安徽數(shù)字測震臺(tái)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)成及配置

郁建芳，夏仕安，張 炳，韓成成，龍劍鋒

(安徽省地震局，安徽 合肥 230031)

安徽數(shù)字測震臺(tái)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)成及配置

郁建芳，夏仕安，張 炳，韓成成，龍劍鋒

(安徽省地震局，安徽 合肥 230031)

從測震臺(tái)站分布、臺(tái)站技術(shù)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)傳輸信道、主要儀器設(shè)備、臺(tái)網(wǎng)中心軟硬件配置和智能臺(tái)站建設(shè)等方面詳細(xì)地闡述了安徽數(shù)字測震臺(tái)網(wǎng)的技術(shù)構(gòu)成及配置，以及數(shù)字化測震臺(tái)網(wǎng)在安徽省防震減災(zāi)工作中發(fā)揮的積極作用。

數(shù)字測震臺(tái)網(wǎng)；技術(shù)系統(tǒng)；數(shù)據(jù)傳輸；智能臺(tái)站

從“十五”項(xiàng)目建設(shè)開展以來，經(jīng)過了大量的工作后，中國地震臺(tái)網(wǎng)和臺(tái)站數(shù)字化改造取得了很大進(jìn)步。在技術(shù)設(shè)計(jì)上廢棄了傳統(tǒng)的串口傳輸方式，采取先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)IP傳輸方式，這些先進(jìn)技術(shù)的利用大大增強(qiáng)了中國地震臺(tái)網(wǎng)地震監(jiān)測水平。安徽省數(shù)字測震臺(tái)網(wǎng)主要由1個(gè)測震臺(tái)網(wǎng)中心和41個(gè)數(shù)字測震臺(tái)站組成，其中包括3個(gè)國家數(shù)字地震臺(tái)(合肥地震臺(tái)、廬江地震臺(tái)、蒙城地震臺(tái))和9個(gè)區(qū)域數(shù)字地震臺(tái)。測震臺(tái)站記錄和采集的地震觀測數(shù)據(jù)經(jīng)由數(shù)據(jù)傳輸信道實(shí)時(shí)傳輸?shù)脚_(tái)網(wǎng)中心進(jìn)行分析、處理和存儲(chǔ)。安徽數(shù)字測震臺(tái)網(wǎng)建設(shè)完成后，在安徽省地震監(jiān)測預(yù)報(bào)工作中發(fā)揮了重要作用，臺(tái)站數(shù)量及分布密度的增加提高了臺(tái)網(wǎng)監(jiān)控能力和速報(bào)能力[1-2]。先進(jìn)的集群管理技術(shù)保證了數(shù)據(jù)的連續(xù)性和完整性，豐富的數(shù)據(jù)為地震預(yù)報(bào)和相關(guān)科研工作提供了翔實(shí)的基礎(chǔ)資料，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的有效應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了區(qū)域臺(tái)網(wǎng)之間或臺(tái)網(wǎng)與臺(tái)站之間的數(shù)據(jù)共享和交換等。

1 臺(tái)網(wǎng)布局和監(jiān)測能力

安徽省測震臺(tái)站的整體建設(shè)統(tǒng)籌結(jié)合了本省市(縣)發(fā)展規(guī)劃和均勻架臺(tái)的布局原則，在原“九五”計(jì)劃和模擬觀測臺(tái)站的基礎(chǔ)上進(jìn)行了綜合改造、升級(jí)和應(yīng)用開發(fā)，“十二五”計(jì)劃新建臺(tái)站也陸續(xù)投入運(yùn)行。目前全省的測震臺(tái)站已增加到41個(gè)，臺(tái)站間距為50～70千米，大別山區(qū)等全省重點(diǎn)區(qū)域的測震臺(tái)站進(jìn)行了加密布設(shè)，間距為數(shù)十千米。安徽測震臺(tái)網(wǎng)直屬臺(tái)站分布如圖1所示。安徽測震臺(tái)網(wǎng)中心同時(shí)接收周邊的湖北、河南、山東、江蘇、江西、浙江六個(gè)省份的19個(gè)臺(tái)站的波形數(shù)據(jù)，共實(shí)時(shí)接收、匯集、存儲(chǔ)和處理60個(gè)測震臺(tái)站的地震數(shù)據(jù)，對全省絕大部分地區(qū)地震的監(jiān)測能力可達(dá)到ML1.8級(jí)，霍山“地震窗”等局部地區(qū)可達(dá)到ML0.1～1.0級(jí)。安徽省測震臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測能力如圖2所示。

2 臺(tái)站技術(shù)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)傳輸方式

安徽省數(shù)字測震臺(tái)站的觀測場地可分為地表、山洞、井下三種類型，其中山洞型臺(tái)站2個(gè)，井下型臺(tái)站7個(gè)，地表型臺(tái)站32個(gè)。經(jīng)改造、升級(jí)后，各臺(tái)站的擺房、山洞、供電、避雷等觀測環(huán)境有了很大程度改善，其中12個(gè)省屬專業(yè)臺(tái)站的觀測樓、監(jiān)測室、庭院、宿舍等辦公、生活條件也明顯改善。

2.1 測震臺(tái)站技術(shù)系統(tǒng)

安徽省測震臺(tái)網(wǎng)所屬測震臺(tái)站的技術(shù)系統(tǒng)主要由地震計(jì)、數(shù)據(jù)采集器、GPS時(shí)鐘、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、供電及避雷設(shè)備構(gòu)成，典型測震臺(tái)站技術(shù)系統(tǒng)構(gòu)成如圖3所示。地震計(jì)將地面運(yùn)動(dòng)參量轉(zhuǎn)換為電壓量，數(shù)據(jù)采集器將上述電壓量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，GPS時(shí)鐘信號(hào)確定時(shí)間，數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備將數(shù)字地震信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸至臺(tái)網(wǎng)中心，供電及避雷設(shè)備保障各類儀器安全可靠地運(yùn)行。測震臺(tái)站主要設(shè)備有寬頻帶地震計(jì)(KS-2000/BBVS-60/CMG-3ESP-60)、甚寬帶地震計(jì)(CTS-1EF/BBVS-120)、短周期地震計(jì)(FSS-3M/FSS-3B)、井下地震計(jì)(FSS-3DBH/JDF-2/BBVS60-DBH)、與其相配套的數(shù)據(jù)采集器(DR24/SMART24/EDAS24IP/EDAS24GN-3)及電源設(shè)備等。

圖1 安徽測震臺(tái)網(wǎng)直屬臺(tái)站分布

圖2 安徽省測震臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測能力

圖3 安徽省測震臺(tái)網(wǎng)典型測震臺(tái)站技術(shù)系統(tǒng)

2.2 數(shù)據(jù)傳輸方式

數(shù)據(jù)傳輸采取有線方式，主要有光纖寬帶信道、SDH信道、ADSL寬帶等三種，其中采用SDH信道的臺(tái)站有10個(gè)，采用光纖寬帶信道的臺(tái)站25個(gè)，采用ADSL寬帶的臺(tái)站6個(gè)。安徽數(shù)字測震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸信道網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)成如圖4所示。

圖4 安徽省測震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸路由圖

3 臺(tái)網(wǎng)中心技術(shù)系統(tǒng)和智能臺(tái)站建設(shè)

安徽省測震臺(tái)網(wǎng)中心技術(shù)系統(tǒng)主要由服務(wù)器為主的硬件設(shè)備系統(tǒng)和JOPENS臺(tái)網(wǎng)地震數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)組成[3]。在臺(tái)網(wǎng)部系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，每個(gè)臺(tái)站的地震觀測數(shù)據(jù)通過安徽省地震局地震信息服務(wù)部運(yùn)行維護(hù)管理的傳輸信道，匯集在測震臺(tái)網(wǎng)中心流服務(wù)器上。臺(tái)網(wǎng)部的數(shù)據(jù)傳輸通信鏈路、供電、避雷及綜合布線等與安徽省地震局信息服務(wù)部集成設(shè)計(jì)，統(tǒng)一施工，嚴(yán)格按照Ⅱ類機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。安徽省測震臺(tái)網(wǎng)中心的軟硬件系統(tǒng)構(gòu)成如圖5所示。安徽省測震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分布式系統(tǒng)，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境以及數(shù)據(jù)庫技術(shù)支撐下，完成區(qū)域測震臺(tái)網(wǎng)專用軟件基本功能實(shí)現(xiàn)的相互協(xié)作。由廣東省地震局研制的“十五”數(shù)字測震臺(tái)網(wǎng)軟件JOPENS系統(tǒng)，其軟件系統(tǒng)各功能模塊部署在測震臺(tái)網(wǎng)部10臺(tái)服務(wù)器和12臺(tái)計(jì)算機(jī)工作站上，如表1所示。技術(shù)系統(tǒng)的主要功能有：匯集全省測震臺(tái)站實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)，進(jìn)行事件實(shí)時(shí)檢測、自動(dòng)觸發(fā)、事件報(bào)警、自動(dòng)處理、在線數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)、離線數(shù)據(jù)刻錄備份，完成臺(tái)網(wǎng)責(zé)任區(qū)內(nèi)的地震監(jiān)測和速報(bào)任務(wù)，并以轉(zhuǎn)發(fā)方式向國家地震臺(tái)網(wǎng)中心和安徽省臺(tái)站提供數(shù)據(jù)流服務(wù)；同時(shí)，通過國家地震臺(tái)網(wǎng)中心的SDH專網(wǎng)收集鄰省測震臺(tái)網(wǎng)19個(gè)臺(tái)站的準(zhǔn)實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)，大大提高了安徽省邊緣和鄰省地震的監(jiān)測和定位能力。

圖5 安徽省測震臺(tái)網(wǎng)中心軟硬件系統(tǒng)構(gòu)成圖

“十五”建設(shè)項(xiàng)目工作完成后，全國增上和改建了大批無人值守臺(tái)站，它們大多處在深山、荒島等位置偏遠(yuǎn)或環(huán)境條件差的地區(qū)，如何對其進(jìn)行有效維護(hù)和管理已經(jīng)成為了一項(xiàng)亟待解決的問題。針對此種情況，安徽臺(tái)網(wǎng)研發(fā)了DZJK-01綜合智能采集器，開發(fā)了專門針對地震臺(tái)站的綜合智能監(jiān)控系統(tǒng)，初期以白山地震臺(tái)為試點(diǎn)進(jìn)行了智能臺(tái)站建設(shè)[4]。安徽省智能臺(tái)站建設(shè)以物聯(lián)網(wǎng)方式和三維模型模擬擺房內(nèi)的場景，在臺(tái)站安裝濕度計(jì)、煙霧報(bào)警器、門磁、市電檢測器、UPS檢測器、雙電源管理器、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、DZJK-01數(shù)據(jù)采集器等硬件設(shè)備，并將采集到的所有參數(shù)匯集至臺(tái)網(wǎng)中心的綜合控制顯示平臺(tái)。具體測震臺(tái)網(wǎng)中心主要設(shè)備參見表1，智能臺(tái)站監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D參見圖6。

表1 安徽省測震臺(tái)網(wǎng)中心主要設(shè)備

圖6 安徽省智能臺(tái)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

通過智能臺(tái)站系統(tǒng)的建立，儀器維護(hù)人員能夠異地遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控臺(tái)站的動(dòng)力環(huán)境參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)判斷臺(tái)站故障類型，做好應(yīng)對措施，縮短故障處理時(shí)間，大大減少了儀器維護(hù)人員進(jìn)行臺(tái)站設(shè)備維護(hù)的工作量和難度，并可以對臺(tái)站的觀測設(shè)備進(jìn)行有效管理和維護(hù)。一方面，提高了臺(tái)站的儀器工作連續(xù)運(yùn)行率，為地震預(yù)報(bào)和地震研究工作提供連續(xù)、可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；另外一方面，節(jié)約了維護(hù)成本。白山臺(tái)試運(yùn)行取得顯著效益后，安徽地震臺(tái)網(wǎng)又先后在六安臺(tái)、爛泥坳臺(tái)、豹子崖臺(tái)、石家河臺(tái)、含山臺(tái)、舒城臺(tái)、定遠(yuǎn)臺(tái)、淮南臺(tái)、廣德臺(tái)、樅陽臺(tái)等10個(gè)無人值守臺(tái)進(jìn)行了智能臺(tái)站的建設(shè)，同時(shí)將這10個(gè)臺(tái)站作為監(jiān)控點(diǎn)添加到“安徽地震臺(tái)站綜合智能監(jiān)控系統(tǒng)”中進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控維護(hù)，實(shí)現(xiàn)了無人值守臺(tái)站運(yùn)維和管理的自動(dòng)化、智能化、科學(xué)化。智能地震臺(tái)站的建設(shè)對規(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推廣價(jià)值，對實(shí)現(xiàn)發(fā)展智能臺(tái)網(wǎng)具有積極意義。

4 結(jié)束語

安徽省數(shù)字測震臺(tái)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了觀測系統(tǒng)數(shù)字化、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化，很大程度上擴(kuò)大了安徽臺(tái)網(wǎng)的地震監(jiān)測動(dòng)態(tài)范圍，保障了地震觀測系統(tǒng)的高速穩(wěn)定，改善了臺(tái)網(wǎng)的地震監(jiān)測能力，積累了豐富的數(shù)字地震數(shù)據(jù)資料，在開展安徽省及鄰區(qū)地震科學(xué)研究方面發(fā)揮了積極作用。而且隨著數(shù)字測震臺(tái)網(wǎng)的建成和各類科研工作的開展，提高了地震科技隊(duì)伍的整體實(shí)力，促進(jìn)安徽地震監(jiān)測工作再上一個(gè)新臺(tái)階。

[1] 張有林,戚浩,王燚坤，等.安徽省地震臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測能力和監(jiān)控范圍估算[J].地震地磁觀測與研究,2005,26(6):56-59.

[2] 金星,廖詩榮,陳緋雯，等.區(qū)域數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)實(shí)時(shí)速報(bào)系統(tǒng)研究[J] 地震地磁觀測與研究,2007,28(1):64-72.

[3] 吳永權(quán),黃文輝,蘇柱金.國家測震臺(tái)網(wǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸與服務(wù)[J].華南地震,2013,33(3):78-83.

[4] 黃顯良,戚浩,程鑫，等.智能地震臺(tái)站試驗(yàn)性研究[J].國際地震動(dòng)態(tài),2014(10):11-14.

The technological structure and configuration of Digital Seismic Network in Anhui Province

Yu Jianfang, Xia Shian, Zhang Bing, Han Chengcheng, Long Jianfeng

(Earthquake Administration of Anhui Province，Hefei 230031，China)

This paper has described the technology structure and configuration of Anhui digital seismic network in detail based on the seismic stations distribution, technology system and data transmission of stations, the main seismic observation equipment, software and hardware constitution of network center, intelligent station. The digital seismic network has played an active role in the earthquake prevention and disaster reduction work in Anhui Province.

digital seismic network; technology system; data transmission; intelligent station

2014-11-15

郁建芳(1987-)，女，湖北襄陽人，助理工程師.

P315.69

B

1001-8115(2015)04-0036-05

10.13716/j.cnki.1001-8115.2015.04.009