江西地震臺站常見故障分析及解決方案探究

[摘要] """通過對江西臺網傳統測震臺站和預警臺站近幾年運行故障統計分析認為，引起臺站數據斷記原因主要為供電和網絡出現故障兩大因素。采用價廉物美、自動告警、穩定可靠的停來電智能云報警器設備，可快速診斷臺站供電故障；采用經濟實用、自動切換、安全可靠工業級（有線/無線）自由切換路由器設備，可有效解決臺站通信網絡中斷，實現數據傳輸（有線/無線）自動切換，對運維人員診斷臺站供電故障或恢復網絡傳輸，縮短數據中斷時間，提高運維工作效率與臺網運行率有積極意義。

[關鍵詞] 地震臺站; 輔助設備; 故障判斷; 運維效率

[DOI] 10.19987/j.dzkxjz.2024-061

基金項目："江西省地震局“一站一中心”開放基金（OGYB202102）資助。

0 "引言

地震監測是防震減災工作的重要基礎，地震臺站又是監測預警、預測預報的前沿陣地^[1-4]。隨著國家地震烈度速報與預警工程江西子項目建設完成，江西臺網已建成臺間距約35 km，規模達135個地震監測站點（4個基準一類站、21個基準二類站、58個基本一類站、52個基本二類站）的數字化地震監測站網，全省地震監測速報、地震預警能力得到了很大的提高。項目完成投入運行，有效推動了江西地域由分鐘級地震速報向秒級地震預警的跨越式轉變，形成具有遠場大震預警能力和基于市縣級城市一定區域地震烈度速報能力，為政府應急決策、公眾逃生避險、重大工程緊急處置、地球科學研究提供及時豐富的地震安全服務和數據^[5-7]。我們知道，臺網可靠有效的運行維護是臺網系統穩定運行的根本保障，臺站系統運行維護更是獲取穩定連續觀測數據重中之重的技術環節。

本文以國家地震烈度速報與預警工程江西子項目建設前后，江西地震臺網臺站運行常見故障為研究重點，針對常見主要故障現象給出可行解決方法，為其他省局臺網的臺站運維提供一些有益參考與借鑒。

1 "臺網概況

1.1 "傳統測震臺

國家地震烈度速報與預警工程江西子項目建設前，江西地震臺網由4個國家臺、21個區域臺、3個地方臺、5個強震動臺與1個省級臺網中心組成，共計33個地震臺站。同時，共享鄰?。ò不?、湖南、福建、廣東等）30個測震臺站波形數據，江西測震臺網臺站分布情況如圖1所示。因其中的3個地方臺與5個強震動臺不參加全國測震觀測資料評比，故不在圖1中顯示。本文主要針對4個國家臺與21個區域臺的運行情況為研究對象展開統計分析。

1.2 "新建預警臺

國家地震烈度速報與預警工程江西子項目建設完成后，江西臺網臺站規模達135個。其中，新建105個臺站（53個基本一類站、52個基本二類站）；改造30個臺站（4個國家臺改造成基準一類站，21個區域臺改造成基準二類站，5個強震臺改造成基本一類站）。臺站臺間距約35 km。圖2為江西地震臺網預警臺站分布圖。

國家地震烈度速報與預警工程江西子項目完成投入運行后，江西臺網實現由過去承擔地震監測速報單一功能，逐步拓展為地震監測、地震預警、烈度速報三大功能；從單純提供地震速報（地震三要素）服務到既提供地震速報又可提供地震預警和烈度速報服務業務拓展^[8]。

1.3 "臺站技術系統

國家地震烈度速報與預警工程江西子項目建設的基準站、基本站觀測系統構成與傳統測震臺站觀測系統有相似之處，主要由地震專業設備、通信網絡設備、供電設備和輔助設備組成。地震專業設備包括：地震計、加速度計、數據采集器；通信網絡設備包括：路由器、交換機、光端機；供電設備包括：智能電源、蓄電池，還有避雷器、電源插座等輔助設備。數據傳輸采用MSTP專線實時傳送到省局地震預警中心；同時，通過JOPENS數據交換管理中間件實現與中國地震臺網中心及鄰省臺網數據共享^[2]。圖3為地震預警基準站技術系統設備構成。圖4為地震預警基本站技術系統設備構成。而一般站主要依托中國鐵塔江西分公司轄區基站建設，一般站技術系統主要為烈度儀，設備安裝在鐵塔基站。一般站技術系統與傳統測震臺站和預警基準站、基本站技術系統構成差異較大^[9]。中國鐵塔江西分公司承擔一般站運維，本文統計分析臺站運行故障不涉及一般站。

2 "臺站故障統計分析

2.1 "測震臺站故障統計分析

依據江西臺網運行記錄日志，統計了2019—2023年連續5年參加全國測震觀測資料評比的25個臺站記錄數據，出現臺站數據中斷故障共1054次。經分析初判，臺站數據中斷故障主要原因大致分為5類：①地震計、數據采集器等專業設備故障；②通信設備、通信鏈路等通信網絡故障；③外線路停電、供電設備等臺站供電故障；④人為干擾故障；⑤自然災害（雷擊、大暴雨）故障。

5年運行故障統計情況：專業設備故障65次（地震計故障6次、數據采集器故障59次）；通信網絡中斷故障490次（通信鏈路中斷430次、通信設備故障60次）；臺站供電故障437次（外線路停電353次、供電設備故障84次）；人為干擾影響49次；自然災害影響（雷電、洪澇暴雨）13次，具體見表1。

根據表1統計數據繪制臺站故障頻次占比餅圖（圖5）。由圖5可知，臺站數據中斷故障出現頻次由多到少依次為通信網絡中斷（通信鏈路、通信設備）、臺站供電（外線路停電、供電設備）、專業設備（地震計、數據采集器）、人為干擾、自然災害5大類因素。其中，通信網絡中斷故障占46.5%，臺站供電故障占41.5%，兩類故障占比高達88.0%。臺站數據中斷主要因素是臺站供電與通信網絡出現故障所致，而專業設備故障僅占6.2%，這一點值得我們高度關注。

還統計了江西臺網2019—2023年連續5年25個臺站1054次運行中斷故障原因造成的斷記時長，5年時間累計臺站數據斷記時長達30953 min。各類故障因素造成斷記時長占比分析如圖6所示，其中，臺站供電故障造成數據斷記時長占比41.9%；專業設備故障造成數據斷記時長占比6.0%；通信網絡故障造成數據斷記時長占比46.0%；人為干擾引起數據斷記時長占比5.1%；自然災害引起數據斷記時長占比0.9%。數據斷記時長顯示臺站供電、通信網絡故障仍是臺站數據斷記的主要因素。兩者造成數據中斷記錄時長累計高達87.9%。

2.2 "預警臺站故障統計分析

國家地震烈度速報與預警工程江西子項目建成后，江西臺網地震預警系統于2023年6月投入試運行，2023年12月通過中國地震局組織的驗收，并進入正式運行。本文統計了2023年7月—2024年6月江西臺網地震預警基準站和基本站共83個臺站運行記錄數據，出現數據中斷故障共計106次。其中：通信網絡中斷51次，臺站供電故障39次，專業設備故障10次，人為干擾影響4次，自然災害影響（雷電、洪澇暴雨）2次。繪制的臺站故障頻次占比餅狀分析如圖7所示。由圖7可知，臺站數據中斷故障出現頻次由多到少依次為通信網絡故障占比48.1%，臺站供電故障占比36.8%，專業設備故障占比9.4%，人為因素引起故障占比3.8%，自然災害因素引起故障占比1.9%。

還統計了江西臺網2023年7月—2024年6月基準站和基本站共83個臺站運行出現故障造成數據斷記時長，1年時間臺站故障造成數據斷記時長累計達7165 min。其中，因臺站供電故障造成數據斷記時長占比39.8%；專業設備故障造成數據斷記時長占比8.1%；通信網絡故障造成數據斷記時長占比45.2%；人為干擾引起數據斷記時長占比4.3%；自然災害引起數據斷記時長占比2.6%（圖8）。由圖8可知，臺站供電、通信網絡故障仍是造成數據中斷記錄的主要因素。

綜合上述分析可知，臺站故障頻次和臺站數據斷記時長呈一定關聯性。故障因素頻次越高，故障造成臺站數據中斷記錄時長也愈長。降低臺站故障頻次，可以有效縮短臺站數據斷記時長，提高臺網運行率和臺站數據完整率。因此，如何處置臺站故障造成數據斷記的兩類主要因素是解決問題的關鍵所在。

3 "故障排除方案

3.1 "供電故障診斷方法

江西臺網由省局“十三五”項目?臺網（站）標準化升級改造項目，為全省地震臺站供電系統配備了新智能電源、大容量100 AH蓄電池。當市電外線路故障出現停電時，智能電源自動切換蓄電池給儀器供電，蓄電池續航48 h以上，為臺站市電外線搶修贏得時間。市電恢復后，智能電源自動切換市電供電，同時給蓄電池充電，大大縮短了因市電外線停電故障造成的斷記。智能電源具備的監控功能為臺站供電狀態監控提供了便捷。智能電源管理平臺可以遠程監控臺站交流供電、儀器供電工作狀態，運維人員使用App可實時掌握臺站供電狀態，儀器供電電壓、電流變化，為臺站供電故障運維提供工作便利。

一旦出現數據中斷時，引起斷記原因可能有臺站供電、通信網絡、地震儀器等多種因素，需要逐一排查。若智能電源正常，運維人員可以通過管理平臺監控告警獲取較為準確的故障原因。在實際運維中，智能電源本身也可能會出現一些故障，如死機、宕機，這時智能電源管理平臺就很難準確判斷臺站數據中斷原因是網絡故障還是智能電源引起的供電故障。顯然，希望有一臺既能充當獨立智能電源，又能為通信網絡提供輔助功能的設備，準確診斷臺站供電故障所在。一款技術成熟的停來電智能云報警器為臺站供電故障診斷提供了這種輔助功能。

停來電報警器支持220 V交流或12 V直流電壓，工作環境溫度?10～50℃、濕度＜80%RH，內置鋰電池，功耗?。▽嶋H小于1 W），待機時長12 h左右，內置有無線物聯網卡，支持電話、短信、微信告警方式。當智能電源設備出現死機時，智能電源顯示的供電狀態信息不準確，假死機狀態也無法顯示任何告警信息。停來電報警器接上臺站交流電監控臺站市電狀態，當停來電報警器監控顯示臺站交流供電沒有中斷，而臺站數據和路由網關同時中斷，可初步判斷智能電源故障引起臺站儀器供電故障造成數據中斷；如果監控顯示市電外線故障中斷，臺站數據沒有中斷，說明智能電源設備正常，蓄電池直流供電正常；如果監控顯示市電外線中斷，臺站數據同時出現中斷，說明智能電源設備不正常，蓄電池不能切換供電。停來電智能云報警器輔助監控臺站供電，將臺站關鍵供電節點監控起來，實時監控臺站交流供電狀態以及臺站智能電源設備與蓄電池供電工作狀態，及時提供語音電話、短信、微信等告警信息服務，為臺網值班、運維人員快速診斷臺站供電故障起著有效的輔助作用，一定程度減輕了值班人員和臺站運維人員的工作壓力。

3.2 "通信網絡故障解決方法

瑞斯康達工業級有線/無線路由器，功耗?。ㄕ＜s為4 W），傳輸速率不低于19.2 kpbs，具有網絡（無線/有線）自由切換功能，內配置無線物聯網卡，費用取決傳輸數據流量大小，一個臺站全年無線網絡費用僅600元，比有線傳輸費用低不少。

在運營商有線光纜施工意外挖斷或受損影響臺站數據傳輸時，該設備自動切換轉成無線網絡狀態，有線故障修復后自動切換到有線網絡狀態，切換過程對臺站數據傳輸幾乎無影響，保障了臺站數據連續傳輸。

從2022年1月開始，江西臺網25個測震臺與新建預警臺陸續部署了上述兩款輔助設備。臺網值班人員、運維人員能夠快速發現站點出現故障原因，判斷故障點，及時處置排除故障，提高了臺站運維效率與臺網運行率。2019—2023年江西臺網連續5年運行率柱狀圖（圖9）表明：江西臺網運行率在逐年提升，臺網數據完整率得到不斷改善。

江西臺網臺站配置的上述兩款輔助設備，基本上改變了傳統依靠運維人員赴臺站現場判斷臺站供電或通信網絡故障運維模式，大大減少了人為故障判定工作環節，縮短了故障判定時間，有效降低了運維成本。

4 "結束語

快速診斷臺站供電故障，采用停來電智能云報警器輔助設備，適宜監控臺站交流電工作狀態與直流蓄電池供電運行模式；快速排除臺站通信網絡故障，引入工業級（有線/無線）自由切換路由器輔助設備，采取臺站數據（有線/無線）傳輸兼容模式，確保在網絡運營商有線光纜施工意外挖斷或受損時，臺站數據傳輸自動切換至無線網絡傳輸模式，且當有線鏈路修復后自動返回有線模式，保障了臺站數據傳輸的連續性。

綜上所述，江西臺網臺站配置了上述兩款輔助設備，幫助運維人員減少故障判斷環節，縮短判定時間，及時排除故障，達到有效提高臺網運行率與數據完整率的目標。

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Analysis of common malfunctions and solutions for Jiangxi seismic stations

Li Qingwu Xiang Yuewen Xiao Mengren Dong Jun Chen Hao

1. Observatory for Geodynamic of the East Yangtze Block in Jiujiang， Jiangxi Province， Jiangxi Jiujiang 332006， China

2. Jiangxi Earthquake Agency， Jiangxi Nanchang 330026， China

[Abstract] """"This article presents a statistical analysis of operational failures in traditional and early warning stations within the Jiangxi seismic network in recent years. The primary causes of data interruptions at these stations are identified as power supply and network failures. By employing a cost-effective， high-quality automatic alarm system with stable and reliable cloud-based diagnostics， power supply faults at stations can be quickly identified. Additionally， the use of economical， practical， and safe industrial-grade wired/wireless switching routers effectively addresses issues of network communication interruptions， allowing for rapid automatic switching between wired and wireless data transmission. These solutions significantly enhance the ability of operation and maintenance personnel to diagnose power supply issues and restore network communication， thereby reducing data interruption times and improving both operational efficiency and network reliability.

[Keywords] seismic station; auxiliary equipment; fault diagnosis; operation and maintenance efficiency