雷电地理国情监测的实践与探索.doc

雷电地理国情监测的实践与探索 王 华 陈晓茜 王大贺( 摘 要：本文以雷电地理国情为例，详细介绍了雷电地理国情监测的实践过程及其成果的应用情况，通过对雷电地理国情监测实践成功经验的分析，指出雷电地理国情监测工作的关键和难点，总结了适用于地理国情监测的一般性规律，期望为全面开展地理国情监测工作提供思路。 关键词：地理国情 雷电监测 测绘 创新 一 引言 地理国情是空间化的国情信息，综合反映了一个国家或区域人地关系的关联程度，是开展国民经济统计、城乡规划、重大战略工程、工农业生产布局，预防和减少自然灾害以及科学研究工作的重要依据。地理国情不仅包括地球表面与地理位置直接或间接相关的国情信息，如国土疆域面积、地形地貌特征、行政区域分界、地表水资源状况、道路交通网络等地表直接可量测的信息，还包括地下与地理位置有关的国情信息，如地下能源矿产、地下水资源、地下地质分布等，以及一定空间范围内与位置有关的国情信息，如风、雨、雷电等自然气候现象和自然空间的物质（粉尘、生产废气、生活废气、碳排放等）空间分布的密度等。 地理国情监测是利用地理信息技术和资源，对地理国情进行动态的获取、统计、比较、分析及应用的过程，通过挖掘一定时期内地理国情的变化状况及发展趋势，为制定国家和区域发展战略、调整经济结构布局、转变经济发展方式、应对突发公共事件等提供科学依据。地理国情涵盖内容的多样性和复杂性决定了地理国情监测是一项长期、复杂、艰巨的工作。地理国情要素类型不同决定了实施监测的技术手段不尽相同，而地理国情数据的获取、统计、分析及有效应用的方法则是通用的。 雷电是一种由于空气分子在外界作用下持续不断电离而达到一定阈值后形成的自然现象。雷电信息因具有空间特征，因此属于地理国情。雷电地理国情监测是指对雷电活动进行实时监测，通过探测、定位等技术手段记录雷电发生的时间、位置、雷电流幅值和极性、回击次数以及每次回击的参数等雷电信息。由于雷电时空分布的不确定性，大量的雷电自然灾害很难得到根本的防治，因雷电引发的灾害也越来越严重。随着经济的发展和防灾减灾工作的需要，对雷电监测、预警、防护的要求也越来越高。因此，对雷电这类与地理信息联系密切的地理国情进行监测是十分必要的。 二 雷电地理国情监测 雷电地理国情监测从初期的雷电定位系统、雷电信息系统建设到雷电监测系统研发，从人工统计雷电监测数据分析发掘规律，到雷电仿真、雷电预警等功能实现，经历了由浅入深、循序渐进的探索过程。 （一）基本情况 雷电地理国情监测的主要目标是为雷电防御和减灾提供决策服务。通过雷电监测实时获取雷击发生的时刻和空间位置信息，实现雷电有关数据的查询、统计和分析。随着雷电定位数据的不断积累和应用部门对丰富直观的雷电空间信息服务的强烈需求，利用GIS、数据库、通信等技术，为气象、航空航天等部门及大型活动提供雷电时空演变规律参考。在此基础上，结合地形地貌、雷电历史资料、大气物理、气象等资料实现雷电预警，深度挖掘雷电时空分布影响因子，减少雷电灾害发生概率，实现针对雷电地理国情的全方位、多层次的防灾减灾的决策服务。 为了实现防雷减灾的应用目标，雷电地理国情监测围绕雷电数据的探测定位、统计、分析及应用确定了完善的技术方案。在数据获取方面，利用雷电特征波提取技术与雷电检测算法探测雷电，并通过GPS加北斗系统测定同一雷电信号到达各探测站的时刻实现雷电定位解算，获取雷电发生时刻、空间位置及强度等信息。在数据统计及分析方面，利用数据库、GIS、通信等技术建立雷电监测分析系统和雷电空间数据库，实现雷电数据的查询和统计分析等功能。在数据应用方面，利用GIS、数据库、仿真等技术实现雷情发布、雷电预警及防护等社会化应用。 （二）项目实施 建立雷电监测系统是实施雷电地理国情监测的重要手段。湖北省航测遥感院参与了国家科技支撑重点项目“雷电灾害监测预警关键技术研究及系统开发”，参与研发了基于地理空间框架的雷电监测系统。 1、雷电监测系统总体结构 雷电监测系统由雷电监测定位系统和雷电监测分析系统组成。雷电监测定位系统实现雷电监测区域原始数据的采集、分析和定位解算，并将结果保存到雷电数据服务器，在完成对雷电的观测定位后，由雷电监测分析系统提供基于雷电数据的空间分析功能，实现雷电数据的实时查询、统计、分析，以及雷电服务产品的输出和雷电灾害的预警。 2、雷电监测定位系统 （1）功能结构 雷电监测定位系统由两个以上的雷电探测站、一个位于控制区域中心的中心处理站、各个探测站与中心处理站之间的专用数据传输网络构成，如图1所示。 图1. 雷电监测定位系统构成示意图 （2）定位原理 闪电一般分为地闪和云闪。对闪电的探测定位主要采取时差定位法（TOA），原理是：以固定探测站的空间坐标作为已知点，利用GPS加北斗系统测定同一雷电信号到达各