基于物聯(lián)網(wǎng)的地震臺網(wǎng)安全運行智能保障系統(tǒng)在地震臺站的應(yīng)用

宋曉煜，魏可心，常思宇，陳 沐

（1.張家口地震監(jiān)測中心站,河北 張家口 075000；2.深圳計通公司,廣東 深圳 518000）

0 引言

近年來，隨著中國地震局“十三五”規(guī)劃順利實施，地震監(jiān)測臺站信息化改造初步完成，地震臺站數(shù)量顯著增加，其中大多數(shù)臺站采取無人值守、有人看護的運行管理模式[1-2]。隨著地震監(jiān)測能力不斷提升，對地震儀器的運行質(zhì)量也提出了更高的要求。但地震臺站數(shù)量多，分布范圍廣，交通不便等因素導(dǎo)致了無人值守臺站故障發(fā)現(xiàn)不及時、故障原因難判斷、運維成本高等問題。為提高地震臺站的安全性、穩(wěn)定性，實時監(jiān)控臺站的運行情況，快速定位、處理設(shè)備故障，本文提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的地震臺網(wǎng)安全運行智能保障系統(tǒng)。

地震臺網(wǎng)安全運行智能保障系統(tǒng)是針對地震臺站運維現(xiàn)狀，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[3]、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等實現(xiàn)對地震臺站集中化監(jiān)控與運維管理[4]，系統(tǒng)實現(xiàn)對臺站內(nèi)配電電源、開關(guān)、UPS、溫濕度、漏水、視頻、網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備數(shù)據(jù)進行集中化、可視化監(jiān)測，并構(gòu)建一整套完善的設(shè)備運維管理平臺[5]，集臺站的動力、環(huán)境、安防監(jiān)控和運行維護于一體[6]，結(jié)合監(jiān)控平臺和移動運維功能，實現(xiàn)對地震臺站的集中化運維，提高臺站運行管理效率。

1 軟硬件設(shè)計

1.1 硬件設(shè)計

地震臺網(wǎng)安全運行智能保障系統(tǒng)選用國產(chǎn)ARM RK3288 處理器，RK3288 是低功耗、高性能、低成本的超強四核Cortex-A17 處理器，頻率高達(dá)1.8G Hz，具有性價比高的優(yōu)勢。監(jiān)控系統(tǒng)由智能復(fù)電控制器、配套傳感器及臺站智能管理主機組成。智能復(fù)電控制器具有智能復(fù)位功能，當(dāng)臺站因雷擊、電力故障等原因?qū)е屡潆婇_關(guān)跳閘時，可自動重合閘3 次；無故障時可將開關(guān)自動復(fù)位，如果存在故障則不復(fù)位，同時對外發(fā)出告警信息。配套傳感器包括溫濕度傳感器、漏水檢測傳感器、大氣壓力傳感器、煙霧探測器、紅外探測器、電池傳感器、智能電控門鎖。臺站智能管理主機采用嵌入式軟硬件一體化設(shè)計，通過AI/DI/COM/TCP IP 智能硬件接口實時處理傳感器數(shù)據(jù)，具備數(shù)據(jù)采集、存儲、展示、告警、查詢、報表等管理功能。處理器實物圖（圖1）如下。

圖1 處理器實物圖

1.2 軟件設(shè)計

臺站智能管理主機系統(tǒng)采用C 語言開發(fā)，基于JSON 的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，能夠降低系統(tǒng)集成的成本和工作量。JSON 作為開放性數(shù)據(jù)描述語言，在數(shù)據(jù)交換中承擔(dān)了重要的角色。為支持系統(tǒng)的分布應(yīng)用，系統(tǒng)構(gòu)建了無數(shù)據(jù)丟失的數(shù)據(jù)軟交換系統(tǒng)：

1）支持廣播發(fā)送或定向發(fā)送，支持?jǐn)?shù)據(jù)分組管理，避免數(shù)據(jù)采集時造成廣域網(wǎng)流量擁塞的狀況；

2）支持?jǐn)?shù)據(jù)流的重定向，實現(xiàn)告警數(shù)據(jù)/性能消息數(shù)據(jù)多段處理；

3）保證上層應(yīng)用與下層接口服務(wù)無關(guān)；

4）標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)包格式，提高分布式應(yīng)用的開發(fā)速度，保證應(yīng)用易于擴充。

此系統(tǒng)可分為管理應(yīng)用層、數(shù)據(jù)采集層、前端設(shè)備層。管理應(yīng)用層由監(jiān)控服務(wù)器、監(jiān)控軟件以及報警設(shè)備等組成[7]，通過數(shù)據(jù)采集層獲取的前端設(shè)備的監(jiān)控數(shù)據(jù)進行集中統(tǒng)一的監(jiān)控和管理。數(shù)據(jù)采集層負(fù)責(zé)前端設(shè)備信號的匯聚和轉(zhuǎn)換，將前端設(shè)備的RS485/RS232/DI 信號轉(zhuǎn)為TCP/IP 信號并通過內(nèi)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸。前端設(shè)備層為前端各類傳感器設(shè)備、智能設(shè)備，通過RS485 接口接入至數(shù)據(jù)采集層對應(yīng)的接口中，將本身獲取的臺站環(huán)境參數(shù)、設(shè)備運行狀態(tài)反饋至中心監(jiān)控平臺中。系統(tǒng)實施構(gòu)架見圖2。

圖2 實施架構(gòu)

ARM 處理器通過RS485 總線及網(wǎng)絡(luò)將配電子系統(tǒng)、UPS 子系統(tǒng)、配電開關(guān)子系統(tǒng)、蓄電池子系統(tǒng)、溫濕度子系統(tǒng)、漏水子系統(tǒng)、大氣壓力子系統(tǒng)連接起來。通過對各子系統(tǒng)實時監(jiān)控數(shù)據(jù)處理、分析及邏輯判斷，實現(xiàn)各子系統(tǒng)的集中視圖、集中監(jiān)控、集中告警、集中數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)一運維管理。

系統(tǒng)通過不斷檢測告警標(biāo)志位判斷故障原因，并產(chǎn)生告警并保存告警信息（圖3）。

圖3 告警流程圖片段

標(biāo)志檢測程序片段如下：

報表管理功能通過對設(shè)備運行的歷史數(shù)據(jù)和報警事件進行統(tǒng)計、分析，得到地震臺站電力和環(huán)境等運行情況。資產(chǎn)管理功能是實現(xiàn)在資產(chǎn)采購、資產(chǎn)入庫、資產(chǎn)使用、資產(chǎn)變更、資產(chǎn)處置等整個資產(chǎn)生命周期管理過程中做到有效的管理。運維管理功能基于ITIL 運維服務(wù)體系框架，用于登記地震臺站各種信息故障申報請求，并對故障處理的過程進行跟蹤和處理。運維管理功能程序片斷如下：

系統(tǒng)可查看實時監(jiān)控數(shù)據(jù)、接收實時報警信息，快速查詢歷史監(jiān)控記錄。還可在后臺定義巡檢任務(wù)，一鍵式提交巡檢結(jié)果與內(nèi)容完整性自檢，確保巡檢按時按質(zhì)完成，部分巡檢數(shù)據(jù)自動填入，大幅減少人工巡檢項。

2 在張家口地區(qū)的應(yīng)用

目前，張家口地震監(jiān)測中心站所轄尚義地震臺、康保地震臺都建立了全面的設(shè)備維護管理系統(tǒng)（表1）。同時，監(jiān)控系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)檢測陽原、蔚縣等其他13 個測震臺站網(wǎng)絡(luò)通斷。經(jīng)統(tǒng)計，故障定位時間縮短了50%，縮短了維護時效，為地震監(jiān)測系統(tǒng)穩(wěn)定運行提供了全面保障；自動重合閘避免了因雷擊等原因?qū)е碌奶l故障，現(xiàn)場運維次數(shù)減少10%，有效減輕維護人員負(fù)擔(dān)。

表1 安裝地震臺網(wǎng)安全運行智能保障系統(tǒng)前后現(xiàn)場維修次數(shù)及故障定位時間對比

本系統(tǒng)利用現(xiàn)有監(jiān)控資源進行數(shù)據(jù)提取分析，結(jié)合平臺的豐富管理功能和移動運維理念，通過建立統(tǒng)一的操作平臺和統(tǒng)一的通信平臺，實時監(jiān)控、分析各地震臺站基礎(chǔ)設(shè)施的運行信息。

通過在前端臺站配套安裝各類傳感器及監(jiān)控設(shè)備，系統(tǒng)可完成對臺站動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、資產(chǎn)管理系統(tǒng)以及其他第三方子系統(tǒng)的無縫數(shù)據(jù)集成，實時獲取各子系統(tǒng)的監(jiān)控數(shù)據(jù)。通過對各子系統(tǒng)監(jiān)控數(shù)據(jù)處理、分析及邏輯判斷，并實現(xiàn)上述各子系統(tǒng)的集中視圖、集中監(jiān)控、集中告警、集中數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)一運維管理。在張家口地區(qū)應(yīng)用界面見圖4。

圖4 地震臺網(wǎng)安全運行智能保障系統(tǒng)在張家口地區(qū)的應(yīng)用

3 結(jié)論

地震臺網(wǎng)安全運行智能保障系統(tǒng)應(yīng)用后，提高了地震臺站的安全性、穩(wěn)定性，可以實時監(jiān)控臺站的運行情況；快速定位、處理設(shè)備故障，快速判定數(shù)據(jù)中斷原因，有助于將故障時間控制在24 小時以內(nèi)，提高維護時效。安裝后，康保地震臺、尚義地震臺由于安裝了自動重合閘開關(guān)，均未出現(xiàn)雷擊跳閘導(dǎo)致數(shù)據(jù)中斷的情況。