集控中心衛(wèi)星云圖的建設及應用

張孫蓉

（貴州烏江水電開發(fā)有限責任公司水電站遠程集控中心，貴州 貴陽550001）

衛(wèi)星云圖是監(jiān)測和預警預報流域降水的直觀實用的現(xiàn)代化工具，是水庫防汛和生產(chǎn)調(diào)度不可或缺的重要信息。它在識別天氣、監(jiān)視和預報暴雨及臺風等災害性天氣等方面，具有重要作用。由于梯級流域水電站水庫調(diào)度中，對降雨預報的要求比較高，利用衛(wèi)星云圖對天氣和洪水進行假想預報，可以提高假想預報的準確性，充分發(fā)揮梯級水庫的防洪能力，減輕上下游的洪水災害，提高水庫利用率，進而在一定程度上最大限度地發(fā)揮電站的效益。

貴州烏江水電開發(fā)有限責任公司開發(fā)建設烏江干流貴州境內(nèi)河段梯級水電站，已建成共9座水電站，總裝機容量達到866.5萬kW的大型梯級水電站群。水電站遠程集控中心（簡稱集控中心）是烏江公司的生產(chǎn)指揮中心，是公司的發(fā)電調(diào)度控制機構，承擔公司優(yōu)化調(diào)度、洪水調(diào)度、遠程控制、電量營銷、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)接收和處理風云二號（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)天氣觀測報告、數(shù)字化天氣雷達圖像等氣象資料。系統(tǒng)直接獲取衛(wèi)星的數(shù)據(jù)格式S-VISSR2.0或HiRID，寫入硬盤并實時顯示三維云圖。集控水庫調(diào)度人員利用衛(wèi)星云圖估算和預報梯級流域降水，同時利用精細化衛(wèi)星云圖與烏江流域遙測雨量站信息進行實時降水監(jiān)測和預警分析。根據(jù)烏江公司安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行的需要，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、USB數(shù)據(jù)進機和衛(wèi)星云圖數(shù)據(jù)處理服務器組成，系統(tǒng)結構見圖1。

圖1 衛(wèi)星云圖系統(tǒng)拓撲圖

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報軟件模塊、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化與烏江流域降水監(jiān)測預報系統(tǒng)組成。軟件結構見圖2。

圖2 軟件結構

2 系統(tǒng)功能

衛(wèi)星云圖能夠?qū)︼L云2（FY-2）氣象衛(wèi)星的云圖數(shù)據(jù)進行接收實時處理，每小時接收數(shù)據(jù)，汛期時每30 min/次，數(shù)據(jù)進機實時顯示圖像和掃描線，自動提取衛(wèi)星參數(shù)，形成進機數(shù)據(jù)參數(shù)文件，實時生成位圖并存儲。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、水汽和可見光圖像文件。根據(jù)可見光云圖太陽高度角及任意位置點云的返照率、計算可見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的云頂溫度，計算紅外云圖上低于某一給定溫度云的面積。

云圖精細化與烏江流域降水監(jiān)測預報系統(tǒng)結合水情測報系統(tǒng)以WEB頁面的方式展示，具有衛(wèi)星云圖、雷達預警、降水預報和臺風預報4個模塊。云圖精細化與烏江流域降水監(jiān)測預報系統(tǒng)界面見圖3。

圖3 云圖精細化與烏江流域降水監(jiān)測預報系統(tǒng)界面

衛(wèi)星云圖提供風云2號氣象衛(wèi)星紅外1、水汽、可見光圖像，以云圖估測烏江流域未來1～3 h短時降水。雷達預警能提供烏江流域8個子流域天氣雷達基本反射率圖像查詢顯示，根據(jù)雷達數(shù)據(jù)估測瞬時降水。降水預報頁面主要提供全國未來短時（1日內(nèi)逐 6 h）及短期（1～3 d 逐 24 h）降水信息，結合地理信息系統(tǒng)（GIS），查詢不同時間段內(nèi)各個區(qū)域的降水分布情況。烏江流域內(nèi)測站云圖參數(shù)和降水預報圖表顯示輸出等功能，具有生成可供瀏覽的圖像資料、并具有瞬時降水強度估算、累積降水預報、流域面雨量預報統(tǒng)計等圖表功能。臺風路徑可查詢東南沿海及西太平洋最新臺風路徑實況和預報信息，以及1945年以來歷史臺風路徑。具有臺風定位/臺風路徑顯示、臺風距離測算。

3 系統(tǒng)的應用情況

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

3.1 降水預報和洪水調(diào)度

集控中心在烏江梯級流域水庫調(diào)度中，根據(jù)衛(wèi)星云圖烏江流域降水監(jiān)測預報的降水情況，結合氣象局天氣預報，進行天氣和洪水假想預報，開展烏江梯級流域的防洪調(diào)度。通過識別衛(wèi)星云圖，獲取參數(shù)以及大氣流場等重要氣象信息，對強降雨云系進行分析和預報，及時發(fā)現(xiàn)暴雨和強對流等災害性天氣。提前做好防洪應急措施，減輕梯級流域水庫上下游的洪水災害。系統(tǒng)改造后，3年內(nèi)共成功調(diào)度洪水98場次，洪水預報合格率100%，達到部頒甲等標準，詳見表1。

表1 2016～2018年烏江梯級水電站各區(qū)間洪水場次和精度評定統(tǒng)計表

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

烏江梯級流域水庫調(diào)度充分利用衛(wèi)星云圖加強天氣形勢分析，1）結合實際積極采取梯級水庫優(yōu)化調(diào)度措施，及時調(diào)整發(fā)電運行方式；2）合理調(diào)配梯級水庫發(fā)電及檢修計劃，優(yōu)化調(diào)度增發(fā)電量，提高水資源利用率，進而在一定程度上最大限度地發(fā)揮各梯級電站的經(jīng)濟效益，從而在烏江公司全面實現(xiàn)了“能耗最低、效益最大”的調(diào)度目標，詳見表2。

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

4 存在問題

4.1 數(shù)據(jù)存儲問題

由于衛(wèi)星原始數(shù)據(jù)存儲一次大概是60 M，一天28次（汛期48次），根據(jù)服務器硬盤的大小，系統(tǒng)設定自動保存最近3個月的云圖數(shù)據(jù)，以前的原始數(shù)據(jù)則自動覆蓋。造成數(shù)據(jù)回朔難，無法進行長時間數(shù)據(jù)對比分析。

解決方案：在集控平臺數(shù)據(jù)庫增加衛(wèi)星數(shù)據(jù)的存儲，衛(wèi)星云圖系統(tǒng)每天定時將衛(wèi)星數(shù)據(jù)壓縮后，轉發(fā)到集控數(shù)據(jù)平臺進行存儲，數(shù)據(jù)庫可對XML文件、文本文件、圖片文件、Word文件、NC文件等多種文件進行數(shù)據(jù)存儲，以便于云圖數(shù)據(jù)查詢。

4.2 數(shù)字預報精確度問題

數(shù)字降水預報只有顏色和量級顯示范圍，沒有具體數(shù)據(jù)，具體降雨量全靠水庫調(diào)度員的經(jīng)驗進行分析，會帶有個人的主觀意見，導致不同調(diào)度員的調(diào)度方式存在一定的差異。

解決方案：建設更加精細化的智慧氣象服務平臺，將集控衛(wèi)星云圖系統(tǒng)融入其中，實現(xiàn)3 d或更長期的可遇見期逐小時、逐日定量降雨數(shù)值預報，降雨量有精準的數(shù)據(jù)，不需要人為判斷的精細化預報服務。

5 結論

衛(wèi)星云圖系統(tǒng)在梯級水庫調(diào)度中起到不容忽視的作用，是一個非常重要的生產(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，在烏江公司逐步建設基于數(shù)字化與智能化的智慧氣象服務平臺。