一种雷电预警方法和装置与流程

本发明涉及雷电预警，尤其涉及一种雷电预警方法和装置。

背景技术：

1、雷电灾害是自然界中非常普遍的灾害之一。在很多重要的场所都要避免雷电作用影响的，如油库、重要仓库、重要体育比赛现场等。在这些场所往往要安装雷电预警装置，如果发现将要发生雷电(闪电)，则要及时预警，并采取适当的安全措施，防范雷电灾害的发生。目前广泛使用的雷电预警装置是大气电场仪，它能实时监测所在安装位置的大气电场，可以根据实时的大气电场数据发出预警。传统的大气电场雷电预警方法是，当大气电场值超过设定的阈值(如3kv/m)时，就发出雷电预警。有很多情况下大气电场值超过设定阈值一倍以上也没有发生闪电，即仅仅用大气电场值进行雷电预警，很可能出现虚警。为了提高雷电预警的准确性，人们又增加了检测大气电场的跳变作为预警条件之一。但这些方法只给出了是否会发生雷电(闪电)的一种可能性预判，很笼统，不具体，有时很不具可操作性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是克服现有雷电预警技术的不足之处，利用概率函数的方法来计算雷电发生的概率，为雷电预警提供科学的依据，使得雷电预警具体化、可操作性强。

2、本发明的第一方面提供一种雷电预警方法，包括如下步骤：

3、获取大气电场数据；

4、一般地，通过大气电场仪(装置)来获取大气电场数据；

5、对所述大气电场数据进行求差分，得到大气电场的跳变幅值；

6、比较所述大气电场跳变幅值与电场跳变阈值的大小，得到比较关系，其中，所述电场跳变阈值通过预先设定得到；

7、根据所述比较关系决定是否触发计时，即所述大气电场跳变幅值大于电场跳变阈值时触发计时；

8、根据当前大气电场数据和所触发的计时计算雷电预警概率。

9、进一步地，所述根据当前大气电场数据和所触发的计时来计算雷电预警概率，具体为按下概率函数公式计算雷电发生a的雷电预警概率：

10、

11、式中概率函数为一复合函数，最外一层函数tanh()为双曲正切函数，自变量x是大气电场值，是已知条件，α是闪电跳变因子，当检测到电场跳变大于跳变阈值触发计时为大于1的实数，若没触发计时则为小于1的实数；β是电场尺度变换因子，用来调整电场倍率。

12、进一步地，电场跳变大于跳变阈值触发的计时有时间区间限制，超出该有效时间区间，计时清零，不再有效；当再次检测到电场跳变大于跳变阈值时又重新触发计。

13、本发明的第二方面提供一种雷电预警装置，包括：

14、金属平板天线，用于感应大气电场；

15、积分电路，其输入连着金属平板天线，用于调理大气电场信号，还原大气电场，以电压的形式再现大气电场信号；

16、数据采集与数据处理模块，其输入连接积分电路的输出，实现大气电场电压信号的模-数转换、信号比较、触发计时和雷电预警概率的计算；

17、通信模块，实现大气电场数据和雷电预警概率数据的传输；

18、上位机模块，接收大气电场数据和雷电预警概率数据，实现人机交互，显示大气电场数据和雷电预警概率数据，并实时报警。

19、本发明的原理是，大气电场越强，发生雷电(闪电)的概率越大，该概率是以大气电场为已知条件的条件概率，因此发生雷电的概率函数是以大气电场值为自变量的函数，其值阈为[0,1]。因此可以用双曲正切函数来拟合该概率函数。因雷暴天气下，大气电场的范围可达±50kv/m，范围非常大，需要对大气电场自变量进行尺度变换，即数值压缩。由于双曲正切函数在第一象限靠近原点处函数曲线是上凸的，不太符合电场值很低时发生雷电概率非常低的事实，应将其改成下凹的函数曲线。可用双曲正切函数与幂函数复合来实现概率函数在第一象限靠近原点处函数曲线下凹，幂函数的幂指数可设成2，这样还可以将负的电场值经二次方的幂函数后变成正值。因大气电场值出现跳变时，发生雷电的概率会大大提高，也就需要将大气电场值的跳变信息也整合到概率函数中，最终的雷电发生a的雷电预警概率为：

20、

21、式中概率函数为一复合函数，最外一层函数tanh()为双曲正切函数，自变量x是大气电场值，是已知条件，α是闪电跳变因子，当检测到电场跳变大于跳变阈值触发计时为大于1的实数，若没触发计时则为小于1的实数；β是电场尺度变换因子，用来调整电场倍率。电场跳变大于跳变阈值触发的计时有时间区间限制，超出该有效时间区间，计时清零，不再有效，当再次检测到电场跳变大于跳变阈值时又重新触发计。

22、本发明提供的技术方案，具有如下效果：

23、(1)以概率函数的形式给出雷电发生的概率，数据更具体，方法更科学。

24、(2)充分利用了大气电场数据以及大气电场跳变的信息，将二者整合到一个概率函数中，简洁明了，可操作性强。

技术特征：

1.一种雷电预警方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的雷电预警方法，其特征在于，所述根据当前大气电场数据和所触发的计时来计算雷电预警概率，具体为按下概率函数公式计算雷电发生a的雷电预警概率：

3.一种雷电预警装置，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种雷电预警方法和装置，其中，雷电预警方法包括如下步骤：获取大气电场数据；对大气电场数据进行求差分，得到大气电场的跳变幅值；比较所述大气电场跳变幅值与电场跳变阈值的大小，得到比较关系；当所述大气电场跳变幅值大于电场跳变阈值时触发计时；根据当前大气电场数据和所触发的计时，用复合了双曲正切函数与幂函数的复合函数拟合得到的概率公式来计算雷电预警概率。上述雷电预警方法，将大气电场值与大气电场跳变的信息整合到一个概率函数公式中，方法更科学严谨，使雷电预警结果更加直观和具体，可操作性更强。其中的雷电预警装置包括：金属平板天线、积分电路、数据采集与数据处理模块、通信模块和上位机模块，能够实现上述雷电预警方法。

技术研发人员：李俊杰,宋良浩,张海波,苗亮,唐洪彬,岳跃果
受保护的技术使用者：南京龙盾智能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13