一、概述

      近年來，與氣候變暖有關的極端天氣或氣候事件在全球大多數地方越來越頻繁地發生，造成各種災害，給社會經濟、生態環境以及人類健康帶來諸多不利影響。在我國的大部分地區，每年3月以后，各種雷電天氣明顯增多，雷電事故頻繁發生，嚴重危及景區的工作人員和游客生命財產安全。

    由山西捷力通科技有限公司研發的“大氣電場監測與雷電預警系統Pre-Storm2.0”，可實時、安全、可靠地發布雷電災害預警信息。為景區有關部門做好防雷減災工作提供支持，為廣大人民群眾增強防雷意識，采取避險措施提供了有效的幫助，可有效保障游客生命及財產安全。

二、預雷者Pre-Storm大氣電場儀介紹

Pre-Storm大氣電場儀工作原理

眾所周知，雷電是由于雷雨云中的電荷達到一定的數量時，在云內不同部位之間與地面之間就形成了很強的電場，當電荷積聚到一定程度時，就會在云與云之間或云與地之間發生放電現象。即雷電的發生來源于雷云內部的電荷累積，這意味著只要能夠準確檢測空間靜電場的變化，就可以間接了解雷云電荷累積的情況。

 根據多年來世界各地所記錄的相關氣象資料表明，雷電的發生需一定條件，并且具有規律性：以在平面距地面約1.5m處設立的監測點為例，當雷云靠近或形成時，地面的靜電場也會發生劇烈變化。在通常的標準情況下（平地、平原、沒有尖端放電），在一個晴好天氣的平均場強是150V/m，當場強檢測值達到2KV/m以上，通常意味著該地點上方有雷云產生;而當雷閃產生時，場強將急劇增大，甚至會高達15KV/m以上。一般情況下，獨立雷云（對流雷云）或雷云群的產生需要大約20分鐘。我們認為，而當地面場強達到2KV/m以上時，該地點就會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。

       在氣象領域，對于雷暴的檢測手段，分為間接檢測和直接檢測兩種；間接檢測的方法包括了多普勒氣象雷達、衛星云圖等；而直接檢測手段則主要是大氣電場儀、閃電定位儀等。

大氣電場儀是唯一針對雷電發生的最根本因素一雷云電荷量，即大氣電場進行監測的系統；它能夠通過對電場強度、極性變化的探測和分析，實時的監測本地雷云變化，并對可能造成雷擊危險的大氣電場變化加以識別和預警。

Pre-Storm大氣電場監測與雷電預警系統采用國內最先進的的最精確的大氣電場儀為傳感器，通過多年對大氣電場數據積累和分析，由各方專家們精心設計、深度開發，構成的高智能、高準確率的大氣電場監測與雷電預警系統。

Pre-Storm的主要優勢

     Pre-Storm是建立在差模測量技術基礎上的大氣探測產品，它的工作原理是對不斷被屏蔽及開放的探測電極帶點涼的增益放大，轉換位數字電場值，從而實時監測大氣電場的變化，進而實現對半徑15-20km左右區域可能產生的雷電進行預測和報警。

 獨特的外形設計

         Pre-Storm的外形設計獨特能有效避免積水、積雪、灰塵、鳥糞等所對所測電場產生的影響，該外形已申請專利保護。

 先進的硬件系統

     采用了精度更高、更靈敏的電子元器件，保證了數據的準確性。數據采集與處理系統采用了最新一代的數據采集芯片，取樣速度是8毫秒，而同類產品的取樣速度約在32毫秒左右。

 較強的抗干擾能力

      在嵌入式軟件中，增加了數據預處理功能，是周邊的環境電場對探測所造成的影響降至最低限度，保證了所測數據的有效性，同時在某種程度上，降低了對安裝點的要求。

 靈活的通訊功能

   數據傳輸支持LAN、GPRS、CDMA2000、3G等網絡，并能提供雙模通訊功能。采用了先進的通訊控制接口，進而可以直接通過現有網絡來進行遠程監控和切換市電與UPS電源等操作。

 能多探頭組網

   Pre-Storm可以在單機或聯網狀態下使用，單機可以為單一場所提供雷電預警，即為單點雷電監測系統Local-Storm。

   Pre-Storm可以多臺聯網使用可以組成雷電偵測網絡，即為網絡雷電監測系統Net-Storm。用戶可以實時地對不同范圍進行探測與觀察，通過計算機軟件把按一定規律分布在各處的探頭收集到的數據進行匯總和計算、分析，掌握整個區域某一時段的帶電云層的變化資料，并可以做出較為準確的推測和預報。

 能與其他氣象設備配合使用

    Pre-Storm能與其他氣象設備配合使用來提高預警的準確率，如氣象雷達、閃電定位儀等。

 提供多種報警手段

    能提供聲、光報警，語音廣播報警，手機短信報警等功能。

 能適應各種惡劣的環境

Pre-Storm所采用的核心材料在海洋和化學工業環境中具有較強的耐腐蝕能力，能適應各種惡劣的安裝環境。

預警范圍

   理論上，對空間電場的探測是不存在范圍限制的。但實際上，鑒于電場衰減變化的固有物理定律，以及一些其它環境客觀因素的影響，所有基于場磨原理的雷電預警系統設備只能在一定范圍內起到預警作用。一般而言，Pre-Storm系統的有效預警范圍實在15~20km的范圍。雷暴現象，由于上述原因，將無法觸發有效的預警警報。我們也可以將多臺Pre-Storm按一定的規律聯網布局，組成雷電偵測網絡，利用計算機軟件把收集到的數據進行匯總、統計、分析，從而對大范圍區域的雷電活動做出較為準確的推測與預報，對于那些如氣象、電信、航空等行業的用戶來說，以此來彌補單點預警系統的局限性。

    從實踐經驗而言，任何一個單一的監均測手段存在氣不足之處；例如大氣電場儀就很容易因雷云受風向影響在最后時刻改變方向，或者因其他原因，使雷暴未能在發布了預警信息的安裝地點附近發生，而產生事實上的誤報。所以，通過多個系統（如多普勒雷達、閃電定位系統等）所提供的信息進行交叉參照分析，綜合得出監測結果才是較為可靠的辦法。

三、旅游風景區雷電預警通用方案

       與傳統防雷系統不同，大氣電場監測與雷電預警系統是公認的最有效的防止戶外雷擊傷害人類和減少設備損壞的措施。

3.1中小型旅游風景區（方圓15公里以內）雷電預警方案

   方圓15公里以內的中小型旅游風景區，包括各種游樂場、高爾夫球場、休閑中心等單個場所，區內人員集中，遭雷擊風險較高。對中小型旅游風景區我們推薦安裝使用單點雷電監測系統（Local-Storm）。 

Local-Storm的工作原理

   在景區范圍內安裝一套單點雷電監測系統（Local-Storm），將大氣電場儀偵測探頭安裝在樓頂或空曠地帶，預警主機可以選擇安裝機房內。又大氣電場儀感應到雷電活動信息后實時把數據傳送到計算機，經過安裝在計算機上的專用軟件的分析和處理，可在雷電來臨之前自動發出預警信號，也可由機房內值班人員再綜合相關管理規則把雷電預警信息通過廣播、聲光報警、短信報警或者其他途徑傳遞給景點內游客，提醒游客及時采取避雷措施。計算機能對所有數據進行存儲，方便有關部門或人員作日后查詢、統計和分析之用。

Local-Storm的基本結構

      單點雷電監測系統Local-Storm的基本結構見圖3，它有大氣電場儀、控制箱、計算機、聲光報警系統、大氣電場監測與雷電預警軟件等組成。

大氣電場儀：實時采集本地方圓15公里左右大氣電場。

控制箱：連接大氣電場儀與計算機，控制聲光報警系統，為大氣電場儀和聲光報警系統供電。

計算機：信息處理、數據分析和儲存，實時監測電場強度。推薦使用2.5G以上主頻、2G以上內存，500G以上硬盤，操作系統使用XP或server2003系統的計算機。

聲光報警系統：分為聲音報警（人聲、蜂鳴器）和三色燈報警，聲音報警中蜂鳴器由控制箱直接輸出控制，人聲可為計算機軟件語音功能。三色燈報警是根據當前場強大小和預警等級做出的三個階段的雷電預警。

大氣電場監測與雷電預警軟件（Local-Storm Manager2.0）：所有信息的處理、分析、提示預警信息，歷史數據的分析和查詢。

3.2大型旅游風景區（方圓15公里以上）雷電預警組網方案

對于那些方圓超過15公里或更大的大型旅游風景區，比如黃山，張家界，我們建議使用網絡雷電監測系統（Net-Storm）。

在大型風景區，可利用現有的公用網絡資源，只安裝一臺中心計算機服務器、在風景區內安裝多臺大氣電場儀組成一個雷電偵測網絡，區域內的所有景點可以共享雷電預警信息，此舉不僅可以節約投資，而且還能大大提高雷電預警的準確率。

（1）、工作原理

在景區內按一定的間距安裝多臺Pre-Storm大氣電場儀，組成一個實時雷電偵測網絡，每個大氣電場儀采集本地電場強度，實時把數據傳送到中心計算機服務器，經過安裝在服務器上的專用軟件的分析和處理，來發布預警信息，并對數據進行了存儲，方便日后對所采集的數據進行查詢、統計和分析。景區內所有景點的工作人員可通過網絡訪問中心服務器以獲得實時雷電預警信息，并可以通過聲光報警，語音廣播報警，手機信息報警等手段及時通知游客避雷，以保護游客安全。

（2）、基本結構

網絡雷電監測系統Net-Storm基本結構見圖6，由多個單點雷電預警系統Local-Storm站點（計算機可選）、中心計算機服務器、網絡設備、大氣電場監測與雷電預警軟件Net-Storm manager2.0等組成。

單點雷電監測系統：詳情見上文。

中心計算機服務器：收集區域內所有電場儀的數據、分析并處理，發布全區雷電預警信息。推薦使用服務器級計算機。

網絡設備：有線網絡或GPRS無線網絡。

大氣電場監測與雷電預警軟件Net-Storm manager2.0：區域內所有大氣電場儀所采集信息的處理、分析，提示預警信息，歷史數據的分析和查詢。

大型景區因其覆蓋面積廣，還可以將Net-Storm系統與其它氣象設備配合使用（如閃電定位儀，多普勒氣象雷達）來提高預警的準確率。

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