0591-87585506
随着社會經濟發展和(hé)現代化水平的(de)提高(gāo),雷電災害的(de)危害程度和(hé)造成的(de)損失也越來越大。如(rú)何加強防雷安全監管工作來減輕雷電災害引起的(de)安全生産事故,是擺在各級氣象部門面前的(de)重大研究課題。随着互聯網的(de)飛(fēi)速發展,數據的(de)重要性愈發凸顯,大數據的(de)概念應運而生。利用大數據概念,收集防雷安全監管相關數據,用“大數據”方法對各類數據進行整合開發,提升完善防雷安全監管工作。
本文發表在《科技與創新》2019.3
作者 無錫市氣象局:單永濤、崔浩、吳瑩、錢映月。
1 引言
本文利用大數據概念,收集防雷安全監管相關數據,包含基本氣象數據、安監重點單位數據、防火重點單位數據、交通道(dào)路數據、地(dì)理(lǐ)信息數據、雷災數據、防雷中介機構數據、預警服務對象數據等,用“大數據”方法對各類數據進行整合開發,提升完善防雷安全監管工作。針對防雷安全監管工作的(de)現狀,通過大數據分析,查漏補差,可(kě)提升源頭治理(lǐ)能力、事故隐患排查治理(lǐ)能力,可(kě)揭示雷電事故規律,可(kě)完善防雷安全事故追責能力,可(kě)提升防雷安全預警能力,逐步提升安全監管工作能力及完善工作流程。
加強與相關安全部門合作,有效采集并整合各部門數據,完善對監管對象的(de)全方位監管。提升對服務對象的(de)雷電預警能力,做(zuò)到“防、管”結合。在硬件方面,增設雷電監測設備,提升基礎雷電數據的(de)觀測、采集及整合能力。軟件方面,重點整合各方面數據,開發大數據應用軟件,加強防雷安全監管工作的(de)全面性、及時性及針對性。大數據在防雷安全監管工作中的(de)應用研究,是監管工作的(de)重要手段,能實現監管能力的(de)有效提升,使防雷安全監管工作依法、科學(xué)、全面,保證監管工作的(de)健康穩定發展。
大數據主要有三個基本方面:大數據的(de)采集與存儲、用大數據分析方法處理(lǐ)數據的(de)關聯性、大數據應用防雷安全的(de)結論。本文也主要從這三方面講述了大數據對防雷安全監管的(de)具體應用服務,并通過大數據分析現階段防雷安全監管工作中的(de)不足。本文主要講述大數據挖掘分析領域中,最常用的(de)四種數據分析方法:描述型分析、診斷型分析、預測型分析和(hé)指令型分析。本文通過大數據分析防雷安全監管工作中的(de)現狀,查找不足和(hé)難點。補齊監管工作的(de)短(duǎn)闆,增加軟硬件基礎,提升監管能力,加強監管工作的(de)針對性和(hé)全面性。
2 防雷安全大數據的(de)采集
防雷安全相關大數據主要包括基本氣象數據、安全生産重點單位數據、地(dì)理(lǐ)信息數據、雷災數據、防雷檢測中介數據、服務對象數據等。
2.1 基本氣象數據
在氣象領域,對于雷暴的(de)監測手段,分為(wèi)間接監測和(hé)直接監測兩種;間接監測的(de)方法包括了多普勒雷達、衛星雲圖、實況資料等;而直接監測手段則主要是大氣電場儀和(hé)雷電定位系統等。閃電定位儀資料、大氣電場儀資料、天氣實況資料、雷達圖、大氣雲圖等,建立基本氣象數據庫,把基本氣象數據整合進防雷安全平台,可(kě)以得到雷電基礎數據、雷暴天氣規律、本地(dì)區雷電時空規律、雷電預警信息等。
雷電的(de)地(dì)域性特征明顯,不同地(dì)區雷電的(de)形成機制、雷電分布特征都有較大的(de)差距;不同時空範圍、不同經濟區域內(nèi)的(de)雷電活動均存在明顯的(de)差異,雷電活動不僅與氣候特征息息相關,與下墊面情況及社會經濟活動也有緊密聯系。
2.1.1 閃電定位儀資料
在閃電定位系統建成前,雷電數據主要大都來源于人工氣象觀測的(de)監測數據。氣象觀測是依靠觀測員聽到雷聲來記錄雷電的(de)發生時間和(hé)方位。一(yī)天中隻要聽到一(yī)次雷聲即計為(wèi)一(yī)個雷暴日。人工雷電觀測的(de)優點是數據連續時間較長(cháng),在大時間跨度上可(kě)以粗略的(de)表述區域雷電特征。人工雷電觀測的(de)不足是影響因子(zǐ)較多。個人聽力差異、台站所處地(dì)形及環境、周圍台站分布情況、觀測台站類型等,都對雷電資料的(de)準确性有較大影響。此外,雷電關鍵數據缺失嚴重,雷電次數、雷電類型、雷電密度、雷電準确位置、雷電流幅值等都是沒有辦法記錄的(de)。2014 年(nián)中國氣象台終止了雷暴日的(de)觀測,用自(zì)動觀測儀器替代人工觀測已是必然。江蘇省氣象局于 2005 年(nián)建設了 ADTD-1 型閃電監測定位系統,在全省閃電監測預警及雷電防護應用方面發揮了重要作用。随着閃電監測定位技術的(de)進一(yī)步發展,江蘇省于 2012 年(nián)開始建設ADTD-2 型三維閃電監測定位系統,對原有 ADTD-1 型閃電監測定位系統進行了一(yī)次重要升級——增加了雲閃監測功能,增加了閃電高(gāo)度三維定位功能等。但江蘇省閃電定位儀主要布點在各氣象觀測台站,分布不太合理(lǐ),數據結果是否準确有待驗證。綜上所述,在本地(dì)區合理(lǐ)布點閃電定位儀,建設本地(dì)區閃電定位儀系統,對于得到本地(dì)區準确的(de)雷電資料十分有必要。
圖 1 無錫市三維閃電定位儀分布
本文以無錫市本地(dì)域三維閃電定位儀系統為(wèi)例,結合儀器性能,合理(lǐ)布點,如(rú)圖 1 所示。三維閃電定位儀可(kě)以進行雲閃和(hé)雲地(dì)閃的(de)全閃電監測定位監測。其中,新增的(de)雲閃探測功能,不僅能夠探測雲閃及雲閃高(gāo)度,閃電定位精度和(hé)探測效率也得到提升。可(kě)全天候、長(cháng)期、連續運行并記錄雷電發生的(de)時間、位置、強度和(hé)極性等指标,有利于在大範圍內(nèi)監測雷電的(de)發生、發展和(hé)成災情況,并把經過預處理(lǐ)的(de)閃電數據實時地(dì)通過通訊系統送到中心數據處理(lǐ)站實時進行交彙處理(lǐ),實現了閃電數據的(de)實時接收,閃電數據的(de)查詢,分析,統計以及閃電數據的(de)定時保存等多種功能,并結合本地(dì)域高(gāo)程地(dì)理(lǐ)信息,生成實時的(de)、可(kě)視(shì)化、可(kě)深度處理(lǐ)的(de)閃電資料。閃電定位儀數據是開展雷暴預報的(de)基礎條件,對森林防火、防雷減災、災害調查和(hé)人工增雨等工作都有很大的(de)促進作用,是最重要最基礎的(de)氣象數據,同時也是防雷安全監管的(de)核心數據。
2.1.2 大氣電場儀數據
大氣電場儀是用來測量大氣電場及其變化的(de)設備,它是利用導體在電場中産生感應電荷的(de)原理(lǐ)來測量電場的(de)。當雲中發生電荷分離(lí)時,地(dì)面電場将發生相應的(de)變化,其強度與雲中電荷的(de)積累量和(hé)分布有關,因此通過測量地(dì)面大氣電場的(de)變化,可(kě)以反映出高(gāo)空雲層電場的(de)變化,對發生雷擊的(de)危險性進行一(yī)定的(de)預報。主要由電場探測探頭、電場數據處理(lǐ)機、中心數據處理(lǐ)機、客戶端數據顯示與分析軟件等組成。電場數據處理(lǐ)機可(kě)實時地(dì)讀出當時的(de)電場值,把電場儀測量的(de)電場數據傳送到計算機由專用軟件分析處理(lǐ),可(kě)以對局部地(dì)區潛在的(de)雷暴活動及靜電電擊的(de)危險性進行短(duǎn)期預報。
圖 2 無錫市大氣電場儀分布
大氣電場儀可(kě)以單點布置,也可(kě)以多點組網布置。對于防雷安全監管工作來說,單點布置重點企業防護的(de)覆蓋面顯然是不夠的(de),對工作能力提升不夠。為(wèi)了更好地(dì)加強防雷安全監管工作,儀器探測範圍必須覆蓋本地(dì)域。本文以無錫市大氣電場儀系統為(wèi)例,結合儀器功能,合理(lǐ)布點(如(rú)圖 2 所示),實現了對無錫市本地(dì)域的(de)全面覆蓋、對全市大氣電場變化的(de)全方面監測。大氣電場儀探測範圍為(wèi) 0~15 km,量程為(wèi)﹣50~50 kV/m,誤差小于等于 5%.分析雷暴過程中地(dì)面電場的(de)變化規律,設置多極雷電預警阈值,當電場變化超過阈值時,能發出雷電預警,預示雷電即将發生。在晴天時,大氣電場強度範圍為(wèi)﹣500~500 V/m。在雷暴接近時,大氣電場強度逐漸加強,大氣強度能達到+/﹣2 kV/m。當雷暴發生時,大氣強度能達到+/﹣15 kV/m 以上。雷暴發展過程大概需要 30 min 左右,充分利用這個預警時間,觀測大氣強度變化,結合雷達圖、雲圖等其他氣象手段,可(kě)以很好地(dì)做(zuò)到雷暴的(de)預警和(hé)短(duǎn)時預報,有足夠的(de)時間在雷暴來臨之前啓動緊急防禦預案,減輕危害程度,減少人員傷害危險和(hé)财産經濟損失,并積極應對災害的(de)發生。比如(rú),及時撤離(lí)面臨危險的(de)人員,使一(yī)系列的(de)應急措施進入警戒狀态。儀器可(kě)能出現誤差誤報,需大數據分析各種數據,降低(dī)誤差誤報概率,真正做(zuò)到防雷安全的(de)預警功能。
2.1.3 間接監測氣象數據
間接監測氣象數據的(de)方法有多普勒雷達、衛星雲圖、實況資料等。間接監測氣象數據都是氣象部門內(nèi)部數據,氣象數據準确及時、格式固定,可(kě)以開發利用。當雷暴天氣發生發展時,間接監測氣象數據是直接監測數據的(de)有力支撐資料,可(kě)以系統分析整個天氣過程,觀測雷暴天氣的(de)發生、發展、結束的(de)全過程。比如(rú)雷暴天氣發生時氣象條件是否滿足、雷暴天氣持續時間預報、雷暴強度預測、雷暴預警等級等。
根據中國氣象局第 24 号令《防雷減災管理(lǐ)辦法》規定,地(dì)方各級氣象主管機構應當組織本行政區域內(nèi)的(de)雷電監測網建設,以防禦雷電災害。有條件的(de)氣主管機構所屬氣象台站可(kě)以開展雷電預報,并及時向社會發布。整合開發基本氣象數據是實現目标的(de)基礎條件,對加強雷電和(hé)雷電災害的(de)發生機理(lǐ)等基礎理(lǐ)論和(hé)防禦技術等應用理(lǐ)論研究、防雷減災技術和(hé)雷電監測、預警系統的(de)研究和(hé)開發工作有重大意義。
2.2 防雷重點單位數據
2015 年(nián),中國氣象局主動取消“雷電災害風險評估”和(hé)“防雷産品測試”等 4 項行政審批中介服務事項。2015-10、2016-03,中國氣象局又先後根據國務院要求,全面清理(lǐ)規範了 12 項氣象行政審批中介服務事項,徹底切斷了中介服務利益關聯。為(wèi)貫徹落實《國務院關于優化建設工程防雷許可(kě)的(de)決定》精神,中國氣象局下發貫徹落實通知,取消了氣象部門對防雷工程專業設計、施工單位資質許可(kě),整合防雷裝置設計審核和(hé)竣工驗收許可(kě)。在做(zuò)好簡政放權“減法”的(de)同時,中國氣象局堅持強調“放管并重”,不斷強化事中事後監管,并強化“優化服務”,不斷改進管理(lǐ)方式,确保“接”得住、“管”得好。根據文件精神,防雷安全監管主要範圍為(wèi)油庫、氣庫、彈藥庫、化學(xué)品倉庫、民用爆炸物品、煙花爆竹、石化等易燃易爆建設工程和(hé)場所;雷電易發區內(nèi)的(de)礦區、旅遊景點或者投入使用的(de)建(構)築物、設施等需要單獨安裝雷電防護裝置的(de)場所,以及雷電風險高(gāo)且沒有防雷标準規範、需要進行特殊論證的(de)大型項目。建立重點單位數據庫是加強防雷安全“事中事後”監管工作的(de)基礎,明确監管對象的(de)類型、範圍,有利于防雷安全監管工作的(de)順利開展。
防雷安全監管對象類型多、主管機構分散,如(rú)何有效整合資源,實現互聯互動,是建立重點單位數據庫的(de)核心工作。按照黨中央、國務院決策部署,2017-05-18,國務院辦公廳印發了《政務信息系統整合共享實施方案》,提出了加快推進政務信息系統整合共享、促進國務院部門和(hé)地(dì)方政府信息系統互聯互通的(de)重點任務和(hé)實施路徑。建設形成覆蓋全國、統籌利用、統一(yī)接入的(de)數據共享大平台,建立物理(lǐ)分散、邏輯集中、資源共享、政企互聯的(de)政務信息資源大數據,構建深度應用、上下聯動、縱橫協管的(de)協同治理(lǐ)大系統。以此為(wèi)契機,防雷安全監管工作可(kě)以借助政務信息系統,采集安監、消防、住建、文保等單位的(de)管理(lǐ)對象資源,結合防雷安全監管對象的(de)類型和(hé)範圍,建立重點單位數據庫。實時監測重點單位信息,根據防雷重點單位的(de)增減,及時更新數據庫。
建立防雷重點單位數據庫,監管對象信息必須齊全、規範、及時。監管對象名稱、類型、地(dì)址、經緯度、法人、安全負責人、防雷安全主體責任落實情況、防雷檢測中介服務情況等基本信息,使監管對象精确到點、防雷安全責任落實到人,遵守防雷安全管理(lǐ)制度。
2.3 防雷檢測中介機構數據
2016-10-01,中國氣象局第 31 号令《雷電防護裝置檢測資質管理(lǐ)辦法》正式實施。其中規定國務院氣象主管機構負責全國防雷裝置檢測資質的(de)監督管理(lǐ)工作。國務院氣象主管機構應當建立全國防雷裝置檢測單位信用信息、資質等級情況公示制度。省、自(zì)治區、直轄市氣象主管機構應當在本行政區域內(nèi)對防雷裝置檢測單位的(de)監督管理(lǐ)、信用信息等情況及時予以公布。
縣級以上地(dì)方氣象主管機構對本行政區域內(nèi)的(de)防雷裝置檢測活動進行監督檢查。根據相關規定,急需建立防雷檢測中介機構數據庫對防雷安全監督檢查提供支撐。
随着防雷檢測市場的(de)放開,一(yī)方面,防雷中介服務機構迅速增加,防雷檢測服務歸于市場化,市場競争激烈,有效地(dì)降低(dī)了企業的(de)安全生産成本;另一(yī)方面,随着檢測機構的(de)大量增加,服務水平參差不齊,埋下了防雷安全隐患,加大了防雷安全監管難度。如(rú)何有效監督防雷檢測中介服務機構,也是防雷安全監管的(de)重大課題。
氣象主管機構一(yī)方面要按照相關法律、法規、部門條例來加強防雷安全監督檢查,按制度辦事,一(yī)視(shì)同仁;另一(yī)方面,要建立防雷檢測中介服務的(de)信用評價體系,同時,對防雷檢測單位的(de)監督管理(lǐ)、信用信息等情況及時予以公布。防雷檢測中介機構數據庫不隻要需要基本信息,同時,監督管理(lǐ)、信用信息等也應健全。做(zuò)好防雷檢測單位的(de)監督管理(lǐ)工作,也是整個防雷安全管理(lǐ)工作的(de)重點。
2.4 雷災數據
根據《中華人民共和(hé)國防雷減災管理(lǐ)辦法》規定,各級氣象主管機構負責組織雷電災害調查、鑒定工作。遭受雷電災害的(de)組織和(hé)個人,應當及時向當地(dì)氣象主管機構報告,并協助當地(dì)氣象主管機構對雷電災害進行調查與鑒定。雷災數據對于本地(dì)域雷電規律研究、防雷安全隐患研究等有重大意義。雷災數據包含受災單位信息、受災建築類型、受災地(dì)理(lǐ)信息、人員經濟損失信息、雷災成因信息、氣象主管機構鑒定信息等。雷災數據庫是靠受災個人及組織的(de)上報信息,氣象部門日積月累形成的(de)。隻有在完善雷災上報制度并認真執行的(de)情況下,數據才能完整、有效。雷災數據結合本地(dì)域地(dì)理(lǐ)信息,可(kě)以分析易受災區域分布、防雷設施有無安全隐患、防雷安全制度有無落實到位。通過分析雷災成因,找出防雷安全隐患點,後期加強隐患整改,以減少雷災的(de)發生、減少人員财産損失等。
2.5 防雷安全服務對象數據
按照防雷減災工作,實行安全第一(yī)、預防為(wèi)主、防治結合的(de)原則。如(rú)何提供有效的(de)防雷安全服務,是防雷安全的(de)根本。通過大數據分析方法,整合防雷安全相關數據,提供雷電預警信息、對防雷安全隐患進行排查,有效減少雷災的(de)發生、減少人員财産損失等。防雷安全服務對象數據主要包括各政府部門、重點單位安全部門等。當有雷暴天氣發生時,預警信息要主動發送到位,讓各部門做(zuò)好應急預案。同時,應通過微信公衆号、互聯網等向民衆發布預警信息,及時規避雷電危害。
3 大數據分析方法處理(lǐ)數據
本文主要講述大數據挖掘分析領域中最常用的(de)四種數據分析方法:描述型分析、診斷型分析、預測型分析和(hé)指令型分析。通過這四種大數據分析方法來處理(lǐ)防雷安全相關數據,使大數據真正應用于防雷安全管理(lǐ)監督工作。
3.1 描述型分析
描述型分析主要描述發生了什麽,需要廣泛、精确的(de)數據,并需要有效的(de)可(kě)視(shì)化。
防雷安全相關大數據包括基本氣象數據、安全生産重點單位數據、地(dì)理(lǐ)信息數據、雷災數據、防雷檢測中介數據、服務對象數據等,這些數據都可(kě)以精确描述,都可(kě)集成地(dì)理(lǐ)信息做(zuò)到可(kě)視(shì)化。例如(rú),當雷暴天氣發生時,大氣電場儀觀測的(de)數據、閃電定位儀資料、雷達圖、雲圖可(kě)以實時在地(dì)理(lǐ)信息系統 GIS 上顯示,雷暴影響範圍內(nèi)可(kě)顯示有多少家重點單位及其精确位置。
3.2 診斷型分析
診斷型分析主要分析為(wèi)什麽會發生問題。在診斷性分析中,首先需要了解與結果可(kě)能相關的(de)因素。在對數據描述型分析的(de)基礎上評估數據,深入數據分析,提取數據核心特征,在廣泛的(de)數據中分析相關性。利用防雷安全相關“大數據”,轉變監管思路,加強基于數據驅動的(de)決策及應對,加強物聯網、互聯網、雲計算于大數據技術的(de)協作。
3.3 預測型分析
預測型分析描述可(kě)能會發生什麽問題。在預測型分析中,通常需要構建一(yī)個預測算法模型,用來預測事件發生的(de)可(kě)能性,預測某個相關參數、預測發生的(de)時間等。數據的(de)多樣性和(hé)關聯度對預測結果會産生重大影響。預測算法要符合防雷安全相關規律,能對曆史事件進行驗證,預測結果要确定符合曆史事件。預測模式驗證準确後,在事件發生時,需要自(zì)動運行模式算法,确保自(zì)動描述事件的(de)發生及結果。
3.4 指令型分析
指令型分析主要基于事件結果選擇解決措施。指令性分析并非單獨使用,是基于前三種方法分析後,分析整個事件的(de)發生、發展、結果,決定采取何種措施,保證方案最優。
4 大數據應用于防雷安全的(de)結論
大數據要真正用于防雷安全監管,需建立防雷安全大數據平台,如(rú)圖 3 所示。大數據平台主要包括三大模塊:防雷安全相關數據采集存儲模塊,大數據分析方法、算法及程序設計模塊,防雷安全的(de)大數據可(kě)視(shì)化平台模塊。其中,大數據可(kě)視(shì)化平台主要包括防雷安全數據查詢模塊、防雷安全執法模塊、隐患分析模塊、決策分析模塊、雷災分析模塊、雷電預警模塊、圖形圖表深度分析模塊等,貫穿防雷安全監管的(de)整個流程。
圖 3 防雷安全大數據平台流程
4.1 建立了防雷監管雙主體控制體系
雙主體是指作為(wèi)防雷安全監管主體的(de)政府和(hé)作為(wèi)防雷安全責任主體的(de)企業,可(kě)以分為(wèi)企業賬戶和(hé)監管賬戶來使用平台。大數據平台可(kě)幫助企業自(zì)查自(zì)糾、自(zì)學(xué)防雷安全相關知識,了解自(zì)己的(de)防雷安全責任落實情況。可(kě)幫助監管部門明晰企業防雷安全狀況,做(zuò)到一(yī)企一(yī)檔,企業基本信息、企業防雷安全主體責任落實情況、防雷檢測報告等信息一(yī)目了然,加強執法檢查,有效地(dì)從源頭排除安全隐患,提出針對性很強的(de)指導意見,節約人力、物力、時間。
4.2 科學(xué)、合理(lǐ)地(dì)建立了雷電觀測平台
通過合理(lǐ)的(de)觀測儀器的(de)選擇和(hé)布點,觀測整個雷電的(de)生成、發展、結束全過程。采集了雷電相關的(de)各要素,通過大數據處理(lǐ),形成圖表圖形分析,并可(kě)在 GIS 地(dì)理(lǐ)信息系統上顯示,做(zuò)到了數據可(kě)視(shì)化,大大加強了防雷決策分析和(hé)隐患分析能力,為(wèi)防雷減災提供了數據支撐。
4.3 建立了科學(xué)的(de)雷災分析模式
以前的(de)雷災發生後,都隻能經上報了解後,通過剩磁儀測量受災地(dì)點周圍剩磁數據,大概評估受災原因。現在通過大數據分析,我們可(kě)以在第一(yī)時間得到雷災發生時的(de)各相關數據。比如(rú)精确的(de)雷擊時間,雷擊經緯度、高(gāo)度、強度,受災地(dì)點類型,防雷設施狀況,人員經濟損失等,分析雷災的(de)成因,排查防雷安全隐患點,通過整改,以減輕雷災造成的(de)損失。
4.4 建立了全新的(de)雷電預警發布系統
通過分析大氣電場數據變化,可(kě)提前預警雷電的(de)發生,并在地(dì)理(lǐ)信息系統上顯示雷暴可(kě)能發生的(de)範圍。結合其他氣象要素,可(kě)以對雷暴持續時間、強度、範圍等進行預測性的(de)分析。做(zuò)到雷暴發生前 20 min,通過預警發布系統将信息發布給雷暴範圍內(nèi)的(de)政府安全主管部門和(hé)重點企業,做(zuò)好防雷應急準備。同時,在大數據平台上,把可(kě)視(shì)化的(de)預警信息通過自(zì)媒體、微信公衆号等向公衆發布,讓民衆做(zuò)好防雷準備,減少可(kě)能發生的(de)雷擊傷害和(hé)損失。雷電預警發布系統做(zuò)到了防治結合,預防為(wèi)主,從源頭上加強了防雷安全監管工作。
5 不足方面
5.1 防雷安全監管人員少
市、縣級需監管的(de)企業單位衆多,工作量巨大,同時,監管人員偏少,做(zuò)不到全面、細緻的(de)監管,迫切需要将大數據應用于防雷安全監管,提高(gāo)監管效率,增大監管覆蓋面。
5.2 大數據人才缺失
要想讓大數據應用于防雷安全監管,則需要大數據分析人才和(hé)大數據軟件開發人才。監管人員缺乏這些方面的(de)知識,隻能完善各種數據的(de)采集,規劃整體監管流程,需要結合社會公司的(de)大數據分析、開發能力,完成整個防雷安全大數據平台的(de)開發。
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