利用垂直相交的2个感应线圈得出2个垂直的分向量，并根据矢量合成得出闪电发生的方向。依据以上原理，设计的闪电发生装置，4个放电线圈分置在闪电定位仪东、南、西、北4个方向，通过控制器可以使放电线圈产生符合的闪电频率和强度的电磁脉冲。通过闪电定位仪返回的数据与放电线圈的实际方位进行对比，可对闪电定位仪进行测试。

该系统结合实际业务需求，以地理信息系统为基础，充分利用地理信息系统提供的多种功能，使产品表现形式多样化，将探测结果直观地展示给用户，可快速准确地传递雷电信息，有利于防灾减灾服务。三维闪电专业版图形显示系统利用地理信息系统（GIS）和数据库技术相结合进行开发。

2.5 防雷检测技术服务系统

通过移动防雷检测系统、防雷装置在线监测系统、雷电峰值电流测试系统，会同搭载各类检测仪器，为重点大型项目提供全面、系统的防雷检测技术服务[5]。可同时开展防雷工程质量抽查、防雷产品质量抽查、雷击事故调查鉴定等。同时，通过闪电高速摄像系统，观测闪电形成、先导、击穿、回击等整个过程，记录自然闪电的形状和结构，进而查找雷电灾害致灾机理，为雷电专项服务、重大雷电灾害分析和鉴定提供原理和技术支持。

2.6 载车

因防雷综合服务车需搭载多种系统、设备等，载车需满足搭载功能设备的重量和空间要求。由于能化项目等大多地处偏僻地区，且气象灾害、突发事件或大型活动发生地点存在不确定性，载车需具备较强的环境适应能力，为确保保障车可以到达乡镇，保障车必须具有较强的通过性。能够在本通信指挥体系覆盖地域范围内的气候、地理环境条件下长期、可靠、正常使用。

综合对比，考虑费用和建成后的挂牌、年审、保养等，载货车二类底盘配中型集装箱、中型依维柯、中巴车均可满足需求。

2.7 综合保障系统

综合保障系统包括供电系统、数据接收处理系统、驻车空调、车身电控稳定系统、升降照明系统、调试测试维护维修工具等。其车体稳定，能够满足各类车载设备所需动力，为工作人员提供比较舒适的工作环境。防雷综合服务车配备的电源、照明以及辅助设备设施等须保障独立、长时间地执行任务。

车顶须保持良好的密封性和排水系统流畅。车顶设备应布局合理，避免设备间的相互影响和各通信系统间的相互干扰。车顶工作平台应安全可靠。放置天线的位置应进行特殊加固。

服务车必须提供完整、安全的交流和直流配电系统。总功率满足全车满负荷运行要求，并留有20%余量。市电供电、车载发电机供电可由车载配电系统任意切换。分别控制交直流电源，在明显位置安装电压表、电流表以及频率表，可检测各路输入的参数值。配备保护开关、转换开关、控制开关以及发电机控制面板。安装车载发电机，满负荷工作不小于8 h。市电220 V接入车内，提供交流电源。

作为众多通信设备的载体，合理选择防过压保护器件对防雷电至关重要。压敏电阻的高通流耐量、强耐浪涌能力、大极间电容适合电源口的防雷。感应雷电流按不超过5 kA计算，电源口防雷选用压敏电阻标称值为560 V/10 kA或680 V/10 kA即可。

为有效预防因雷击而影响车内设备的正常工作，在电源、信号输入口设有避雷模块，卫星天线旁设有卫星天线避雷装置。为保证整车等电位接地，在电源、信号输入口分别设有电源地、信号地以及车皮地。

各设备机柜均设有相互独立的机壳地和信號地，并分设接地汇流条。厢体与车体连接为同一导体，其接地端子设在车体外部。通信车移动使用时，由接地链条接地，静止使用时，由接地柱接地。车体避雷装置设置独立的接地体，并与车体绝缘，接地电阻≤10 Ω。车体的良好接地性能对雷击能起到较好的防护作用。

3 效益分析

防雷综合服务车完成并投入使用后，将大幅提升陕西省气象部门大型能化项目专业气象服务和防灾减灾能力。

3.1 产品更丰富，通信方式更有保障

通过在常规车载气象六要素基础上增添雷电监测预警预报相关系统，可以为预报、决策提供更多第一手现场资料。通信方式增加的4G通信方式可以更快捷地将现场观测数据、图像发回数据中心，更快捷地进行现场天气会商，为现场服务、决策赢得时间。

3.2 彰显气象科技实力，加强人才队伍建设

防雷综合服务车搭载各类探测设备、通信设备、预报服务系统能够更好地提升现场气象应急保障和专业气象服务能力，让项目方更加直观地了解气象科技实力、现场预报以及技术服务能力，增强防灾减灾的合力。同时为气象系统培养出一支更全面、应急处置和专业技术服务更强的队伍。

参考文献

[1] 王光波，武宁，吴华斌.新形势下提升防雷安全监管能力的探讨[J].农业灾害研究，2020，10（7）：51-52，56.

[2] 刘洪涛，刘立成.区域自动气象站在防灾减灾中的作用及其保障体系建设措施[J].现代农业科技，2021（24）：150-151，156.

[3] 马赛飞，刘钧.多要素智能主控制器嵌入式软件设计[J].计算机应用与软件， 2019，36（7）：273-276.

[4] 张咪娜.雷电预警与雷电防护智能化监控系统设计[J].电气防爆，2020（6）：42-46.

[5] 陈慧，赖亚胜，陈聪.基于互联网+的防雷检测服务平台设计与实现[J].广东气象，2021，43（5）：75-77.

责任编辑：黄艳飞

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

作者簡介 陈雯（1984—），女，陕西西安人，工程师，主要从事雷电科学与防护技术研究。

收稿日期 2022-01-12