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(tái)站是地震觀測系統(tǒng)的基本組成單元，同時(shí)也是整個(gè)地震監(jiān)測工作中最核心的部位［1］。地震監(jiān)測工作如同大樓的基石，它的運(yùn)行質(zhì)量直接影響著整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)的觀測質(zhì)量。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)等的發(fā)展，用戶對(duì)地震數(shù)據(jù)服務(wù)水平的要求也越來越高，無人值守臺(tái)站作為工作效率高、建設(shè)速度快、投入少、占地少、維護(hù)成本小的工作方式在全國得到普遍推廣［2－3］。由于觀測環(huán)境的需要，這些無人值守臺(tái)站多處在較偏遠(yuǎn)或者環(huán)境復(fù)雜的位置，比如：深山中、山洞里、荒島上。如何對(duì)這些無人值守臺(tái)站進(jìn)行有效地維護(hù)與管理，已經(jīng)成為一項(xiàng)亟待解決的問題。因此，建設(shè)智能臺(tái)站就顯得相當(dāng)必要和迫切。

目前，我國的測震臺(tái)站主要配置為寬頻帶地震記錄儀，這些設(shè)備對(duì)溫度和濕度等因素很敏感［4］。針對(duì)這種情況，本文通過構(gòu)建臺(tái)站綜合智能監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)單個(gè)臺(tái)站內(nèi)各種動(dòng)力設(shè)備、環(huán)境設(shè)備及系統(tǒng)的狀態(tài)信息、報(bào)警信息、控制命令、圖像信息等進(jìn)行完整的集中監(jiān)控，并能夠通過DDN、2M、VPN 等多種數(shù)據(jù)傳輸方式，對(duì)分布在各地的多個(gè)監(jiān)測點(diǎn)／臺(tái)站實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域的聯(lián)網(wǎng)集中監(jiān)控管理。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能臺(tái)站，顧名思義就是使臺(tái)站的維護(hù)與管理智能化、自動(dòng)化，通過在臺(tái)站安裝監(jiān)控設(shè)備，維護(hù)人員能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控臺(tái)站的各種信息及儀器的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題并遠(yuǎn)程進(jìn)行操作與處理。智能地震臺(tái)站監(jiān)控系統(tǒng)主要由綜合智能監(jiān)控平臺(tái)和臺(tái)站監(jiān)控系統(tǒng)組成，如圖1所示。

（1）綜合智能監(jiān)控平臺(tái)。智能臺(tái)站建設(shè)中，最核心的就是綜合智能監(jiān)控平臺(tái)的開發(fā)，采用C／S 模式，開發(fā)工具選擇C＋＋、NET，數(shù)據(jù)庫選擇SQL SERVER 2005，包括服務(wù)器端和客戶端，服務(wù)器端負(fù)責(zé)采集、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)、發(fā)送控制命令；客戶端負(fù)責(zé)與用戶交互等。它可以將遠(yuǎn)程控制、防火防盜、智能電源管理、溫濕度監(jiān)控等集中到一個(gè)平臺(tái)，進(jìn)行綜合、一體化管理，并能遠(yuǎn)程設(shè)置地震數(shù)據(jù)采集器的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)一鍵標(biāo)定等。

圖1 智能臺(tái)站監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

（2）臺(tái)站監(jiān)控系統(tǒng)。由各個(gè)傳感器和嵌入式采集終端組成，部署在各個(gè)無人值守臺(tái)站，主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測臺(tái)站各相關(guān)參數(shù)，并把各類監(jiān)控參數(shù)、采集圖像和報(bào)警信息發(fā)送到綜合智能監(jiān)控平臺(tái)［5］。臺(tái)站監(jiān)控系統(tǒng)的基本配置為綜合數(shù)據(jù)采集器、高清紅外網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、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(fā)器、直流供電和三相交流模塊等。

2 各模塊構(gòu)成

地震臺(tái)站智能監(jiān)控系統(tǒng)主要由以下4個(gè)部分組成：動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控模塊、遠(yuǎn)程控制模塊、視頻監(jiān)控模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，如圖2所示。

2.1 動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控模塊

動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控模塊主要是針對(duì)無人臺(tái)站的設(shè)備特點(diǎn)和工作環(huán)境，對(duì)UPS、市電、溫濕度、煙霧、門磁等設(shè)備數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，并對(duì)語音輸出、燈光輸出進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)“遙測、遙信、遙控、遙調(diào)”等功能。動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控模塊主要包括數(shù)據(jù)采集模塊和聯(lián)動(dòng)控制模塊2個(gè)部分。

（1）數(shù)據(jù)采集模塊。該模塊的具體功能如下：①UPS數(shù)據(jù)采集，通過用戶提供的接入U(xiǎn)PS智能口協(xié)議，可進(jìn)入U(xiǎn)PS狀態(tài)顯示頁面，查看UPS的工作狀態(tài)、輸入／輸出電壓、工作頻率、負(fù)載等詳細(xì)信息；②市電采集，可直接查看臺(tái)站內(nèi)設(shè)備供電的直流電源模塊工作狀態(tài)及具體電壓值，并用于檢測臺(tái)站內(nèi)市電的供電狀態(tài)（來電／停電）及電壓數(shù)值，如市電停電，則每項(xiàng)電壓上均為0.00V；③溫濕度采集，用于連續(xù)自動(dòng)記錄地震臺(tái)站室內(nèi)環(huán)境中空氣溫度和濕度變化，檢測子臺(tái)室內(nèi)環(huán)境突變；④煙霧采集，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測地震臺(tái)站室內(nèi)煙霧濃度，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)防范；⑤門磁采集，可直接查看臺(tái)站大門（開啟／關(guān)閉）狀態(tài)，方便了解臺(tái)站人員的進(jìn)出情況。

圖2 智能地震臺(tái)站監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成圖

（2）聯(lián)動(dòng)控制模塊。該模塊包括遠(yuǎn)程語音輸出和燈光聯(lián)動(dòng)輸出2個(gè)單元。遠(yuǎn)程語音輸出模塊可以查看臺(tái)站聲音輸出告警情況，并能對(duì)臺(tái)站內(nèi)音響進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，方便與子臺(tái)維護(hù)人員交流；燈光聯(lián)動(dòng)輸出模塊用于對(duì)臺(tái)站內(nèi)燈光進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，便于維護(hù)人員利用網(wǎng)絡(luò)攝像頭遠(yuǎn)程查看子臺(tái)儀器的運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 遠(yuǎn)程控制模塊

經(jīng)長期運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，有的地震數(shù)據(jù)采集器多次出現(xiàn)“死機(jī)”現(xiàn)象，這種情況在遙測臺(tái)網(wǎng)和其他地震臺(tái)網(wǎng)都出現(xiàn)過［6］。遠(yuǎn)程控制模塊主要用于遠(yuǎn)程重啟數(shù)采，用戶可通過登陸配置頁面，輸入指定子臺(tái)的數(shù)據(jù)采集器的主機(jī)地址、Telnet訪問端口、登錄用戶名及密碼進(jìn)行登錄。登錄后，執(zhí)行相應(yīng)命令語句（如設(shè)備重啟命令rbt），系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)遠(yuǎn)程登錄指定數(shù)據(jù)采集器，同時(shí)執(zhí)行遠(yuǎn)程重啟的命令，該功能相當(dāng)于對(duì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行一次軟重啟復(fù)位。此外，用戶還可以通過遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng)控制器對(duì)設(shè)備進(jìn)行斷電上電復(fù)位功能，進(jìn)行遠(yuǎn)程硬重啟［7］。

2.3 視頻監(jiān)控模塊

利用視頻網(wǎng)關(guān)、視頻服務(wù)器或DVR，將攝像機(jī)輸出的視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為壓縮數(shù)據(jù)流，并按TCP／IP實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊［8］，提高機(jī)房的可靠性和安全性，充分保證監(jiān)測儀器的安全，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

（1）遠(yuǎn)程視頻瀏覽。為了盡快查明和及時(shí)處理子臺(tái)設(shè)備故障，視頻監(jiān)控模塊的主要功能之一就是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程圖像控制和遠(yuǎn)程儀器設(shè)備狀態(tài)瀏覽。在一般狀態(tài)下，網(wǎng)絡(luò)高清攝像頭可用于遠(yuǎn)程監(jiān)視子臺(tái)主要設(shè)備工作狀態(tài)［9］，通過觀察儀器工作指示燈和參數(shù)顯示面板判定觀察到的儀器故障，并在地震臺(tái)站綜合智能監(jiān)控平臺(tái)上進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控處理。

（2）圖像聯(lián)動(dòng)。是指通過視頻監(jiān)控模塊對(duì)子臺(tái)現(xiàn)場的情況進(jìn)行聯(lián)動(dòng)圖像抓拍和聯(lián)動(dòng)圖像存儲(chǔ)?？紤]到網(wǎng)絡(luò)視頻資料將占用大量的存儲(chǔ)空間，且地震子臺(tái)人員出入較少的情況，所以只有在維護(hù)人員手動(dòng)開啟和門磁報(bào)警狀態(tài)下，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)會(huì)從休眠模式切換至工作狀態(tài)，監(jiān)控現(xiàn)場人員活動(dòng)，同時(shí)很好地解決了防盜抓拍等問題。

2.4 數(shù)據(jù)處理模塊

該模塊主要實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)報(bào)表的統(tǒng)計(jì)和輸出功能，包括對(duì)子臺(tái)信息、實(shí)時(shí)報(bào)警數(shù)據(jù)、歷史報(bào)警數(shù)據(jù)、門禁數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、操作日志和智能設(shè)備數(shù)據(jù)的查詢和自動(dòng)歸檔，方便監(jiān)控人員查看。各類數(shù)據(jù)信息可按照記錄時(shí)間、事件類型或設(shè)備類型進(jìn)行排序。同時(shí)，該模塊提供定時(shí)或手動(dòng)輸出各類監(jiān)控報(bào)表等信息，具備導(dǎo)出生成Excel、PDF、JPG等格式文件功能。

3 試點(diǎn)運(yùn)行

白山地震臺(tái)是安徽省地震局于2005年新建的數(shù)字遙測地震臺(tái)，位于合肥市廬江縣白山鎮(zhèn)，臺(tái)站配備了KS－2000（60s）地震計(jì)和SMART－24數(shù)采，網(wǎng)絡(luò)鏈路為光纖傳輸。白山臺(tái)為安徽省較為典型的無人值守臺(tái)站，因雨季雷電較頻繁、農(nóng)電外線路斷電頻率較高等原因，比較適合作為試點(diǎn)進(jìn)行測試。臺(tái)站綜合數(shù)據(jù)采集終端通過串口與智能UPS連接，其他各硬件監(jiān)控設(shè)備經(jīng)串口轉(zhuǎn)換器或網(wǎng)口匯集到綜合數(shù)據(jù)采集終端并與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接，將各監(jiān)控設(shè)備的IP 地址逐個(gè)添加后，再通過地震臺(tái)站綜合智能監(jiān)控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)臺(tái)站的智能監(jiān)控，安徽省地震臺(tái)站智能監(jiān)控信息如圖3 所示。當(dāng)臺(tái)站出現(xiàn)外線路斷電、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備異常、監(jiān)控參數(shù)超標(biāo)或有人進(jìn)入擺房時(shí)，智能監(jiān)控平臺(tái)就會(huì)按照預(yù)定的方案迅速判斷故障點(diǎn)，并根據(jù)設(shè)計(jì)的告警類型和級(jí)別發(fā)出警報(bào)提醒相關(guān)維護(hù)人員，同時(shí)智能監(jiān)控平臺(tái)提供了對(duì)臺(tái)站遠(yuǎn)程設(shè)備的軟、硬復(fù)位和標(biāo)定功能。

圖3 安徽省地震臺(tái)站智能監(jiān)控信息

從2012年11月至今的運(yùn)行情況來看，該監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，既實(shí)現(xiàn)了遙測臺(tái)站的智能監(jiān)控和遠(yuǎn)程管理，也未對(duì)地震觀測儀器的正常運(yùn)行產(chǎn)生任何干擾，有效提高了臺(tái)站技術(shù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及地震數(shù)據(jù)產(chǎn)出的連續(xù)性。

4 結(jié)語

智能地震臺(tái)站的建設(shè)，可以方便臺(tái)站維護(hù)人員遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控臺(tái)站的環(huán)境變化和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，能夠使維護(hù)人員及時(shí)判斷臺(tái)站的故障類型，做好應(yīng)對(duì)措施，縮短故障處理時(shí)間，有效地保證臺(tái)站觀測數(shù)據(jù)的連續(xù)、穩(wěn)定和設(shè)備運(yùn)行的安全。其對(duì)規(guī)范臺(tái)站維護(hù)管理、節(jié)約臺(tái)站維護(hù)成本、提高觀測系統(tǒng)質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)臺(tái)站運(yùn)行的科學(xué)化和智能化，具有較高的推廣價(jià)值，對(duì)實(shí)現(xiàn)發(fā)展智能臺(tái)網(wǎng)建設(shè)具有積極的意義。

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