一种针对山区水域障碍物大气电场仪观测结果的修订方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及雷电预警技术领域，尤其涉及在山区水域障碍物大气电场仪观测结果 的修订方法。
【背景技术】
[0002] 雷电是一种强对流大气电现象，其强大的电流以及强烈的电磁场的物理效应能够 在瞬间产生巨大的破坏作用。随着国民经济的发展，电力设施建设的加快，电力电网密度越 来越大，雷电灾害造成的损失也越来越严重。建立有效的雷电监测预警系统以及相应的预 警预报方法，对于保障人民生命财产安全有重要的意义。地面大气电场仪是地面观测雷电 的一种设备，最近十几年，我国才渐渐重视对它的使用。当雷电发生时，会使地面大气电场 的幅值产生大幅度的正负波动。大气电场仪通过监测地面电场的实时变化实现对带电云层 活动监测，利用它可以实现对雷电的短时预警。由大气电场仪构成的地面观测网，不仅能提 供区域雷暴云地面静电场变化特征及趋势，而且利用多站测量，能够较准确地得到雷暴中 的电荷数量，分布和运动情况等。
[0003] 理想情况下，电场仪是安装在标准气象观测场条件下进行工作，但实际环境很难 完全符合标准化要求，设备通常被大范围地安装在复杂，简陋的山区环境中。虽然设备在 投入使用前都已经过实验室标定，大气电场仪是十分敏感的设备，仅仅是安装方式的不同 都会造成观测结果的差异。对雷电进行预警时，大气电场仪组网观测中，各站点数据的准确 性、一致性和可比性是准确预警，预报雷电灾害的前提和保障。为确保数据的后期使用中各 站点数据能满足一致性和可比性，对大气电场仪进行环境因素相关的测量值修订是必须和 至关重要的。
[0004] 大气电场仪观测结果的修订主要分为两部分内容，一是实验室平行板标定，二是 根据实际安装情况野外订正。在实际观测工作中，仪器的差异和安装环境的不同，都会影响 电场仪的测量结果，主要因素包括了安装的方式，附近是否有障碍物，安装高度，天气问题 等。以下列表总结了因素、影响以及解决方法及其存在的缺点
[0005] 表1.当前修正方法
[0006]
[0007] 从以上总结的当前动态可知，现有的方法主要是对单一因素进行修正，而在山区 中，人居住的村庄以及生产活动按照习惯，往往集中在山下水旁，而且，人们对这些区域发 生的雷暴情况十分关心，所以大气电场仪很大一部分需要安装在水域障碍物附近。显然，这 样情形下，必须考虑水的存在以及高度的影响，现有只针对单一影响因素的修正方法就不 适用。
【发明内容】
[0008] 针对现有技术存在的不足，本发明的主要目的在于提供一种观测结果修订方法， 使得在复杂的山区环境中大气电场仪安装在有水域障碍物时，对地标定观察值的修订，以 保证在数据的后期使用中，可以达到最大限度的准确。
[0009] 本发明的技术方案是：一种针对山区水域障碍物大气电场仪观测结果的修订方 法，在水域区和远离水域区选择两个站点B点和A点，其特征在于：包括测量环境及设备安 装的步骤；对比观测的步骤；差别订正的步骤三个步骤；
[0010] 步骤一测量环境及设备安装的步骤为：在B点、A点分别安装两台同型号大气电场 仪，且B点、A点的两台大气电场仪安装高度差一致；
[0011] B点高处的大气电场仪标记为3#，B点低处的大气电场仪在3#附近，其探头接近 水面，标记为4# ;
[0012] A点高处的大气电场仪标记为1#，A点低处的在安装在1#附近，探头埋入地中，探 头与地表齐平，标记为2#;
[0013] 步骤二对比观测的步骤包括以下两步
[0014] 针对晴天和雨天控制变量，统计1#至4#大气电场仪在周期T内测得电场值；
[0015] 根据所得电场值样本得出该大气电场仪在周期T内所测得电场的绝对平均值， 1#、2#、3#和4#大气电场仪的绝对平均值分别用Xl，x2, yi，y2;其中T观测时间；
[0016] 步骤三、差别订正的最终公式为：
[0017] t'i%·萝=?，其中β为1#和邡电场仪所得数据的相关系数； '，. ，：
[0018] γ为Β点下的对地标定和4#大气电场仪所得数据的相关系数。
[0019] 根据如上所述的针对山区水域障碍物大气电场仪观测结果的修订方法，其特征在 于：所述的B点、A点的两台大气电场仪安装高度差为0. 6米至1. 5米。
[0020] 根据如上所述的针对山区水域障碍物大气电场仪观测结果的修订方法，其特征在 于：所述的1#大气电场仪与3#大气电场仪的海拔高度差小于1米。
[0021 ] 本发明的有益效果：由于水障碍存在时，对地无法直接标定，本发明的方案采用了 双站A点，B点对比，每种情况下以双大气电场仪对照，利用四个站的大气电场仪所测量值 关系间接地求得高度，最终获得水的因素校正系数，从而解决了无法直接将电场仪放入水 中进行对地标定的客观问题。本发明能够提高山区水域障碍物大气电场仪站点数据的准确 性、一致性和可比性是准确预警，进而提高预报雷电灾害的准确率。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明的针对山区水域障碍物大气电场仪的应用场景。
【具体实施方式】
[0023] 以下结合附图对本发明作进一步说明。
[0024] 本发明的针对山区水域障碍物大气电场仪观测结果的修订方法，如图1所示，本 发明首先需要在水域区和远离水域区选择两个站点B点和A点，本发明修正B点，即存在水 域障碍时大气电场仪对地标定修点。
[0025] 本发明包括测量环境及设备安装的步骤；对比观测的步骤；差别订正的步骤等三 个步骤组成。
[0026] 步骤一、测量环境及设备安装的步骤具体为：
[0027] 水域区附近点称为B点，在B点安装两台同型号大气电场仪，在水域位置，安装与 前面相同的两台大气电场仪，一个安装在高度为h米的支架上，标记为3#。另一个在3#附 近，将其探头接近水面，标记为4#。可以认为3#与4#探头分别测得同一点不同高度处的大 气电场，B点受水域的影响。
[0028] 远离水域区点为不受水域影响的地点，称为A点，并安装与前面相同的两台大气 电场仪，一个安装在高度为h米的支架上，标记为1#。另一个在安装在1#附近，探头埋入地 中，探头与地表齐平，标记为2#，可以认为1#与2#探头分别测得同一点不同高度处的大气 电场。A点不受水域的影响。本发明的h米为本领域所公知的大气电场仪安装高度，一般为 0. 6米至1. 5米，但两点的高度需要一样，即A点和B点h相同米。
[0029] 本发明的1#大气电场仪与3#大气电场仪的海拔高度接近，其高度差最好控制在 1米之内。步骤二、对比观测的步骤具体为：
[0030] (1)针对每种情况控制变量，即晴天和雨天，统计1#至4#大气电场仪在周期T内 测得电场值；周期T可以根据实际选择天数；
[0031] (2)根据所得电场值样本得出该大气电场仪在周期T内所测得电场的绝对平均 值，1#、2#、3#和4#大气电场仪的绝对平均值分别用Xl，x2,yi，y2。
[0032] 步骤三、差别订正的步骤具体为：
[0033] 根据A点，B点情况下的样本，得出在同一周期内A点下的1#和2#电场仪所得数 据的相关系数β;B点下的对地标定和4#大气电场仪所得数据的相关系数γ，并列出表 格。
[0034] 在A点下，由于存在高度差h，1#和2#大气仪的测量值存在
[0035] χ2*β=X!
[0036] 在Β点下，4#大气电场仪先会受到水域的影响，假设客观存在的无水影响的对地 标定量为则设隐含的水障碍影响系数为Υ，并有如下线性关系：
[0037] y2* γ = y〇
[0038] 而B点中，只受高度差h影响时，有
[0039] γ〇*β=yi
[0040] 联合以上三式，可以求得高度因素的系数：
[0041 ]
[0042] 对水因素的调整系数为：
[0043]
[0044] 以下对发明的实施过程作进一步的说明。
[0045] 实施过程分为晴天和雨天。两种气候条件下，修定系数值会有不同。时间周期T 为20天。
[0046] 首先，按照图1所示，选址两个站点，并安装相应的大气电场仪。
[0047] 然后、统计A点，B点下的大气仪测得电场值为Xnin，ynm，其中m为表示电场仪号，η 表示电场仪第η次测得的数据。在上述不同情况下的对比观测实验所得数据推导出在周期 Τ内大气仪所测得电场的绝对平均值
[0048] 最后在上述Α点，Β点的对比观测实验，将η次测量值分为k个组。每一组得β 和γ，在k组中分析β和γ的散度，如果各个值差距不大，则取平均值作为修订系数；如 果rU直差距较大，则根据一定的标准将数据分组，并取每组中平均值作为该组的修订系数。
【主权项】
1. 一种针对山区水域障碍物大气电场仪观测结果的修订方法，在水域区和远离水域 区选择两个站点B点和A点，其特征在于：包括测量环境及设备安装的步骤；对比观测的步 骤；差别订正的步骤=个步骤； 步骤一测量环境及设备安装的步骤为：在B点、A点分别安装两台同型号大气电场仪， 且B点、A点的两台大气电场仪安装高度差一致； B点高处的大气电场仪标记为3#，B点低处的大气电场仪在3#附近，其探头接近水面， 标记为4# ; A点高处的大气电场仪标记为1#，A点低处的在安装在1#附近，探头埋入地中，探头与 地表齐平，标记为2# ; 步骤二对比观测的步骤包括W下两步 针对晴天和雨天控制变量，统计1#至4#大气电场仪在周期T内测得电场值； 根据所得电场值样本得出该大气电场仪在周期T内所测得电场的绝对平均值，1#、2#、 3#和4#大气电场仪的绝对平均值分别用Xi,而，yi，y2;其中T观测时间； 步骤=、差别订正的最终公式为：其中0为1#和2#电场仪所得数据的相关系数； T为B点下的对地标定和4#大气电场仪所得数据的相关系数。2. 根据权利要求1所述的针对山区水域障碍物大气电场仪观测结果的修订方法，其特 征在于：所述的B点、A点的两台大气电场仪安装高度差为0. 6米至1. 5米。3. 根据权利要求1或2所述的针对山区水域障碍物大气电场仪观测结果的修订方法， 其特征在于：所述的1#大气电场仪与3#大气电场仪的海拔高度差小于1米。
【专利摘要】本发明涉及雷电预警技术领域，尤其涉及在山区水域障碍物大气电场仪观测结果的修订方法。本发明采用了双站A点，B点对比，每种情况下以双大气电场仪对照，利用四个站的大气电场仪所测量值关系间接地求得高度，最终获得水的因素校正系数，从而解决了无法直接将电场仪放入水中进行对地标定的客观问题。本发明能够提高山区水域障碍物大气电场仪站点数据的准确性、一致性和可比性是准确预警，进而提高预报雷电灾害的准确率。
【IPC分类】G01W1/18
【公开号】CN105372724
【申请号】CN201510907165
【发明人】刘守豹, 郭钧天, 谷山强, 冯万兴, 王海涛, 赵淳, 张磊, 陈玥, 章涵, 曾瑜, 周航
【申请人】国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年12月10日