集控中心衛(wèi)星云圖的建設(shè)及應(yīng)用

張孫蓉

（貴州烏江水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司水電站遠(yuǎn)程集控中心，貴州 貴陽(yáng)550001）

衛(wèi)星云圖是監(jiān)測(cè)和預(yù)警預(yù)報(bào)流域降水的直觀實(shí)用的現(xiàn)代化工具，是水庫(kù)防汛和生產(chǎn)調(diào)度不可或缺的重要信息。它在識(shí)別天氣、監(jiān)視和預(yù)報(bào)暴雨及臺(tái)風(fēng)等災(zāi)害性天氣等方面，具有重要作用。由于梯級(jí)流域水電站水庫(kù)調(diào)度中，對(duì)降雨預(yù)報(bào)的要求比較高，利用衛(wèi)星云圖對(duì)天氣和洪水進(jìn)行假想預(yù)報(bào)，可以提高假想預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，充分發(fā)揮梯級(jí)水庫(kù)的防洪能力，減輕上下游的洪水災(zāi)害，提高水庫(kù)利用率，進(jìn)而在一定程度上最大限度地發(fā)揮電站的效益。

貴州烏江水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司開(kāi)發(fā)建設(shè)烏江干流貴州境內(nèi)河段梯級(jí)水電站，已建成共9座水電站，總裝機(jī)容量達(dá)到866.5萬(wàn)kW的大型梯級(jí)水電站群。水電站遠(yuǎn)程集控中心（簡(jiǎn)稱集控中心）是烏江公司的生產(chǎn)指揮中心，是公司的發(fā)電調(diào)度控制機(jī)構(gòu)，承擔(dān)公司優(yōu)化調(diào)度、洪水調(diào)度、遠(yuǎn)程控制、電量營(yíng)銷、火電監(jiān)管等職能。

1 系統(tǒng)組成

現(xiàn)集控中心衛(wèi)星云圖系統(tǒng)接收和處理風(fēng)云二號(hào)（FY-2）靜止氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)的多功能處理系統(tǒng)。它不僅可以接收和處理云圖資料，而且可以處理和分析常規(guī)天氣觀測(cè)報(bào)告、數(shù)字化天氣雷達(dá)圖像等氣象資料。系統(tǒng)直接獲取衛(wèi)星的數(shù)據(jù)格式S-VISSR2.0或HiRID，寫(xiě)入硬盤(pán)并實(shí)時(shí)顯示三維云圖。集控水庫(kù)調(diào)度人員利用衛(wèi)星云圖估算和預(yù)報(bào)梯級(jí)流域降水，同時(shí)利用精細(xì)化衛(wèi)星云圖與烏江流域遙測(cè)雨量站信息進(jìn)行實(shí)時(shí)降水監(jiān)測(cè)和預(yù)警分析。根據(jù)烏江公司安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需要，按“優(yōu)化調(diào)度”生產(chǎn)管理模式。

1.1 系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)硬件由3 m拋物面天線、饋源、低噪聲放大器及下變頻器（抗干擾）、云圖數(shù)字接收機(jī)、USB數(shù)據(jù)進(jìn)機(jī)和衛(wèi)星云圖數(shù)據(jù)處理服務(wù)器組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 衛(wèi)星云圖系統(tǒng)拓?fù)鋱D

1.2 系統(tǒng)軟件

軟件由氣象衛(wèi)星云圖接收處理軟件、云圖定量估算降水和預(yù)報(bào)軟件模塊、氣象衛(wèi)星三維云圖制作軟件模塊、雙星云圖產(chǎn)品瀏覽器軟件模塊和云圖精細(xì)化與烏江流域降水監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)組成。軟件結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 軟件結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)功能

衛(wèi)星云圖能夠?qū)︼L(fēng)云2（FY-2）氣象衛(wèi)星的云圖數(shù)據(jù)進(jìn)行接收實(shí)時(shí)處理，每小時(shí)接收數(shù)據(jù)，汛期時(shí)每30 min/次，數(shù)據(jù)進(jìn)機(jī)實(shí)時(shí)顯示圖像和掃描線，自動(dòng)提取衛(wèi)星參數(shù)，形成進(jìn)機(jī)數(shù)據(jù)參數(shù)文件，實(shí)時(shí)生成位圖并存儲(chǔ)。經(jīng)處理后的云圖數(shù)據(jù)，生成1280×1024×24 bit的衛(wèi)星投影紅外1、紅外2、紅外4、三維、水汽和可見(jiàn)光圖像文件。根據(jù)可見(jiàn)光云圖太陽(yáng)高度角及任意位置點(diǎn)云的返照率、計(jì)算可見(jiàn)光云圖上低于某一給定反照率云的面積；根據(jù)紅外及水汽云圖上任意位置點(diǎn)的云頂溫度，計(jì)算紅外云圖上低于某一給定溫度云的面積。

云圖精細(xì)化與烏江流域降水監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)結(jié)合水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)以WEB頁(yè)面的方式展示，具有衛(wèi)星云圖、雷達(dá)預(yù)警、降水預(yù)報(bào)和臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)4個(gè)模塊。云圖精細(xì)化與烏江流域降水監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)界面見(jiàn)圖3。

圖3 云圖精細(xì)化與烏江流域降水監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)界面

衛(wèi)星云圖提供風(fēng)云2號(hào)氣象衛(wèi)星紅外1、水汽、可見(jiàn)光圖像，以云圖估測(cè)烏江流域未來(lái)1～3 h短時(shí)降水。雷達(dá)預(yù)警能提供烏江流域8個(gè)子流域天氣雷達(dá)基本反射率圖像查詢顯示，根據(jù)雷達(dá)數(shù)據(jù)估測(cè)瞬時(shí)降水。降水預(yù)報(bào)頁(yè)面主要提供全國(guó)未來(lái)短時(shí)（1日內(nèi)逐 6 h）及短期（1～3 d 逐 24 h）降水信息，結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS），查詢不同時(shí)間段內(nèi)各個(gè)區(qū)域的降水分布情況。烏江流域內(nèi)測(cè)站云圖參數(shù)和降水預(yù)報(bào)圖表顯示輸出等功能，具有生成可供瀏覽的圖像資料、并具有瞬時(shí)降水強(qiáng)度估算、累積降水預(yù)報(bào)、流域面雨量預(yù)報(bào)統(tǒng)計(jì)等圖表功能。臺(tái)風(fēng)路徑可查詢東南沿海及西太平洋最新臺(tái)風(fēng)路徑實(shí)況和預(yù)報(bào)信息，以及1945年以來(lái)歷史臺(tái)風(fēng)路徑。具有臺(tái)風(fēng)定位/臺(tái)風(fēng)路徑顯示、臺(tái)風(fēng)距離測(cè)算。

3 系統(tǒng)的應(yīng)用情況

集控中心衛(wèi)星云圖系統(tǒng)于2006年建設(shè)，2015年10月進(jìn)行系統(tǒng)改造，2016年12月正式投入運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行至今情況良好，為梯級(jí)流域水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度提供了及時(shí)、可靠的決策依據(jù)，取得了較好的實(shí)用效果。

3.1 降水預(yù)報(bào)和洪水調(diào)度

集控中心在烏江梯級(jí)流域水庫(kù)調(diào)度中，根據(jù)衛(wèi)星云圖烏江流域降水監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的降水情況，結(jié)合氣象局天氣預(yù)報(bào)，進(jìn)行天氣和洪水假想預(yù)報(bào)，開(kāi)展烏江梯級(jí)流域的防洪調(diào)度。通過(guò)識(shí)別衛(wèi)星云圖，獲取參數(shù)以及大氣流場(chǎng)等重要?dú)庀笮畔ⅲ瑢?duì)強(qiáng)降雨云系進(jìn)行分析和預(yù)報(bào)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)暴雨和強(qiáng)對(duì)流等災(zāi)害性天氣。提前做好防洪應(yīng)急措施，減輕梯級(jí)流域水庫(kù)上下游的洪水災(zāi)害。系統(tǒng)改造后，3年內(nèi)共成功調(diào)度洪水98場(chǎng)次，洪水預(yù)報(bào)合格率100%，達(dá)到部頒甲等標(biāo)準(zhǔn)，詳見(jiàn)表1。

表1 2016～2018年烏江梯級(jí)水電站各區(qū)間洪水場(chǎng)次和精度評(píng)定統(tǒng)計(jì)表

3.2 優(yōu)化調(diào)度增發(fā)電量，提高經(jīng)濟(jì)效益

烏江梯級(jí)流域水庫(kù)調(diào)度充分利用衛(wèi)星云圖加強(qiáng)天氣形勢(shì)分析，1）結(jié)合實(shí)際積極采取梯級(jí)水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度措施，及時(shí)調(diào)整發(fā)電運(yùn)行方式；2）合理調(diào)配梯級(jí)水庫(kù)發(fā)電及檢修計(jì)劃，優(yōu)化調(diào)度增發(fā)電量，提高水資源利用率，進(jìn)而在一定程度上最大限度地發(fā)揮各梯級(jí)電站的經(jīng)濟(jì)效益，從而在烏江公司全面實(shí)現(xiàn)了“能耗最低、效益最大”的調(diào)度目標(biāo)，詳見(jiàn)表2。

表2 烏江梯級(jí)水電站2016～2018年優(yōu)化調(diào)度效益統(tǒng)計(jì)表

4 存在問(wèn)題

4.1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)問(wèn)題

由于衛(wèi)星原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)一次大概是60 M，一天28次（汛期48次），根據(jù)服務(wù)器硬盤(pán)的大小，系統(tǒng)設(shè)定自動(dòng)保存最近3個(gè)月的云圖數(shù)據(jù)，以前的原始數(shù)據(jù)則自動(dòng)覆蓋。造成數(shù)據(jù)回朔難，無(wú)法進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)對(duì)比分析。

解決方案：在集控平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)增加衛(wèi)星數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，衛(wèi)星云圖系統(tǒng)每天定時(shí)將衛(wèi)星數(shù)據(jù)壓縮后，轉(zhuǎn)發(fā)到集控?cái)?shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)庫(kù)可對(duì)XML文件、文本文件、圖片文件、Word文件、NC文件等多種文件進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，以便于云圖數(shù)據(jù)查詢。

4.2 數(shù)字預(yù)報(bào)精確度問(wèn)題

數(shù)字降水預(yù)報(bào)只有顏色和量級(jí)顯示范圍，沒(méi)有具體數(shù)據(jù)，具體降雨量全靠水庫(kù)調(diào)度員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，會(huì)帶有個(gè)人的主觀意見(jiàn)，導(dǎo)致不同調(diào)度員的調(diào)度方式存在一定的差異。

解決方案：建設(shè)更加精細(xì)化的智慧氣象服務(wù)平臺(tái)，將集控衛(wèi)星云圖系統(tǒng)融入其中，實(shí)現(xiàn)3 d或更長(zhǎng)期的可遇見(jiàn)期逐小時(shí)、逐日定量降雨數(shù)值預(yù)報(bào)，降雨量有精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，不需要人為判斷的精細(xì)化預(yù)報(bào)服務(wù)。

5 結(jié)論

衛(wèi)星云圖系統(tǒng)在梯級(jí)水庫(kù)調(diào)度中起到不容忽視的作用，是一個(gè)非常重要的生產(chǎn)管理系統(tǒng)。集控中心下一步繼續(xù)與專業(yè)氣象臺(tái)深度合作，將衛(wèi)星云圖系統(tǒng)與集控水調(diào)系統(tǒng)充分融合，利用大數(shù)據(jù)與云技術(shù)，在烏江公司逐步建設(shè)基于數(shù)字化與智能化的智慧氣象服務(wù)平臺(tái)。