漢中地震臺測震臺站故障統計分析

馬思航，古云鶴，楊 敏，朱宣明

（陜西省地震局安康地震監(jiān)測中心站，陜西 安康 725000）

作為防震減災事業(yè)的基礎和重要環(huán)節(jié)的地震監(jiān)測工作，對于保障人民生命安全具有重要意義，地震監(jiān)測臺站更是其前沿陣地。自1996 年河北邢臺發(fā)生地震以來，全國各地陸續(xù)通過大規(guī)模的項目建設對地震監(jiān)測工作進行改革，在數字地震觀測系統經過20 多年的革新后，中國地震監(jiān)測系統逐步從模擬記錄向數字化轉變，形成了系統的中國地震監(jiān)測網絡，地震監(jiān)測體系也越來越完善。隨著不斷推進的數字化、網絡化、系統化進程和逐步擴大的臺站規(guī)模，無人值守、自動觀測、有人看護、遠程控制、集中維護也成為了大多數臺站的運維管理工作模式[1]。

1 漢中地震臺測震臺站現狀

漢中地震監(jiān)測歷經“九五”模擬觀測臺網數字化改造、“十五”陜西省數字地震觀測網絡項目、“十一五”陜西省防震減災重點項目和汶川地震陜西災區(qū)防震減災能力恢復重建等工程的新建改造，目前漢中地震臺現轄11 個數字化測震臺站，分別為漢中國家測震臺（以下簡稱“漢中（國）”）、留壩測震臺、青木川測震臺、略陽測震臺、勉縣測震臺、寧強測震臺、漢中測震臺、西鄉(xiāng)測震臺、佛坪測震臺、鎮(zhèn)巴測震臺、南鄭測震臺，地震監(jiān)測能力得到極大提高。隨著臺站數量的增多，分布范圍越發(fā)廣闊，尤其近年來臺站觀測手段的增加，觀測環(huán)境發(fā)生了較大的變化。與之而來的是，現今臺站的運維管理產生了新的困難與挑戰(zhàn)。漢中地震臺測震臺站分布圖如圖1 所示。

圖1 漢中地震臺測震臺站分布圖

作為測震臺網基本單元的測震臺站，它是記錄地殼運動波形數據不可或缺的重要組成部分。獲得連續(xù)、完整和準確的記錄是測震臺站的重要指標，主要由測震臺站技術系統的機能和穩(wěn)定性以及臺站的觀測環(huán)境等因素決定[2]。因此，系統地歸納了漢中地震臺測震臺站的運維管理現狀，對臺站儀器故障原因、故障類別進行分析研判，為縮短數據記錄斷記時長、提升漢中地震臺測震臺站運維管理工作的效率提供思路和方法，以保障漢中地震臺測震臺站連續(xù)、高質量運轉。

漢中地震臺測震臺站技術系統由供電避雷系統、數據傳輸系統、地震觀測系統（地震計、數據采集器）等構成[3]，由地震行業(yè)內網將實時數據傳輸到省局臺網中心，如圖2 所示。數字化觀測系統同模擬觀測系統對比來看，設備多、鏈路長，其中任何環(huán)節(jié)的故障都有可能性致使數據異常甚至傳輸中輟。

圖2 漢中地震臺測震臺站技術系統

2 臺站運行率統計

選取2017—2021 年陜西省地震臺網運行月報中11 個漢中地震臺測震臺站的運行情況進行統計分析，具體的統計數據如表1 所示。

表1 2017—2021 年漢中地震臺測震臺站運行率統計表（單位：%）

表1 中，11 個測震臺站2017—2021 年這5 年的平均運行率為98.84%，其中2021 年平均運行率為99.25%，是過去5 年的高值。采用數理統計方法計算各站的標準差，即：

式（1）中：σ為標準差；，xi為樣本統計數，即x1、x2、x3、xi…樣本值；μ為總體平均值。

計算分析11 個臺站運行率的標準差，發(fā)現有5 個臺站平均標準差小于0.6%，有6 個臺站的平均運行率標準差大于0.6%。結果表明，平均運行率標準差較小的這些臺站，運行情況相對穩(wěn)定，因此運行率較高；平均運行率標準差較大的這些臺站，運行情況相對波動較大，因此運行率較低。

2017—2021 年漢中地震臺測震臺站年均運行率柱狀圖如圖3 所示。

圖3 2017—2021 年漢中地震臺測震臺站年均運行率柱狀圖

從圖3 中可以看出，可以將每個臺站的運行率變化趨勢劃分為3 種類型：①平均運行率是穩(wěn)定的，且呈向上升趨勢的有3 個測震臺站，分別是留壩、略陽、勉縣；②平均運行率是穩(wěn)定的，但呈下降趨勢的有2個測震臺站，分別是漢中（國）和青木川；③平均運行率波動幅度較大的有6 個測震臺站，分別是寧強、漢中、西鄉(xiāng)、佛坪、鎮(zhèn)巴、南鄭。根據以上分析，需要關注留壩、略陽、勉縣和漢中（國）、青木川這5 個測震臺站的運行狀況，以確保漢中地震臺測震臺站長期穩(wěn)定運行。

3 臺站故障統計

根據陜西省地震臺網運行月報，統計2017—2021年11 個臺站共計337 次運行故障，按故障原因分為4種情況，即供電故障、通訊故障、儀器故障和人為影響。統計結果分別為供電故障285 次、通訊故障37 次、儀器故障14 次、人為影響（儀器檢修、檢查）1 次，詳細統計分析如表2 所示。

表2 2017—2021 年漢中地震臺測震臺站故障次數統計表

由表2 可知，供電故障占84.57%，是臺站運行故障的主要原因，通訊故障占10.98%，這2 個因素合計占95.55%。

統計了11 個臺站2017—2021 年337 次運行故障的斷記時間，總斷記時間為137 662 min。各因素的斷記時間和比例分析如下：供電故障110 968 min，占80.61%；通訊故障19 346 min，占14.05%；儀器故障7 197 min，占5.23%；人為影響151 min，占0.11%。

2017—2021 年漢中地震臺測震臺站故障數和故障時長扇形圖如圖4 和圖5 所示。從圖中可以看出，故障因素次數占比越高，對應的故障因素斷記時間占比也就越高，故障因素的頻次與故障斷記時間呈正相關，這表明漢中地震臺測震臺站有某種故障不能長期修復的情況較少，說明目前的運維響應機制基本可行。將供電故障和通訊故障歸因為外部因素，儀器故障和人為影響等歸因為內部因素。從統計結果來看，要想提高臺站運行率和臺站的運維管理工作效率，要點是掌握住外部因素。因此，如何確保外部供電、供電設備、通訊鏈路和通訊設備的穩(wěn)定是目前面臨的主要問題，需要有的放矢地提出有效途徑和有效措施來解決主要問題，以確保臺站能夠高質量運行。

圖4 2017—2021 年漢中地震臺測震臺站故障數扇形圖

圖5 2017—2021 年漢中地震臺測震臺站故障時長扇形圖

對11 個臺站每月發(fā)生的故障頻次進行統計分析，在把5 年來漢中地震臺11 個測震臺站每月發(fā)生的故障頻次按降序排列時，發(fā)現臺站發(fā)生的故障次數在時間分布中不均勻，其中有4 個月時間內的故障頻次明顯多于全年其他時間，如圖6 所示。這4 個月的時間大致是在炎熱的夏季（5—8 月），或是在寒冷的冬季（1 月）。結果表明，季節(jié)性氣候劇烈變化對臺站的運行造成了較大的影響，這4 個月的時間是臺站容易發(fā)生故障的高風險時期，亦是影響臺站穩(wěn)定運行的主要時期。高風險時期需要受到重點關注臺站運行情況才能更好地提高臺站運行的穩(wěn)定性，針對性地提出相應的保障措施盡量規(guī)避該時期容易發(fā)生的故障因素，達到更好的預期效果。

圖6 2017—2021 年漢中地震臺測震臺站月故障次數降序統計

4 措施與建議

結合對2017—2021年漢中地震臺測震臺站各種故障的統計，以及故障類型和因素的分析，提出以下建議和措施，以期縮減數據記錄中斷時間，加快臺站恢復正常運轉的速度。

臺站迫切需要轉變運維工作模式。目前，漢中地震臺大多數測震臺站位于偏遠山區(qū)，運維工作的通勤時間較長，常規(guī)運維工作仍優(yōu)先采用傳統的看臺人現場處理的方式，看臺人往往無法及時處理問題，同時其文化程度不高，現場排障能力有限。遠程監(jiān)控及控制的手段不夠及時、智能，不能滿足臺站運維人員的迫切需求。傳統的運維工作模式不再滿足新時代臺站的運維需要，迫切需要改變。在當前市縣機構改革的環(huán)境下，結合方興未艾的社會化運維力量，可以通過引入高素質、規(guī)范化、快速響應的社會力量，形成一種新的“實時社會化力量+非實時屬地化維護”運維工作模式，有效提升臺站排障效率，建立高效機制保障臺站運維工作又好又快進行。

臺站的基礎設備條件應需改善。從統計結果來看，供電故障和通訊故障是干擾臺站正常運轉的主要因素。在供電故障方面，首先，要提高臺站供電穩(wěn)定性，盡量采用鎧裝電纜入戶，避免外界干擾，條件優(yōu)渥的臺站建議接入2 路電源；其次，定期檢查UPS（Uninterruptible Power System）不間斷電源，光照條件好的臺站可以加裝太陽能光伏發(fā)電，關鍵的是要及時更換續(xù)航能力不足的蓄電池，在停電情況下使臺站擁有長時間供電續(xù)航的能力；最后，更新改造臺站供電的智能電源管理系統，對臺站觀測設備和供電設備的遠程監(jiān)控及控制手段進行優(yōu)化升級，使臺站運維人員能夠在故障發(fā)生的第一時間收到通知，為盡快分析排障、恢復臺站正常運行搶奪時間。

在通訊故障方面，首先，要將通訊鏈路的中間環(huán)節(jié)盡量地減少，優(yōu)化線路使臺站與運營商通訊基站的間距盡可能縮短，減少通信匯聚節(jié)點數量，方便通訊線路的維修維護；其次，與運營商等多方溝通，通訊線路出現故障時，自動切換到另一條正常線路上進行通信的多線路切換；最后，可以在有線通信的基礎上，為臺站配備無線路由器，以充分保障臺站的正常通信。

增加對重點臺站和高風險時段的關注度。從臺站運行故障月統計數據可知，每年1 月、4 月、5 月、7月、8 月是故障頻發(fā)的高風險時期。在高風險時期，臺站運維人員應通過市縣地震部門渠道積極地溝通協調臺站所在區(qū)域的市政、供電及城建等部門，保護臺站周邊觀測環(huán)境，預防和解決各類運行隱患，確保臺站穩(wěn)定運行。增加備機備件，對于老舊、無法穩(wěn)定運行的設備及時予以更換，對高風險時期和重點部位加密巡檢，規(guī)避高風險時期臺站故障風險，提升臺站運行率。

5 結束語

本文對漢中地震臺下轄的11 個測震臺站5 年來的運行情況進行了統計分析，將故障原因總結為供電故障、通信故障、儀器故障和人為影響4 種類型，分析了臺站運行容易發(fā)生的故障和高風險時期，結合統計數據與工作實際，提出了相應的解決措施與建議，以期保障漢中地震臺測震臺站的穩(wěn)定運行，同時希望能給其他同類臺站提供可參考的經驗。