基于物聯(lián)網(wǎng)的國家地震烈度速報一般站組網(wǎng)方案的設(shè)計與實現(xiàn)

段云鵬，趙 莉，公欣波（.中國聯(lián)通甘肅分公司，甘肅 蘭州 730000；.中國鐵塔股份有限公司甘肅省分公司，甘肅蘭州 730000）

0 引言

地震烈度速報是指利用一般站觀測記錄，無需現(xiàn)場調(diào)查即可快速計算各觀測點的地震影響程度（以儀器烈度和地震動參數(shù)表示），進而給出完整的地震影響場，可在震后數(shù)分鐘內(nèi)為政府和社會發(fā)布人員傷亡估計、經(jīng)濟損失評估、應(yīng)急救援決策和工程搶險修復(fù)決策提供依據(jù)。安裝在一般站的監(jiān)測設(shè)備為專業(yè)地震烈度測量儀。由國家發(fā)改委投資的國家地震烈度速報與預(yù)警工程項目在全國已經(jīng)完成了10 349 個一般站的建設(shè)，考慮到節(jié)省基礎(chǔ)建設(shè)投資及通信與能源共享，一般站的設(shè)備架設(shè)在鐵塔公司的基站中，設(shè)備運行環(huán)境相對可靠、穩(wěn)定。一般站采集烈度信號的連續(xù)較低中斷傳輸直接決定著烈度速報產(chǎn)品產(chǎn)出的時效與準(zhǔn)確性。如果采用專線傳輸，龐大的臺站數(shù)量將導(dǎo)致通信費用相當(dāng)高。因此，在一般站的建設(shè)中，如何用較低成本保證較高的運行率，是實現(xiàn)臺站組網(wǎng)與監(jiān)控的關(guān)鍵。

本設(shè)計擬基于物聯(lián)網(wǎng)搭建地震烈度速報的一般站運行網(wǎng)絡(luò)，為物聯(lián)網(wǎng)在地震烈度速報預(yù)警中的應(yīng)用打開大門［2］。其基本思路是利用中國鐵塔原有通信機房及附屬通信設(shè)施，將國家地震烈度速報一般站設(shè)備并入通信基礎(chǔ)設(shè)施維護網(wǎng)中，通過對中國鐵塔原有物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺進行一系列的改造，解決傳輸通道的問題，并借助中國鐵塔7×24 h、遍布全國各個縣區(qū)的維護力量保證一般站的日常維護及故障處理。在傳輸、通信、日常監(jiān)控維護等一系列難點得到解決后，形成立體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)［3］，保障烈度采集數(shù)據(jù)的實時傳輸。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在地震行業(yè)中的應(yīng)用基礎(chǔ)

近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國愈發(fā)注重將物聯(lián)網(wǎng)引入到防震減災(zāi)工作當(dāng)中。早在2016年，我國政府就制定了防震減災(zāi)規(guī)劃（2016—2020年），其中明確強調(diào)了信息化支撐的重要性，并要求防震減災(zāi)實施“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃，拓展物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)應(yīng)用［7］。

通過地震感知設(shè)備建立點多面廣的監(jiān)測分布點，實時采集地震烈度信息，并利用云計算技術(shù)提高地震預(yù)警能力及震后災(zāi)害評估效率，為地震災(zāi)害預(yù)警提供可靠的保障，此外物聯(lián)網(wǎng)可及時推送產(chǎn)出的地震信息，是災(zāi)后應(yīng)急救援的有力助手［8］。

1.1 在地震災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用

通過對地震災(zāi)害不同評估指標(biāo)的分析，實時動態(tài)預(yù)測災(zāi)害發(fā)生的可能性，并根據(jù)地震發(fā)生后的烈度情況進行烈度圖的繪制。針對災(zāi)后烈度情況，根據(jù)采集回傳數(shù)據(jù)的先后不斷修正烈度圖，最終可在幾分鐘內(nèi)繪制出比較完善的烈度圖，為災(zāi)后救援提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

在此過程中，需要在數(shù)據(jù)庫中添加各種地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)，并根據(jù)不同災(zāi)害類型對評估區(qū)域中的危險度進行劃分。在此基礎(chǔ)上，將其敏感度進行疊加，繪制區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害分布圖，結(jié)合區(qū)域的社會屬性，設(shè)定災(zāi)害預(yù)警安全閾值，并通過手機通信端的APP 接入地震監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)中，以確保對地質(zhì)災(zāi)害的實時監(jiān)控。

地質(zhì)災(zāi)害實時動態(tài)預(yù)測過程如圖1所示。按照上述方式，對區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害進行實時動態(tài)預(yù)測及災(zāi)后地震烈度快速預(yù)估，并根據(jù)終端輸出的數(shù)據(jù)，制定對應(yīng)的災(zāi)害防治及災(zāi)后救援方案，降低地震災(zāi)害對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展與周圍居住群體帶來的危害［5］。

圖1 地質(zhì)災(zāi)害實時動態(tài)預(yù)測過程

1.2 在地震信息推送中的應(yīng)用

地震預(yù)警系統(tǒng)本身就是一個全自動且可實現(xiàn)秒級響應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。在震區(qū)布設(shè)大量監(jiān)測儀，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，這一物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可利用電波比地震波傳播速度快的原理，在破壞到來前幾秒或幾十秒向民眾發(fā)出預(yù)警警報，從而為民眾爭取逃生的黃金時間。在預(yù)警發(fā)出后，民眾可能對于逃生比較迷茫，無法確認(rèn)安全方位，這時物聯(lián)網(wǎng)可再度發(fā)揮價值［7］。

2023 年我國青海、云南等地接連突發(fā)強震，物聯(lián)網(wǎng)便展現(xiàn)出了強大的抗震價值，其中最為明顯的就是對于地震的預(yù)警。在云南漾濞縣地震發(fā)生時，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)揮了巨大作用，很多當(dāng)?shù)鼐用裨陔娨?、相關(guān)APP 上收到同步預(yù)警信息［7］。

此外，對于環(huán)境惡劣的災(zāi)區(qū)來說，指揮調(diào)度、醫(yī)療救援力量想盡快趕往前線，也離不開遠程指揮、遠程醫(yī)療的助力，這背后同樣需要物聯(lián)網(wǎng)支撐?？傊锫?lián)網(wǎng)在地震行業(yè)中的應(yīng)用，對監(jiān)測預(yù)警、民眾逃生、應(yīng)急救援和遠程調(diào)度等，都發(fā)揮巨大作用。

2 地震烈度采集組網(wǎng)方案現(xiàn)狀

2.1 地震烈度采集組網(wǎng)方案

根據(jù)地震行業(yè)的監(jiān)測特點，采用工業(yè)路由器，構(gòu)建一整套地震監(jiān)控系統(tǒng)解決方案，實現(xiàn)地震背景場探測系統(tǒng)的自動化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化，加強地震科學(xué)研究、監(jiān)測預(yù)報、震災(zāi)預(yù)防及緊急救援的基礎(chǔ)設(shè)施。

工業(yè)路由器與固定觀測臺站數(shù)據(jù)采集儀連接，并通過以太網(wǎng)將現(xiàn)場的地震數(shù)據(jù)上傳到地震背景場探測系統(tǒng)中心。工業(yè)路由器能夠適應(yīng)嚴(yán)苛的室外環(huán)境，采用3G/4G 高速無線網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)承載網(wǎng)絡(luò)，為遠程設(shè)備和站點之間的聯(lián)網(wǎng)提供安全高速的無線連接。無論觀測站點身在何處，都可通過3G/4G 網(wǎng)絡(luò)快速接入互聯(lián)網(wǎng)，并通過VPN 與地震背景場探測系統(tǒng)中心建立通信連接，便于技術(shù)工程師使用專業(yè)軟件對強震數(shù)據(jù)進行分析處理。地震無線監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)解決方案如圖2所示。

圖2 地震無線監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)解決方案

系統(tǒng)管理員對所有地震臺站工業(yè)路由器進行在線狀態(tài)監(jiān)控、批量管理、流量監(jiān)控，提高管理效率；基于地圖的網(wǎng)管系統(tǒng)方便用戶進行現(xiàn)場定位，精細(xì)化管理設(shè)備現(xiàn)場；優(yōu)化的網(wǎng)管協(xié)議適合低帶寬、高延時的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，符合無線移動網(wǎng)絡(luò)特點。

2.2 現(xiàn)有烈度采集組網(wǎng)方案存在的問題

傳統(tǒng)的地震烈度采集組網(wǎng)技術(shù)采用基準(zhǔn)站、基本站、一般站的“三網(wǎng)合一”方式，該方式采用有線組網(wǎng)，部署耗資巨大，施工難度大，組網(wǎng)復(fù)雜，達不到地震預(yù)警系統(tǒng)秒級響應(yīng)、全自動化運行的實時系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信要求。

中國鐵塔的解決方案主要利用中國鐵塔FSU 為地震烈度儀提供數(shù)據(jù)回傳，并采取無線VPN 的方式將采集的數(shù)據(jù)直接透傳至地震局平臺，可根據(jù)需要增加邊緣路由器。FSU 主要用于建立和維護VPN 鏈路，并不斷解析和處理地震烈度儀采集的數(shù)據(jù)。中國鐵塔的解決方案的組網(wǎng)功能特點如下。

a）雙無線鏈路智能切換備份，有線與無線智能切換備份。設(shè)備選配GPS、5G 通信模式，可選配雙SIM配置，實現(xiàn)雙無線帶寬疊加，雙無線鏈路智能切換備份，有線與無線智能切換備份。

b）超強無線通信能力，巨量數(shù)據(jù)實時傳輸。工業(yè)路由器采用工業(yè)級高速4G 無線通信模塊，配置32 位高性能處理器，F(xiàn)LASH、RAM 提升2 倍，巨量數(shù)據(jù)無線傳輸速度提升，可滿足地震預(yù)警系統(tǒng)秒級響應(yīng)要求。

c）Wi-Fi熱點覆蓋，數(shù)據(jù)吞吐率高，為各項增值服務(wù)提供保障。強大的Wi-Fi熱點功能使每一臺終端設(shè)備都是一個Wi-Fi 熱點，可為周圍100 m 范圍的空間提供Wi-Fi 聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，可同時連接60 個以上的設(shè)備，為各項服務(wù)提供高速網(wǎng)絡(luò)通道。

d）提供更多安全部署方案，數(shù)據(jù)傳輸達金融級標(biāo)準(zhǔn)。支持APN/VPDN 專網(wǎng)，同時設(shè)備具有IPSec、PPTP、L2TP、GRE、OPENVPN 多種VPN 連接，具有VPN 客戶端、服務(wù)端等功能。在專網(wǎng)的基礎(chǔ)上再增加一層加密方式傳輸，充分保障交易數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)的安全性、準(zhǔn)確性。

e）易部署易實施?？杀憬莸貙⒈椴几鞯氐牟杉K端安全、穩(wěn)定、可靠組網(wǎng)，組網(wǎng)規(guī)模大、部署距離不受限制、建設(shè)工期短、預(yù)算初投資小，為數(shù)據(jù)無線通信傳輸提供技術(shù)保障。

f）適應(yīng)各類無人值守工業(yè)應(yīng)用環(huán)境，7×24 h 穩(wěn)定工作。地震烈度儀具有強大的智能防掉線機制，保證無線通信永遠在線；具有耐高低溫、防潮、防雷特性，在各種惡劣的自然氣候環(huán)境下均可穩(wěn)定工作；其高等級的EMC 抗干擾設(shè)計，強電磁干擾環(huán)境下工作優(yōu)勢明顯。

g）設(shè)備遠程配置、升級與維護，極大提升管理效率。設(shè)備遠程管控將大量分散各區(qū)域的設(shè)備進行集中監(jiān)測、配置、升級、診斷、維護、管控，能極大降低運營方、集成商、設(shè)備提供商等各方的維護成本，提高管理效率。

h）高可靠性網(wǎng)絡(luò)功能。采用軟硬件看門狗及多級鏈路檢測機制，具備故障自動檢測、自動恢復(fù)的能力，保證設(shè)備穩(wěn)定可靠運行。

i）網(wǎng)絡(luò)安全。支持基于標(biāo)準(zhǔn)IPSec 的VPN 服務(wù)，其中支持的加密方式包括DES、3DES、AES，數(shù)據(jù)驗證方式包括MD5和SHA-1。

中國鐵塔以遍布全國超過210萬的鐵塔站址為支撐，基于互聯(lián)網(wǎng)、云計算和全國統(tǒng)一的平臺能力，逐步將通信塔升級為“數(shù)字塔”。通過在通信塔掛載應(yīng)急通信設(shè)備、攝像機，使其變身為“應(yīng)急電子哨兵”，一旦出現(xiàn)險情，政府相關(guān)部門可以及時發(fā)布信息，并通過高點采集的視頻數(shù)據(jù)進行分析、綜合研判，提升應(yīng)急指揮調(diào)度能力。

3 一般站組網(wǎng)技術(shù)與一體化監(jiān)控平臺

3.1 組網(wǎng)原理

本次按照物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)邏輯進行組網(wǎng)，劃分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層（見圖3），每部分包括業(yè)務(wù)實現(xiàn)方式、技術(shù)原理、后期規(guī)劃等內(nèi)容。

圖3 物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)原理

3.1.1 總體架構(gòu)

地震烈度儀通過有線方式接入FSU，F(xiàn)SU 不解析端口數(shù)據(jù)，只負(fù)責(zé)建立數(shù)據(jù)上下行通路，數(shù)據(jù)將透傳至地震局服務(wù)器。地震局服務(wù)器可通過全網(wǎng)唯一內(nèi)網(wǎng)IP 識別FSU。FSU 支持無線/有線網(wǎng)絡(luò)連接上傳數(shù)據(jù)至預(yù)警平臺，F(xiàn)SU同時接入雙VPN（見圖4）。

圖4 組網(wǎng)搭建拓?fù)鋱D

在通信機房原有的開關(guān)電源柜中設(shè)置專用地震烈度儀接電端口，通過直流轉(zhuǎn)換模塊為地震烈度儀提供直流供電，同時將接電端口接入原有通信保障的蓄電池，設(shè)置為一次下電端口，以保證在市電中斷的情況下提供不間斷的直流供電，確保地震烈度儀7×24 h正常工作。

3.1.2 邏輯路由

邏輯路由為：地震烈度儀通過LAN 鏈路連接至FSU，F(xiàn)SU 通過L2TP 鏈路連接至VPN 服務(wù)器，VPN 服務(wù)器通過GRE 鏈路連接至地震局邊緣路由器，地震局邊緣路由器通過LAN鏈路連接至數(shù)據(jù)接收服務(wù)器。

路由配置思路為：配置GRE over IPSec（見圖5），實現(xiàn)地震烈度儀（PCA）與數(shù)據(jù)接收服務(wù)器（PCB）之間的安全互訪，具體如下。

圖5 一般站組網(wǎng)路由

a）DeviceA 與DeviceB 之間建立GRE 隧 道，對組播、廣播報文進行GRE封裝。

b）DeviceA 和DeviceB 之間建立IPSec 隧道，對GRE封裝后的報文進行IPSec加密。

3.2 感知層

感知層包含網(wǎng)關(guān)和終端等底層設(shè)備，主要為FSU、地震烈度儀、連接網(wǎng)線等。

3.2.1 FSU版本

3.2.1.1 主要功能

在原有軟件功能的基礎(chǔ)上，F(xiàn)SU 建立第2 條通信鏈路，利用鏈路透傳地震烈度儀數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)接收服務(wù)器。

3.2.1.2 定制版本

專門定制了地震專用版本的FSU，可為規(guī)模性搭建地震預(yù)警網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)鏈接通道及日常監(jiān)測數(shù)據(jù)，與其他FSU功能有明顯差異。在原有鐵塔業(yè)務(wù)版本號的基礎(chǔ)上，末位增加“-D”標(biāo)識。如FSU 原版本號為30SPC708_SMU02B，則地震專用版本號為30SPC708_SMU02B-D，可有效識別并管理相關(guān)FSU。

3.2.1.3 數(shù)據(jù)信號

地震專用定制版本增加了以太網(wǎng)端口通信中斷告警和備用VPN 通信中斷告警（以不再獲取內(nèi)網(wǎng)IP為準(zhǔn)）功能。

a）以太網(wǎng)端口通信中斷告警。若FSU 任意以太網(wǎng)端口通信狀態(tài)中斷，即端口DOWN，則上傳告警。

b）備用VPN 通信中斷告警。若FSU 除鐵塔業(yè)務(wù)以外的任意備用VPN（不僅包含地震局業(yè)務(wù)）通信中斷，與平臺無法建立連接，則上傳告警。

3.2.1.4 備電要求

方式1：從開關(guān)電源引電，并增加直直轉(zhuǎn)換（48 V→12 V）模塊。

方式2：FSU提供12 V直流供電。

所有臺站均支持方式1 和方式2。出現(xiàn)停電情況時，站點供電不會立刻中斷，而是利用蓄電池和發(fā)電等手段，延長供電時長。

3.2.2 北向接口

3.2.2.1 雙VPN上聯(lián)

FSU 同時上聯(lián)雙VPN（鐵塔業(yè)務(wù)與地震局業(yè)務(wù)），雙VPN 相互獨立、互不影響。在連接地震局VPN 時，F(xiàn)SU 獲取全網(wǎng)唯一的靜態(tài)IP。FSU 通過無線上網(wǎng)卡或?qū)＞€接入公網(wǎng)，向鐵塔機房VPN 撥號，建立L2TP 隧道，為地震局設(shè)備建立一個安全的私網(wǎng)。

3.2.2.2 上聯(lián)方式

FSU 支持通過無線/有線網(wǎng)絡(luò)連接將數(shù)據(jù)上傳至平臺，可根據(jù)成本、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量等因素選擇上聯(lián)方式。針對無線信號差、通信管制等情況，可采用專線版FSU，通過專線（固定IP）連接廣域網(wǎng)上傳數(shù)據(jù)。

3.2.2.3 組網(wǎng)方式

地震烈度儀設(shè)置統(tǒng)一的私網(wǎng)IP、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)，F(xiàn)SU 通過NAT 功能將地震烈度儀的私網(wǎng)地址映射至FSU本機的網(wǎng)絡(luò)IP（通常為10.0.0.0/8網(wǎng)段的私網(wǎng)IP）。

3.2.3 南向接口

地震烈度儀安裝在中國鐵塔的基站機房，通過RJ45（以太網(wǎng)口）與鐵塔FSU 連接。FSU 通過IP 地址尋址，接口物理位置不會影響數(shù)據(jù)上傳。

3.3 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層包括公網(wǎng)、VPN 網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)、IP 地址等。

FSU 接入公網(wǎng)，向地震局VPN 撥號，建立L2TP 隧道，通過建立隧道的方式，給地震局設(shè)備建立一個安全的私網(wǎng)。

3.3.1 組網(wǎng)方式

3.3.1.1 分布式網(wǎng)絡(luò)部署

目前，中國鐵塔通過中國聯(lián)通云機房進行網(wǎng)絡(luò)部署。中國聯(lián)通云機房是中國聯(lián)通CHINANET 骨干網(wǎng)節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)帶寬優(yōu)異，VPN 接入服務(wù)器和撥號認(rèn)證服務(wù)器可以部署在該機房。通過前期試點測試發(fā)現(xiàn)，該機房網(wǎng)絡(luò)延時很小，完全滿足業(yè)務(wù)要求。中國聯(lián)通云機房優(yōu)勢如表1所示。

表1 中國聯(lián)通云機房優(yōu)勢

3.3.1.2 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

a）網(wǎng)管規(guī)劃。數(shù)據(jù)接收服務(wù)器不再直接進行VPN撥號，只需要接入臺網(wǎng)中心和省地震局局域網(wǎng)。每個省地震局布設(shè)一臺專用的邊緣路由器，通過邊緣路由器與鐵塔機房分配的VPN 建立GRE 隧道，通過GRE 隧道與下掛地震烈度儀的FSU組成安全的私網(wǎng)［10］。

b）IP 地址規(guī)劃。云機房提供16 384個地址，地址段為10.192.20.0～10.193.81.255，可按照省份映射不同地址段。后期將匹配臺站代碼與IP 地址，顆粒度聚焦到站點。

3.3.2 網(wǎng)絡(luò)隔離

a）網(wǎng)絡(luò)隔離。地震局VPN 服務(wù)器將與鐵塔的其他業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)隔離，避免業(yè)務(wù)間互相影響。

b）IP 地址隔離。VPN 接入可以根據(jù)撥入賬號分配固定IP，為不同接入?yún)^(qū)域規(guī)劃不同的IP 地址段，在網(wǎng)絡(luò)層實現(xiàn)邏輯隔離。

3.4 應(yīng)用層

3.4.1 動環(huán)信息共享

鐵塔共享動環(huán)信息有2種方式，具體如下。

方式1：在運維系統(tǒng)中為地震局建立賬號。該賬號可以查詢所有地震局所屬站址的站址信息、告警、性能、工單等信息，并且可以在拓?fù)鋱D中查看站址的分布情況。性能查詢模塊可查詢溫度、濕度、水浸、空調(diào)、電源、電壓、斷電告警、數(shù)據(jù)卡信號強度監(jiān)控等信息。

方式2：服務(wù)器交互。通過FTP 協(xié)議將地震局站址、性能數(shù)據(jù)發(fā)送到指定服務(wù)器，可分省局發(fā)送，此種方式主要用于資源數(shù)據(jù)和性能數(shù)據(jù)的傳遞。通過軟件接口（kafka接口），將地震局站址的告警數(shù)據(jù)實時發(fā)送至kafka 中間服務(wù)器，地震局服務(wù)器從kafka 中間服務(wù)器讀取告警，在獲取數(shù)據(jù)后可自行處理后續(xù)顯示、關(guān)聯(lián)等操作（見圖6）。此種方式主要用于告警數(shù)據(jù)的傳遞。

圖6 服務(wù)器交互示意

3.4.2 運行率共享

現(xiàn)階段主要通過網(wǎng)頁查詢烈度儀運行率，在少量試點的情況下，該方式可以滿足運維需求。但在批量部署的情況下，網(wǎng)頁查詢方式存在響應(yīng)時間長、耗費人力、影響故障處理等問題。可采用服務(wù)器交互方式查詢運行率，通過軟件接口（FTP 協(xié)議）將運行率發(fā)送到鐵塔指定服務(wù)器，實時共享運行率，提升運維保障效率。

賬號分配以分權(quán)分域為原則，分別配置總局賬號和省局賬號?？偩仲~號可查看全部站點的數(shù)據(jù)，省局賬號只能查看本省數(shù)據(jù)，總局權(quán)限高于省局權(quán)限。

3.4.3 工單對接

方式1：直接采用鐵塔動環(huán)的Web 頁面，在自定義派單頁面上自行派發(fā)工單。運行率共享后，可自定義派單規(guī)則，實現(xiàn)系統(tǒng)自動派單。

方式2：采用接口方式向鐵塔服務(wù)器發(fā)送工單信息，鐵塔支持webservice 和MQ 總線2 種方式的Kafka工單接入接口。

3.4.4 反控地震烈度儀

通過無線網(wǎng)絡(luò)，平臺遠程單點或批量控制地震烈度儀，具體操作包括修改參數(shù)、升級設(shè)備、設(shè)備重啟等。鐵塔公司現(xiàn)有平臺可以提供并支持OMC 的反向控制功能，具體方案如圖7所示。

圖7 反控地震烈度儀方案

3.5 一般站監(jiān)控平臺

3.5.1 預(yù)警系統(tǒng)

本預(yù)警系統(tǒng)是在原有鐵塔運維系統(tǒng)中加入一般站監(jiān)測點的標(biāo)簽，將其與通信基站本身的標(biāo)簽進行綁定。動力環(huán)境指標(biāo)（如電壓、溫度、濕度、信號強度、維護人員信息）等信息由原運維系統(tǒng)中的指標(biāo)移植得到，地震監(jiān)測需要的信息（如路由狀態(tài)、ping在線時間、ping 離線時間、FSU 延遲、FSU 丟包率、注冊狀態(tài)、烈度儀廠家）則通過在原有運維系統(tǒng)中增加標(biāo)簽實現(xiàn)。

3.5.2 系統(tǒng)部署

預(yù)警系統(tǒng)基于.net core 平臺開發(fā)，采用了微服務(wù)架構(gòu)和B/S 架構(gòu)進行設(shè)計，可跨平臺部署，支持PC 端、移動端（Android、iOS）訪問。其主要模塊包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、GIS 展示、震動圖生成、運維管理、安全審計等，同時采用了關(guān)系型和GIS 2種數(shù)據(jù)庫。

硬件系統(tǒng)主要由5 臺物理服務(wù)器和1 臺存儲組成（見圖8），采用Kubernetes（k8s）實現(xiàn)容器集群部署模式。k8s 集群需要設(shè)置管理節(jié)點實現(xiàn)對工作節(jié)點、容器的調(diào)度和健康監(jiān)測等。為了提高可用性，管理節(jié)點共部署2 臺，防止單臺管理節(jié)點宕機故障。工作節(jié)點共設(shè)置3臺，預(yù)警應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫均以容器形式部署到工作節(jié)點中，每臺工作節(jié)點中均部署1 份數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)容器和多份預(yù)警應(yīng)用系統(tǒng)容器。

圖8 預(yù)警系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)部署拓?fù)?/p>

3.5.3 應(yīng)用效果

從目前的運行效果來看，本應(yīng)用平臺運行穩(wěn)定。該項目的監(jiān)測平臺關(guān)鍵監(jiān)控信息顯示，被監(jiān)控的一般站烈度儀時延（各臺站到國家及省數(shù)據(jù)中心）不大于1 s，整體月運行率在95%以上，達到了預(yù)期的系統(tǒng)搭建效果。圖9為平臺搭建完成后部分站點在監(jiān)測平臺上的運行狀態(tài)。

圖9 國家地震項目監(jiān)測平臺

全國各地開展了分鐘級儀器設(shè)備地震烈度速報與重點地區(qū)秒級地震預(yù)警項目。現(xiàn)階段，該項目開展順利，并在一部分早已完工的地區(qū)發(fā)揮關(guān)鍵功效。四川省內(nèi)江市資中縣產(chǎn)生5.2 級地震災(zāi)害，四川地震烈度速報與預(yù)警系統(tǒng)震后8 s 發(fā)出報警信息，第一報4.5級，2 s后更新為4.8級，2分33秒產(chǎn)出自動速報，4分50秒產(chǎn)出儀器烈度圖，并將地震情況即時傳輸至四川省應(yīng)急管理廳，強有力地支撐了地震災(zāi)害應(yīng)急處置工作，為群眾合理緊急避險爭得了寶貴時間。在地震預(yù)警上，中國鐵塔依托遍布全國的站址資源和專業(yè)化能力，高效完成全國10 349 個一般站的建設(shè)工作，助力國家地震部門建設(shè)和國家地震烈度速報與預(yù)警工程。2021 年9 月16 日，四川省瀘州市瀘縣發(fā)生6.0 級地震。震后5 s，中國預(yù)警網(wǎng)發(fā)布地震警報；震后6 min，產(chǎn)出儀器烈度圖。瀘州市、宜賓市、自貢市、內(nèi)江市等地用戶在震后5 s 到幾十秒內(nèi)通過不同終端成功接收不同級別的警報信息。其中，由中國鐵塔負(fù)責(zé)運維保障的地震監(jiān)測臺站發(fā)揮了重要作用，中國鐵塔應(yīng)急搶險、運維保障效率高，基站恢復(fù)速度快。這一項目在2021年云南漾濞地震、2022 年青海海北州門源縣地震中也發(fā)揮了積極有效的作用，為防震減災(zāi)、應(yīng)急指揮、快速救援提供了有力保障。

4 結(jié)論與討論

根據(jù)國家地震烈度速報工程項目一般站烈度儀在線監(jiān)控、采集數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)男枨?，考慮到節(jié)省投資、避免重復(fù)建設(shè)等因素，本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，從感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層3個層面詳細(xì)介紹了一般站烈度儀的組網(wǎng)原理及實現(xiàn)過程，并對一體化監(jiān)控平臺的設(shè)計進行了介紹。目前該組網(wǎng)技術(shù)及監(jiān)控平臺已正式應(yīng)用于中國地震局烈度速報系統(tǒng)，從運行情況來看，網(wǎng)絡(luò)運行穩(wěn)定，整體時延小于1 s，大部分地震局一般站的運行率在95%以上。

對于組網(wǎng)中存在的諸如IP 地址映射過程中被跨網(wǎng)絡(luò)占用、個別L2TP 賬號掉線率高、烈度儀不在線卻能遠程Ping 通等問題，還需進一步研究解決，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，以便為國家地震烈度速報提供更加可靠的網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境。我國是全世界地震災(zāi)害主題活動最明顯和自然災(zāi)害比較嚴(yán)重的國家之一，地震預(yù)警可借助震區(qū)周邊的地震臺網(wǎng)，在地震后幾秒內(nèi)迅速估計地震災(zāi)害危害范疇和水平，搶在毀滅性地震災(zāi)害抵達總體目標(biāo)地前公布報警，挽救老百姓生命和資產(chǎn)的重大損失。