基于物联网的智能地震台站运维平台的设计与实现
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作者:杨羽 刘阳 田晔 褚昭悦 伍立龙 李翰林
摘 要：随着“十三五”系统的开展，对于地震台站的管理逐渐出现两个问题：第一是随着地震台站的发展，台站中的检测仪器的种类随着时间的增长而增加，因而造成了仪器检测系统的分散性，造成了对数据监测的低效性;第二是当地震台站中的设备出现问题时，无法远程地诊断出具体是哪个设备出现了问题，造成了台站维护效率的进一步低下。本文阐述了基于物联网的地震台站智能运维平台，通过对地震台站内检测仪器的远程故障诊断与推送，提高地震台站的维护效率。
关键词：物联网 监测系统 地震台站
中图分类号：P315.78 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）10（a）-0140-02
1 国内外研究现状
目前中国地震局相继成立了华东、西南和华南等17个片区仪器维修中心，提供相应备机备件， 旨在提高台网运行率。
山西裂谷地震台站研发了一套综合监控软件平台，可以对地震台网的所有设备进行监控，实现了地震台站观测仪器外部环境相关参数的获取，使得地震观测仪器的全方位监控成为可能。
甘肃省气象信息与技术装备保障中心设计了一套地震台站的管理系统，可实现对台站和仪器设备的基本信息管理、实时设备运行监控等功能，具有较好的实用价值和推广前景。
2 地震台站智能运维平台的系统架构
运维平台的系统架构主要分为四层：应用层、框架层、物联层和基础设施层。应用层主要是针对所要监测的需求开发出视频监控，电表计量监控等模块;框架层主要是规划整个运维平台的系统结构和物理结构;物联层主要是实现各个层级之间的通信;基础设施层主要是实现各个监测设备的数据采集，以实现各个设备之间的数据交换。
系统结构图如图1所示。
3 地震台站智能运维平台的设计
3.1 软件系统
地震台站运维平台的数据中心主要对地震计、UPS、温湿度传感器等设备信心进行监控与分析，通过对数据的获取与设备资源的有效管理，提高了地震台站的管理与维护效率。
本文中的地震台站运维系统搭载了新一代的GIS系统架构技术，实现了对于各个省市的地震台站信息的显示，并提供了数据仓库，完成了对台站中地震计信息，视频监控等数据的采集、传送、分析与显示，实现对多种数据的统筹管理，也实现了对多种设备的远程控制和故障诊断，提高了维效率。
按照近期和中远期规划，地震台站维运平台包括四大功能模块。
（1）数据采集：数据采集系统即物联网感知层，是物联网基础数据的来源，系统根据实际需求，建立了智能电表、地震计、温度传感器、湿度传感器、视频、UPS六个子系统的数据监测。通过对地震台站中的各种监测设备进行数据采集与分析，实现对多种数据的统筹管理。
电表作为台站内电力监控的重要设备，其数值对于判断其他设备的工作状态等具有较高价值。台站内通过对原有老旧电表的更换，使电表具有一定的网络通信功能，可以实现电表的数据传送到台站内部数据采集器中。
同时为了能对台站内设备的通电状态进行有效管理，在遇到特殊情况时可以远程控制电源开启和关闭，在电源上安装了网络继电器，其可以通过控制平台发送的命令来控制开关状态。
地震计为台站地震监测的重要仪器和设备，其数据通过专用的连接线接到数据采集卡，为了使数据能够网络传输，需要对地震计的数据采集卡进行改造，使数据能直接传送给台站内的以太网数据采集器。
对智能电表进行监测，可以实时的监控台站中UPS的工作状态，减少台站中的设备因为断电而无法正常工作情况的发生。
（2）数据通信：通过远程传输协议，将采集到的数据通过有线与无线并行的方式传输到数据中心。
（3）智能判断：通过对远程采集到的各种设备的工作数据分析，实现对故障位置和类型的自动分析与判断。设备运行期间出现故障，系统在对数据进行分析后，将异常情况和数据通过微信公众号等形式进行推送，让维修人员能够第一时间得到信息，以此来提高地震台站的维护效率。
（4）台站管理：台站管理模块中设有设备管理模块、人员管理模块、数据管理模块。可以对地震台站中的设备资源数量、设备状态，人员数量等信息进行统计与管理。
地震台站智能运维平台的功能模块图如图2所示。
3.2 硬件与网络通信系统
本系统的硬件系统主要分为两方面：一方面是地震台站中的硬件系统，另一方面是数据中心的硬件系统。
本系统的网络通信系统主要为无线通信与有线通信。有线通信为主要应用与台站内部设备之间的通信，以及台站与服务器间的通信;无线通信主要是当有线通信出现故障时台站内部各个设备之间的通信的备用以及在台站偏远情况下台站与平台服务器之间的通信。
为了保证地震台站中的监控设备能够实时的将采集到的数据传输回本地的服务器，在台站内部设备之间建立有线连接网络，并利用原有的有线通讯网络建立与平台服务器间的数据通讯。
为了减少有线通信网路的布线成本，将对台站内部原有的有线网络进行改造。对有线网络进行改造要从对设备的改造开始。电表作为台站内设备的电力供应数据的显示仪表，其数值和通断状态等对反映台站仪器有无故障至关重要。系统采用RS485通信和MODBUS協议对电表进行开发和组网，数据通过有线形式接入以太网的数据采集器中。地震计和其他仪器等核心仪器，通过串口等通讯设备进行改造，提取的数据通过有线形式接入以太网数据采集器。
为了减少成本并保证传输的可靠性。将在台站设备之间建立4G网络通信，并将台站中的设备采集到的数据与4G的工业级无线路由器相连，在有线方式出现问题的情况下，保证数据的继续传输。
4 现场数据监测
现场数据监测即物联网感知层，是物联网基础数据的来源。智能台站根据实际需求，建立了智能电表、地震计、温度传感器、湿度传感器、视频、UPS六个子系统的数据监测。
同时为了能对台站内设备的通电状态进行有效管理，在遇到特殊情况时可以远程控制电源开启和关闭，在电源上安装了网络继电器，其可以通过控制平台发送的命令来控制开关状态。
5 结语
本系统对于目前地震台站无法远程诊断出设备故障这一缺陷进行了有效的解决，并对故障信息进行了派单处理，提高了地震台站的维护效率;该平台也将分散了的监测数据进行了统一化的处理，使台站中的监测数据更加直观，便于管理。但关于运维平台还需进一步的优化与完善，值得继续研究。
参考文献
[1] 陈军辉，沈晓健，邱晓宇.地震台站智能运维保障系统开发[J].地震地磁观测与研究，2016（3）：1003-3246.
[2] 吴丽娜，王文才，李佐唐.地震台站管理与仪器装备运行保障系统[J].地震地磁观测与研究，2018（10）：189-194.
[3] 韩鹏.4G远程控制设置在野外地震台站中的应用[J].信息与电脑，2018（8）：109-110.
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