汉中地震台测震台站故障统计分析

马思航，古云鹤，杨 敏，朱宣明

（陕西省地震局安康地震监测中心站，陕西 安康 725000）

作为防震减灾事业的基础和重要环节的地震监测工作，对于保障人民生命安全具有重要意义，地震监测台站更是其前沿阵地。自1996 年河北邢台发生地震以来，全国各地陆续通过大规模的项目建设对地震监测工作进行改革，在数字地震观测系统经过20 多年的革新后，中国地震监测系统逐步从模拟记录向数字化转变，形成了系统的中国地震监测网络，地震监测体系也越来越完善。随着不断推进的数字化、网络化、系统化进程和逐步扩大的台站规模，无人值守、自动观测、有人看护、远程控制、集中维护也成为了大多数台站的运维管理工作模式[1]。

1 汉中地震台测震台站现状

汉中地震监测历经“九五”模拟观测台网数字化改造、“十五”陕西省数字地震观测网络项目、“十一五”陕西省防震减灾重点项目和汶川地震陕西灾区防震减灾能力恢复重建等工程的新建改造，目前汉中地震台现辖11 个数字化测震台站，分别为汉中国家测震台（以下简称“汉中（国）”）、留坝测震台、青木川测震台、略阳测震台、勉县测震台、宁强测震台、汉中测震台、西乡测震台、佛坪测震台、镇巴测震台、南郑测震台，地震监测能力得到极大提高。随着台站数量的增多，分布范围越发广阔，尤其近年来台站观测手段的增加，观测环境发生了较大的变化。与之而来的是，现今台站的运维管理产生了新的困难与挑战。汉中地震台测震台站分布图如图1 所示。

图1 汉中地震台测震台站分布图

作为测震台网基本单元的测震台站，它是记录地壳运动波形数据不可或缺的重要组成部分。获得连续、完整和准确的记录是测震台站的重要指标，主要由测震台站技术系统的机能和稳定性以及台站的观测环境等因素决定[2]。因此，系统地归纳了汉中地震台测震台站的运维管理现状，对台站仪器故障原因、故障类别进行分析研判，为缩短数据记录断记时长、提升汉中地震台测震台站运维管理工作的效率提供思路和方法，以保障汉中地震台测震台站连续、高质量运转。

汉中地震台测震台站技术系统由供电避雷系统、数据传输系统、地震观测系统（地震计、数据采集器）等构成[3]，由地震行业内网将实时数据传输到省局台网中心，如图2 所示。数字化观测系统同模拟观测系统对比来看，设备多、链路长，其中任何环节的故障都有可能性致使数据异常甚至传输中辍。

图2 汉中地震台测震台站技术系统

2 台站运行率统计

选取2017—2021 年陕西省地震台网运行月报中11 个汉中地震台测震台站的运行情况进行统计分析，具体的统计数据如表1 所示。

表1 2017—2021 年汉中地震台测震台站运行率统计表（单位：%）

表1 中，11 个测震台站2017—2021 年这5 年的平均运行率为98.84%，其中2021 年平均运行率为99.25%，是过去5 年的高值。采用数理统计方法计算各站的标准差，即：

式（1）中：σ为标准差；，xi为样本统计数，即x1、x2、x3、xi…样本值；μ为总体平均值。

计算分析11 个台站运行率的标准差，发现有5 个台站平均标准差小于0.6%，有6 个台站的平均运行率标准差大于0.6%。结果表明，平均运行率标准差较小的这些台站，运行情况相对稳定，因此运行率较高；平均运行率标准差较大的这些台站，运行情况相对波动较大，因此运行率较低。

2017—2021 年汉中地震台测震台站年均运行率柱状图如图3 所示。

图3 2017—2021 年汉中地震台测震台站年均运行率柱状图

从图3 中可以看出，可以将每个台站的运行率变化趋势划分为3 种类型：①平均运行率是稳定的，且呈向上升趋势的有3 个测震台站，分别是留坝、略阳、勉县；②平均运行率是稳定的，但呈下降趋势的有2个测震台站，分别是汉中（国）和青木川；③平均运行率波动幅度较大的有6 个测震台站，分别是宁强、汉中、西乡、佛坪、镇巴、南郑。根据以上分析，需要关注留坝、略阳、勉县和汉中（国）、青木川这5 个测震台站的运行状况，以确保汉中地震台测震台站长期稳定运行。

3 台站故障统计

根据陕西省地震台网运行月报，统计2017—2021年11 个台站共计337 次运行故障，按故障原因分为4种情况，即供电故障、通讯故障、仪器故障和人为影响。统计结果分别为供电故障285 次、通讯故障37 次、仪器故障14 次、人为影响（仪器检修、检查）1 次，详细统计分析如表2 所示。

表2 2017—2021 年汉中地震台测震台站故障次数统计表

由表2 可知，供电故障占84.57%，是台站运行故障的主要原因，通讯故障占10.98%，这2 个因素合计占95.55%。

统计了11 个台站2017—2021 年337 次运行故障的断记时间，总断记时间为137 662 min。各因素的断记时间和比例分析如下：供电故障110 968 min，占80.61%；通讯故障19 346 min，占14.05%；仪器故障7 197 min，占5.23%；人为影响151 min，占0.11%。

2017—2021 年汉中地震台测震台站故障数和故障时长扇形图如图4 和图5 所示。从图中可以看出，故障因素次数占比越高，对应的故障因素断记时间占比也就越高，故障因素的频次与故障断记时间呈正相关，这表明汉中地震台测震台站有某种故障不能长期修复的情况较少，说明目前的运维响应机制基本可行。将供电故障和通讯故障归因为外部因素，仪器故障和人为影响等归因为内部因素。从统计结果来看，要想提高台站运行率和台站的运维管理工作效率，要点是掌握住外部因素。因此，如何确保外部供电、供电设备、通讯链路和通讯设备的稳定是目前面临的主要问题，需要有的放矢地提出有效途径和有效措施来解决主要问题，以确保台站能够高质量运行。

图4 2017—2021 年汉中地震台测震台站故障数扇形图

图5 2017—2021 年汉中地震台测震台站故障时长扇形图

对11 个台站每月发生的故障频次进行统计分析，在把5 年来汉中地震台11 个测震台站每月发生的故障频次按降序排列时，发现台站发生的故障次数在时间分布中不均匀，其中有4 个月时间内的故障频次明显多于全年其他时间，如图6 所示。这4 个月的时间大致是在炎热的夏季（5—8 月），或是在寒冷的冬季（1 月）。结果表明，季节性气候剧烈变化对台站的运行造成了较大的影响，这4 个月的时间是台站容易发生故障的高风险时期，亦是影响台站稳定运行的主要时期。高风险时期需要受到重点关注台站运行情况才能更好地提高台站运行的稳定性，针对性地提出相应的保障措施尽量规避该时期容易发生的故障因素，达到更好的预期效果。

图6 2017—2021 年汉中地震台测震台站月故障次数降序统计

4 措施与建议

结合对2017—2021年汉中地震台测震台站各种故障的统计，以及故障类型和因素的分析，提出以下建议和措施，以期缩减数据记录中断时间，加快台站恢复正常运转的速度。

台站迫切需要转变运维工作模式。目前，汉中地震台大多数测震台站位于偏远山区，运维工作的通勤时间较长，常规运维工作仍优先采用传统的看台人现场处理的方式，看台人往往无法及时处理问题，同时其文化程度不高，现场排障能力有限。远程监控及控制的手段不够及时、智能，不能满足台站运维人员的迫切需求。传统的运维工作模式不再满足新时代台站的运维需要，迫切需要改变。在当前市县机构改革的环境下，结合方兴未艾的社会化运维力量，可以通过引入高素质、规范化、快速响应的社会力量，形成一种新的“实时社会化力量+非实时属地化维护”运维工作模式，有效提升台站排障效率，建立高效机制保障台站运维工作又好又快进行。

台站的基础设备条件应需改善。从统计结果来看，供电故障和通讯故障是干扰台站正常运转的主要因素。在供电故障方面，首先，要提高台站供电稳定性，尽量采用铠装电缆入户，避免外界干扰，条件优渥的台站建议接入2 路电源；其次，定期检查UPS（Uninterruptible Power System）不间断电源，光照条件好的台站可以加装太阳能光伏发电，关键的是要及时更换续航能力不足的蓄电池，在停电情况下使台站拥有长时间供电续航的能力；最后，更新改造台站供电的智能电源管理系统，对台站观测设备和供电设备的远程监控及控制手段进行优化升级，使台站运维人员能够在故障发生的第一时间收到通知，为尽快分析排障、恢复台站正常运行抢夺时间。

在通讯故障方面，首先，要将通讯链路的中间环节尽量地减少，优化线路使台站与运营商通讯基站的间距尽可能缩短，减少通信汇聚节点数量，方便通讯线路的维修维护；其次，与运营商等多方沟通，通讯线路出现故障时，自动切换到另一条正常线路上进行通信的多线路切换；最后，可以在有线通信的基础上，为台站配备无线路由器，以充分保障台站的正常通信。

增加对重点台站和高风险时段的关注度。从台站运行故障月统计数据可知，每年1 月、4 月、5 月、7月、8 月是故障频发的高风险时期。在高风险时期，台站运维人员应通过市县地震部门渠道积极地沟通协调台站所在区域的市政、供电及城建等部门，保护台站周边观测环境，预防和解决各类运行隐患，确保台站稳定运行。增加备机备件，对于老旧、无法稳定运行的设备及时予以更换，对高风险时期和重点部位加密巡检，规避高风险时期台站故障风险，提升台站运行率。

5 结束语

本文对汉中地震台下辖的11 个测震台站5 年来的运行情况进行了统计分析，将故障原因总结为供电故障、通信故障、仪器故障和人为影响4 种类型，分析了台站运行容易发生的故障和高风险时期，结合统计数据与工作实际，提出了相应的解决措施与建议，以期保障汉中地震台测震台站的稳定运行，同时希望能给其他同类台站提供可参考的经验。