漢中地震臺(tái)測震臺(tái)站故障統(tǒng)計(jì)分析

馬思航，古云鶴，楊 敏，朱宣明

（陜西省地震局安康地震監(jiān)測中心站，陜西 安康 725000）

作為防震減災(zāi)事業(yè)的基礎(chǔ)和重要環(huán)節(jié)的地震監(jiān)測工作，對(duì)于保障人民生命安全具有重要意義，地震監(jiān)測臺(tái)站更是其前沿陣地。自1996 年河北邢臺(tái)發(fā)生地震以來，全國各地陸續(xù)通過大規(guī)模的項(xiàng)目建設(shè)對(duì)地震監(jiān)測工作進(jìn)行改革，在數(shù)字地震觀測系統(tǒng)經(jīng)過20 多年的革新后，中國地震監(jiān)測系統(tǒng)逐步從模擬記錄向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，形成了系統(tǒng)的中國地震監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，地震監(jiān)測體系也越來越完善。隨著不斷推進(jìn)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化進(jìn)程和逐步擴(kuò)大的臺(tái)站規(guī)模，無人值守、自動(dòng)觀測、有人看護(hù)、遠(yuǎn)程控制、集中維護(hù)也成為了大多數(shù)臺(tái)站的運(yùn)維管理工作模式[1]。

1 漢中地震臺(tái)測震臺(tái)站現(xiàn)狀

漢中地震監(jiān)測歷經(jīng)“九五”模擬觀測臺(tái)網(wǎng)數(shù)字化改造、“十五”陜西省數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目、“十一五”陜西省防震減災(zāi)重點(diǎn)項(xiàng)目和汶川地震陜西災(zāi)區(qū)防震減災(zāi)能力恢復(fù)重建等工程的新建改造，目前漢中地震臺(tái)現(xiàn)轄11 個(gè)數(shù)字化測震臺(tái)站，分別為漢中國家測震臺(tái)（以下簡稱“漢中（國）”）、留壩測震臺(tái)、青木川測震臺(tái)、略陽測震臺(tái)、勉縣測震臺(tái)、寧強(qiáng)測震臺(tái)、漢中測震臺(tái)、西鄉(xiāng)測震臺(tái)、佛坪測震臺(tái)、鎮(zhèn)巴測震臺(tái)、南鄭測震臺(tái)，地震監(jiān)測能力得到極大提高。隨著臺(tái)站數(shù)量的增多，分布范圍越發(fā)廣闊，尤其近年來臺(tái)站觀測手段的增加，觀測環(huán)境發(fā)生了較大的變化。與之而來的是，現(xiàn)今臺(tái)站的運(yùn)維管理產(chǎn)生了新的困難與挑戰(zhàn)。漢中地震臺(tái)測震臺(tái)站分布圖如圖1 所示。

圖1 漢中地震臺(tái)測震臺(tái)站分布圖

作為測震臺(tái)網(wǎng)基本單元的測震臺(tái)站，它是記錄地殼運(yùn)動(dòng)波形數(shù)據(jù)不可或缺的重要組成部分。獲得連續(xù)、完整和準(zhǔn)確的記錄是測震臺(tái)站的重要指標(biāo)，主要由測震臺(tái)站技術(shù)系統(tǒng)的機(jī)能和穩(wěn)定性以及臺(tái)站的觀測環(huán)境等因素決定[2]。因此，系統(tǒng)地歸納了漢中地震臺(tái)測震臺(tái)站的運(yùn)維管理現(xiàn)狀，對(duì)臺(tái)站儀器故障原因、故障類別進(jìn)行分析研判，為縮短數(shù)據(jù)記錄斷記時(shí)長、提升漢中地震臺(tái)測震臺(tái)站運(yùn)維管理工作的效率提供思路和方法，以保障漢中地震臺(tái)測震臺(tái)站連續(xù)、高質(zhì)量運(yùn)轉(zhuǎn)。

漢中地震臺(tái)測震臺(tái)站技術(shù)系統(tǒng)由供電避雷系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、地震觀測系統(tǒng)（地震計(jì)、數(shù)據(jù)采集器）等構(gòu)成[3]，由地震行業(yè)內(nèi)網(wǎng)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞【峙_(tái)網(wǎng)中心，如圖2 所示。數(shù)字化觀測系統(tǒng)同模擬觀測系統(tǒng)對(duì)比來看，設(shè)備多、鏈路長，其中任何環(huán)節(jié)的故障都有可能性致使數(shù)據(jù)異常甚至傳輸中輟。

圖2 漢中地震臺(tái)測震臺(tái)站技術(shù)系統(tǒng)

2 臺(tái)站運(yùn)行率統(tǒng)計(jì)

選取2017—2021 年陜西省地震臺(tái)網(wǎng)運(yùn)行月報(bào)中11 個(gè)漢中地震臺(tái)測震臺(tái)站的運(yùn)行情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，具體的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 2017—2021 年漢中地震臺(tái)測震臺(tái)站運(yùn)行率統(tǒng)計(jì)表（單位：%）

表1 中，11 個(gè)測震臺(tái)站2017—2021 年這5 年的平均運(yùn)行率為98.84%，其中2021 年平均運(yùn)行率為99.25%，是過去5 年的高值。采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算各站的標(biāo)準(zhǔn)差，即：

式（1）中：σ為標(biāo)準(zhǔn)差；，xi為樣本統(tǒng)計(jì)數(shù)，即x1、x2、x3、xi…樣本值；μ為總體平均值。

計(jì)算分析11 個(gè)臺(tái)站運(yùn)行率的標(biāo)準(zhǔn)差，發(fā)現(xiàn)有5 個(gè)臺(tái)站平均標(biāo)準(zhǔn)差小于0.6%，有6 個(gè)臺(tái)站的平均運(yùn)行率標(biāo)準(zhǔn)差大于0.6%。結(jié)果表明，平均運(yùn)行率標(biāo)準(zhǔn)差較小的這些臺(tái)站，運(yùn)行情況相對(duì)穩(wěn)定，因此運(yùn)行率較高；平均運(yùn)行率標(biāo)準(zhǔn)差較大的這些臺(tái)站，運(yùn)行情況相對(duì)波動(dòng)較大，因此運(yùn)行率較低。

2017—2021 年漢中地震臺(tái)測震臺(tái)站年均運(yùn)行率柱狀圖如圖3 所示。

圖3 2017—2021 年漢中地震臺(tái)測震臺(tái)站年均運(yùn)行率柱狀圖

從圖3 中可以看出，可以將每個(gè)臺(tái)站的運(yùn)行率變化趨勢(shì)劃分為3 種類型：①平均運(yùn)行率是穩(wěn)定的，且呈向上升趨勢(shì)的有3 個(gè)測震臺(tái)站，分別是留壩、略陽、勉縣；②平均運(yùn)行率是穩(wěn)定的，但呈下降趨勢(shì)的有2個(gè)測震臺(tái)站，分別是漢中（國）和青木川；③平均運(yùn)行率波動(dòng)幅度較大的有6 個(gè)測震臺(tái)站，分別是寧強(qiáng)、漢中、西鄉(xiāng)、佛坪、鎮(zhèn)巴、南鄭。根據(jù)以上分析，需要關(guān)注留壩、略陽、勉縣和漢中（國）、青木川這5 個(gè)測震臺(tái)站的運(yùn)行狀況，以確保漢中地震臺(tái)測震臺(tái)站長期穩(wěn)定運(yùn)行。

3 臺(tái)站故障統(tǒng)計(jì)

根據(jù)陜西省地震臺(tái)網(wǎng)運(yùn)行月報(bào)，統(tǒng)計(jì)2017—2021年11 個(gè)臺(tái)站共計(jì)337 次運(yùn)行故障，按故障原因分為4種情況，即供電故障、通訊故障、儀器故障和人為影響。統(tǒng)計(jì)結(jié)果分別為供電故障285 次、通訊故障37 次、儀器故障14 次、人為影響（儀器檢修、檢查）1 次，詳細(xì)統(tǒng)計(jì)分析如表2 所示。

表2 2017—2021 年漢中地震臺(tái)測震臺(tái)站故障次數(shù)統(tǒng)計(jì)表

由表2 可知，供電故障占84.57%，是臺(tái)站運(yùn)行故障的主要原因，通訊故障占10.98%，這2 個(gè)因素合計(jì)占95.55%。

統(tǒng)計(jì)了11 個(gè)臺(tái)站2017—2021 年337 次運(yùn)行故障的斷記時(shí)間，總斷記時(shí)間為137 662 min。各因素的斷記時(shí)間和比例分析如下：供電故障110 968 min，占80.61%；通訊故障19 346 min，占14.05%；儀器故障7 197 min，占5.23%；人為影響151 min，占0.11%。

2017—2021 年漢中地震臺(tái)測震臺(tái)站故障數(shù)和故障時(shí)長扇形圖如圖4 和圖5 所示。從圖中可以看出，故障因素次數(shù)占比越高，對(duì)應(yīng)的故障因素?cái)嘤洉r(shí)間占比也就越高，故障因素的頻次與故障斷記時(shí)間呈正相關(guān)，這表明漢中地震臺(tái)測震臺(tái)站有某種故障不能長期修復(fù)的情況較少，說明目前的運(yùn)維響應(yīng)機(jī)制基本可行。將供電故障和通訊故障歸因?yàn)橥獠恳蛩?，儀器故障和人為影響等歸因?yàn)閮?nèi)部因素。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，要想提高臺(tái)站運(yùn)行率和臺(tái)站的運(yùn)維管理工作效率，要點(diǎn)是掌握住外部因素。因此，如何確保外部供電、供電設(shè)備、通訊鏈路和通訊設(shè)備的穩(wěn)定是目前面臨的主要問題，需要有的放矢地提出有效途徑和有效措施來解決主要問題，以確保臺(tái)站能夠高質(zhì)量運(yùn)行。

圖4 2017—2021 年漢中地震臺(tái)測震臺(tái)站故障數(shù)扇形圖

圖5 2017—2021 年漢中地震臺(tái)測震臺(tái)站故障時(shí)長扇形圖

對(duì)11 個(gè)臺(tái)站每月發(fā)生的故障頻次進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，在把5 年來漢中地震臺(tái)11 個(gè)測震臺(tái)站每月發(fā)生的故障頻次按降序排列時(shí)，發(fā)現(xiàn)臺(tái)站發(fā)生的故障次數(shù)在時(shí)間分布中不均勻，其中有4 個(gè)月時(shí)間內(nèi)的故障頻次明顯多于全年其他時(shí)間，如圖6 所示。這4 個(gè)月的時(shí)間大致是在炎熱的夏季（5—8 月），或是在寒冷的冬季（1 月）。結(jié)果表明，季節(jié)性氣候劇烈變化對(duì)臺(tái)站的運(yùn)行造成了較大的影響，這4 個(gè)月的時(shí)間是臺(tái)站容易發(fā)生故障的高風(fēng)險(xiǎn)時(shí)期，亦是影響臺(tái)站穩(wěn)定運(yùn)行的主要時(shí)期。高風(fēng)險(xiǎn)時(shí)期需要受到重點(diǎn)關(guān)注臺(tái)站運(yùn)行情況才能更好地提高臺(tái)站運(yùn)行的穩(wěn)定性，針對(duì)性地提出相應(yīng)的保障措施盡量規(guī)避該時(shí)期容易發(fā)生的故障因素，達(dá)到更好的預(yù)期效果。

圖6 2017—2021 年漢中地震臺(tái)測震臺(tái)站月故障次數(shù)降序統(tǒng)計(jì)

4 措施與建議

結(jié)合對(duì)2017—2021年漢中地震臺(tái)測震臺(tái)站各種故障的統(tǒng)計(jì)，以及故障類型和因素的分析，提出以下建議和措施，以期縮減數(shù)據(jù)記錄中斷時(shí)間，加快臺(tái)站恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的速度。

臺(tái)站迫切需要轉(zhuǎn)變運(yùn)維工作模式。目前，漢中地震臺(tái)大多數(shù)測震臺(tái)站位于偏遠(yuǎn)山區(qū)，運(yùn)維工作的通勤時(shí)間較長，常規(guī)運(yùn)維工作仍優(yōu)先采用傳統(tǒng)的看臺(tái)人現(xiàn)場處理的方式，看臺(tái)人往往無法及時(shí)處理問題，同時(shí)其文化程度不高，現(xiàn)場排障能力有限。遠(yuǎn)程監(jiān)控及控制的手段不夠及時(shí)、智能，不能滿足臺(tái)站運(yùn)維人員的迫切需求。傳統(tǒng)的運(yùn)維工作模式不再滿足新時(shí)代臺(tái)站的運(yùn)維需要，迫切需要改變。在當(dāng)前市縣機(jī)構(gòu)改革的環(huán)境下，結(jié)合方興未艾的社會(huì)化運(yùn)維力量，可以通過引入高素質(zhì)、規(guī)范化、快速響應(yīng)的社會(huì)力量，形成一種新的“實(shí)時(shí)社會(huì)化力量+非實(shí)時(shí)屬地化維護(hù)”運(yùn)維工作模式，有效提升臺(tái)站排障效率，建立高效機(jī)制保障臺(tái)站運(yùn)維工作又好又快進(jìn)行。

臺(tái)站的基礎(chǔ)設(shè)備條件應(yīng)需改善。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，供電故障和通訊故障是干擾臺(tái)站正常運(yùn)轉(zhuǎn)的主要因素。在供電故障方面，首先，要提高臺(tái)站供電穩(wěn)定性，盡量采用鎧裝電纜入戶，避免外界干擾，條件優(yōu)渥的臺(tái)站建議接入2 路電源；其次，定期檢查UPS（Uninterruptible Power System）不間斷電源，光照條件好的臺(tái)站可以加裝太陽能光伏發(fā)電，關(guān)鍵的是要及時(shí)更換續(xù)航能力不足的蓄電池，在停電情況下使臺(tái)站擁有長時(shí)間供電續(xù)航的能力；最后，更新改造臺(tái)站供電的智能電源管理系統(tǒng)，對(duì)臺(tái)站觀測設(shè)備和供電設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控及控制手段進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，使臺(tái)站運(yùn)維人員能夠在故障發(fā)生的第一時(shí)間收到通知，為盡快分析排障、恢復(fù)臺(tái)站正常運(yùn)行搶奪時(shí)間。

在通訊故障方面，首先，要將通訊鏈路的中間環(huán)節(jié)盡量地減少，優(yōu)化線路使臺(tái)站與運(yùn)營商通訊基站的間距盡可能縮短，減少通信匯聚節(jié)點(diǎn)數(shù)量，方便通訊線路的維修維護(hù)；其次，與運(yùn)營商等多方溝通，通訊線路出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)切換到另一條正常線路上進(jìn)行通信的多線路切換；最后，可以在有線通信的基礎(chǔ)上，為臺(tái)站配備無線路由器，以充分保障臺(tái)站的正常通信。

增加對(duì)重點(diǎn)臺(tái)站和高風(fēng)險(xiǎn)時(shí)段的關(guān)注度。從臺(tái)站運(yùn)行故障月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，每年1 月、4 月、5 月、7月、8 月是故障頻發(fā)的高風(fēng)險(xiǎn)時(shí)期。在高風(fēng)險(xiǎn)時(shí)期，臺(tái)站運(yùn)維人員應(yīng)通過市縣地震部門渠道積極地溝通協(xié)調(diào)臺(tái)站所在區(qū)域的市政、供電及城建等部門，保護(hù)臺(tái)站周邊觀測環(huán)境，預(yù)防和解決各類運(yùn)行隱患，確保臺(tái)站穩(wěn)定運(yùn)行。增加備機(jī)備件，對(duì)于老舊、無法穩(wěn)定運(yùn)行的設(shè)備及時(shí)予以更換，對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)時(shí)期和重點(diǎn)部位加密巡檢，規(guī)避高風(fēng)險(xiǎn)時(shí)期臺(tái)站故障風(fēng)險(xiǎn)，提升臺(tái)站運(yùn)行率。

5 結(jié)束語

本文對(duì)漢中地震臺(tái)下轄的11 個(gè)測震臺(tái)站5 年來的運(yùn)行情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，將故障原因總結(jié)為供電故障、通信故障、儀器故障和人為影響4 種類型，分析了臺(tái)站運(yùn)行容易發(fā)生的故障和高風(fēng)險(xiǎn)時(shí)期，結(jié)合統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與工作實(shí)際，提出了相應(yīng)的解決措施與建議，以期保障漢中地震臺(tái)測震臺(tái)站的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)希望能給其他同類臺(tái)站提供可參考的經(jīng)驗(yàn)。