天津市地震前兆臺網的運行監控與維護管理＊

王建國 姚會琴 高 遜 賀同江 周利霞 王大宏

(天津市地震局,天津 300201)

天津市地震前兆臺網的運行監控與維護管理＊

王建國 姚會琴 高 遜 賀同江 周利霞 王大宏

(天津市地震局,天津 300201)

介紹天津市地震前兆臺網的基本概況以及前兆臺網部的職責任務;闡述儀器設備運行監控、觀測數據質量監控的方式與方法;總結在儀器設備、技術系統維護過程中解決的一些關鍵技術問題;最后提出了關于儀器和軟件系統的一些問題與建議。

狀態信息監控;數據質量監控;儀器維護;技術系統維護;問題與建議

1 前言

天津市地震前兆臺網依托地震信息服務系統,建立了綜合化、數字化、網絡化、智能化、標準化和數據共享的現代化地震前兆觀測網絡,具備了數據匯集、數據處理、數據報送、數據存儲、數據備份、數據采集、臺網監控、日志管理、運行評價、數據服務和歷史數據整理等運行管理功能[1]。

天津市地震前兆臺網包括薊縣、寶坻、青光、張道口、塘沽、寧河、靜海和徐莊子等 8個有人值守臺站,小辛莊山洞、桑梓井、高村井、辛莊井等 4個無人值守子臺,以及一個區域前兆臺網部。運行觀測儀器共計 44套,測項分量 141個,其中人工及模擬 18個,“九五”的 60個,“十五”的 63個。

模擬臺站人工錄入數據,以文件形式上報至局FTP服務器,臺網管理軟件自動下載、轉換和入庫;“九五”數字化臺站通過電話線用調制解調器撥號采集儀器數據,以壓縮文件形式上報至天津市地震局 FTP服務器,臺網管理軟件自動下載、解壓縮、轉換和入庫。模擬、“九五”數據通過 SQL Server數據庫復制方式上報中國地震前兆臺網中心[2]。“十五”數字化臺站通過VPN內網采集網絡化儀器數據到Oracle數據庫,通過Oracle數據庫交換方式上報區域前兆臺網部、國家地震前兆臺網中心和學科臺網中心[3]。

2 職責任務

天津市地震局前兆臺網部負責天津市地震前兆臺網的運行管理工作,主要職責任務包括：前兆臺網、GNSS臺網的日常運行和維護管理;地下流體、形變、重力、地磁和地電等地震前兆信息的實時監測;天津境內主要斷裂活動和地殼變形場的實時監測,GNSS差分數據實時廣播;地震前兆監測技術系統及其數據庫的建設、維護和網絡服務管理;震情跟蹤監測,地震安全保障;地震前兆、GNSS監測儀器設備配置、更新、安裝調試、維護、維修和標定;開展地震前兆監測技術、地震預警技術研究,研制開發地震前兆信息處理軟件等。

3 運行監控

3.1 網絡化儀器設備狀態監控

天津市地震前兆臺網有網絡化儀器近 20套,網絡化服務器近 10臺,自 2009年開始使用綜合業務信息集中監控顯示系統進行網絡狀態監控(圖 1)。

圖 1 天津市地震前兆臺網網絡化儀器設備分布圖Fig.1 Distribution of networking equipments of Tianjin earthquake precursor network

3.2 網絡化儀器狀態信息監控

依據地震前兆網絡化儀器通信技術規程,客戶端軟件通過以太網、采用基于 TCP/IP協議的 SOCKET連接與儀器進行數據通信,獲取儀器狀態信息、當前測量數據和實時測量數據等[4]。客戶端軟件定時監控遠程網絡化儀器,當儀器出現下述情形之一,發出聲音報警：

1)登陸失敗;

2)時鐘與客戶端時鐘相差 3分鐘以上;

3)直流電源狀態異常;

4)交流電源狀態異常;

5)異常告警狀態異常;

6)測量數據變幅異常。

3.3 觀測數據質量監控

前兆儀器產出的觀測數據入庫到 SQL Server、Oracle分布式數據庫中,客戶端軟件定時從數據庫中檢索數據,對數據進行各種監控管理操作,按各種前兆數據分析處理常用方法進行處理,并將檢索結果逐條寫入 Excel監控日報表中,標記不同的顏色并分類排序,據此檢查臺站數據上報質量、數據預處理質量和觀測日志填寫質量等[5,6]。

1)測項數據、觀測日志不存在,標記為紅色;

2)測項分鐘值缺測≥60個,整點值缺測≥1個,標記為紫羅蘭色;

3)測項數據超 n倍標準差,標記為橙色;

4)測項數據 ＜0,標記為青色 (例如核旋、水氡、水汞、水位、水溫、地熱、氣氡、氣汞、氣溫、氣壓、降水量、洞體溫度和輔助溫度等測項數據 ＜0以青色提示);

5)測項數據變幅異常,標記為藍色 (例如水位超 1 m,水溫、地熱、洞體溫度和輔助溫度超 1℃,核旋超20 nT,氣溫超 20℃,氣壓超 30 hPa等以藍色提示);

6)地電阻率為 327.52Ωm無效值,標記為藍色;

7)靜水位探頭量程為 0～10 m,水位探頭距離水面值 ＜1 m或 ＞9 m,標記為藍色。

3.4 觀測日志檢查

臺站值班人員對于同震效應、停電、儀器故障、標定、調零、雷擊、人為干擾、更換儀器、觀測環境變化、時鐘錯誤、工作參數錯誤、成片壞數、自然現象(風、雨、雪、洪水等)等事件必須填寫詳細觀測日志。前兆臺網部負責觀測日志檢查與督促改正。通過觀測日志,分析預報人員可有效排除很多環境干擾引起的數據變化[7]。

4 維護管理

4.1 儀器設備維護

前兆臺網部承擔前兆儀器維護與故障維修工作,對于數據質量長時間不理想的儀器,與儀器廠家、分析預報部和有關專家一起排查原因,制定相關措施,共同解決問題,確保產出高質量觀測數據。

4.1.1 寶坻臺 FHD-2B質子矢量磁力儀的維護

寶坻臺 FHD-2B質子矢量磁力儀在交流停電、直流 12 V供電期間,觀測數據產生臺階變化。經咨詢儀器研制者得知,該儀器外接的直流電源要求在15～18 V之間,若采用傳統 12 V蓄電池供電,經過機內二次穩壓后達不到 12 V,而機內晶振需要 12 V供電,觀測數據必然出現臺階和毛刺。2009年 7月23日雷電造成市電跳閘,致使 12V直流供電期間H、D分量產生臺階變化(圖 2)。

2009年 9月 10日前兆臺網部儀修人員將該儀器自帶的充電系統用二極管隔離,外接 2 V 100AH蓄電池8節,組成16 V蓄電池供電,同時采用0～30 V 5A直流穩壓電源進行浮充電。2009年9月 20日16時 27分至 17時零 5分,臺站值班人員切斷交流電,采用直流供電,觀測數據正常變化。

4.1.2 靜海臺靜海井LN-3數字水位儀的維護

靜海臺靜海井 LN-3數字水位儀于 2009年 12月 28日 8時零 7分采集ORG數據后死機,11時零3分關機、開機后恢復正常。2010年 1月 7日采用6道存儲芯片,替換 4道存儲芯片,并對自主研發的“九五”水位ORG文件轉換軟件進行了升級。

圖 2 寶坻臺 FHD-2B質子矢量磁力儀水平分量(a)、磁偏角 2009-07-23日分鐘值圖 (b)Fig.2 Minute value graph of the horizontal component and magnetic declination of FHD-2B proton vectormagnetometer on July 23,2009 in Baodi station

該軟件根據“探頭調整日期、調整開始時分、調整結束時分、調整前探頭埋深、調整后探頭埋深”等參數對水位進行自動轉換,自動剔除探頭調整時間段內的幾個點;水位四道存儲 ORG文件字節數為12 289,六道存儲 ORG文件字節數為 18 432,能夠轉換兩種格式的ORG文件[8]。

4.1.3 張道口臺張道口-1井 LN-3數字水位儀的維護

LN-3數字水位儀在天津地震局使用近 10年,儀器全面老化,儀器漏電導致曲線毛刺變大,我們采用儀器外殼接井管的措施,毛刺明顯減小[9]。

4.1.4 張道口臺張道口-1井 DRS W-1地下流體綜合觀測儀的問題與維護

1)儀器串口被占用

2009年 7月 17日儀器通訊串口被占用,數據采集空結果,儀器網絡通訊接口和主機斷電重啟后恢復正常,儀器廠家更新儀器內部軟件后解決了此類問題。

2)水位探頭故障 2009-12-15—2010-02-05日水位探頭故障,數據無固體潮變化 (圖 3)。2010-02 -05日更換為中國地震局地殼應力研究所自主研發的新探頭,數據曲線恢復正常(圖 4)。

3)水溫數據存儲兩次,無水位數據

2010-04-03、2010-05-25、30日水溫分鐘值存儲兩次,無水位分鐘值,這種情況跟儀器嵌入式軟件不完善有關。

以 2010-04-03為例,解決步驟如下：

(1)使用 FTP軟件登陸該儀器;

圖 3 張道口-1井 DRS W-1地下流體綜合觀測儀 2010-02-01分鐘值圖(探頭更換前)Fig.3 Minute value graph of DRS W-1 integrated observation instrument of underground fluid on February 1, 2010 at Zhangdaokou-1 well(before the probe was replaced)

圖 4 張道口-1井 DRS W-1地下流體綜合觀測儀 2010-03-01分鐘值圖(探頭更換后)Fig.4 Minute value graph of DRS W-1 integrated observation instrument of underground fluid on March 1, 2010 at Zhangdaokou-1 well(after the probe was replaced)

(2)在/data/org目錄中,刪除 a131403.org、a132403.org“九五”原始ORG文件;

(3)在/data/qzh目錄中,刪除 a1193403.10“九五”測項文件;

(4) 在/data/shi wu 目 錄 中, 刪 除1200243132008073620100403.qzh“十五”文件;

(5)登陸儀器主頁,重新啟動儀器;

(6)重新登陸中國地震前兆臺網數據管理系統,采集該儀器數據成功。

4.1.5 寧河臺寧河井LN-3A數字水位儀的維護

寧河臺寧河井LN-3A數字水位儀自 2009年以來觀測數據呈鋸齒狀變化,存在嚴重背景噪聲,采取儀器地線焊接井管、更換濾波芯片等措施,效果也不明顯(圖 5)。2010-02-04日儀器停測并返修,探頭更換了線路板并重新標定。2010-04-01日重新安裝觀測后數據曲線恢復正常(圖 6)。

4.1.6 寧河臺寧河井 SZW-1A水溫儀的維護

2010-02-14—2010-02-21日中國地震前兆臺網數據管理系統的數據采集日志提示寧河臺 SZ W-1A水溫儀連接儀器失敗,但是 PI NG該儀器卻顯示暢通。儀器廠家維修人員檢修后得知,由于井房潮濕,導致網絡通訊接口的通訊卡短路而損壞,更換通訊卡后數據采集恢復正常。

圖5 寧河井LN-3A水位儀2009-12-8分鐘值圖(探頭維修前)Fig.5 Minute value graph ofLN-3A water level instrument on December 8,2009 at Ninghe well(before the probe was repaired)

圖 6 寧河井LN-3A水位儀 2010-05-25分鐘值圖 (探頭維修后)Fig.6 Minute value graph ofLN-3A water level instrument on May 25,2010 at Ninghe well(after the probe was repaired)

4.1.7 薊縣臺 PTH氣象參數測量儀的維護

薊縣臺 PTH氣象參數測量儀 2009年底出現故障,產出數據不正確。通過編寫軟件,利用薊縣氣象局在臺站的氣象儀器產出的數據,代替 PTH氣象參數測量儀數據,實現了氣象局mdb數據庫的數據正常提取、轉換和生成“九五”測項文件,避免了因專業儀器故障而影響數據完整率。

4.1.8 青光臺、徐莊子臺WYY-1氣象三要素觀測儀的維護

青光臺、徐莊子臺WYY-1氣象三要素觀測儀2010-02-04日數據采集不成功,提示元數據錯誤 (儀器日期：主機設備不同步),分別登陸儀器主頁,發現儀器時鐘錯誤,手工修改儀器時鐘不起作用。儀器研制者將 S MTP服務器地址修改為 100.100.100. 100無效地址后復位,再次修改儀器時鐘成功,數據采集成功。

4.2 技術系統維護

4.2.1 “九五”SQL Server數據庫日志爆滿的處理

2010年 2月 19日“九五”SQL Server數據庫服務器的 PDBY_TJ、PDB_TJ數據庫所在D盤空間僅剩幾百 K,檢查發現是由于 PDBY_TJ、PDB_TJ數據庫日志文件過大造成的,導致“九五”數據無法入庫,采用日志收縮工具對兩個日志文件進行了收縮,文件大小限制在 500M左右,數據入庫正常進行。

4.2.2 “十五”數據庫服務器正確啟動和關機方法

在 SUSE Linux操作系統桌面,點擊鼠標右鍵,打開終端：首先鍵入 cd/program改變目錄,鍵入./ stoprun.sh停止中國地震前兆臺網數據管理系統服務 ,鍵入 sync命令強制把內存中的數據寫回硬盤,鍵入 reboot命令重啟,鍵入 halt命令關機。

4.2.3 “十五”數據備份不成功的處理

2009年 10月 18日“十五”數據庫備份不成功,提示數據表：PO I NTCODE提取數據失敗,于是我們擴充備份庫表空間,重新啟動備份服務器,再次手動備份成功。

4.2.4 “十五”Oracle數據庫表空間不足,致使地下流體數據轉換停止不動

1)2009年 12月 9日地下流體數據轉換停滯不動,為此擴充了 qzdata表空間,同時擴充了 system表空間,重新啟動數據庫服務器,數據轉換成功。

2)2010年 1月 29日地下流體數據轉換停滯不動,檢查發現 2010-01-28—30日“十五”數據備份不成功,對備份庫表空間再次擴充,重新啟動備份服務器,數據備份成功,數據轉換成功。

4.2.5 “十五”節點臺站更新本地臺站、儀器和測點信息,交換到區域中心數據庫的辦法

薊縣臺、寶坻臺和靜海臺有獨立的“十五”數據庫服務器,通過臺站數據管理系統更新了本地數據庫的“臺站、儀器和測點”等基礎信息;在區域中心數據管理系統中,刪除節點臺站;在臺站數據管理系統中,重新注冊到區域中心;在區域中心數據管理系統中,審批通過,并確認“臺站數據上傳”。

4.2.6 運用 Toad軟件遠程管理“十五”Oracle數據庫

在 Toad軟件中,使用 Editor編輯器運行 SQL語句。

1)查詢 2010年 1月 1日至今天津儀器故障情況

select＊ from qzdata.QZ_GL_I NSTRUREPORT where RUNN I NGDATE ＞=to_date(′2010-01-01′,′yyyy-mm-dd′)AND UN ITCODE=′TJ′AND I

NSTRUSTATUS=′儀器故障′order by RUNN I NGDATE

2)查詢 2010年 1月 1日至今天津高村井監控日報入庫情況 select＊ from qzdata.QZ_GL_I NSTRUREPORTwhere RUNN I NGDATE＞=to_date(′2010-05-01′,′yyyy-mm-dd′)AND stationname =′高村井′order by RUNN I NGDATE

4.3 臺網運行效果

在中國地震局、天津市地震局各級領導和專家的指導下,天津市地震局前兆臺網部、前兆臺站齊心協力,臺網運行管理水平不斷提升。2009年至今,在全國前兆臺網月評比中天津一直保持在前三名。

5 問題與建議

做好前兆臺網運行維護工作,必須逐步解決如抗干擾能力弱(交直流切換或電壓不穩造成數據波動)、探頭設計不合理、嵌入式軟件不完善、儀器元件老化、無備用儀器、儀器返修周期長、欠缺綜合防雷措施等一系列與儀器有關的問題[10-12]。

此外,一些軟件系統也需要完善,例如：“十五”Oracle數據庫服務器內存每隔一段時間所剩無幾,影響數據采集和數據交換,必須重新啟動服務器才能解決,中國地震前兆臺網數據管理系統應該提供有效的內存管理機制;“十五”Oracle數據庫表空間的大小直接影響數據轉換、數據存儲,中國地震前兆臺網數據管理系統應該提供表空間臨界報警功能。

1 李剛,等.高速區域網絡環境中的網站負載均衡系統[J].西北地震學報,2009,31(3)：296-301.

2 王建國,等.Microsoft SQL Server2000在天津市地震前兆臺網中心的應用[J].華北地震科學,2006,24(3)：56-60.

3 劉高川,等.Oracle復制技術在地震前兆元數據交換中的應用[J].中國地震,2008,24(2)：142-149.

4 中國地震局地殼運動監測工程研究中心.中國數字地震觀測網絡技術規程地震前兆臺網專用設備網絡通信[M].北京：地震出版社,2005.

5 周克昌,等.地震前兆數據監視與管理系統 [J].地震, 2006,26(1)：115-122.

6 王建國,等.前兆觀測數據監視及異常自動識別軟件系統[J].地震研究,2007,30(1)：83-87.

7 周克昌,紀壽文.前兆異常判定工作探討[J].國際地震動態,2008(11)：106.

8 王建國,等.數字化地震前兆臺網日常工作管理軟件[J].地震研究,2009,32(1)：79-83.

9 王建國,等.影響張道口 -1井數字化水位觀測內在質量的因素[J].內陸地震,2007,21(2)：155-159.

10 廖麗霞,廖春奇,朱海燕.福建閩侯旗山井水位大幅波動成因探討[J].地震研究,2007,30(3)：260-264.

11 廖麗霞,等.福建地區流體對 2007年 4次 4級地震映震特征分析[J].地震,2009,29(2)：123-132.

12 周克昌,等.中國地震前兆臺網主要問題探討[J].地震地磁觀測與研究.2009,3O(1)：76-80.

MANAGEM ENT OF RUNNING,MONITORING AND MA INTENANCE OF TIANJIN EARTHQUAKE PRECURSOR NETWORK

Wang Jianguo,Yao Huiqin,Gao Xun,He Tongjiang,Zhou Lixia andWang Dahong
(Earthquake Adm inistration of Tianjin M unicipality,Tianjin 300201)

First,we introduce the basic situation of Tianjin earthquake precursor network and the duties of the PrecursorNet work Division.Second,we expound the mode of equipment running,monitoring and the method of observation data quality monitoring,and then summarize some key techniques that are solved in the maintenance process of the instruments and technical system.At last,we raise some problems and advice about instrument, technical system to i mprove running management level of precursor network.

monitoring of status infor mation;monitoring of data quality;instrument maintenance;maintenance of technical system;problem and advice

1671-5942(2010)Supp.(Ⅰ)-0111-05

2010-02-13

天津市科技支撐計劃重點項目(09ZCKFSF00700);天津市地震安全基礎工程項目;國家 973計劃項目(2008CB425704)

王建國,男,1970年生,高級工程師,主要從事地震監測預報、地下流體學科技術管理工作.E-mail：tjjgw@163.com

P315.73

A