海洋站自動觀測設備智能監控報警系統設計

呂富良，王志勇，劉曉飛，姜萬軍，鄭智勇

(1.山東省海洋生態環境與防災減災重點實驗室 青島 266033；2.國家海洋局北海預報中心 青島 266033)

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海洋站自動觀測設備智能監控報警系統設計

呂富良1，2，王志勇1，2，劉曉飛1，2，姜萬軍1，2，鄭智勇1，2

(1.山東省海洋生態環境與防災減災重點實驗室 青島 266033；2.國家海洋局北海預報中心 青島 266033)

海洋環境觀測數據是加強海洋行政管理、海洋環境保護和海洋防災減災能力建設的基礎和重要技術保證，海洋環境觀測數據的質量和時效在海洋災害預警、防災減災中有著舉足輕重的作用。保證觀測數據的連續準確，不僅需要觀測人員高度負責，而且還應配備穩定可靠、質量可行的觀測設備和傳送暢通的通信線路。隨著海洋環境觀測任務的增加和海洋觀測自動化水平的提高，在觀測設備運行中及時、準確地發現故障和查找問題亟須建立一套質量可靠、實時報警的監控系統。文章結合多年海洋站工作經驗以及小麥島海洋環境監測站實際情況，基于構建故障報警和監控系統在海洋站自動化觀測系統中的作用，提出海洋站觀測設備智能監控報警系統的設計構想，并對系統組成和系統應具備的功能進行論述。

海洋觀測；海洋站；自動觀測設備；監控報警系統

1 引言

海洋環境觀測是海洋站主要的工作職能之一，是一項長期的、連續的、純公益性的海洋基礎工作。通過先進監測設備和有效運行，獲取的觀測數據可為各級海洋行政主管部門加強海洋行政管理、合理開發利用海洋資源、減少海洋災害損失提供重要的技術依據。

在我國漫長的海岸線上，進行海洋環境觀測的海洋站目前約有100余個。為滿足國家海洋防災減災、國防建設需要，還有更多的海洋站處于建設和待建設中。目前國家海洋局全部海洋站(包括無人值守站和共建站)都已安裝自動臺站觀測系統，每日都在連續不斷地進行著海洋水文、氣象監測數據和其他項目監測數據的采集、處理和傳輸[1]。隨著監測與觀測技術的發展，海洋站也在不斷增加新的監測設備和監測項目，以期為我國海洋防災減災提供更加強有力的技術支撐。海洋站由于地處沿海，環境條件比較惡劣，鹽霧、濕度等因素難免對海洋觀測監測設備造成一定程度的不利影響，常因設備出現問題卻不能被及時發現，導致觀測數據異常甚至缺失；若能做到及早發現設備故障，就可以爭取時間組織人員進行維修，以保證在最短時間內恢復觀測監測系統的正常運轉。實時監控報警系統已在消防、交通等行業廣泛實施，部分自動氣象觀測站也已開發并使用實時數據監測及短信報警軟件[2-4]，由此本文根據小麥島海洋站實際工作情況，提出建立海洋站自動觀測系統智能監控報警系統。

2 小麥島海洋站自動觀測設備

2.1 現有觀測設備組成

小麥島海洋站建立于1959年，位于青島市嶗山區小麥島，長年開展海洋水文氣象自動觀測，同時進行五號碼頭、田橫等長期驗潮站的數據監測管理；因該站地處優越位置條件，加之配備GPS觀測、海嘯預警監測、X波段雷達、地波雷達等在線監測設備，數據接收和監控工作量很大(圖1)。

圖1 小麥島海洋站觀測設備工作流程

2.2 當前觀測設備監控存在的困難

首先，小麥島海洋站的海洋水文氣象自動觀測系統由多個傳感器、數據接收處理和上傳設備等組成，結構復雜。各傳感器作為獨立工作單元分布在室外的觀測點，進行實時數據采集，各個節點都有發生故障、影響數據獲取的可能；其次，觀測值班人員主要負責對海洋水文氣象自動觀測系統設備進行日常巡視，而其他項目監測設備如X波段雷達、地波雷達、太陽輻射通量和大氣監測設備等雖在線運行，但各設備的觀測數據大部分都是后臺運行，每臺設備均設有不同的數據處理(或監控)計算機，觀測人員對設備的數據不能及時查看或無法查看，因此很難及時發現部分設備的運行中斷；再次，觀測數據質量目前完全依靠觀測人員人工查看，而觀測儀器多、數據量龐大，易造成部分觀測數據存在偏差而難以發現；最后，每次出現故障時，觀測人員因技術所限，不能及時發現問題出處，需要專業技術人員到站檢修才能確定儀器故障、線路傳輸故障等原因，極大延長故障時間。值得注意的是，以上問題在無人值守海洋站和夜間不值班海洋站更為突出。

3 海洋站自動觀測設備智能監控報警系統的設計

3.1 系統設計目標

根據上文提到的海洋站自動觀測設備的組成和當前監控的困難，提出構建海洋站自動觀測設備智能監控報警系統的基本設計構想。通過建立一套智能監控報警系統，將海洋站所有觀測監測設備全部納入監控，對各個設備的信號傳輸和供電電源進行監視，實時了解觀測監測系統的工作狀態，一旦發生設備故障或數據異常等情況，系統能及時發現故障所在并同時進行現場聲光顯示報警和遠程報警，方便工作人員及時排查故障，以保證在最短時間內恢復系統的正常運轉，使得觀測監測資料連續、完整、準確。

3.2 系統設計原則

設計海洋站設備監控報警系統應符合國家相關標準要求，做到無誤報、無漏報和人性化、智能化。應遵循以下原則。

(1)確保安全性，海洋站監控報警系統應能24 h連續運轉，系統的安全性、可靠性必須予以高度重視，不能影響觀測監測設備的正常運行。系統設計須符合《中華人民共和國公共安全行業標準》。

(2)提高經濟實用性，在標準化和結構化的前提下，達到功能和經濟的優化設計，并能夠推廣普及。

(3)滿足先進性，在滿足現有需求的前提下充分考慮各種智能化，適應技術發展的趨勢，保證多種觀測監測設備的兼容性，具有高度集成性，在實現技術上保持先進性。

3.3 系統構成及工作流程

智能監控報警系統主要包括硬件監控和軟件監控兩部分(圖2)。硬件監控主要由報警控制器、智能報警裝置、聲光顯示面板、無線發送裝置構成，對海洋站不同的傳感器、采集器、數據處理設備、傳輸設備等的供電電源線路和信號線路上加裝報警控制裝置，對電源、信號線路進行實時監控，通過設置不同的報警序列做出對應觀測監測設備的報警指示和警報。現場報警提醒采用主機和聲光警笛一體化設計，當海洋站任一觀測監測設備出現AC220V電源電壓中斷或獨立設備自身出現故障不能工作時，報警控制器立即啟動，判斷供電線路或信號線路故障，并將相應故障信號發送至值班室聲光顯示面板接收器上(圖3)，啟動智能聲光報警電路，根據報警序列對應的監測項目指示燈立即閃爍并由超強蜂鳴器發出報警聲音，對現場值班人員進行提醒。值得注意的是，聲光顯示面板設計具備開放性和可擴展性，可根據海洋站實際，增加X波段雷達、地波雷達等其他監測項目。

圖2 智能監控系統報警流程

考慮到海洋站工作的特殊性，無人值守站和有人值守站的夜間無法對觀測監測設備的工作情況進行定點巡視，監控報警系統除采用現場報警提醒之外，還應具備無線遠程報警功能，分別對海洋站內值班人員和海洋站外管理人員提供報警功能。無線遠程報警的實現原理是，預先在海洋站監控報警系統內輸入有關值班管理人員的手機號碼，當海洋站任一觀測監測設備出現電源中斷或獨立設備自身出現故障不能工作，在完成現場提醒報警的同時，立即啟動短信報警程序，系統依托中國移動的GPRS 網絡將故障設備以手機短信的方式發送到有關人員手機上，完成報警目的。相關人員通過短信可遠程及時了解現場儀器設備故障情況，及時組織協調排除故障，從而最大限度減少數據的丟失，確保觀測監測數據的完整性。

在硬件監控的基礎上，軟件監控主要由數據庫、前端顯示軟件構成，將所有觀測監測設備獲取的實時資料存入數據庫并進行查詢和檢查，包括：缺測數據檢查，記錄觀測要素為空值的數據；極值數據檢查，根據設備觀測范圍和歷史觀測設置極值，記錄超出極值范圍內的數據；網絡傳輸檢查，記錄因網絡不通暢造成未傳輸成功的數據。根據上述出錯信息，做出對應設備的報警警示和警報，在前端顯示軟件中顯示報警，供值班人員查看，同時也利用無線遠程報警，發送手機短信給有關管理人員。

圖3 智能監控系統聲光顯示面板示意

3.4 系統特點

海洋站監控報警系統采用先進的工藝制作，力求結構設計新穎、美觀、大方。整個系統應具有以下特點：①具有較強的耐腐蝕、防潮、防塵、防高溫和防干擾能力；②設備體積小、重量輕，低功耗，使用壽命長，安裝方便；③采用聲光一體化專用集成芯片設計；④通過硬件和軟件監控的結合，實現對整個觀測監測系統監控的全覆蓋，既保證硬件故障被及時發現，也提高數據準確率，減少數據錯報、漏報。

4 結語

基于小麥島海洋站觀測監測設備運行現狀，提出構建海洋站觀測監測設備智能監控報警系統的設想，對海洋站實時在線設備工作情況進行監控，以達到便于值班人員和技術維修人員及早發現問題、采取措施并盡最大可能減少數據丟失的目的。該系統的建設具有很好的推廣普及性，可在岸基海洋站、海島站、平臺站、浮標上等推廣使用，實現現場報警提醒和遠程報警提醒管理，使相關人員能及時了解站點的儀器供電情況和觀測數據質量，保證數據傳輸的連續性、完整性。下一步將加強合作與交流，盡快促進智能監控報警系統的實現和應用推廣。

[1] 張喜驗.自動化臺站觀測網的模塊化技術研究[J].山東科學，2001，14(3)：25-29.

[2] 李彥，羅續業.海洋監測傳感器網絡概念與應用探討[J].海洋技術，2006，25(4)：33-35.

[3] 曹亮，于軍琪.基于ARM與GPRS的火災報警遠程監控系統[J].國外電子測量技術，2006，25(12)：20-22.

[4] 高峰，侯飆.自動氣象站實時數據監測及SMS報警系統[J].氣象水文儀器，2009(2)：84-90.

On a Design of Intelligent Monitoring and Alarming System for Automatic Equipment of the Ocean Station

LV Fuliang1，2，WANG Zhiyong1，2，LIU Xiaofei1，2，JIANG Wanjun1，2，ZHENG Zhiyong1，2

(1.Shandong Provincial Key Laboratory of Marine Ecology and Environment & Disaster Prevention and Mitigation，Qingdao 266033，China；2.North China Sea Marine Forecasting Center of State Oceanic Administration，Qingdao 266033，China)

Ocean environmental observation data is the foundation and important technical support of marine administrative management，marine environmental protection and prevention and reduction of marine disaster.The quality and timeliness of the data plays a significant role in the prediction，warning，prevention and reduction of marine disaster.To guarantee the accuracy and continuity of the observation data，not only the highly responsible staffs，but also stable and reliable observation equipment and open communication lines are needed.With the increase of marine environment observation mission and the improvement of automation in observation，what is needed now is a reliable and real-time monitoring and alarming system which can find the problems and bugs timely and accurately when the observation is performing.With many years working experiences in ocean station and the situation in the Xiaomaidao ocean station，we introduced the effects and put forward the design of monitoring and alarming system for automatic equipment，and also discussed the composition and required functions of the system.

Ocean observation，Ocean station，Automatic equipment，Intelligent monitoring and alarming system

2015-11-03；

2016-04-02

呂富良，高級工程師，研究方向為海洋環境監測，電子信箱：lfl7280@163.com

P71

A

1005-9857(2016)05-0100-04