我们的使命
我们是来自 Kanata 的 Kevin 和 Eric。我们的项目要构建一个可持续的、社区共享的雷电提醒网络，提供秒级、本地化的信息与公众科普，作为 WeatherCAN / WeatherBug 的有益补充。
为什么重要
- WeatherCAN 等官方应用程序提供准确的信息，而我们的系统则通过在几秒钟内检测闪电并几乎立即共享警报来对其进行补充。
- 对于高尔夫、网球、足球等户外活动, 即使 30 秒的延迟也可能造成危险。
- 现有产品多用于个人家庭, 而我们的项目强调社区共享, 让整个社区的人都能第一时间获得告警。
- 如果社区里每个家庭都单独购买雷电传感器和基站, 花费和能耗都会非常高。我们的社区共享网络只需少量设备, 就能保护所有人, 既节省开支, 又节能环保, 同时还能提供更好的覆盖效果。
什么是社区雷电告警
我们的项目有何不同？
目前的雷电解决方案, 要么是全国性的网络, 要么是针对单个家庭。 还没有专门为社区共享而设计的可持续系统。我们的项目正是填补了这个空白。
| 类型 | 主要特点 | 局限性 |
|---|---|---|
|
国家/全球网络 (WeatherCAN, Vaisala) |
覆盖范围广, 官方数据, 科研级精度 | 非超本地化, 不面向社区 |
|
个人设备 (AcuRite, Tempest) |
单户可负担, 探测范围几十公里 | 数据孤立, 若每家都买成本高, 无共享机制 |
| 我们的社区共享系统 | 秒级提醒, 学校/俱乐部/家庭共享, 可持续且经济高效 | 新概念, 需要社区协作 |
工作原理
- 雷电传感器探测到几公里范围内的闪电。
- 接收器解码数据并传输到服务器。
- 服务器通过网站和手机应用发布告警。
- 社区成员收到即时通知, 确保安全。
App Preview
See how our Lightning Alert App works on iPhone.
WeatherCAN 与 WeatherBug 雷电地图对比
很多人注意到，加拿大官方的 WeatherCAN 雷电地图和商业应用 WeatherBug 在显示上差别很大。第一眼看上去，这两个地图给人的精度印象完全不同。
| 对比点 | WeatherCAN（官方） | WeatherBug（商业应用） |
|---|---|---|
| 地图缩放 | 缩放有限，主要是城市级别 | 可深度缩放，视觉上可到街道级别 |
| 用户印象 | 看起来比较粗糙，更多是区域模式 | 看起来非常精准，似乎能精确到每条街甚至房子 |
| 实际探测原理 | 基于加拿大官方雷电探测网络（ECCC） | 基于 Earth Networks 的 ENTLN 传感器网络 |
| 真实精度 | 取决于探测器密度，通常在几百米到几公里之间 | 同样取决于探测器覆盖，不能保证街道级别 |
关键点：这两个地图的区别主要是视觉上的。WeatherCAN 展示的是城市级别的粗粒度，而 WeatherBug 看起来更细致、更本地化。但实际上，它们都依赖探测器的密度。在探测器稀疏的地方，两者都无法保证真正的街道级精度。
How We Compare to WeatherCAN / 我们的项目与 WeatherCAN 的对比
WeatherCAN 提供可靠的全国雷电地图。我们的项目在此基础上, 提供更本地化、实时化、社区共享的方案。
| Feature / 特点 | WeatherCAN | Our Project |
|---|---|---|
| Update Frequency / 更新频率 | Every 1 minute | Seconds-level updates |
| Coverage / 覆盖范围 | Nationwide (Canada) | Local (1-40 km around sensors) |
| Detection Type / 检测类型 | Cloud-to-ground lightning | Same, but with community triangulation for location |
| Access / 使用方式 | WeatherCAN App | Free website + iOS App for our community |
| Purpose / 目标 | National awareness | Community notification/awareness & education |
两个系统都很有价值。WeatherCAN 提供全国视角, 而我们的项目则专注于卡纳塔湖社区的本地化、实时安全。
STEM Knowledge We Use / 我们使用的 STEM 知识
- 无线电:433 MHz 信号, 软件定义无线电 (SDR), 电磁脉冲探测。
- 信息技术 / 计算机科学:MQTT 发布/订阅, 云端服务器, 实时通知, 网页开发, 手机应用开发。
- 数学:几何与三角学(三点定位), 距离圆的交点计算, 数据可视化。
- 气象与地球科学:雷暴, EMP 脉冲, 雷电形成, 30/30 安全规则, 风险意识。
- 工程:硬件搭建(树莓派 / 香橙派), 低功耗系统设计, USB 集线器接入, 边缘到云端架构。
Community Triangulation / 三角定位
在不同家庭或学校安装传感器, 学生和邻居可以共同合作, 构建一个社区级的雷电探测网络。每个传感器都会估算雷电的距离, 当多个传感器的圆圈重叠时, 就能更精确地确定雷电位置。
未来的扩展:每个传感器由不同的学生或邻居安装, 形成社区级的协作网络, 传感器越多, 定位就越精准。
通过这些站点的协作, 就能实现三角定位, 把单个的雷电警报, 转变为一个功能强大的社区级安全系统。
材料与预算
| 项目 | 费用 |
|---|---|
| 雷电传感器 | $62.70 |
| RTL-SDR USB 接收器 (433 MHz) | $65.95 |
| Raspberry Pi 或小型电脑 | $143.00 |
| Apple 开发者账号 (1 年) | $99.00 |
| MQTT 云服务器 | $10/Month |
| 网站托管 (GitHub Pages / Netlify) | Free |
| 总初始成本 | ≈ $370 |
持续成本:大约 $10/月。
项目计划时间轴
阶段 1:原型 (第1-2周)
购买硬件(传感器、SDR、树莓派), 测试信号解码, 验证探测准确性。
阶段 2:基础设施 (第2-3周)
搭建云服务器, 安装 MQTT broker, 连接树莓派, 建立基础数据记录。
阶段 3:网站 (第3-4周)
上线项目网站, 展示使命、预算、STEM 知识, 并开放捐赠。
阶段 4:应用开发 (第4-5周)
申请 Apple 开发者账号, 配置 Xcode, 开发带通知功能的 iOS 应用原型。
阶段 5:改进 (第5-6周)
增加地图可视化, 提升服务器安全, 优化基于距离的提醒, 收集用户反馈。
阶段 6:社区发布 (第7周+)
发布应用到 App Store, 组织社区科普讲座, 帮助邻居安装和使用应用。
阶段 7:扩展
在 Kanata 增加更多传感器, 招募学生团队, 探索 Android 版本。
Community-shared Lightning Alert Prototype Success! / 原型试验成功！
我们成功完成了雷电传感器原型实验！系统能够实时探测到闪电并发送提醒。
这标志着我们迈出了建设社区共享雷电预警网络的第一步。
Contact Us
We'd love to hear from you! Whether you are from ECCC, a teacher, a parent, or a community member, feel free to reach out.
- Email: jingkevin0408@gmail.com
We are based in Kanata Lakes, Ottawa, and happy to collaborate with organizations that care about community safety and weather awareness.
Lightning in Canada
Lightning is a serious safety concern in Canada. According to Environment and Climate Change Canada (ECCC) and scientific studies, lightning strikes cause multiple deaths and hundreds of injuries every year.
| Source | Deaths per year | Injuries per year |
|---|---|---|
| Official conservative estimate (ECCC) | 2-3 | ~180 |
| Scientific research (Mills et al., 2006) | 9-10 | 92-164 |
| ECCC upper estimate | ≤10 | ≤164 |
Most lightning-related deaths and injuries in Canada occur during the summer months (June-August), especially in Ontario, Quebec, Alberta, Saskatchewan, and Manitoba.
This shows why community-level, second-fast lightning alerts are important: even in a developed country like Canada, lightning still causes preventable deaths and injuries every year.
Global Lightning Risks & Safety
World map showing frequency of lightning strikes, in flashes per square kilometer (km²) per year (equal-area projection). Lightning strikes most frequently in the Democratic Republic of the Congo. Data combined from the Optical Transient Detector (1995-2003) and Lightning Imaging Sensor (1998-2003).
Where is lightning most frequent?
The highest lightning densities are found in tropical regions. Lake Maracaibo in Venezuela holds the world record with ~250 lightning strikes per km² per year, followed by parts of DR Congo (~205/km²) and Singapore, the country with the highest overall lightning density.
- Lake Maracaibo, Venezuela - ~250 strikes/km²/year
- Kabare, DR Congo - ~205 strikes/km²/year
- Singapore - 8-12 strikes/km²/year (highest density country)
Global Impact of Lightning
According to the World Meteorological Organization (WMO), lightning kills about 24,000-30,000 people every year worldwide, and injures 240,000-300,000 more. Many cases in rural areas are never reported, so the true numbers may be higher.
How to Stay Safe
- Avoid outdoor activities during thunderstorms, stay indoors when possible.
- If outside, seek shelter in a closed metal vehicle, not under trees.
- Keep distance from others outdoors, as lightning can spread across the ground.
- Buildings should have lightning rods and grounding systems, checked yearly.
Supported By / 支持与资助
感谢支持我们的组织、学校和个人, 他们相信并愿意共同建设一个更安全的社区共享雷电告警网络。
以及社区的个人捐赠者
Community Donors / 社区捐赠者
感谢慷慨支持我们项目的个人和家庭。
我们的故事 - 这个想法是怎么来的
我一直对气象和极端天气充满热情。几年前，我就在家里安装了一个个人气象站，坚持观察和测量本地的天气情况。随着时间推移，我更加明确了自己未来要从事大气与环境科学方面的学习和职业方向。
为了向专业人士学习，我开始在 LinkedIn 上关注加拿大环境与气候变化部 (ECCC) 和其他相关机构，阅读他们的文章和更新。有一次，我看到 ECCC 发布消息，说 WeatherCAN 新增了一个功能：Canada’s Lightning Map（加拿大雷电地图）。我非常兴奋，第一时间试用了，并在 LinkedIn 上发表了反馈。
当我把 WeatherCAN 的新功能告诉家人的时候，我那个总爱追问问题的弟弟立刻插话：‘这个雷电地图和我们家的气象站雷电告警有什么区别呢？既然 WeatherCAN 已经有了这个功能，是不是大家以后都不用再买我们这样的传感器了？’ 他一连串的问题让我突然停下来，好好想了想。
后来，在高尔夫球场训练时，我问教练俱乐部有没有雷电告警设备。教练说没有，但他个人一直在用 WeatherBug，还给我看了它的雷电地图界面。我的第一反应是：这个界面好精细啊，居然能直接看到球场和街道。回家后我开始查资料，发现虽然 WeatherBug 的地图看起来很细致，但真正的探测精度仍然取决于传感器的分布密度。
这次经历启发我去研究 ECCC 的雷电探测网络的功能和特点，也让我想到一个新点子：除了国家级或商业系统，我们也可以在社区内部做一个共享的、本地化的、实时雷电提醒网络。
通过建设一个社区共享的雷电检测网络，我希望不仅能在极端天气中提升安全性，还能增强居民的防雷意识和科普教育，让大家更好地保护自己。
Kevin
观测记录
7 月 24 日晚上 8:08，在 Kanata 记录。加拿大环境部发布了严重雷暴观察，随后升级为严重雷暴警告。。
参考资料 / References
- Environment and Climate Change Canada (ECCC). WeatherCAN 应用与加拿大雷电地图. Government of Canada. https://weather.gc.ca/index_e.html?layers=,,lightning
- Earth Networks. Earth Networks 全球雷电网络 (ENTLN). https://www.earthnetworks.com/lightning-detection/
- Vaisala. 加拿大雷电探测网络 (CLDN) 宣传册. https://www.vaisala.com/.../CLDN%20Brochure%20B210413EN-a.pdf
- Wikipedia contributors. Distribution of lightning. In: *Wikipedia*. Available at: https://en.wikipedia.org/wiki/Distribution_of_lightning [Accessed 10 September 2025].