廈門市地震遙測臺網(wǎng)改造

劉仲達(dá)

（中國福建361003廈門市地震局）

廈門市地震遙測臺網(wǎng)改造

劉仲達(dá)

（中國福建361003廈門市地震局）

廈門市地震遙測臺網(wǎng)運(yùn)行多年，設(shè)備老舊，無線擴(kuò)頻傳輸受干擾嚴(yán)重，數(shù)據(jù)傳輸故障率增加，對現(xiàn)有臺網(wǎng)進(jìn)行更新、改造，采取Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，可減少臺網(wǎng)傳輸、運(yùn)行故障，降低運(yùn)行及維護(hù)的成本。

廈門市地震遙測臺網(wǎng)；改造；數(shù)據(jù)采集器；數(shù)據(jù)傳輸

0 引言

廈門市地震遙測臺網(wǎng)布設(shè)雛形取自福建省地震局沿海大臺網(wǎng)，信號傳輸在國內(nèi)首次引進(jìn)微波擴(kuò)頻傳輸技術(shù)，于1997年3月建成運(yùn)行，已記錄地震事件6 500多起，時間記錄準(zhǔn)確，波形完整，對廈門市地震監(jiān)測工作發(fā)揮了重要作用。廈門市地震遙測臺網(wǎng)為廈門及周邊地區(qū)的地震監(jiān)測提供大量數(shù)據(jù)，在有感地震發(fā)生時，及時為市民提供地震三要素（時間、地點、震級），減少市民恐慌心理，為社會穩(wěn)定做出應(yīng)有貢獻(xiàn)。

廈門市地震遙測臺網(wǎng)的數(shù)采設(shè)備、太陽能供電系統(tǒng)老化，已超出使用年限，無法長時間正常工作，不能保證24小時連續(xù)不間斷運(yùn)行，觀測資料質(zhì)量得不到保障。該遙測臺網(wǎng)4個子臺建在高山上，山高雷多，霧氣較重，臺網(wǎng)運(yùn)行及設(shè)備維護(hù)費(fèi)用較高，且隨著廈門城市建設(shè)的發(fā)展，無線傳輸（微波擴(kuò)頻通訊鏈路）受到干擾，數(shù)據(jù)傳輸故障率增加，觀測資料的完整性和高效性難以保障。鑒于此，對廈門遙測地震臺網(wǎng)進(jìn)行更新、改造，提升臺網(wǎng)地震監(jiān)測能力，保障臺網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，更好的為地震研究提供服務(wù)。

1 臺網(wǎng)監(jiān)測現(xiàn)狀

1.1 子臺建設(shè)

廈門市地震遙測臺網(wǎng)孔徑83 km，由5個子臺組成（狗山、大帽山、吳田山、二帽山子臺配備個子臺設(shè)垂直向S-13拾震器，石泉山子臺配備設(shè)置三分向S-13拾震器及三分向加速度計），臺網(wǎng)分布見圖1（葉振民等，1997）。其中：晉江狗山子臺海拔78 m，距市區(qū)53 km，數(shù)據(jù)傳輸受阻于廈門島云頂巖，故信道經(jīng)由市區(qū)金源大廈中繼進(jìn)入臺網(wǎng)中心；同安大帽山子臺海拔320 m，傳輸距離41 km；長泰吳田山子臺海拔1 085 m，傳輸距離38 km；漳浦二帽山子臺海拔640 m，傳輸距離33 km；廈門石泉山子臺作為中心站，兼做臺網(wǎng)中心，海拔49 m。在中心子臺及大帽山子臺的相互配合下，有利于監(jiān)測興化灣區(qū)及東山—南澳區(qū)、漳州盆地和廈門以東地區(qū)北東向、北西向斷裂交匯處地震活動（蔡欣欣等，2000）。通過對遙測臺網(wǎng)實測資料進(jìn)行分析，檢驗地震監(jiān)測能力，認(rèn)為距中心100—150 km發(fā)生的ML2.5以上地震和距中心450 km內(nèi)（包括中國臺灣東帶）發(fā)生的ML3.5以上地震位于該臺網(wǎng)有效監(jiān)測范圍內(nèi)（葉振民等，1999）。

1.2 觀測環(huán)境

眾所周知，無線微波傳輸需要保證傳輸過程中不受阻擋。而今廈門飛速發(fā)展，城市環(huán)境復(fù)雜，高樓大廈隨處可見，在這種環(huán)境中進(jìn)行無線微波傳輸，受阻嚴(yán)重。無線應(yīng)用領(lǐng)域大規(guī)模擴(kuò)展，普遍采用微波無線傳輸設(shè)備，各種調(diào)頻微波信號相互干擾，4個野外子臺的傳輸信號經(jīng)常受到干擾，導(dǎo)致臺網(wǎng)中心經(jīng)常無法接收到可用地震波形數(shù)據(jù)。雷雨天氣增加，地震子臺雷擊事件時有發(fā)生，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集器等核心地震監(jiān)測儀器損壞，數(shù)據(jù)中斷，且近年來空氣質(zhì)量越來越差，能見度低，嚴(yán)重影響無線微波傳輸。

圖1 廈門數(shù)字化地震遙測臺網(wǎng)布局Fig.1 Layout of Xiamen Digital Seismic Telemetry Network

2 臺網(wǎng)改造措施

廈門遙測地震臺網(wǎng)的觀測環(huán)境、設(shè)備、設(shè)施已不滿足地震研究所需，必須進(jìn)行更新、改造，將原有臺網(wǎng)擴(kuò)頻微波及中繼站廢除，無線擴(kuò)頻傳輸方式轉(zhuǎn)變?yōu)镮nternet網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，以計算機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)為平臺，實現(xiàn)地震觀測數(shù)據(jù)傳輸、共享與交換，實現(xiàn)傳輸?shù)目焖佟⒎€(wěn)定與安全。

TCP/IP技術(shù)經(jīng)過幾十年研究與發(fā)展日趨成熟，特別是近幾年，隨著Internet的發(fā)展，IP技術(shù)在各行業(yè)（包括地震行業(yè)）蓬勃發(fā)展，地震監(jiān)測采用IP方式傳輸是“十五”計劃的重要組成部分。相對于無限擴(kuò)頻微波傳輸方式，IP傳輸方式費(fèi)用低，組網(wǎng)靈活，無距離限制，方便實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，在采用IP設(shè)備到臺站后，解決了數(shù)據(jù)延遲問題。

2.1 數(shù)據(jù)采集器改造

數(shù)字地震遙測臺網(wǎng)使用TDE-224C數(shù)據(jù)采集器，以串口數(shù)據(jù)格式輸出，通過無線擴(kuò)頻微波發(fā)送到臺網(wǎng)中心。經(jīng)此次改造，數(shù)據(jù)采集器更換為TDE-324CI型（按照中國地震局“十五”項目需求，自主研發(fā)新一代IP地震數(shù)據(jù)采集記錄器）。TDE-324CI緊隨國際最新電子技術(shù)，選用高性能、低功耗器件，采用美國聯(lián)邦航空局（FAA）安全認(rèn)證的實時操作系統(tǒng)(RTOS)；系統(tǒng)集成硬件看門狗，24位地震數(shù)據(jù)采集、大容量電子盤數(shù)據(jù)存儲、網(wǎng)絡(luò)及串口傳輸，多路獨立監(jiān)測、程控標(biāo)定、按鍵設(shè)置及數(shù)碼顯示于一體，系統(tǒng)功耗低，使用維護(hù)方便。系統(tǒng)采用修正的SEED協(xié)議壓縮存儲地震數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)多址傳輸及實時串口數(shù)據(jù)傳輸，支持遠(yuǎn)程管理、斷點重傳等，支持DDN、超短波、擴(kuò)頻微波、GPRS/CDMA、ADSL、光纖等方式的數(shù)據(jù)傳輸，支持多達(dá)20個臺網(wǎng)中心的數(shù)據(jù)調(diào)用及交換。系統(tǒng)傳輸連續(xù)穩(wěn)定可靠，能夠滿足區(qū)域遙測地震臺網(wǎng)需要。

2.2 臺站監(jiān)測單元增加

增加地震臺站監(jiān)測單元TDJ-324CI，該設(shè)備的臺站狀態(tài)監(jiān)測單元包括臺站溫度傳感器、市電電壓監(jiān)測模塊、太陽能電池板輸出電壓監(jiān)測模塊、蓄電池電壓監(jiān)測模塊、系統(tǒng)供電電壓模塊、GPS狀態(tài)監(jiān)測模塊等。臺站監(jiān)測參數(shù)與地震計記錄的地動數(shù)據(jù)一同送入地震數(shù)據(jù)采集器，然后通過數(shù)傳設(shè)備送回臺網(wǎng)中心。

2.3 避雷設(shè)備增設(shè)

因子臺建在山上，山高雷多，測震設(shè)備在野外運(yùn)行易受雷擊導(dǎo)致系統(tǒng)故障，地震信號傳輸鏈路、網(wǎng)絡(luò)通訊鏈路、GPS通訊鏈路容易引雷，必須增設(shè)避雷設(shè)備。地震信號傳輸鏈路采用TBL-324CI地震信號避雷器，該設(shè)備采用多級防雷設(shè)計，具有獨立避雷保護(hù)回路、各模塊獨立接插件、區(qū)分信號地與避雷地等特點，能有效保護(hù)采集器和地震計，同時通過與TDE-324CI地震數(shù)據(jù)采集記錄器的良好接口，起到規(guī)范臺站安裝調(diào)試作業(yè)的作用。網(wǎng)絡(luò)通訊鏈路采用SMA CDMA通訊避雷器。GPS通訊鏈路采用BNC-GPS通訊避雷器，為保護(hù)衛(wèi)星接收機(jī)而設(shè)計的同軸型避雷器，采用屏蔽外殼封裝，內(nèi)置進(jìn)口高速過壓保護(hù)器件，對線路上感應(yīng)的雷電高壓脈沖具有高效防御功能。

2.4 數(shù)據(jù)傳輸方案設(shè)計

TDE-324CI數(shù)據(jù)采集器內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，實時數(shù)據(jù)流的IP封裝由IP數(shù)據(jù)采集器完成，并直接建立和維護(hù)TCP連接。臺網(wǎng)中心采用防火墻與Internet連接，改造的4個子臺采用Internet方式，通過分配的固定IP地址，將實時IP數(shù)據(jù)流通過Internet傳輸發(fā)送到臺網(wǎng)中心，連接到臺網(wǎng)中心的數(shù)據(jù)傳輸路由器上。石泉山中心臺數(shù)據(jù)直接通過網(wǎng)線接入交換機(jī)。圖2為臺網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸方案結(jié)構(gòu)。

圖2 臺網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸方案結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of data transmission scheme of seismic network

由于采用Internet數(shù)據(jù)傳輸方式，通過網(wǎng)絡(luò)尋址傳輸數(shù)據(jù)使得臺網(wǎng)系統(tǒng)具有靈活性、擴(kuò)展性等特點，具備IP數(shù)據(jù)通信功能的設(shè)備均可通過與交換機(jī)連接的該局域網(wǎng)內(nèi)的計算機(jī)進(jìn)行操作。接入數(shù)據(jù)備份存儲服務(wù)器對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實時備份保存，保證數(shù)據(jù)安全。地震發(fā)生時，實時監(jiān)測服務(wù)器發(fā)出報警，值班員及時處理并發(fā)布震情信息。

3 臺網(wǎng)改造成效

2013年9月，廈門市地震遙測臺網(wǎng)升級改造完成，地震監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，改造后成效顯著。該遙測臺網(wǎng)實時監(jiān)測曲線見圖3。

圖3 數(shù)字地震臺網(wǎng)實時監(jiān)測系統(tǒng)Fig.3 Real time monitoring system of digital seismic network

（1）數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠。電信光纖傳輸頻帶寬、通訊容量大、中繼距離長、保密性好、適應(yīng)能力強(qiáng)，滿足地震監(jiān)測需求。地震數(shù)據(jù)通過電信光纖傳輸快速、穩(wěn)定、安全，更加可靠、有效，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾裕瑢崿F(xiàn)地震觀測數(shù)據(jù)的傳輸、共享與交換。

（2）臺站故障排查方便（可進(jìn)行遠(yuǎn)程故障排查）。臺站監(jiān)測參數(shù)與地震計記錄的地動數(shù)據(jù)一同輸入地震數(shù)據(jù)采集器，通過數(shù)傳設(shè)備傳回遙測臺網(wǎng)中心。臺站狀態(tài)監(jiān)測單元實時監(jiān)測，可及時發(fā)現(xiàn)臺站異常狀態(tài)并告警，提高了臺網(wǎng)的可維護(hù)性（圖4）。只要帶寬足夠，并具有相應(yīng)權(quán)限，只要接入Internet，均可調(diào)取臺站數(shù)據(jù)。IP傳輸方式的使用，可遠(yuǎn)程設(shè)置參數(shù)、遠(yuǎn)程復(fù)位等，減少系統(tǒng)維護(hù)工作量，降低維護(hù)成本。

圖4 地震臺站狀態(tài)檢測系統(tǒng)Fig.4 State detection system for seismic stations

（3）避雷設(shè)備效果顯著。從2013年9月改造完成后至今，只發(fā)生一起雷擊事件。2015年4月，廈門市同安區(qū)的大帽山臺站受雷擊故障，檢修中發(fā)現(xiàn)只是損壞了地震信號避雷器，地震數(shù)據(jù)采集器、地震計等地震監(jiān)測核心設(shè)備均完好無損。增加避雷設(shè)備后，極大的降低了雷擊風(fēng)險，保障了地震監(jiān)測設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）數(shù)據(jù)實時備份存儲。TDE-224C數(shù)據(jù)采集器以串口數(shù)據(jù)格式輸出，地震監(jiān)測計算機(jī)需要安裝專用串口接收卡，接收數(shù)據(jù)只能存儲在監(jiān)測計算機(jī)上，需定期備份到臺網(wǎng)中心數(shù)據(jù)服務(wù)器。臺網(wǎng)改造后，在網(wǎng)絡(luò)中接入數(shù)據(jù)備份存儲服務(wù)器，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實時備份保存，保證了數(shù)據(jù)的安全性。

（5）地震監(jiān)測工作靈活自由。臺網(wǎng)改造后，與交換機(jī)連接的局域網(wǎng)內(nèi)任意計算機(jī)均可進(jìn)行地震監(jiān)測工作。值班室可安置在遠(yuǎn)離臺網(wǎng)中心機(jī)房輻射、噪音干擾的位置，改善值班環(huán)境。遇到有感地震發(fā)生時，可在會議室、應(yīng)急室調(diào)用地震監(jiān)測實時波形數(shù)據(jù)，進(jìn)行地震數(shù)據(jù)分析。接入無線路由器，值班員可在無線覆蓋場所工作，而不必拘泥于值班室。

4 結(jié)束語

廈門市地震遙測臺網(wǎng)升級改造后，地震監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，監(jiān)測能力得到提升，在廈門及周邊地區(qū)發(fā)生有感或破壞性地震時，能夠及時有效地發(fā)布地震信息，并啟動相應(yīng)內(nèi)部應(yīng)急預(yù)案。準(zhǔn)確的地震速報是各相關(guān)部門啟動應(yīng)急行動、開展抗震救災(zāi)的重要依據(jù)和基礎(chǔ)，能夠穩(wěn)定人心，維護(hù)社會安定，破除地震謠言，為黨和政府的決策，提供防震減災(zāi)信息和依據(jù)。

蔡欣欣，葉振民.地方小型地震遙測臺網(wǎng)的技術(shù)要求[J].華南地震，2000，20（4）：105-110.

葉振民.廈門市數(shù)字化地震遙測臺網(wǎng)簡介[J].地震地磁觀測與研究，1997，18（5）：98-100.

葉振民，蔡欣欣，丁俊芳，等.廈門市地震遙測臺網(wǎng)監(jiān)測能力檢驗[J].地震地磁觀測與研究，1999，20（3）：42-46.

Reconstruction of Xiamen Seismic Telemetry Network

Liu Zhongda
(Earthquake Administration of Xiamen City,Fujian Province361003,China)

Due to have been operating for many years, the equipment of Xiamen Seismic Telemetry Network is old, the wireless spread spectrum transmission is interfered by noise seriously, and the rate of transmission network fault increases.It should be updated and reconstruction.The data transformation of the existing network is transmitted through the Internet network.It will reduce the network transmission operation fault and reduce the cost of running and maintenance.

Xiamen Seismic Telemetry Network，transformation，data acquisition，data transmission

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.06.030

劉仲達(dá)（1978—），男，本科，工程師，主要從事地震監(jiān)測、前兆觀測工作。E-mail：57190197@qq.com

本文收到日期：2016-01-19