四川
多元感知与智能决策的
气象防雷预警方法研究
刘鸿斌1 刘卓涵2 王苏1
1. 淮安市气象局
2. 华能巢湖发电有限公司
详细摘要内容
本文针对传统雷电监测预警系统稳定性不足、测试精度低的缺陷，以大数据云平台技术为核心，设计并研发了一款新型气象防雷预警系统，通过多维度技术创新，有效解决了传统系统的核心痛点，为雷电监测行业发展提供了理论与实践支撑。
我国雷电灾害危害严重，2020 年近万起雷电事故造成重大人员伤亡与财产损失，现有防雷系统存在明显短板：基于综合防雷措施的电子防雷系统过度依赖硬件，恶劣天气下稳定性欠佳；智能化防雷系统虽稳定性较强，但监测精度不足，易出现雷击判断失误。在此背景下，本研究构建的防雷预警系统，成为提升雷电监测预警效能的关键方案。
系统先完成雷电信息监测分析预处理，将联机分析法融入气象防雷领域，依托大数据实现多维信息共享。雷击对城市用电影响范围可达2km 且易引发火灾，其预警核心依据为空气电场场强检测，晴朗天气场强稳定在 150V/m 左右，超 2KV/m 则雷云开始形成或靠近，据此划分黄、橙、红三级预警，为雷电防控提供明确判断标准。与传统依赖卫星云图和气象站数据的检测技术不同，本系统引入大数据的信息整合与分析能力，追溯雷电发生源头、总结规律，从根源上把控雷电事故发生条件。
本研究的核心创新体现在四方面：一是架构采用模块化设计，分为感知、数据存储等六大模块，搭载抗劣化大数据感知模块并构建劣化数据模型，结合设备使用与劣化时间调整感知结果，同时通过数据处理与分析分离、增设防火墙、规范Modbus 协议等方式，提升数据安全性与传输处理速度；二是突破传统区域限制，搭建云服务与物理平台结合的网络架构，整合监测区域数据至大数据云平台，精准推演雷云形成与移动轨迹；三是融合 CART 与 ID3算法构建新型决策树算法，以空气湿度、电磁场强度、电磁脉冲为雷电形成核心因素，通过数据分组与概率计算，判定雷击概率与影响范围；四是采用三角测距法布置定位仪，以电磁监测为核心、云闪和雷声监测为辅助，实现雷电地点的广范围、高精度定位。
为验证系统性能，本研究以Windows 10 为操作环境，选取夏季雷电频发的郑州市中心区域为模拟对象，基于其 2020 年夏季雷电数据建模，设置对照实验对比本系统与电子、智能化防雷系统的精度和稳定性。实验结果显示，电子防雷系统易因信号输入量过大出现计算失误，稳定性不足；智能化防雷系统对雷击瞬间判定存在延迟，精度较低；而本系统能精准记录 3 次雷击瞬间时间节点，测试结果与实际高度契合，在稳定性与精度上均显著优于对照系统。
本研究通过大数据技术实现了传统气象防雷系统的优化升级，有效提升了雷电数据采集与分析的效率和准确率，推动雷电监测预警领域技术发展。将该技术应用于生产生活，可大幅减少雷击事故，为现代化建设提供安全保障，同时为雷电监测行业迈入大数据时代奠定了坚实的理论与实践基础。
关键词：大数据模型；雷电监测；决策算法；防雷预警；系统优化
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