新疆地球物理站網(wǎng)運維管理的思考與對策＊

王 斌 顏 龍 卓瑞祺 王曉飛 亞森?奧斯曼

1) 新疆維吾爾自治區(qū)地震局， 新疆烏魯木齊 830011

2) 富蘊地震監(jiān)測中心站， 新疆富蘊 836100

0 引言

地球物理站網(wǎng)是研究震前區(qū)域地殼變形特征，觀測研究地殼運動與變形過程，識別強震孕育階段以及探索強震預測的前沿陣地[1-4]。2020年以前，新疆維吾爾自治區(qū)地震局設有前兆站網(wǎng)中心，由該部門指導和協(xié)調(diào)11個有人值守臺站對新疆區(qū)域內(nèi)地球物理站網(wǎng)進行運維，隨著地震部門機構改革深入推進，現(xiàn)階段采用 “國家地震臺—省地震臺—中心站—一般監(jiān)測站” 四級監(jiān)測預報業(yè)務架構，使站網(wǎng)運維工作更多地集中到了地震監(jiān)測中心站，一般站將實行 “無人值守，有人看護，自動觀測，遠程控制，定期維護” 的管理模式[5]。機構改革中，新疆維吾爾自治區(qū)地震局將原局屬測繪院、地下流體中心、前兆站網(wǎng)中心3個事業(yè)單位組合，在中國地震局批準后新成立了新疆地球物理觀測中心。新疆地球物理觀測中心內(nèi)設運維保障室，肩負全疆地球物理站網(wǎng)運維工作。因此，如何解決現(xiàn)階段中心站運維工作中存在的突出困難、協(xié)調(diào)運維保障室和中心站的責任分工，將新疆地球物理站網(wǎng)運維好、管理好、建設好、發(fā)展好，進一步發(fā)揮地震監(jiān)測中心站的基礎業(yè)務支撐作用，是急需探究的問題。鐘偉[6]和馬世虎等[7]總結過內(nèi)地發(fā)達省份地震局無人值守臺站的運維經(jīng)驗，提出了無人值守臺站是防震減災體系建設的發(fā)展方向，加大法律保護，優(yōu)化管理制度，融合企業(yè)站網(wǎng)服務地方經(jīng)濟建設的運維思路。王鑫等[8]調(diào)研了內(nèi)蒙古地震局臺站現(xiàn)狀，提出了地震臺站分布式管理概念。新疆作為中國面積最大的省級行政區(qū)，地理位置特殊，中強地震多發(fā)，臺站間距遠，因此一般站運維存在較大的困難?；谏鲜鲈颍疚囊孕陆厍蛭锢碚揪W(wǎng)為例，結合運維保障室、中心站運維人員工作經(jīng)驗，通過文獻分析法和訪談法對目前新疆地球物理站網(wǎng)運維存在的主要問題進行總結和分析，并在此基礎上提出相應的對策建議。

1 研究對象和方法

1.1 研究對象

本文選取新疆維吾爾自治區(qū)地震局地球物理站網(wǎng)（11個地震監(jiān)測中心站和新疆地球物理觀測中心運維保障室）作為研究對象。

1.2 研究方法

文獻分析法。筆者在維普、知網(wǎng)等數(shù)據(jù)庫查閱了國內(nèi)地震系統(tǒng)和氣象系統(tǒng)臺站運維的文獻研究資料，分析新疆區(qū)域地球物理站網(wǎng)運維產(chǎn)生問題的原因，尋求解決之策。

訪談法。針對研究對象通過直接訪談和間接訪談的方式，就當前新疆地球物理站網(wǎng)運維工作現(xiàn)狀及存在的問題，向新疆地球物理觀測中心、新疆地震監(jiān)測與信息中心、烏魯木齊地震監(jiān)測中心站、富蘊地震監(jiān)測中心站、克拉瑪依地震監(jiān)測中心站等10多位同事征求了意見和建議。

2 概況

2.1 新疆地球物理站網(wǎng)分布概況

新疆地球物理站網(wǎng)主要由定點形變、重力、地電、地磁、地下流體和GNSS六大學科構成。目前，已經(jīng)基本形成多學科、多種類的綜合地球物理觀測站網(wǎng)。其主要任務是通過觀測新疆地區(qū)地球物理背景場及其變化，為揭示新疆地區(qū)地殼運動態(tài)勢及地震孕育、發(fā)震和震后調(diào)整全過程提供基礎數(shù)據(jù)，并服務于地震預測預報及科學研究。根據(jù)新疆地質構造和強震活動特征，新疆地球物理觀測臺站主要沿阿爾泰地震帶、北天山地震帶、中天山地震帶、南天山地震帶、西昆侖地震帶和阿爾金地震帶分布（圖1）。

圖1 新疆地球物理站網(wǎng)分布圖Fig.1 Distribution map of geophysical station network in Xinjiang

2.2 新疆地球物理站網(wǎng)運行現(xiàn)狀

目前，新疆地球物理站網(wǎng)在網(wǎng)運行觀測站為82個（含GNSS站），運行儀器188套，其中數(shù)字化觀測儀器161套、人工觀測儀器27套，無模擬觀測儀器。按學科統(tǒng)計，重力學科有7個臺站7套儀器，形變學科有26個臺站47套儀器，地磁學科有6個臺站19套儀器，地電學科有5個臺站6套儀器，流體學科有28個臺站64套儀器，氣象輔助觀測有13臺套儀器，GNSS有32臺套儀器。各學科臺站儀器統(tǒng)計見表1。

表1 2022年新疆地球物理站網(wǎng)各學科運行儀器情況Table 1 Operational instruments of Xinjiang geophysical station network by discipline in 2022

3 存在問題

3.1 場地環(huán)境干擾突出

隨著新疆維吾爾自治區(qū)經(jīng)濟高速發(fā)展，人口逐年增多，城市規(guī)模不斷擴大，人類活動和一些建設工程越來越逼近曾經(jīng)地理位置較為偏僻的野外一般監(jiān)測站，地球物理觀測儀器的監(jiān)測環(huán)境遇到越來越多的挑戰(zhàn)[6]。以2018—2022年新疆維吾爾自治區(qū)地震局地球物理站網(wǎng)干擾為例。站網(wǎng)5年共產(chǎn)出干擾事件2952條，其中場地環(huán)境干擾事件達372條，占比12.6%，嚴重影響了數(shù)據(jù)的可靠度和完整度。尤其是2021年，場地環(huán)境干擾事件比例最高，占比27.2%（表2）。

表2 2018—2022年新疆地球物理站網(wǎng)場地環(huán)境干擾事件統(tǒng)計表Table 2 Statistics of environmental disturbance events at geophysical station network sites in Xinjiang from 2018 to 2022

3.2 保障力量緊張

經(jīng)過機構改革，目前新疆維吾爾自治區(qū)地震局擁有直屬中心站11個，在編人數(shù)112人，地球物理觀測中心運維保障室在編11人，責任分工見表3。相較與新疆廣袤的土地，運維室和中心站能夠負責運維的人員人數(shù)整體看還是偏低。同時中心站的運維人員不僅要維護地球物理站網(wǎng)，還要運維其轄區(qū)內(nèi)的測震、預警、強震等多個站網(wǎng)，其中測震臺站需要保證24小時連續(xù)正常運行[8]，因此從中心站運維工作的內(nèi)容來看，運維工作不僅僅是簡單的處理儀器故障，還涉及到觀測儀器的例行標定、檢查、維護、日志填報、參數(shù)修改，運行月、年度報告的編寫，觀測環(huán)境保護，環(huán)境干擾入庫， 運行費用結算與繳納等。因此，地震監(jiān)測中心站運維力量緊張是客觀存在的。

表3 新疆地球物理觀測中心人員分工表Table 3 Division of personnel in Xinjiang geophysical observation center

3.3 屬地關系不易協(xié)調(diào)

新疆地球物理站網(wǎng)的某些一般站建設在景區(qū)和邊防管理區(qū)域。當儀器發(fā)生故障需要運維人員前往維修時，往往需要臨時辦理相關手續(xù)發(fā)送至當?shù)毓芾聿块T，等待審批通過后才可以進入其轄區(qū)。如阜康白楊溝一般站在阜康市天池景區(qū)內(nèi)，站內(nèi)有一套DSQ水管儀和一套SS-Y伸縮儀，由新疆地球物理觀測中心運維保障室直接管理，當這兩套儀器出現(xiàn)故障或需要運維人員進洞進行年度例行調(diào)零、標定時，需要由新疆維吾爾自治區(qū)地震局向天池管委會發(fā)函，在獲得通行證后，運維力量才能進入景區(qū)內(nèi)。新疆維吾爾自治區(qū)地震局有部分GNSS站點設在邊境區(qū)域，運維人員需要辦理邊境通行證，再由地方與軍方協(xié)調(diào)后才能持證進入。

3.4 運維時效性不足

從運維工作流程上看，目前新疆地球物理站網(wǎng)運維存在時效性較差的問題。首先，地球物理觀測儀器出現(xiàn)故障，值班人員第一時間發(fā)現(xiàn)后通知運維人員，運維人員從運維裝備與車輛的準備到出發(fā)至觀測站需要一定的時間，部分一般站距離中心站較遠，需要時間會更長。其次，如果儀器故障發(fā)生在夜晚，即使第一時間發(fā)現(xiàn)，但由于協(xié)調(diào)運維車輛和辦理相關準入證件，運維人員通常需要等到第2日才能出發(fā)，耽誤了寶貴的運維時間。最后，中心站如果沒有故障儀器的備機備件，則需要等待上級部門或供應廠商郵寄也會造成待修儀器斷跡時間過長，運維時效性不足。

4 原因分析

新疆維吾爾自治區(qū)地震局地球物理站網(wǎng)運維工作出現(xiàn)上述問題的原因是多方面的，既跟新疆獨特的地理區(qū)位置等外部因素有關，也跟自身的運維管理效能不足等內(nèi)部因素有關，運維管理模式和運維流程上多延續(xù)過去舊的理念和做法，導致了站網(wǎng)運維制度與實際運維情況不相匹配。筆者結合上述總結出的問題，從以下4個方面尋找具體原因。

4.1 觀測環(huán)境變化迅速，臺站遷址代價高

新疆地處中國西部邊陲，在 “西部大開發(fā)” 和 “一帶一路” 背景下，經(jīng)濟得到長足發(fā)展，人口日益增多。原有城市面積不能滿足城市發(fā)展需要，擴大城市成了必然之舉。因此，曾經(jīng)處于郊區(qū)或野外的一般站漸漸縮短了到城市的距離。再加上修路、修橋、西氣東輸、西電東輸?shù)却笮晚椖可像R完工，觀測站的地理位置不再偏僻，背景場更多地受到了人類活動的干擾。搬遷觀測站雖然可以解決上述問題。然而，特定的學科儀器需要特定的地質構造環(huán)境和場地環(huán)境。如洞體應變儀器需要放置于山洞內(nèi)，并要求觀測場地洞溫年變小于0.03℃，年溫差小于0.5℃[9]；流體學科儀器需要建設在地下水豐富的區(qū)域，并且需要開鑿豎井用于放置儀器；地磁地電儀器則需要遠離強磁強電環(huán)境等。因此，將原有的臺站廢棄再另尋新址，既需要資金投入，又需要合適的場地環(huán)境和地質構造環(huán)境，使得遷移臺站成本過高。

4.2 中心站運維儀器數(shù)量多，儀器技術更新快

造成新疆地球物理站網(wǎng)運維力量緊張的原因有以下兩點： ① 中心站需要運維的站點和儀器日益增多。11個中心站，共112人，需要運維包括測震基準站186個，測震基本站321個，測震一般站480個，預警站點978個（其中，一般站480個，基本站+基準站498個），地球物理站網(wǎng)一般站82個。一般站的站與站間隔遠，中心站女性職工野外工作受限，造成中心站運維力量更加緊缺。尤其是當多個站點儀器同時出現(xiàn)故障時，中心站的運維力量會變得更加緊張。 ② 由于新式儀器的更新?lián)Q代、新技術的創(chuàng)新運用、監(jiān)測儀器種類的逐漸豐富，工作原理和運維方式跨度大，使新入職的年輕職工增加了學習成本，使年老職工喪失了經(jīng)驗優(yōu)勢。

4.3 中心站工作閉塞，市縣局重行政輕業(yè)務

筆者認為造成屬地關系不易協(xié)調(diào)的原因有許多，大致可分為客觀因素和主觀因素兩種?？陀^因素有： ① 如邊境管理涉及國防重任，必須對進入人員身份認真審核把關，無法簡化審批流程，提供綠色通道。 ② 由于管理模式的不同，省級地震局沒有做到如氣象系統(tǒng)那樣垂直管理到市縣局，運維只能依靠省局在各地的地震監(jiān)測中心站，加之地震監(jiān)測中心站是較為封閉的業(yè)務部門，致使部分工作無法及時協(xié)調(diào)當?shù)卣畽C關。主觀因素有： ① 臺站都選擇在比較偏遠地區(qū)，工作人員也只能在偏遠地方工作生活，與地方地震主管部門少有聯(lián)系，造成臺站工作相對閉塞[10]。 ② 地方政府對地震監(jiān)測運維工作重視程度不夠。新疆的市縣地方政府所設立的地震局，以防震減災宣傳和數(shù)據(jù)采集為主要業(yè)務，大多將監(jiān)測運維任務分給本市或鄰市的地震監(jiān)測中心站。其自有的業(yè)務人員運維能力和經(jīng)驗不足，加之地震儀器構造精密且價格昂貴，導致地方局的工作人員在運維儀器時信心不足，使許多較為簡單的運維工作也需要中心站工作人員前往運維。

4.4 運維面積廣、備機備件儲備不足

通過訪談，筆者總結認為，現(xiàn)階段新疆地球物理站網(wǎng)儀器故障運維時效性不足的原因可分為以下4點： ① 新疆地域遼闊，運維任務主要由地震監(jiān)測中心站完成。以富蘊地震監(jiān)測中心站為例，該站目前在職職工7人（其中3人為新入職的臺站鍛煉人員）。需要運維阿勒泰整個地區(qū)測震、強震、地震預警和地球物理站網(wǎng)的22個觀測點33套儀器。最遠需要運維的臺站為喀納斯基準站，距離富蘊地震監(jiān)測中心站419 km，路途遙遠，使運維交通時間增加。長距離奔波不僅運維人員勞累且運維效率低下，同時也造成車輛、人員運維經(jīng)費成本較高[3]。 ② 由于地震監(jiān)測儀器的價格因素和儲存時效性，目前新疆地球物理站網(wǎng)的備機備件只有少量在中心站儲備，當儀器發(fā)生故障，則需要通過地球物理觀測中心發(fā)送相關備用儀器或直接聯(lián)系供應商，使運維時間變長，降低了運維時效性。 ③ 由于某些一般站地理位置特殊，進入運維需要省級地震局與當?shù)毓芾聿块T對接并辦理相關佐證手續(xù)，增加了運維的準備時間。 ④ 雖然臺站儀器數(shù)據(jù)傳輸方式從原有的擴頻微波到光纖傳輸和4G移動網(wǎng)絡傳輸?shù)玫搅溯^大升級，然而，目前的傳輸方式依舊受限于臺站的地理位置和資金投入，最穩(wěn)定的光纖傳輸不能做到全覆蓋接入，十分偏遠的一般站仍采用4G網(wǎng)絡傳輸，但兩種傳輸方式都容易受到極端天氣的影響，造成數(shù)據(jù)傳輸中斷。當出現(xiàn)網(wǎng)絡通訊故障時，運維只能依靠第三方的移動或電信公司運維力量予以支持，但第三方的48小時恢復效率無法滿足目前地震監(jiān)測運維要求[7]。

5 解決問題的思路

5.1 提高法律保護，建立干擾庫

筆者認為，想要降低場地環(huán)境對地球物理觀測儀器的影響，首先是要學會利用法律保護我們的觀測環(huán)境。隨著《中華人民共和國防震減災法》和《地震監(jiān)測設施和地震觀測環(huán)境保護條例》的頒布和實施，為地震監(jiān)測設施和觀測環(huán)境保護工作提供了有力的法律保護[6]。在牧區(qū)，中心站的運維人員也應當主動為牧民和村民宣傳防震減災的專業(yè)知識和法律知識，提高他們對防震減災和保護地震科學儀器的意識?；蛟谫Y金允許的條件下，給予一定的物質獎勵，使他們從可能的觀測環(huán)境 “破壞者” 轉變?yōu)?“守護者” ，主動幫助地震監(jiān)測中心站保護觀測環(huán)境和觀測儀器。其次，自2011年開始，新疆維吾爾自治區(qū)地震局根據(jù)中國地震局《地震前兆站網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)跟蹤分析工作約定（試行）》的要求成為第一批試點單位，逐漸開展了數(shù)據(jù)跟蹤分析工作。以事件為單位，分析記錄了各類事件，并將其入庫保存。截止目前，新疆地球物理站網(wǎng)數(shù)據(jù)跟蹤分析已積累了大量的數(shù)據(jù)資料，形成了較為完善的數(shù)據(jù)庫[8]。2020年11月9日，中國地震臺網(wǎng)中心發(fā)函要求省級地震局按照編寫的《地球物理臺網(wǎng)觀測環(huán)境干擾源填寫要求（試行）》通過數(shù)據(jù)跟蹤分析平臺及時動態(tài)填寫相關的干擾源，并將該工作納入到日常的觀測資料評比工作中。時至今日，干擾庫的建立為數(shù)據(jù)分析人員后期數(shù)據(jù)的處理和分析帶來了極大的便利，極大地提升了工作的效率和數(shù)據(jù)的質量。最后，應當加大對于地球物理儀器抗干擾能力的研究，從硬件和軟件兩個方面著手，為地震的預報研究提供可靠的原始數(shù)據(jù)。

5.2 豐富培訓形式、提高培訓效果

① 在地震監(jiān)測中心站層面。定期開展全員培訓，提升業(yè)務人員整體素質。尤其是，要邀請具有豐富儀器管理維護經(jīng)驗的 “老同志” ，將他們掌握的知識與同事們分享，將新技術、新思路教授給新入職的同事，以拓展他們現(xiàn)有的知識儲備，更新人員的 “知識庫”[11-12]，做好傳幫帶工作。 ② 在新疆地球物理觀測中心層面。運維保障室的工作人員應當主動學習新技術、新儀器構造原理，將運維經(jīng)驗定期總結，分發(fā)到中心站以提供參考。邀請中心站儀器設備運維人員到部門實行短期掛職鍛煉，增加他們的運維知識覆蓋面，交流一線運維知識。 ③ 在新疆維吾爾自治區(qū)地震局層面。在事業(yè)編制招新時，應當注重引進具有針對性的社會經(jīng)驗型人才，優(yōu)化地震監(jiān)測中心站業(yè)務人員知識結構。還應該定期邀請儀器供應廠商的技術人員開展線上講座或者直接來到新疆開展線下巡回培訓活動，為我們一線的運維人員傳授相關業(yè)務知識，不斷提高運維人員的業(yè)務能力。

5.3 發(fā)揮屬地地震部門協(xié)調(diào)作用，提高業(yè)務能力

市縣地震部門在地震觀測環(huán)境保護、協(xié)調(diào)項目推進、跟進運維保障方面，具有天然優(yōu)勢。地震監(jiān)測中心站要與市縣地震主管部門建立長期溝通聯(lián)系機制，通過市縣地震主管部門提前獲知破壞地震觀測環(huán)境的規(guī)劃信息、建設信息、項目信息等[5]，做到未雨綢繆。同時，省級地震局應當注重市縣地震局和編外運維人員的培養(yǎng)，將市縣地震局的業(yè)務人員和一般站屬地的編外人員運維水平提升起來。這樣就可以將許多簡單的運維工作轉交給他們，如協(xié)助完成簡單的網(wǎng)絡測試，手動調(diào)試設備，儀器的故障重啟、調(diào)零、標定、宏觀異常觀測等業(yè)務，避免了地震監(jiān)測中心站跨區(qū)域運維簡單故障。

5.4 優(yōu)化儀器故障上報和處置流程，站址選勘建設長遠謀劃，提高建站標準

目前新疆地球物理站網(wǎng)運維存在時效性較差的問題，雖然存在地域面積廣闊，運維力量較為薄弱等客觀因素，但我們可以從以下4點入手，解決相關問題。 ① 在儀器故障上報和處置流程方面進行優(yōu)化。2022年起新疆地球物理觀測中心已經(jīng)開始啟用國家局研發(fā)的地震站網(wǎng)全流程一體化監(jiān)測平臺，可以對全疆包括地球物理觀測儀器在內(nèi)的各種站網(wǎng)儀器運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，能在第一時間發(fā)現(xiàn)故障情況，并通知值班人員和運維力量及時前往站點維護。同時筆者認為，在4G網(wǎng)絡已經(jīng)基本實現(xiàn)居民點全覆蓋和5G網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域越來越大的趨勢下，對于景區(qū)或是邊防重點區(qū)域內(nèi)的偏遠站點，我們可以嘗試以外聘或補貼的方式培養(yǎng)1～2名當?shù)氐墓ぷ魅藛T或是農(nóng)牧民，代替進行簡單的故障排查工作，或是中心站運維人員通過4G、5G網(wǎng)絡實時指揮其處理簡單的儀器故障，減少來回奔波和儀器等待維修的時間。 ② 監(jiān)測站選址和建設時要有長遠考慮，最好能夠達到滿足遠離城市、背景場穩(wěn)定、氣候穩(wěn)定和可同時放置多套設備或不同學科的儀器標準，使地震系統(tǒng)的運維體系相統(tǒng)一，減少環(huán)境干擾和降低運維成本。 ③ 提高建站標準。在建設觀測站時都應當統(tǒng)一建設標準，參照GNSS站的監(jiān)測體系建立監(jiān)控網(wǎng)絡和報警電話，使儀器的運行和人員運維都有詳細的數(shù)據(jù)記錄，保證發(fā)現(xiàn)故障的時效性。 ④ 優(yōu)化管理制度，以確保觀測系統(tǒng)的安全運行[13]。中心站要做好一般站的日常維護工作，對每年故障頻率高和運維距離遠、難度大的臺站和儀器增加巡檢次數(shù)，從環(huán)節(jié)上減少故障發(fā)生的概率，同時增加相應的備機備件數(shù)量，減少因為等待備機而延長維修的事件發(fā)生，運維室和中心站在月度和年度考核時，可將獎勵性績效向儀器運維傾斜，從而提高運維室和各中心站運維人員的積極性和主動性。

6 結束語

新疆地球物理站網(wǎng)的運維涉及電力供應、通訊傳輸、儀器設備、資金投入、人員配置等諸多因素[14]。加之新疆獨特的區(qū)域位置、遼闊的土地面積，如何將這些因素協(xié)調(diào)好，發(fā)揮出最大的合力，為地震監(jiān)測預報提供最真實有效的基礎數(shù)據(jù)，是一項尤為重要的工作。在機構改革后的大背景下，兩年的實踐證明地球物理觀測中心、地震監(jiān)測中心站、地球物理站網(wǎng)一般站的管理運維架構是科學且有效的。本文通過對中心站和新疆地球物理觀測中心的運維人員訪談，結合自身的運維經(jīng)驗所總結出的4條淺見，希望在未來，能夠給負責運維的同事一些參考，將新疆的地震監(jiān)測運維工作做得更加出色。同時，本文存在的不足之處是沒有對新疆維吾爾自治區(qū)地震局所轄的所有地震監(jiān)測中心站的運維人員和儀器供應廠商運維人員進行訪談，由于人數(shù)的限制，得出的原因分析和意見建議可能存在部分片面的情況。但是通過不斷地經(jīng)驗總結，在實踐中不斷摸索，筆者相信，我們一定可以找到一條適合地震系統(tǒng)的運維效率高、成本低、智能化的道路，為地震監(jiān)測預報提供最優(yōu)質的可靠數(shù)據(jù)。