宋曉煜，魏可心，常思宇，陳 沐

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

0 引言

近年來(lái)，隨著中國(guó)地震局“十三五”規(guī)劃順利實(shí)施，地震監(jiān)測(cè)臺(tái)站信息化改造初步完成，地震臺(tái)站數(shù)量顯著增加，其中大多數(shù)臺(tái)站采取無(wú)人值守、有人看護(hù)的運(yùn)行管理模式[1-2]。隨著地震監(jiān)測(cè)能力不斷提升，對(duì)地震儀器的運(yùn)行質(zhì)量也提出了更高的要求。但地震臺(tái)站數(shù)量多，分布范圍廣，交通不便等因素導(dǎo)致了無(wú)人值守臺(tái)站故障發(fā)現(xiàn)不及時(shí)、故障原因難判斷、運(yùn)維成本高等問題。為提高地震臺(tái)站的安全性、穩(wěn)定性，實(shí)時(shí)監(jiān)控臺(tái)站的運(yùn)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(tái)網(wǎng)安全運(yùn)行智能保障系統(tǒng)。

地震臺(tái)網(wǎng)安全運(yùn)行智能保障系統(tǒng)是針對(duì)地震臺(tái)站運(yùn)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(shí)現(xiàn)對(duì)地震臺(tái)站集中化監(jiān)控與運(yùn)維管理[4]，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)臺(tái)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(jìn)行集中化、可視化監(jiān)測(cè)，并構(gòu)建一整套完善的設(shè)備運(yùn)維管理平臺(tái)[5]，集臺(tái)站的動(dòng)力、環(huán)境、安防監(jiān)控和運(yùn)行維護(hù)于一體[6]，結(jié)合監(jiān)控平臺(tái)和移動(dòng)運(yùn)維功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)地震臺(tái)站的集中化運(yùn)維，提高臺(tái)站運(yùn)行管理效率。

1 軟硬件設(shè)計(jì)

1.1 硬件設(shè)計(jì)

地震臺(tái)網(wǎng)安全運(yùn)行智能保障系統(tǒng)選用國(guó)產(chǎn)ARM RK3288 處理器，RK3288 是低功耗、高性能、低成本的超強(qiáng)四核Cortex-A17 處理器，頻率高達(dá)1.8G Hz，具有性價(jià)比高的優(yōu)勢(shì)。監(jiān)控系統(tǒng)由智能復(fù)電控制器、配套傳感器及臺(tái)站智能管理主機(jī)組成。智能復(fù)電控制器具有智能復(fù)位功能，當(dāng)臺(tái)站因雷擊、電力故障等原因?qū)е屡潆婇_關(guān)跳閘時(shí)，可自動(dòng)重合閘3 次；無(wú)故障時(shí)可將開關(guān)自動(dòng)復(fù)位，如果存在故障則不復(fù)位，同時(shí)對(duì)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(cè)傳感器、大氣壓力傳感器、煙霧探測(cè)器、紅外探測(cè)器、電池傳感器、智能電控門鎖。臺(tái)站智能管理主機(jī)采用嵌入式軟硬件一體化設(shè)計(jì)，通過AI/DI/COM/TCP IP 智能硬件接口實(shí)時(shí)處理傳感器數(shù)據(jù)，具備數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、展示、告警、查詢、報(bào)表等管理功能。處理器實(shí)物圖（圖1）如下。

圖1 處理器實(shí)物圖

1.2 軟件設(shè)計(jì)

臺(tái)站智能管理主機(jī)系統(tǒng)采用C 語(yǔ)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(yǔ)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(wú)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(shí)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(shí)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(wú)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(kuò)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(bào)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?cái)?shù)據(jù)進(jìn)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(hào)的匯聚和轉(zhuǎn)換，將前端設(shè)備的RS485/RS232/DI 信號(hào)轉(zhuǎn)為TCP/IP 信號(hào)并通過內(nèi)網(wǎng)進(jìn)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(duì)應(yīng)的接口中，將本身獲取的臺(tái)站環(huán)境參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)反饋至中心監(jiān)控平臺(tái)中。系統(tǒng)實(shí)施構(gòu)架見圖2。

圖2 實(shí)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(lái)。通過對(duì)各子系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理、分析及邏輯判斷，實(shí)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(yùn)維管理。

系統(tǒng)通過不斷檢測(cè)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(cè)程序片段如下：

報(bào)表管理功能通過對(duì)設(shè)備運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)和報(bào)警事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，得到地震臺(tái)站電力和環(huán)境等運(yùn)行情況。資產(chǎn)管理功能是實(shí)現(xiàn)在資產(chǎn)采購(gòu)、資產(chǎn)入庫(kù)、資產(chǎn)使用、資產(chǎn)變更、資產(chǎn)處置等整個(gè)資產(chǎn)生命周期管理過程中做到有效的管理。運(yùn)維管理功能基于ITIL 運(yùn)維服務(wù)體系框架，用于登記地震臺(tái)站各種信息故障申報(bào)請(qǐng)求，并對(duì)故障處理的過程進(jìn)行跟蹤和處理。運(yùn)維管理功能程序片斷如下：

系統(tǒng)可查看實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、接收實(shí)時(shí)報(bào)警信息，快速查詢歷史監(jiān)控記錄。還可在后臺(tái)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(shí)按質(zhì)完成，部分巡檢數(shù)據(jù)自動(dòng)填入，大幅減少人工巡檢項(xiàng)。

2 在張家口地區(qū)的應(yīng)用

目前，張家口地震監(jiān)測(cè)中心站所轄尚義地震臺(tái)、康保地震臺(tái)都建立了全面的設(shè)備維護(hù)管理系統(tǒng)（表1）。同時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)陽(yáng)原、蔚縣等其他13 個(gè)測(cè)震臺(tái)站網(wǎng)絡(luò)通斷。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，故障定位時(shí)間縮短了50%，縮短了維護(hù)時(shí)效，為地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行提供了全面保障；自動(dòng)重合閘避免了因雷擊等原因?qū)е碌奶l故障，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維次數(shù)減少10%，有效減輕維護(hù)人員負(fù)擔(dān)。

表1 安裝地震臺(tái)網(wǎng)安全運(yùn)行智能保障系統(tǒng)前后現(xiàn)場(chǎng)維修次數(shù)及故障定位時(shí)間對(duì)比

本系統(tǒng)利用現(xiàn)有監(jiān)控資源進(jìn)行數(shù)據(jù)提取分析，結(jié)合平臺(tái)的豐富管理功能和移動(dòng)運(yùn)維理念，通過建立統(tǒng)一的操作平臺(tái)和統(tǒng)一的通信平臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)控、分析各地震臺(tái)站基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)行信息。

通過在前端臺(tái)站配套安裝各類傳感器及監(jiān)控設(shè)備，系統(tǒng)可完成對(duì)臺(tái)站動(dòng)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(wú)縫數(shù)據(jù)集成，實(shí)時(shí)獲取各子系統(tǒng)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。通過對(duì)各子系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理、分析及邏輯判斷，并實(shí)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(yùn)維管理。在張家口地區(qū)應(yīng)用界面見圖4。

圖4 地震臺(tái)網(wǎng)安全運(yùn)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(tái)網(wǎng)安全運(yùn)行智能保障系統(tǒng)應(yīng)用后，提高了地震臺(tái)站的安全性、穩(wěn)定性，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控臺(tái)站的運(yùn)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(shí)間控制在24 小時(shí)以內(nèi)，提高維護(hù)時(shí)效。安裝后，康保地震臺(tái)、尚義地震臺(tái)由于安裝了自動(dòng)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。