無人值守海洋臺站自動觀測儀器運行在線監控及預警系統方案研究

陳燕珍，王其松，房樹林，徐志遠，王靜

（大連海洋環境監測中心站 大連 116015）

1 現狀及背景

無人值守站是在海濱地區開展水文氣象觀測、一般無專人24h值守的觀測站點，它與有人值守站共同組成國家海洋觀測網，觀測數據經代管海洋站質控處理后進行上報。觀測要素主要有潮汐、表層海水溫度、表層海水鹽度、空氣溫度、相對濕度、氣壓、降水量等，與有人值守站相比，暫不開展能見度（人工）和波浪（人工）觀測。無人值守站目前主要以人工定期巡檢的方式進行管理，巡檢頻率在相關業務規定中沒有詳細要求，一般以自動儀器校測、對比觀測要求時間頻率執行，每月至少3次，分別在10日，20日和月末日。

近年來，國家對海洋防災減災事業高度重視，對海洋觀測等基礎工作加大投資，根據國家海洋觀測網規劃，在沿海地區大力開展新海洋觀測臺站的建設工作；同時，現有海洋臺站人員數量較少，且多數新建站點位置偏僻，交通不便，不具備專人24h駐守工作生活條件，相當一部分新建海洋臺站以無人值守方式進行建設和管理。在這種情況下，無人值守站數量將不斷增多。

5.新罪名法條設置是否科學?！缎谭ㄐ拚?八)》將組織出賣人體器官罪規定在分則第四章作為第234條之一，大概是強調該罪除侵犯我國器官移植管理制度外，主要是對出賣人體器官者身體健康的傷害。但是，要遏制有關人體器官犯罪行為，主要應通過加強社會管理，禁止非法移植行為，使器官移植走向正規，對延長人類生命作出貢獻。因此，將本罪規定在分則第四章侵犯公民人身權利罪中值得商榷。

目前，無人值守站自動觀測儀器設備運行管理以值班軟件監控為主，人工定期巡檢為輔。值班軟件主要用于接收、處理和顯示各類觀測數據，同時顯示設備當前電壓，值班員通過人工監控值班軟件判斷數據傳輸和設備運行情況。在出現傳輸故障時，值班軟件運行狀態燈由綠變紅，沒有其他主動警示方式；當出現設備或電力故障時，值班軟件沒有主動報警信息，只能在分析整理觀測數據時才可能發現。在這種情況下，一旦出現設備運行故障，值班人員很難在第一時間發現上報。同時由于無人值守站位置比較偏僻，一旦遇到惡劣天氣影響，應急保障壓力較大，觀測的連續性不能保證，而且隨著海洋臺站的持續建設，無人值守站數量不斷增多，應急保障壓力將顯著增大。

計算渣鎖斗閥開關時間所需要的條件較多，涉及閥門自身的結構參數，液壓油的物理性質，液壓系統管路規格尺寸、敷設長度以及閥門與油站的高差等，如下所列:

在這種情況下，為高效監控無人值守站自動觀測儀器運行狀態，實時獲取設備運行情況，本研究提出了無人值守站自動觀測儀器運行在線監控及預警系統。該系統以值班軟件實時接收的觀測數據和設備電壓信息為基礎，通過預先設定的判別規則計算分析后得到自動儀器運行狀態。當系統檢測到傳輸、傳感器或電力故障時，自動將故障信息發送給指定單位和人員；對于電力故障，系統還將對剩余電力情況進行預警，一并發出。最后，系統通過對故障維修情況的記錄和分析，將提供自動觀測儀器設備運行狀態分析報告。

2 系統設計

2．1 系統總體架構

（4）水位計的監控觀測要素：水位。若出現水位觀測值連續一定時間不發生變化（具體時間長度待定）、水位觀測值短時間變化量超出預設區間則判定為運行異常。

圖1 系統總體框架

2．2 電力監控預警單元設計

無人值守站電力配置一般是“太陽能＋蓄電池”或者“市電＋蓄電池”方式，當太陽能或者市電故障后，設備只能依靠蓄電池電量維持工作。蓄電池電量耗盡后，設備停止工作，造成數據缺測。通過對電瓶電壓變化實時監控分析，結合蓄電池電壓衰減特性，提前發出預警，給出參考設備剩余運行時間，給海洋站應急保障人員下一步故障解決提供參考。

乙腦病毒P3株基因組cDNA由華中農業大學曹勝波教授饋贈；感受態細胞E.coli DH5α、E.coli BL21、原核表達載體pET42b保存于新疆生產建設兵團塔里木畜牧科技重點實驗室。

圖2 電力保障單元設計流程

2．3 傳輸監控單元設計

②出入線明挖段為三線矩形斷面，結構斷面寬度15～19m，托換梁需跨過明挖隧道，托換梁最大跨度達23.3m，工程施工難度大，實施風險高。

數據傳輸網作為整個海洋觀測網的神經系統起著十分重要的作用，數據傳輸一旦中斷，后方業務運行將受到顯著影響，對傳輸故障的排除有著較高的要求。為了有效應對這一問題，在故障發生的第一時間就發出警報至為關鍵，本單元的設計目的就是要有效解決這一問題。

該單元設計思路為：每隔1min向基礎數據庫查詢一次數據更新情況，如果連續3min無數據更新，系統向前端無人值守站發出通信測試命令，若與前端正常連通，系統提示數據庫異常，若與前端無法連通，啟動故障發布程序，編輯發送內容，通過傳送設備，將故障信息發送給預先指定的單位和聯系人，此時，系統每隔10min與前端無人值守站進行一次通信測試，若恢復與前端無人值守站連接，啟動故障恢復程序，編輯發送內容，通過傳送設備，將故障信息發送給預先指定的部門和聯系人。設計流程圖如圖3所示。

2．4 設備監控單元設計

本次智慧交通系統規劃從交通管理的業務需求出發，設計滿足北京城市副中心業務實際需求的系統，為保證系統功能的先進性及系統性能的優化，采用最新的匹配技術.

該單元設計思路為：首先，根據擬監控的儀器設備確定需要分析的觀測數據；然后根據觀測數據自身特性、連續性和邏輯性確定故障判定規則；最后系統通過對實時觀測數據使用此規則，發現儀器設備故障或異常后，觸動故障發布程序，編輯發布內容，將故障信息發送給預先指定的部門和聯系人。

轉喻模式將范疇內突出的屬性投射到相近的或相關聯的不同認識域，也是導致一詞多義現象的重要手段。在空間概念范疇內，at最突出的屬性是在某一空間上，空間大小以自我體驗為參照點。如果該空間超出了人們的體驗范疇，如大型建筑物或大學，也理解為空間概念中一點，如at Oxford，arrive at。同理如果以人類的歷史長河為參照點，一個晚上，圣誕節期間，甚至一年這樣的時間段在認知層面上仍理解為時間上的一點，如at night；at weekend；at 55；at Christmas等等。

觀測數據故障判定規則如下。

圖3 傳輸監控單元設計流程

（1）溫濕傳感器的監控觀測要素：①空氣溫度。若出現空氣溫度觀測值超出本站合理觀測值區間（具體值各站自行設定后錄入系統）、空氣溫度觀測值連續一定時間不發生變化（時間長度待討論）、空氣溫度短時間變化超出預設區間（如連續3min變化超過20%）則判定為運行異常。②相對濕度。若出現相對濕度觀測值超出合理觀測值區間（0%～100%）、相對濕度觀測值連續一定時間不發生變化（時間長度待討論）、相對濕度短時間變化超出預設區間（如連續3min變化超過20%）則判定為運行異常。

觀測數據采集的連續性和準確性是海洋站工作的一項主要內容，尤其是夜間故障時，及時發出預警能減少設備采集中斷時間。同時，通過分析觀測數據的邏輯性及前后關系，對設備運行異常發出警示，提醒應急保障人員及時排查故障隱患，本單元的設計目的是對前端無人值守站傳感器等設備運行情況進行監控并及時發出故障信息。

（2）風速風向傳感器的監控觀測要素：①風速。若出現風速觀測值超出本站合理觀測區間（具體值各站自行設定后錄入系統）、風速觀測值連續一定時間不發生變化（時間長度待討論）則判定為運行異常。②風向。若出現風向觀測值超出合理觀測值區間（0°～359°）、風向觀測值連續一定時間不發生變化（如連續10min未變化）則判定為運行異常。

電力保障監測預警單元主要設計原理是：將蓄電池運行信息實時讀取存入數據庫，然后對最近的一段時間段內運行信息（比如電壓）進行讀取分析，若發現下降趨勢，取當前開始更大時間段的運行信息進一步分析，若仍為下降趨勢，此時判定電力故障，運行狀態燈變紅，計算并警示剩余工作時間，啟動故障及預警發布程序，隨后繼續對運行信息進行分析，若持續下降，更新剩余工作時間；若不再下降，經人工確認故障解除后，運行狀態燈變綠，取消警示信息。設計流程如圖2所示。

通過圖12對比發現，灌漿套筒連接件破壞過程分為彈性、屈服、強化、頸縮4個階段，試件H500-14承載力高出H400-14承載力10%左右，表明鋼筋強度的變化對試件承載力影響明顯，鋼筋強度越大，試件承載力越高。

（3）氣壓傳感器的監控觀測要素：氣壓。若出現氣壓觀測值超出本站合理觀測區間（具體值各站自行設定后錄入系統）、氣壓觀測值連續一定時間不發生變化（具體時間長度待定）、氣壓觀測值短時間變化量超出預設區間則判定為運行異常。

系統的總體架構圖如圖1所示，用戶層分為4個部分，分別是電力監控預警單元、傳輸監控單元、設備監控單元和故障管理單元。電力監控及預警單元主要監控無人值守站太陽能、市電運行情況，系統檢測到電力故障后，根據蓄電池電力水平預警系統剩余工作時間，將上述信息發送給預先指定的單位和聯系人；傳輸監控單元主要實現對前端無人值守站與本系統通信情況的監控，當本系統與無人值守站通信中斷后，立即將傳輸故障信息發送給預先指定的單位和負責人；設備監控單元主要完成對前端傳感器設備的監控，當系統檢測到數據異常后，立即將故障信息發送給預先指定的單位和負責人；故障管理單元的功能是將上述故障的解決和維修情況進行記錄，根據記錄結果對系統運行狀態進行分析和評估，為進一步加強無人值守站自動儀器運行管理提供重要參考。用戶層面數據庫分為基礎數據庫和成果數據庫，分別存儲觀測基礎數據和成果數據。對于基礎數據，主要指現有海洋觀測臺站值班軟件數據庫，此數據庫信息作為本系統的基礎信息；對于成果數據庫，主要存儲記錄各類故障維修解決信息，并為系統運行狀態分析提供基礎依據。

（5）溫鹽傳感器的監控觀測要素：①表層海水溫度。若出現海水溫度觀測值超出本站合理觀測區間（具體值各站自行設定后錄入系統）、海水溫度觀測值連續一定時間不發生變化（具體時間長度待定）、海水溫度觀測值短時間變化量超出預設區間則判定為運行異常。②表層海水鹽度。若出現海水鹽度觀測值超出本站合理觀測區間（具體值各站自行設定后錄入）、海水鹽度觀測值連續一定時間不發生變化（具體時間長度待定）、海水鹽度觀測值短時間變化量超出預設區間則判定為運行異常。

2．5 成果數據庫設計

數據庫設計過程綜合考慮幾方面的要求和需求：①嚴格按照《海洋環境基礎數據庫標準》設計成果數據庫。②從數據管理者的角度來講，需要為外界提供數據，數據結構設計應方便對數據的管理、存儲和查詢。③滿足項目及今后研究需要，不僅提供過往運行情況數據，同時為海洋站運行及發展提供可靠的統計分析數據。

3 主要功能模塊

3．1 監控與預警單元

該單元由電力監控預警、傳輸監控和設備監控3部分組成，通過該單元，值班人員能夠實時看到無人值守站電力、傳輸和設備詳細運行狀態，出現設備運行異常后，編輯故障信息，一方面在系統界面顯示提示信息，一方面立即將該信息發送給預先設定的部門和聯系人。

3．2 故障管理單元

本單元通過軟件界面的“故障編輯與統計”完成錄入，修復后將故障維修詳細信息錄入數據庫。需要錄入的具體內容包括：故障類型（電力故障、設備故障和傳輸故障）、故障設備、故障描述、解決辦法、故障時間、維修人、審核人等。

通過故障維護信息表，利用數據庫的管理功能，實現對系統整體、各子單元及相應要素統計分析和比較，主要內容包括：系統整體運行統計分析，功能單元運行統計分析，單元要素統計分析，功能單元間比較分析，單元內各要素間比較分析和全要素比較分析等。

統計分析完成后，為直觀的反應運行統計數據，通過圖表直觀進行展現。

4 結束語

通過對無人值守海洋臺站監控方案及預期成果的討論，可以看到無人值守站運行過程中的各個環節，從電力保障、數據采集到數據傳輸，都實現了高效的動態監測和預警，同時可對故障及運行情況進行綜合統計，為進一步提高觀測業務質量打下堅實的基礎。

但是我們也要看到，本系統的設計和開發必將要花費較大的人力和物力成本，同時，為保證系統投入使用，海洋站還要增加相應的硬件設備和必要的使用培訓，需要專項經費支持才能順利開展。