地面电场监测技术要求

ICS点击此处添加ICS号

CCS

中华人民共和国国家标准

GB/TXXXXX—XXXX

`

地面电场监测技术要求

Technicalrequirementsforgroundelectricfieldmonitoring

(点击此处添加与国际标准一致性程度的标识)

（征求意见稿）

（本草案完成时间：2022年9月25日）

在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上。

-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

GB/TXXXXX—XXXX

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定

起草。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由全国气象防灾减灾标准化技术委员会（SAC/TC345）提出并归口。

本文件起草单位：

本文件主要起草人：

II

GB/TXXXXX—XXXX

地面电场监测技术要求

1范围

本文件规定了地面大气电场监测的监测设备、监测场地、组网监测、数据记录与存储、维护与校准

等要求。

本文件适用于地面大气电场的自动监测。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB4793.1—2007测量、控制和实验室用电气设备的安全要求第1部分：通用要求(IEC

61010-1:2001，IDT)

GB/T17626.5—2019电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验(IEC61000-4-5：2014，

IDT)

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

大气电场atmosphericelectricfield

存在于大气中而与带电物质产生电力相互作用的物理场。

注：用表征大气电场强弱和方向来描述，方向垂直向下的大气电场规定为正电场，方向垂直向上的大气电场规定为

负电场。

[来源：QX/T594—2020，3.1]

地面大气电场groundatmosphericelectricfield

大气中带电物质相互作用在地面产生的合成电场。

[来源：QX/T594—2020，3.2]

地面大气电场仪groundatmosphericelectricfieldinstrument

能持续监测和记录与雷暴有关的地面大气电场数值的仪器，按照工作原理分为场磨式大气电场仪、

电子式大气电场仪。

[来源：GB/T38121—2019，3.1.12，有修改]

1

GB/TXXXXX—XXXX

4基本要求

监测原则

地面大气电场监测应具有代表性、准确性、比较性和连续性。

监测内容

监测地面大气电场的采样值、分钟平均值、分钟内电场强度的最大值和最小值、电场极性、变化率

及对应时间。

监测流程

监测流程包括数据采样、数据处理、数据记录和存储。

5监测设备

组成

地面大气电场监测设备由大气电场仪和控制处理软件两部分组成。大气电场仪应包括电场传感器、

数据采集器、供电单元、通信单元及结构部件组成；控制处理软件应包括运行控制软件和自动采集处理

软件。

使用条件

5.2.1电源

电源应符合下列条件：

——交流电源供电时，电压及频率分别应为：220V×（1±20%）、50Hz×（1±10%）；

——直流电源供电时，电压宜为12V×（1±5%）；

可采用交流市电、太阳能、风能供电。蓄电池单独供电时，维持正常工作时间应不少于7d。

5.2.2周围空气温度

——适用温度：－40℃～60℃。

5.2.3周围空气湿度

——适用相对湿度：95%RH（35℃）。

5.2.4大气压力。

——适用大气压力:500hPa～1100hPa。

5.3监测性能

监测设备主要性能指标应符合GB4793.1—2007的通用要求和表1要求。

表1监测设备主要性能要求

名称性能指标

测量量程－100kV/m～100kV/m

分辨力≤10V/m

最大允许测量误差±(20V/m＋3％×E)

平均故障间隔时间＞5000h

采样频率≥1Hz（数据采样周期可根据测量要求调解）

零点漂移≤±20V/m

2

GB/TXXXXX—XXXX

名称性能指标

内部时钟每30d累计最大允许误差不超过±15s

电源输入端与机壳间的绝缘电阻应不小于2MΩ；在交流电压600V、频率50Hz、

安全性能

持续1min的条件下不应出现飞弧或击穿现象；泄漏电流不应超过5mA(峰值)。

浪涌（冲击）抗扰度直流电源端口、交流电源端口、数据端口：符合GB/T17626.5的要求

监测设备的运行状态应具备远程智能监控管理和异常告警功能；监测设备应能

功能要求

通过远程控制实现系统复位、参数配置等功能。

注：移动式地面大气电场仪性能要求与固定式大气电场仪相同。

6监测场地

环境要求

6.1.1固定式监测场地环境

6.1.1.1监测场地应选择在无遮挡以及周边空旷的室外地带（或楼顶屋面的中间位置），监测设备的安

装点与其四周遮挡物的距离宜大于监测设备探头感应面与最近遮挡物高度差的2倍。

6.1.1.2不宜安装在下列场所。当有特殊需求，安装在下列场所时，厂家应采取有效措施及现场对比监

测试验，制定数据订正方案，保障监测数据质量。

——陡坡、洼地等场所；

——邻近有丛林、铁路、公路、工矿、高（或低）压线路可能对监测数据有影响的场所；

——电磁环境干扰严重、局地性雾、烟及大气污染严重的场所。

——其他不适宜的安装场所。

6.1.2移动式监测场地环境

6.1.2.1监测设备宜架设在地面上，架设地点地面平整，距离车体的距离应大于3倍车体高度。同时周

围远离高大树木、建筑物等易使电场产生畸变的物体。安装点与其四周遮挡物的距离宜大于监测设备探

头感应面与最近遮挡物高度差的2倍。

6.1.2.2对于车载式大气电场仪，当设备架设在车顶时，应考虑车体结构对大气电场数据的影响，安装

地点应选择在车顶正中位置。车体结构对大气电场数据的影响见附录A.1。

仪器安装

6.2.1固定式大气电场仪安装要求

6.2.1.1大气电场仪基础底座的安装应稳固，探头感应面应保持水平。

6.2.1.2大气电场仪的探头感应面与地面高度的间距应为1.5m，设备各金属构件之间应保持可靠的电

气连通，且应采取防静电接地措施。厂家对安装高度有特殊要求的按照厂家执行。

6.2.1.3大气电场仪宜安装在直击雷防护区域内，应有接地装置，且接地电阻应小于10Ω。并应设置雷

击电磁脉冲防护措施。

6.2.1.4当大气电场仪的安装环境处于高盐雾的沿海或海岛时，应采取相应的防腐蚀措施。

6.2.1.5当大气电场仪独立安装时，其周围应设置警示牌，或采取围栏的方式加以隔离。围栏尺寸宜采

用4m×4m，高度宜为0.8m，材质应采用绝缘抗静电感应材料，且不应采用尖端立柱。

6.2.1.6当大气电场仪安装在屋面时，应考虑建筑物高度对大气电场监测数据的影响，其影响系数的修

正参见附录A.2，监测设备厂家应开展现场对比试验订正，保障监测数据质量。

6.2.1.7大气电场仪安装完成后，应对其进行现场校准，修正主要测量性能参量。

3

GB/TXXXXX—XXXX

6.2.2移动式大气电场仪安装要求

6.2.2.1大气电场仪架设应稳固，探头感应面应保持水平。

6.2.2.2探头感应面与地面高度的间距应为1.5m。

6.2.2.3大气电场仪应采取外壳接地措施，冲击接地电阻不应大于10Ω。

7数据记录和存储

数据记录

7.1.1监测时制应采用北京时。

7.1.2监测数据记录应包括监测点经度、纬度、海拔高度、监测设备标识符、监测时间、电场强度、

电场极性和变化率等要素。

7.1.3应至少每小时获取一次反映监测设备状况和性能的相关信息,包括监测设备自检、电场传感器状

态、电源工作状态、监测设备断电告警和通信工作状态等。

7.1.4应对监测数据文件进行备份。

数据存储

7.2.1监测设备传输应具备有线和无线两种数据传输形式。

7.2.2监测设备应具有数据传输状态的监控管理和断点续传功能,确保数据传输的完整性。

7.2.3数据传输成功率应满足实际接收数据与应发送数据的比值不小于95%。

7.2.4数据传输频率可根据需求设置，如预警状态,电场监测数据应每秒钟至少传输一次，其他状态可

每分钟传输一次。

7.2.5用于数据接收存储回放查询的数据处理设备应符合相关标准的要求。设备本地存储数据容量不

少于7天。

8组网监测

组网设备数据应具有可比性，宜采取同一型号或同一探测原理的设备。当不能采用同一型号或同

一探测原理的设备时，应进行数据同化。

组网设备相邻两站直线距离应小于有效探测半径的2倍。

组网设备应能通过指令修改该站预警阈值或调整其安装环境系数。

组网设备必须具备授时功能。

大气电场仪的分布和设置应考虑供电、地面状况、维护成本、设施安全、交通方便等因素，站点

的分布经过计算应满足预警功能。

9维护与校准

4

GB/TXXXXX—XXXX

日常维护

宜进行下列日常维护：

a)每日巡检监测设备的软、硬件运行状况，发现异常时及时处理；

b)当内部时钟与标准时间的误差超过±15s及时调整；

c)当显示的电场数据出现异常时，及时查找原因并处理；

d)当出现停电时，及时检查监测设备的运行状况；

e)查看电场仪向计算机主动传输的采样值，分钟平均值、分钟内最大值和最小值及对应时间，以

及状态信息；

f)计算机向电场仪发出终端操作命令后，查看电场仪的反馈内容。

定期检查

9.2.1监测设备检测和维护的项目包括但不限于下列项目：

a)安装场地；

b)设备稳固和探头水平；

c)设备电气导通性及防静电措施；

d)防雷装置；

e)警示牌或围栏；

f)供电和通信测试；

g)外观清洁；

h)太阳能板擦拭（当采用太阳能供电时）；

i)传感器维护和防腐油漆的修补。

9.2.2当监测设备安装于海边高盐雾或腐蚀性严重的环境，宜每6个月进行一次检测和维护，其它环

境应每12个月进行一次检测和维护。

9.2.3监测设备启用或更换传感器后或发现监测结果长时间异常时，应对系统进行性能检测。

计量校准

9.3.1初始安装和每12个月应对运行中的监测设备进行现场校准。校准方法参照附录B。

9.3.2每36个月宜对运行中的监测设备进行实验室检定。

5

GB/TXXXXX—XXXX

A

A

B

B

附录A

（资料性）

周围环境对地面大气电场测量影响的数值模拟

A.1车体对大气电场测量影响

对于车载式大气电场仪，由于车体和车体上的设备会带有静电，这些带静电的部件会产生电场，其

作用范围与部件的尺寸相同，将会对大气电场测量结果造成一定影响。车体会造成周围电场的畸变，车

体对周边电场影响如图A.1所示。外电场为均匀的1000V/m时，在有车体存在情况下，外电场在车体附近

发生剧烈变化，在上部边角处是正常值的3到5倍，在正上方是1.7倍，在下部边缘又减小到200V/m。

图A.1车体对周边电场的影响

A.2建筑物对大气电场测量影响

设定建立的二维建筑物及其周围电场畸变模型空间分辨率为1m×1m。模拟区域背景电场取值为

晴天大气电场的均值，即130V/m，晴天大气电场方向垂直指向地面，且该模拟区域内没有其它自由电

荷的影响。利用matlab软件模拟大气电场仪安放在建筑物周围，大气电场仪高度为h，大气电场仪距建

筑物的水平距离为D，建筑物高度取值范围为2m～25m时的畸变效应。图A.2为安装环境示意图，表A.1～

A.3为模拟分析结果。

6

GB/TXXXXX—XXXX

图A.2大气电场仪安装环境示意图

从表A.1与表A.2得知，建筑物越高，距大气电场仪水平距离越近，对大气电场观测值影响越大。

从表A.3模拟分析结果3得知建筑物的高度及距大气电场仪的水平距离与大气电场仪安装高度（1.8

米或1.5米）之间没有明显的影响。

从以上分析结果可得出，大气电场仪的安装选址应距离建筑物体越远越好，为获得良好的观测效果

（修正系数≥0.7），建议选址时安装位置距建筑物的水平距离不能小于建筑物本体的高度。

表A.1模拟分析结果1

大气电场仪安装高度建筑物高度建筑物距大气电场仪水平距离修正系数

H/m（h+H）/mD/mK

1.5250.945855

350.87471

450.796729

550.720413

650.650628

750.589209

850.536198

950.490812

1050.451999

1550.324533

2050.257146

2550.217141

7

GB/TXXXXX—XXXX

表A.2模拟分析结果2

大气电场仪安装高度建筑物高度建筑物距大气电场仪水平距离修正系数

h/m（h+H）/mD/mK

1.8230.912301

330.783005

430.657504

530.553866

630.473010

730.410652

830.362172

930.323888

1030.293120

1530.201638

2030.157424

2530.132076

表A.3模拟分析结果3

大气电场仪安装高度建筑物高度建筑物距大气电场仪水平距离修正系数

h/m（h+H）/mD/mK

1.8/1.5250.945855

350.87471

230.912301

330.783005

220.927778

320.728348

8

GB/TXXXXX—XXXX

附录B

（资料性）

地面大气电场仪校准方法

地面大气电场仪校准方法见图B.1。由于户外观测环境的不确定性，地面大气电场监测设备运行了

一段时间后会吸附灰尘，进行清洗维护后，需要对探头进行现场校准。

图B.1地面大气电场仪的校准

使用本方法进行现场校准时需注意：

a)因各厂家设备的外形设计差异，校准参考值由厂家提供，厂家在完成出厂一致性计量检定后，

提供便携式现场校准设备，并给出参考值；

b)便携式设备的直流供电源可单独携带也可至现场设备端取用，但直流电源的负极端宜与探头共

地；

c)不锈钢圆板与采样区域同圆心、同半径，且两者的距离宜为固定值。

9

GB/TXXXXX—XXXX

参考文献

[1]GB/T2900.77—2008电工术语电工电子测量和仪器仪表第1部分：测量的通用术语[S].

[2]GB/T6587—2012电子测量仪器通用规范[S].

[3]GB/T35221—2017地面气象监测规范总则[S].

[4]GB50057—2010建筑物防雷设计规范[S].

[6]GB/T35086-2018MEMS电场传感器通用技术条件[S].

[7]GJB8975—2017航天发射场大气电场监测要求[S].

[8]GJB6073—2007地面大气静电场探测仪器通用规范[S].

[9]GJB7899-2012航天发射场雷电预警与报警规程[S].

[10]GJB1758.23A-2013军用气象仪器检定规程第23部分大气电场仪[S].

[11]GB38121-2019雷电防护雷暴预警系统[S].

[12]QX/T566—2020场磨式大气电场仪[S].

[13]QX/T594—2020地面大气电场观测规范[S].

10

GB/TXXXXX—XXXX

目次

前言...........................................................................II

1范围................................................................................1

2规范性引用文件......................................................................1

3术语和定义..........................................................................1

4基本要求............................................................................2

5监测设备............................................................................2

6监测场地............................................................................3

7数据记录和存储......................................................................4

8组网监测............................................................................4

9维护和校准..........................................................................4

附录A（资料性）周围环境对地面大气电场测量影响的数值模拟.........................6

附录B（资料性）地面大气电场仪校准方法...........................................9

参考文献.......................................................................10

I

GB/TXXXXX—XXXX

地面电场监测技术要求

1范围

本文件规定了地面大气电场监测的监测设备、监测场地、组网监测、数据记录与存储、维护与校准

等要求。

本文件适用于地面大气电场的自动监测。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB4793.1—2007测量、控制和实验室用电气设备的安全要求第1部分：通用要求(IEC

61010-1:2001，IDT)

GB/T17626.5—2019电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验(IEC61000-4-5：2014，

IDT)

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

大气电场atmosphericelectricfield

存在于大气中而与带电物质产生电力相互作用的物理场。

注：用表征大气电场强弱和方向来描述，方向垂直向下的大气电场规定为正电场，方向垂直向上的大气电场规定为

负电场。

[来源：QX/T594—2020，3.1]

地面大气电场groundatmosphericelectricfield

大气中带电物质相互作用在地面产生的合成电场。

[来源：QX/T594—2020，3.2]

地面大气电场仪groundatmosphericelectricfieldinstrument

能持续监测和记录与雷暴有关的地面大气电场数值的仪器，按照工作原理分为场磨式大气电场仪、

电子式大气电场仪。

[来源：GB/T38121—2019，3.1.12，有修改]

1

GB/TXXXXX—XXXX

4基本要求

监测原则

地面大气电场监测应具有代表性、准确性、比较性和连续性。

监测内容

监测地面大气电场的采样值、分钟平均值、分钟内电场强度的最大值和最小值、电场极性、变化率

及对应时间。

监测流程

监测流程包括数据采样、数据处理、数据记录和存储。

5监测设备

组成

地面大气电场监测设备由大气电场仪和控制处理软件两部分组成。大气电场仪应包括电场传感器、

数据采集器、供电单元、通信单元及结构部件组成；控制处理软件应包括运行控制软件和自动采集处理

软件。

使用条件

5.2.1电源

电源应符合下列条件：

——交流电源供电时，电压及频率分别应为：220V×（1±20%）、50Hz×（1±10%）；

——直流电源供电时，电压宜为12V×（1±5%）；

可采用交流市电、太阳能、风能供电。蓄电池单独供电时，维持正常工作时间应不少于7d。

5.2.2周围空气温度

——适用温度：－40℃～60℃。

5.2.3周围空气湿度

——适用相对湿度：95%RH（35℃）。

5.2.4大气压力。

——适用大气压力:500hPa～1100hPa。

5.3监测性能

监测设备主要性能指标应符合GB4793.1—2007的通用要求和表1要求。

表1监测设备主要性能要求

名称性能指标

测量量程－100kV/m～100kV/m

分辨力≤10V/m

最大允许测量误差±(20V/m＋3％×E)

平均故障间隔时间＞5000h

采样频率≥1Hz（数据采样周期可根据测量要求调解）

零点漂移≤±20V/m

2

GB/TXXXXX—XXXX

名称性能指标

内部时钟每30d累计最大允许误差不超过±15s

电源输入端与机壳间的绝缘电阻应不小于2MΩ；在交流电压600V、频率50Hz、

安全性能

持续1min的条件下不应出现飞弧或击穿现象；泄漏电流不应超过5mA(峰值)。

浪涌（冲击）抗扰度直流电源端口、交流电源端口、数据端口：符合GB/T17626.5的要求

监测设备的运行状态应具备远程智能监控管理和异常告警功能；监测设备应能

功能要求

通过远程控制实现系统复位、参数配置等功能。

注：移动式地面大气电场仪性能要求与固定式大气电场仪相同。

6监测场地

环境要求

6.1.1固定式监测场地环境

6.1.1.1监测场地应选择在无遮挡以及周边空旷的室外地带（或楼顶屋面的中间位置），监测设备的安

装点与其四周遮挡物的距离宜大于监测设备探头感应面与最近遮挡物高度差的2倍。

6.1.1.2不宜安装在下列场所。当有特殊需求，安装在下列场所时，厂家应采取有效措施及现场对比监

测试验，制定数据订正方案，保障监测数据质量。

——陡坡、洼地等场所；

——邻近有丛林、铁路、公路、工矿、高（或低）压线路可能对监测数据有影响的场所；

——电磁环境干扰严重、局地性雾、烟及大气污染严重的场所。

——其他不适宜的安装场所。

6.1.2移动式监测场地环境

6.1.2.1监测设备宜架设在地面上，架设地点地面平整，距离车体的距离应大于3倍车体高度。同时周

围远离高大树木、建筑物等易使电场产生畸变的物体。安装点与其四周遮挡物的距离宜大于监测设备探

头感应面与最近遮挡物高度差的2倍。

6.1.2.2对于车载式大气电场仪，当设备架设在车顶时，应考虑车体结构对大气电场数据的影响，安装

地点应选择在车顶正中位置。车体结构对大气电场数据的影响见附录A.1。

仪器安装

6.2.1固定式大气电场仪安装要求

6.2.1.1大气电场仪基础底座的安装应稳固，探头感应面应保持水平。

6.2.1.2大气电场仪的探头感应面与地面高度的间距应为1.5m，设备各金属构件之间应保持可靠的电

气连通，且应采取防静电接地措施。厂家对安装高度有特殊要求的按照厂家执行。

6.2.1.3大气电场仪宜安装在直击雷防护区域内，应有接地装置，且接地电阻应小于10Ω。并应设置雷

击电磁脉冲防护措施。

6.2.1.4当大气电场仪的安装环境处于高盐雾的沿海或海岛时，应采取相应的防腐蚀措施。

6.2.1.5当大气电场仪独立安装时，其周围应设置警示牌，或采取围栏的方式加以隔离。围栏尺寸宜采

用4m×4m，高度宜为0.8m，材质应采用绝缘抗静电感应材料，且不应采用尖端立柱。

6.2.1.6当大气电场仪