智能地震臺站試驗性研究＊

黃顯良 戚 浩 程 鑫 夏仕安 張 炳 王瑣琛 駱佳驥 郁建芳

（安徽省地震局，合肥230031）

（作者電子信箱：戚浩：qihao8888＠126.com）

引言

地震臺站是地震觀測系統的基本組成單元，同時也是整個地震監測工作中最核心的部位［1］。地震監測工作如同大樓的基石，它的運行質量直接影響著整個監測系統的觀測質量。隨著計算機技術、網絡技術和數據庫技術等的發展，用戶對地震數據服務水平的要求也越來越高，無人值守臺站作為工作效率高、建設速度快、投入少、占地少、維護成本小的工作方式在全國得到普遍推廣［2－3］。由于觀測環境的需要，這些無人值守臺站多處在較偏遠或者環境復雜的位置，比如：深山中、山洞里、荒島上。如何對這些無人值守臺站進行有效地維護與管理，已經成為一項亟待解決的問題。因此，建設智能臺站就顯得相當必要和迫切。

目前，我國的測震臺站主要配置為寬頻帶地震記錄儀，這些設備對溫度和濕度等因素很敏感［4］。針對這種情況，本文通過構建臺站綜合智能監控系統，對單個臺站內各種動力設備、環境設備及系統的狀態信息、報警信息、控制命令、圖像信息等進行完整的集中監控，并能夠通過DDN、2M、VPN 等多種數據傳輸方式，對分布在各地的多個監測點／臺站實現跨區域的聯網集中監控管理。

1 系統設計

智能臺站，顧名思義就是使臺站的維護與管理智能化、自動化，通過在臺站安裝監控設備，維護人員能夠遠程監控臺站的各種信息及儀器的運行狀態，發現問題并遠程進行操作與處理。智能地震臺站監控系統主要由綜合智能監控平臺和臺站監控系統組成，如圖1所示。

（1）綜合智能監控平臺。智能臺站建設中，最核心的就是綜合智能監控平臺的開發，采用C／S 模式，開發工具選擇C＋＋、NET，數據庫選擇SQL SERVER 2005，包括服務器端和客戶端，服務器端負責采集、存儲、轉發數據、發送控制命令；客戶端負責與用戶交互等。它可以將遠程控制、防火防盜、智能電源管理、溫濕度監控等集中到一個平臺，進行綜合、一體化管理，并能遠程設置地震數據采集器的參數，實現一鍵標定等。

圖1 智能臺站監控系統網絡拓撲圖

（2）臺站監控系統。由各個傳感器和嵌入式采集終端組成，部署在各個無人值守臺站，主要負責實時監測臺站各相關參數，并把各類監控參數、采集圖像和報警信息發送到綜合智能監控平臺［5］。臺站監控系統的基本配置為綜合數據采集器、高清紅外網絡攝像機、門磁、煙霧探測器、溫濕度傳感器、聲光告警器、語音輸出裝置、GSM 短信收發器、直流供電和三相交流模塊等。

2 各模塊構成

地震臺站智能監控系統主要由以下4個部分組成：動力環境監控模塊、遠程控制模塊、視頻監控模塊和數據處理模塊，如圖2所示。

2.1 動力環境監控模塊

動力環境監控模塊主要是針對無人臺站的設備特點和工作環境，對UPS、市電、溫濕度、煙霧、門磁等設備數據實時采集，并對語音輸出、燈光輸出進行聯動控制，實現“遙測、遙信、遙控、遙調”等功能。動力環境監控模塊主要包括數據采集模塊和聯動控制模塊2個部分。

（1）數據采集模塊。該模塊的具體功能如下：①UPS數據采集，通過用戶提供的接入UPS智能口協議，可進入UPS狀態顯示頁面，查看UPS的工作狀態、輸入／輸出電壓、工作頻率、負載等詳細信息；②市電采集，可直接查看臺站內設備供電的直流電源模塊工作狀態及具體電壓值，并用于檢測臺站內市電的供電狀態（來電／停電）及電壓數值，如市電停電，則每項電壓上均為0.00V；③溫濕度采集，用于連續自動記錄地震臺站室內環境中空氣溫度和濕度變化，檢測子臺室內環境突變；④煙霧采集，用于實時監測地震臺站室內煙霧濃度，實現火災防范；⑤門磁采集，可直接查看臺站大門（開啟／關閉）狀態，方便了解臺站人員的進出情況。

圖2 智能地震臺站監控系統構成圖

（2）聯動控制模塊。該模塊包括遠程語音輸出和燈光聯動輸出2個單元。遠程語音輸出模塊可以查看臺站聲音輸出告警情況，并能對臺站內音響進行遠程控制，方便與子臺維護人員交流；燈光聯動輸出模塊用于對臺站內燈光進行遠程控制，便于維護人員利用網絡攝像頭遠程查看子臺儀器的運行狀態。

2.2 遠程控制模塊

經長期運行發現，有的地震數據采集器多次出現“死機”現象，這種情況在遙測臺網和其他地震臺網都出現過［6］。遠程控制模塊主要用于遠程重啟數采，用戶可通過登陸配置頁面，輸入指定子臺的數據采集器的主機地址、Telnet訪問端口、登錄用戶名及密碼進行登錄。登錄后，執行相應命令語句（如設備重啟命令rbt），系統會自動遠程登錄指定數據采集器，同時執行遠程重啟的命令，該功能相當于對遠程數據采集器進行一次軟重啟復位。此外，用戶還可以通過遠程聯動控制器對設備進行斷電上電復位功能，進行遠程硬重啟［7］。

2.3 視頻監控模塊

利用視頻網關、視頻服務器或DVR，將攝像機輸出的視頻信號轉換為壓縮數據流，并按TCP／IP實現網絡通訊［8］，提高機房的可靠性和安全性，充分保證監測儀器的安全，實現遠程監控。

（1）遠程視頻瀏覽。為了盡快查明和及時處理子臺設備故障，視頻監控模塊的主要功能之一就是實現遠程圖像控制和遠程儀器設備狀態瀏覽。在一般狀態下，網絡高清攝像頭可用于遠程監視子臺主要設備工作狀態［9］，通過觀察儀器工作指示燈和參數顯示面板判定觀察到的儀器故障，并在地震臺站綜合智能監控平臺上進行遠程遙控處理。

（2）圖像聯動。是指通過視頻監控模塊對子臺現場的情況進行聯動圖像抓拍和聯動圖像存儲。考慮到網絡視頻資料將占用大量的存儲空間，且地震子臺人員出入較少的情況，所以只有在維護人員手動開啟和門磁報警狀態下，網絡攝像機會從休眠模式切換至工作狀態，監控現場人員活動，同時很好地解決了防盜抓拍等問題。

2.4 數據處理模塊

該模塊主要實現了數據報表的統計和輸出功能，包括對子臺信息、實時報警數據、歷史報警數據、門禁數據、歷史數據、操作日志和智能設備數據的查詢和自動歸檔，方便監控人員查看。各類數據信息可按照記錄時間、事件類型或設備類型進行排序。同時，該模塊提供定時或手動輸出各類監控報表等信息，具備導出生成Excel、PDF、JPG等格式文件功能。

3 試點運行

白山地震臺是安徽省地震局于2005年新建的數字遙測地震臺，位于合肥市廬江縣白山鎮，臺站配備了KS－2000（60s）地震計和SMART－24數采，網絡鏈路為光纖傳輸。白山臺為安徽省較為典型的無人值守臺站，因雨季雷電較頻繁、農電外線路斷電頻率較高等原因，比較適合作為試點進行測試。臺站綜合數據采集終端通過串口與智能UPS連接，其他各硬件監控設備經串口轉換器或網口匯集到綜合數據采集終端并與網絡交換機連接，將各監控設備的IP 地址逐個添加后，再通過地震臺站綜合智能監控平臺實現對臺站的智能監控，安徽省地震臺站智能監控信息如圖3 所示。當臺站出現外線路斷電、網絡設備異常、監控參數超標或有人進入擺房時，智能監控平臺就會按照預定的方案迅速判斷故障點，并根據設計的告警類型和級別發出警報提醒相關維護人員，同時智能監控平臺提供了對臺站遠程設備的軟、硬復位和標定功能。

圖3 安徽省地震臺站智能監控信息

從2012年11月至今的運行情況來看，該監控系統穩定可靠，既實現了遙測臺站的智能監控和遠程管理，也未對地震觀測儀器的正常運行產生任何干擾，有效提高了臺站技術系統的穩定性以及地震數據產出的連續性。

4 結語

智能地震臺站的建設，可以方便臺站維護人員遠程實時監控臺站的環境變化和設備的運行狀態，能夠使維護人員及時判斷臺站的故障類型，做好應對措施，縮短故障處理時間，有效地保證臺站觀測數據的連續、穩定和設備運行的安全。其對規范臺站維護管理、節約臺站維護成本、提高觀測系統質量、實現臺站運行的科學化和智能化，具有較高的推廣價值，對實現發展智能臺網建設具有積極的意義。

［1］王方建，李衛東，趙國峰.地震觀測數據平臺體系架構研究.中國地震，2009，25（2）：214－222

［2］侯建民，黃志斌.國家臺網地震速報綜合信息發布系統研究.中國地震，2009，25（4）：445－454

［3］韓進，宋澄.遙測地震臺站的防雷思考.地震地磁觀測與研究，2011，32（1）：109－112

［4］中國地震局監測預報司.數字地震觀測技術.北京：地震出版社，2003：492

［5］陳吉鋒，陳軍輝，應昶，等.無人職守地震臺站遠程監控系統的設計與實現.地震研究，2012，35（3）：429－433

［6］郭英林，張孟申.地震數據采集器的一種硬件“看門狗”.地震地磁觀測與研究，1999，20（3）：67－68

［7］索陽，甑然，楊國福.地震數據采集器電源監控系統設計.電工電氣，2009（6）：4－6

［8］陳龍，李仲男，彭喜東，等.智能建筑安全防范及應用.北京：機械工業出版社，2007：206

［9］潘志宏，崔慶谷，郭志華，等.地震觀測臺站遠程測控系統的研制與應用.地震地磁觀測與研究，2010，31（5）：114－117