基于物聯(lián)網(wǎng)的智能地震臺(tái)站運(yùn)維平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊羽 劉陽 田曄 褚昭悅 伍立龍 李翰林

摘? ?要：隨著“十三五”系統(tǒng)的開展，對(duì)于地震臺(tái)站的管理逐漸出現(xiàn)兩個(gè)問題：第一是隨著地震臺(tái)站的發(fā)展，臺(tái)站中的檢測(cè)儀器的種類隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而增加，因而造成了儀器檢測(cè)系統(tǒng)的分散性，造成了對(duì)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的低效性;第二是當(dāng)?shù)卣鹋_(tái)站中的設(shè)備出現(xiàn)問題時(shí)，無法遠(yuǎn)程地診斷出具體是哪個(gè)設(shè)備出現(xiàn)了問題，造成了臺(tái)站維護(hù)效率的進(jìn)一步低下。本文闡述了基于物聯(lián)網(wǎng)的地震臺(tái)站智能運(yùn)維平臺(tái)，通過對(duì)地震臺(tái)站內(nèi)檢測(cè)儀器的遠(yuǎn)程故障診斷與推送，提高地震臺(tái)站的維護(hù)效率。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)? 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)? 地震臺(tái)站

中圖分類號(hào)：P315.78? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）10（a）-0140-02

1? 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前中國(guó)地震局相繼成立了華東、西南和華南等17個(gè)片區(qū)儀器維修中心，提供相應(yīng)備機(jī)備件， 旨在提高臺(tái)網(wǎng)運(yùn)行率。

山西裂谷地震臺(tái)站研發(fā)了一套綜合監(jiān)控軟件平臺(tái)，可以對(duì)地震臺(tái)網(wǎng)的所有設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了地震臺(tái)站觀測(cè)儀器外部環(huán)境相關(guān)參數(shù)的獲取，使得地震觀測(cè)儀器的全方位監(jiān)控成為可能。

甘肅省氣象信息與技術(shù)裝備保障中心設(shè)計(jì)了一套地震臺(tái)站的管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)臺(tái)站和儀器設(shè)備的基本信息管理、實(shí)時(shí)設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控等功能，具有較好的實(shí)用價(jià)值和推廣前景。

2? 地震臺(tái)站智能運(yùn)維平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)

運(yùn)維平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)主要分為四層：應(yīng)用層、框架層、物聯(lián)層和基礎(chǔ)設(shè)施層。應(yīng)用層主要是針對(duì)所要監(jiān)測(cè)的需求開發(fā)出視頻監(jiān)控，電表計(jì)量監(jiān)控等模塊;框架層主要是規(guī)劃整個(gè)運(yùn)維平臺(tái)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu);物聯(lián)層主要是實(shí)現(xiàn)各個(gè)層級(jí)之間的通信;基礎(chǔ)設(shè)施層主要是實(shí)現(xiàn)各個(gè)監(jiān)測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，以實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

3? 地震臺(tái)站智能運(yùn)維平臺(tái)的設(shè)計(jì)

3.1 軟件系統(tǒng)

地震臺(tái)站運(yùn)維平臺(tái)的數(shù)據(jù)中心主要對(duì)地震計(jì)、UPS、溫濕度傳感器等設(shè)備信心進(jìn)行監(jiān)控與分析，通過對(duì)數(shù)據(jù)的獲取與設(shè)備資源的有效管理，提高了地震臺(tái)站的管理與維護(hù)效率。

本文中的地震臺(tái)站運(yùn)維系統(tǒng)搭載了新一代的GIS系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于各個(gè)省市的地震臺(tái)站信息的顯示，并提供了數(shù)據(jù)倉庫，完成了對(duì)臺(tái)站中地震計(jì)信息，視頻監(jiān)控等數(shù)據(jù)的采集、傳送、分析與顯示，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種數(shù)據(jù)的統(tǒng)籌管理，也實(shí)現(xiàn)了對(duì)多種設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和故障診斷，提高了維效率。

按照近期和中遠(yuǎn)期規(guī)劃，地震臺(tái)站維運(yùn)平臺(tái)包括四大功能模塊。

（1）數(shù)據(jù)采集：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)即物聯(lián)網(wǎng)感知層，是物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的來源，系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際需求，建立了智能電表、地震計(jì)、溫度傳感器、濕度傳感器、視頻、UPS六個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。通過對(duì)地震臺(tái)站中的各種監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種數(shù)據(jù)的統(tǒng)籌管理。

電表作為臺(tái)站內(nèi)電力監(jiān)控的重要設(shè)備，其數(shù)值對(duì)于判斷其他設(shè)備的工作狀態(tài)等具有較高價(jià)值。臺(tái)站內(nèi)通過對(duì)原有老舊電表的更換，使電表具有一定的網(wǎng)絡(luò)通信功能，可以實(shí)現(xiàn)電表的數(shù)據(jù)傳送到臺(tái)站內(nèi)部數(shù)據(jù)采集器中。

同時(shí)為了能對(duì)臺(tái)站內(nèi)設(shè)備的通電狀態(tài)進(jìn)行有效管理，在遇到特殊情況時(shí)可以遠(yuǎn)程控制電源開啟和關(guān)閉，在電源上安裝了網(wǎng)絡(luò)繼電器，其可以通過控制平臺(tái)發(fā)送的命令來控制開關(guān)狀態(tài)。

地震計(jì)為臺(tái)站地震監(jiān)測(cè)的重要儀器和設(shè)備，其數(shù)據(jù)通過專用的連接線接到數(shù)據(jù)采集卡，為了使數(shù)據(jù)能夠網(wǎng)絡(luò)傳輸，需要對(duì)地震計(jì)的數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行改造，使數(shù)據(jù)能直接傳送給臺(tái)站內(nèi)的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)采集器。

對(duì)智能電表進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以實(shí)時(shí)的監(jiān)控臺(tái)站中UPS的工作狀態(tài)，減少臺(tái)站中的設(shè)備因?yàn)閿嚯姸鵁o法正常工作情況的發(fā)生。

（2）數(shù)據(jù)通信：通過遠(yuǎn)程傳輸協(xié)議，將采集到的數(shù)據(jù)通過有線與無線并行的方式傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。

（3）智能判斷：通過對(duì)遠(yuǎn)程采集到的各種設(shè)備的工作數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障位置和類型的自動(dòng)分析與判斷。設(shè)備運(yùn)行期間出現(xiàn)故障，系統(tǒng)在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，將異常情況和數(shù)據(jù)通過微信公眾號(hào)等形式進(jìn)行推送，讓維修人員能夠第一時(shí)間得到信息，以此來提高地震臺(tái)站的維護(hù)效率。

（4）臺(tái)站管理：臺(tái)站管理模塊中設(shè)有設(shè)備管理模塊、人員管理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊。可以對(duì)地震臺(tái)站中的設(shè)備資源數(shù)量、設(shè)備狀態(tài)，人員數(shù)量等信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與管理。

地震臺(tái)站智能運(yùn)維平臺(tái)的功能模塊圖如圖2所示。

3.2 硬件與網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)

本系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)主要分為兩方面：一方面是地震臺(tái)站中的硬件系統(tǒng)，另一方面是數(shù)據(jù)中心的硬件系統(tǒng)。

本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)主要為無線通信與有線通信。有線通信為主要應(yīng)用與臺(tái)站內(nèi)部設(shè)備之間的通信，以及臺(tái)站與服務(wù)器間的通信;無線通信主要是當(dāng)有線通信出現(xiàn)故障時(shí)臺(tái)站內(nèi)部各個(gè)設(shè)備之間的通信的備用以及在臺(tái)站偏遠(yuǎn)情況下臺(tái)站與平臺(tái)服務(wù)器之間的通信。

為了保證地震臺(tái)站中的監(jiān)控設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)的將采集到的數(shù)據(jù)傳輸回本地的服務(wù)器，在臺(tái)站內(nèi)部設(shè)備之間建立有線連接網(wǎng)絡(luò)，并利用原有的有線通訊網(wǎng)絡(luò)建立與平臺(tái)服務(wù)器間的數(shù)據(jù)通訊。

為了減少有線通信網(wǎng)路的布線成本，將對(duì)臺(tái)站內(nèi)部原有的有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造。對(duì)有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造要從對(duì)設(shè)備的改造開始。電表作為臺(tái)站內(nèi)設(shè)備的電力供應(yīng)數(shù)據(jù)的顯示儀表，其數(shù)值和通斷狀態(tài)等對(duì)反映臺(tái)站儀器有無故障至關(guān)重要。系統(tǒng)采用RS485通信和MODBUS協(xié)議對(duì)電表進(jìn)行開發(fā)和組網(wǎng)，數(shù)據(jù)通過有線形式接入以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集器中。地震計(jì)和其他儀器等核心儀器，通過串口等通訊設(shè)備進(jìn)行改造，提取的數(shù)據(jù)通過有線形式接入以太網(wǎng)數(shù)據(jù)采集器。

為了減少成本并保證傳輸?shù)目煽啃浴⒃谂_(tái)站設(shè)備之間建立4G網(wǎng)絡(luò)通信，并將臺(tái)站中的設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)與4G的工業(yè)級(jí)無線路由器相連，在有線方式出現(xiàn)問題的情況下，保證數(shù)據(jù)的繼續(xù)傳輸。

4? 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)即物聯(lián)網(wǎng)感知層，是物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的來源。智能臺(tái)站根據(jù)實(shí)際需求，建立了智能電表、地震計(jì)、溫度傳感器、濕度傳感器、視頻、UPS六個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。

同時(shí)為了能對(duì)臺(tái)站內(nèi)設(shè)備的通電狀態(tài)進(jìn)行有效管理，在遇到特殊情況時(shí)可以遠(yuǎn)程控制電源開啟和關(guān)閉，在電源上安裝了網(wǎng)絡(luò)繼電器，其可以通過控制平臺(tái)發(fā)送的命令來控制開關(guān)狀態(tài)。

5? 結(jié)語

本系統(tǒng)對(duì)于目前地震臺(tái)站無法遠(yuǎn)程診斷出設(shè)備故障這一缺陷進(jìn)行了有效的解決，并對(duì)故障信息進(jìn)行了派單處理，提高了地震臺(tái)站的維護(hù)效率;該平臺(tái)也將分散了的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)一化的處理，使臺(tái)站中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更加直觀，便于管理。但關(guān)于運(yùn)維平臺(tái)還需進(jìn)一步的優(yōu)化與完善，值得繼續(xù)研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳軍輝，沈曉健，邱曉宇.地震臺(tái)站智能運(yùn)維保障系統(tǒng)開發(fā)[J].地震地磁觀測(cè)與研究，2016（3）：1003-3246.

[2] 吳麗娜，王文才，李佐唐.地震臺(tái)站管理與儀器裝備運(yùn)行保障系統(tǒng)[J].地震地磁觀測(cè)與研究，2018（10）：189-194.

[3] 韓鵬.4G遠(yuǎn)程控制設(shè)置在野外地震臺(tái)站中的應(yīng)用[J].信息與電腦，2018（8）：109-110.