智能地震台站试验性研究＊

黄显良 戚 浩 程 鑫 夏仕安 张 炳 王琐琛 骆佳骥 郁建芳

（安徽省地震局，合肥230031）

（作者电子信箱：戚浩：qihao8888＠126.com）

引言

地震台站是地震观测系统的基本组成单元，同时也是整个地震监测工作中最核心的部位［1］。地震监测工作如同大楼的基石，它的运行质量直接影响着整个监测系统的观测质量。随着计算机技术、网络技术和数据库技术等的发展，用户对地震数据服务水平的要求也越来越高，无人值守台站作为工作效率高、建设速度快、投入少、占地少、维护成本小的工作方式在全国得到普遍推广［2－3］。由于观测环境的需要，这些无人值守台站多处在较偏远或者环境复杂的位置，比如：深山中、山洞里、荒岛上。如何对这些无人值守台站进行有效地维护与管理，已经成为一项亟待解决的问题。因此，建设智能台站就显得相当必要和迫切。

目前，我国的测震台站主要配置为宽频带地震记录仪，这些设备对温度和湿度等因素很敏感［4］。针对这种情况，本文通过构建台站综合智能监控系统，对单个台站内各种动力设备、环境设备及系统的状态信息、报警信息、控制命令、图像信息等进行完整的集中监控，并能够通过DDN、2M、VPN 等多种数据传输方式，对分布在各地的多个监测点／台站实现跨区域的联网集中监控管理。

1 系统设计

智能台站，顾名思义就是使台站的维护与管理智能化、自动化，通过在台站安装监控设备，维护人员能够远程监控台站的各种信息及仪器的运行状态，发现问题并远程进行操作与处理。智能地震台站监控系统主要由综合智能监控平台和台站监控系统组成，如图1所示。

（1）综合智能监控平台。智能台站建设中，最核心的就是综合智能监控平台的开发，采用C／S 模式，开发工具选择C＋＋、NET，数据库选择SQL SERVER 2005，包括服务器端和客户端，服务器端负责采集、存储、转发数据、发送控制命令；客户端负责与用户交互等。它可以将远程控制、防火防盗、智能电源管理、温湿度监控等集中到一个平台，进行综合、一体化管理，并能远程设置地震数据采集器的参数，实现一键标定等。

图1 智能台站监控系统网络拓扑图

（2）台站监控系统。由各个传感器和嵌入式采集终端组成，部署在各个无人值守台站，主要负责实时监测台站各相关参数，并把各类监控参数、采集图像和报警信息发送到综合智能监控平台［5］。台站监控系统的基本配置为综合数据采集器、高清红外网络摄像机、门磁、烟雾探测器、温湿度传感器、声光告警器、语音输出装置、GSM 短信收发器、直流供电和三相交流模块等。

2 各模块构成

地震台站智能监控系统主要由以下4个部分组成：动力环境监控模块、远程控制模块、视频监控模块和数据处理模块，如图2所示。

2.1 动力环境监控模块

动力环境监控模块主要是针对无人台站的设备特点和工作环境，对UPS、市电、温湿度、烟雾、门磁等设备数据实时采集，并对语音输出、灯光输出进行联动控制，实现“遥测、遥信、遥控、遥调”等功能。动力环境监控模块主要包括数据采集模块和联动控制模块2个部分。

（1）数据采集模块。该模块的具体功能如下：①UPS数据采集，通过用户提供的接入UPS智能口协议，可进入UPS状态显示页面，查看UPS的工作状态、输入／输出电压、工作频率、负载等详细信息；②市电采集，可直接查看台站内设备供电的直流电源模块工作状态及具体电压值，并用于检测台站内市电的供电状态（来电／停电）及电压数值，如市电停电，则每项电压上均为0.00V；③温湿度采集，用于连续自动记录地震台站室内环境中空气温度和湿度变化，检测子台室内环境突变；④烟雾采集，用于实时监测地震台站室内烟雾浓度，实现火灾防范；⑤门磁采集，可直接查看台站大门（开启／关闭）状态，方便了解台站人员的进出情况。

图2 智能地震台站监控系统构成图

（2）联动控制模块。该模块包括远程语音输出和灯光联动输出2个单元。远程语音输出模块可以查看台站声音输出告警情况，并能对台站内音响进行远程控制，方便与子台维护人员交流；灯光联动输出模块用于对台站内灯光进行远程控制，便于维护人员利用网络摄像头远程查看子台仪器的运行状态。

2.2 远程控制模块

经长期运行发现，有的地震数据采集器多次出现“死机”现象，这种情况在遥测台网和其他地震台网都出现过［6］。远程控制模块主要用于远程重启数采，用户可通过登陆配置页面，输入指定子台的数据采集器的主机地址、Telnet访问端口、登录用户名及密码进行登录。登录后，执行相应命令语句（如设备重启命令rbt），系统会自动远程登录指定数据采集器，同时执行远程重启的命令，该功能相当于对远程数据采集器进行一次软重启复位。此外，用户还可以通过远程联动控制器对设备进行断电上电复位功能，进行远程硬重启［7］。

2.3 视频监控模块

利用视频网关、视频服务器或DVR，将摄像机输出的视频信号转换为压缩数据流，并按TCP／IP实现网络通讯［8］，提高机房的可靠性和安全性，充分保证监测仪器的安全，实现远程监控。

（1）远程视频浏览。为了尽快查明和及时处理子台设备故障，视频监控模块的主要功能之一就是实现远程图像控制和远程仪器设备状态浏览。在一般状态下，网络高清摄像头可用于远程监视子台主要设备工作状态［9］，通过观察仪器工作指示灯和参数显示面板判定观察到的仪器故障，并在地震台站综合智能监控平台上进行远程遥控处理。

（2）图像联动。是指通过视频监控模块对子台现场的情况进行联动图像抓拍和联动图像存储。考虑到网络视频资料将占用大量的存储空间，且地震子台人员出入较少的情况，所以只有在维护人员手动开启和门磁报警状态下，网络摄像机会从休眠模式切换至工作状态，监控现场人员活动，同时很好地解决了防盗抓拍等问题。

2.4 数据处理模块

该模块主要实现了数据报表的统计和输出功能，包括对子台信息、实时报警数据、历史报警数据、门禁数据、历史数据、操作日志和智能设备数据的查询和自动归档，方便监控人员查看。各类数据信息可按照记录时间、事件类型或设备类型进行排序。同时，该模块提供定时或手动输出各类监控报表等信息，具备导出生成Excel、PDF、JPG等格式文件功能。

3 试点运行

白山地震台是安徽省地震局于2005年新建的数字遥测地震台，位于合肥市庐江县白山镇，台站配备了KS－2000（60s）地震计和SMART－24数采，网络链路为光纤传输。白山台为安徽省较为典型的无人值守台站，因雨季雷电较频繁、农电外线路断电频率较高等原因，比较适合作为试点进行测试。台站综合数据采集终端通过串口与智能UPS连接，其他各硬件监控设备经串口转换器或网口汇集到综合数据采集终端并与网络交换机连接，将各监控设备的IP 地址逐个添加后，再通过地震台站综合智能监控平台实现对台站的智能监控，安徽省地震台站智能监控信息如图3 所示。当台站出现外线路断电、网络设备异常、监控参数超标或有人进入摆房时，智能监控平台就会按照预定的方案迅速判断故障点，并根据设计的告警类型和级别发出警报提醒相关维护人员，同时智能监控平台提供了对台站远程设备的软、硬复位和标定功能。

图3 安徽省地震台站智能监控信息

从2012年11月至今的运行情况来看，该监控系统稳定可靠，既实现了遥测台站的智能监控和远程管理，也未对地震观测仪器的正常运行产生任何干扰，有效提高了台站技术系统的稳定性以及地震数据产出的连续性。

4 结语

智能地震台站的建设，可以方便台站维护人员远程实时监控台站的环境变化和设备的运行状态，能够使维护人员及时判断台站的故障类型，做好应对措施，缩短故障处理时间，有效地保证台站观测数据的连续、稳定和设备运行的安全。其对规范台站维护管理、节约台站维护成本、提高观测系统质量、实现台站运行的科学化和智能化，具有较高的推广价值，对实现发展智能台网建设具有积极的意义。

［1］王方建，李卫东，赵国峰.地震观测数据平台体系架构研究.中国地震，2009，25（2）：214－222

［2］侯建民，黄志斌.国家台网地震速报综合信息发布系统研究.中国地震，2009，25（4）：445－454

［3］韩进，宋澄.遥测地震台站的防雷思考.地震地磁观测与研究，2011，32（1）：109－112

［4］中国地震局监测预报司.数字地震观测技术.北京：地震出版社，2003：492

［5］陈吉锋，陈军辉，应昶，等.无人职守地震台站远程监控系统的设计与实现.地震研究，2012，35（3）：429－433

［6］郭英林，张孟申.地震数据采集器的一种硬件“看门狗”.地震地磁观测与研究，1999，20（3）：67－68

［7］索阳，甑然，杨国福.地震数据采集器电源监控系统设计.电工电气，2009（6）：4－6

［8］陈龙，李仲男，彭喜东，等.智能建筑安全防范及应用.北京：机械工业出版社，2007：206

［9］潘志宏，崔庆谷，郭志华，等.地震观测台站远程测控系统的研制与应用.地震地磁观测与研究，2010，31（5）：114－117