基于物聯(lián)網(wǎng)地震站臺監(jiān)測運(yùn)維平臺的設(shè)計(jì)

趙婷婷 劉陽

摘要：隨著當(dāng)今信息時(shí)代的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用廣泛。由于現(xiàn)存地震臺站分散，傳統(tǒng)的人工維護(hù)效率低，因此，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建一個(gè)地震監(jiān)測遠(yuǎn)程維護(hù)平臺，發(fā)生問題時(shí)，能及時(shí)找到故障所在位置和故障發(fā)生原因，進(jìn)行智能診斷和數(shù)據(jù)傳輸，及時(shí)做出人員調(diào)度，提高效率。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);地震站臺;監(jiān)測系統(tǒng)

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）03-0272-02

地震對于人們的生活產(chǎn)生很大的影響，從唐山地震到汶川地震都受到全國各地地區(qū)的關(guān)心。隨著“十三五”系統(tǒng)的開展，地震監(jiān)測臺站備受關(guān)注，地震監(jiān)測設(shè)備的正常運(yùn)行就格外重要，它對地震進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測并做出預(yù)判，起到預(yù)防監(jiān)測的作用。當(dāng)前監(jiān)測站點(diǎn)極為分散，維修問題較復(fù)雜，維修人員到實(shí)地檢查后才能發(fā)現(xiàn)故障的原因，有時(shí)故障發(fā)生長時(shí)間以后才被發(fā)現(xiàn)，使得效率減慢，構(gòu)建一個(gè)地震監(jiān)測遠(yuǎn)程維護(hù)平臺，利用數(shù)據(jù)傳輸和監(jiān)測設(shè)備及時(shí)發(fā)現(xiàn)，本系統(tǒng)對故障信息做出智能判斷并將故障具體位置傳送到服務(wù)器終端，及時(shí)調(diào)度維修人員去往故障點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)維修遇到的問題，提高維修效率。

1 物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。指物品通過各種信息傳感設(shè)備，如傳感器、紅外感應(yīng)器、射頻識別（RFID）技術(shù)、全球定位系統(tǒng)等各種技術(shù)，實(shí)時(shí)采集任何監(jiān)測、連接的物體或者過程，采集各種信息，它與互聯(lián)網(wǎng)形成的一個(gè)巨大的網(wǎng)絡(luò)。

本文在地震臺站監(jiān)測運(yùn)維平臺中主要是利用物聯(lián)網(wǎng)的各種信息傳感設(shè)備，如溫度傳感器、濕度傳感器、紅外感應(yīng)定位系統(tǒng)等裝置與臺站通信相結(jié)合，通過數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備形成故障發(fā)現(xiàn)、智能診斷和調(diào)度一體化，其目的是讓臺站內(nèi)的設(shè)備與通信網(wǎng)絡(luò)連接起來。系統(tǒng)可以自動(dòng)的、實(shí)時(shí)地對臺站現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)測。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對地震監(jiān)測的需求進(jìn)行整理和分析，塑造一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)的地震監(jiān)測智能控制中心，并針對數(shù)據(jù)分析和智能處理，省去維修人員進(jìn)行現(xiàn)場確認(rèn)故障位置和故障原因的時(shí)間，節(jié)約人力資源同時(shí)，人們可以通過遠(yuǎn)程控制服務(wù)器及時(shí)地了解臺站內(nèi)的設(shè)備運(yùn)行狀況，對設(shè)備故障進(jìn)行處理，使維修效率提高。

2 地震臺站監(jiān)測運(yùn)維平臺的系統(tǒng)架構(gòu)

本文中平臺的系統(tǒng)架構(gòu)主要分為三層：應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層和感知層。應(yīng)用層主要是針對所要監(jiān)測的需求開發(fā)出來的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)獲取與顯示、設(shè)備資產(chǎn)管理等，對數(shù)據(jù)做出智能計(jì)算和分析，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用關(guān)鍵層;網(wǎng)絡(luò)層主要是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信和數(shù)據(jù)的傳輸，將接收的數(shù)據(jù)有效的傳輸?shù)礁鱾€(gè)應(yīng)用中，保證數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確地傳輸;感知層主要是用來實(shí)現(xiàn)各個(gè)監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，以實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換等。從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)查詢、系統(tǒng)幫助、數(shù)據(jù)查詢等功能。使地震平臺實(shí)現(xiàn)可視化，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場視頻、監(jiān)控等系統(tǒng)一體化接入，達(dá)到遠(yuǎn)程發(fā)現(xiàn)故障的所在點(diǎn)及故障原因，方便維修和管理。

3 地震臺站監(jiān)測運(yùn)維平臺的設(shè)計(jì)

3.1 軟件系統(tǒng)

地震臺站運(yùn)維平臺的數(shù)據(jù)中心主要對地震計(jì)、溫濕度傳感器和紅外定位儀等設(shè)備信息進(jìn)行監(jiān)控與數(shù)據(jù)分析，通過對數(shù)據(jù)的獲取和分析與設(shè)備資源的有效管理，提高了地震臺站的管理與維護(hù)效率。

本文中的地震臺站運(yùn)維系統(tǒng)搭載了新一代的GIS系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對各個(gè)省市的地震臺站信息的收集與顯示，并提供了存儲數(shù)據(jù)庫，完成對臺站中地震信息、視頻監(jiān)控等數(shù)據(jù)的采集、分析、傳輸，實(shí)現(xiàn)對各種數(shù)據(jù)綜合管理，也對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和故障診斷，提高維修和管理效率。

地震臺站維運(yùn)平臺包括三大功能模塊。

（1）數(shù)據(jù)采集：數(shù)據(jù)采集是系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的工作，沒有數(shù)據(jù)就不能對站臺的情況進(jìn)行了解和分析。數(shù)據(jù)采集主要是在感知層進(jìn)行，傳感器專門用來實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集工作，它可以實(shí)時(shí)感知現(xiàn)場的情況并對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，并接收由服務(wù)器發(fā)出的指令，實(shí)現(xiàn)對地震設(shè)備的監(jiān)測。這里我們建立了智能電表、地震針、溫度傳感器、濕度傳感器、監(jiān)控系統(tǒng)、紅外定位儀六個(gè)子系統(tǒng)，其中溫濕度傳感器主要用于現(xiàn)場環(huán)境的監(jiān)測，地震針主要是對地震波進(jìn)行監(jiān)測和數(shù)據(jù)收集，根據(jù)監(jiān)控顯示和紅外定位儀就可以確定發(fā)生事故位置及其原因，通過監(jiān)控觀察站內(nèi)情況。并在電表上安裝網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，工作人員將遠(yuǎn)程控制各個(gè)無人臺站的供電情況，通過發(fā)布命令來控制電源的開關(guān)。工作人員可以通過大屏幕指導(dǎo)工作。

（2）數(shù)據(jù)傳輸：由網(wǎng)絡(luò)傳輸層完成數(shù)據(jù)的傳輸工作，傳感器采集完畢數(shù)據(jù)以后，將數(shù)據(jù)通過有線和無線并行的方式傳輸給服務(wù)器。這里我們利用ZigBee物聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議，實(shí)現(xiàn)物與物之間的自動(dòng)化無線通信，由于物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)較多，ZigBee協(xié)議能夠在短時(shí)間內(nèi)找到路由器節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)，對路由發(fā)出呼叫命令，實(shí)時(shí)更新互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。還可以直接對監(jiān)控對象進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制，實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)控和管理，還可以在自己信號覆蓋范圍內(nèi)，與多個(gè)不承擔(dān)中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線連接，ZigBee還有很多的優(yōu)勢，它可以節(jié)約數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，提高傳輸效率，它的功率消耗也非常低，可以延長的傳告器設(shè)備的電池壽命，ZigBee技術(shù)在成本低，功耗低的組網(wǎng)中具有巨大優(yōu)勢，它具有可擴(kuò)展的特性，可以隨時(shí)增加新的傳感器，也可刪除現(xiàn)有的傳感器，這些優(yōu)點(diǎn)使ZigBee與無線傳輸完美地結(jié)合在一起。有線數(shù)據(jù)傳輸將通過光纖、同軸電纜實(shí)現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信。

（3）數(shù)據(jù)分析與整理：數(shù)據(jù)最終將匯聚到應(yīng)用層，該層是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具體應(yīng)用的關(guān)鍵步驟，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對地震監(jiān)測臺站的數(shù)據(jù)按照需求進(jìn)行整理、分析，進(jìn)行智能計(jì)算等，是系統(tǒng)所要重點(diǎn)解決的問題，當(dāng)服務(wù)器接收數(shù)據(jù)以后，可以根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備操的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析如出現(xiàn)故障可以發(fā)送到操作界面顯示器上工作人員將利用該層的軟件操作界面實(shí)現(xiàn)對臺站現(xiàn)場的檢測與控制，發(fā)現(xiàn)問題時(shí)，可及時(shí)做出相應(yīng)的判斷，及時(shí)更換部件或更新設(shè)備，做出相應(yīng)的人員調(diào)度，使維修效率提高，工作人員可根據(jù)操作界面對進(jìn)行臺站進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制。

3.2 系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)硬件主要包括傳感器、路由器、通信設(shè)備和供電設(shè)備。其中我們可以針對供電設(shè)備和通信設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，可以在供電設(shè)備上安裝網(wǎng)絡(luò)通信裝置，更換掉老舊的供電設(shè)備。這樣新的供電設(shè)備就可以將臺站內(nèi)各個(gè)設(shè)備的用電情況和工作數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器，工作人員通過發(fā)布命令控制臺站內(nèi)整體用電情況。對于站臺內(nèi)的有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造，要做到設(shè)備之間能相互連接的同時(shí)，減少布線成本。在臺站之間建立5G網(wǎng)絡(luò)通信，并與5G的工業(yè)級無線路由連接，在有線方式出現(xiàn)問題時(shí)，保證數(shù)據(jù)傳輸。

4 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)利用先進(jìn)的傳輸協(xié)議實(shí)現(xiàn)傳感器與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸。本文通過對目前地震臺站的遠(yuǎn)程監(jiān)測運(yùn)維平臺構(gòu)建出來一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對臺站現(xiàn)場進(jìn)行遠(yuǎn)程的監(jiān)測和維護(hù)，在故障發(fā)生時(shí)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)及故障信息并做出智能判斷，有效調(diào)度維修人員，提高維修效率，對數(shù)據(jù)的傳輸速率問題提出相應(yīng)解決辦法，實(shí)現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的統(tǒng)一化管理，使遠(yuǎn)程監(jiān)測更加直觀地展現(xiàn)，但系統(tǒng)仍有不足之處，需要進(jìn)一步完善，值得深入研究。

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