天津市地震前兆台网的运行监控与维护管理＊

王建国 姚会琴 高 逊 贺同江 周利霞 王大宏

(天津市地震局,天津 300201)

天津市地震前兆台网的运行监控与维护管理＊

王建国 姚会琴 高 逊 贺同江 周利霞 王大宏

(天津市地震局,天津 300201)

介绍天津市地震前兆台网的基本概况以及前兆台网部的职责任务;阐述仪器设备运行监控、观测数据质量监控的方式与方法;总结在仪器设备、技术系统维护过程中解决的一些关键技术问题;最后提出了关于仪器和软件系统的一些问题与建议。

状态信息监控;数据质量监控;仪器维护;技术系统维护;问题与建议

1 前言

天津市地震前兆台网依托地震信息服务系统,建立了综合化、数字化、网络化、智能化、标准化和数据共享的现代化地震前兆观测网络,具备了数据汇集、数据处理、数据报送、数据存储、数据备份、数据采集、台网监控、日志管理、运行评价、数据服务和历史数据整理等运行管理功能[1]。

天津市地震前兆台网包括蓟县、宝坻、青光、张道口、塘沽、宁河、静海和徐庄子等 8个有人值守台站,小辛庄山洞、桑梓井、高村井、辛庄井等 4个无人值守子台,以及一个区域前兆台网部。运行观测仪器共计 44套,测项分量 141个,其中人工及模拟 18个,“九五”的 60个,“十五”的 63个。

模拟台站人工录入数据,以文件形式上报至局FTP服务器,台网管理软件自动下载、转换和入库;“九五”数字化台站通过电话线用调制解调器拨号采集仪器数据,以压缩文件形式上报至天津市地震局 FTP服务器,台网管理软件自动下载、解压缩、转换和入库。模拟、“九五”数据通过 SQL Server数据库复制方式上报中国地震前兆台网中心[2]。“十五”数字化台站通过VPN内网采集网络化仪器数据到Oracle数据库,通过Oracle数据库交换方式上报区域前兆台网部、国家地震前兆台网中心和学科台网中心[3]。

2 职责任务

天津市地震局前兆台网部负责天津市地震前兆台网的运行管理工作,主要职责任务包括：前兆台网、GNSS台网的日常运行和维护管理;地下流体、形变、重力、地磁和地电等地震前兆信息的实时监测;天津境内主要断裂活动和地壳变形场的实时监测,GNSS差分数据实时广播;地震前兆监测技术系统及其数据库的建设、维护和网络服务管理;震情跟踪监测,地震安全保障;地震前兆、GNSS监测仪器设备配置、更新、安装调试、维护、维修和标定;开展地震前兆监测技术、地震预警技术研究,研制开发地震前兆信息处理软件等。

3 运行监控

3.1 网络化仪器设备状态监控

天津市地震前兆台网有网络化仪器近 20套,网络化服务器近 10台,自 2009年开始使用综合业务信息集中监控显示系统进行网络状态监控(图 1)。

图 1 天津市地震前兆台网网络化仪器设备分布图Fig.1 Distribution of networking equipments of Tianjin earthquake precursor network

3.2 网络化仪器状态信息监控

依据地震前兆网络化仪器通信技术规程,客户端软件通过以太网、采用基于 TCP/IP协议的 SOCKET连接与仪器进行数据通信,获取仪器状态信息、当前测量数据和实时测量数据等[4]。客户端软件定时监控远程网络化仪器,当仪器出现下述情形之一,发出声音报警：

1)登陆失败;

2)时钟与客户端时钟相差 3分钟以上;

3)直流电源状态异常;

4)交流电源状态异常;

5)异常告警状态异常;

6)测量数据变幅异常。

3.3 观测数据质量监控

前兆仪器产出的观测数据入库到 SQL Server、Oracle分布式数据库中,客户端软件定时从数据库中检索数据,对数据进行各种监控管理操作,按各种前兆数据分析处理常用方法进行处理,并将检索结果逐条写入 Excel监控日报表中,标记不同的颜色并分类排序,据此检查台站数据上报质量、数据预处理质量和观测日志填写质量等[5,6]。

1)测项数据、观测日志不存在,标记为红色;

2)测项分钟值缺测≥60个,整点值缺测≥1个,标记为紫罗兰色;

3)测项数据超 n倍标准差,标记为橙色;

4)测项数据 ＜0,标记为青色 (例如核旋、水氡、水汞、水位、水温、地热、气氡、气汞、气温、气压、降水量、洞体温度和辅助温度等测项数据 ＜0以青色提示);

5)测项数据变幅异常,标记为蓝色 (例如水位超 1 m,水温、地热、洞体温度和辅助温度超 1℃,核旋超20 nT,气温超 20℃,气压超 30 hPa等以蓝色提示);

6)地电阻率为 327.52Ωm无效值,标记为蓝色;

7)静水位探头量程为 0～10 m,水位探头距离水面值 ＜1 m或 ＞9 m,标记为蓝色。

3.4 观测日志检查

台站值班人员对于同震效应、停电、仪器故障、标定、调零、雷击、人为干扰、更换仪器、观测环境变化、时钟错误、工作参数错误、成片坏数、自然现象(风、雨、雪、洪水等)等事件必须填写详细观测日志。前兆台网部负责观测日志检查与督促改正。通过观测日志,分析预报人员可有效排除很多环境干扰引起的数据变化[7]。

4 维护管理

4.1 仪器设备维护

前兆台网部承担前兆仪器维护与故障维修工作,对于数据质量长时间不理想的仪器,与仪器厂家、分析预报部和有关专家一起排查原因,制定相关措施,共同解决问题,确保产出高质量观测数据。

4.1.1 宝坻台 FHD-2B质子矢量磁力仪的维护

宝坻台 FHD-2B质子矢量磁力仪在交流停电、直流 12 V供电期间,观测数据产生台阶变化。经咨询仪器研制者得知,该仪器外接的直流电源要求在15～18 V之间,若采用传统 12 V蓄电池供电,经过机内二次稳压后达不到 12 V,而机内晶振需要 12 V供电,观测数据必然出现台阶和毛刺。2009年 7月23日雷电造成市电跳闸,致使 12V直流供电期间H、D分量产生台阶变化(图 2)。

2009年 9月 10日前兆台网部仪修人员将该仪器自带的充电系统用二极管隔离,外接 2 V 100AH蓄电池8节,组成16 V蓄电池供电,同时采用0～30 V 5A直流稳压电源进行浮充电。2009年9月 20日16时 27分至 17时零 5分,台站值班人员切断交流电,采用直流供电,观测数据正常变化。

4.1.2 静海台静海井LN-3数字水位仪的维护

静海台静海井 LN-3数字水位仪于 2009年 12月 28日 8时零 7分采集ORG数据后死机,11时零3分关机、开机后恢复正常。2010年 1月 7日采用6道存储芯片,替换 4道存储芯片,并对自主研发的“九五”水位ORG文件转换软件进行了升级。

图 2 宝坻台 FHD-2B质子矢量磁力仪水平分量(a)、磁偏角 2009-07-23日分钟值图 (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

该软件根据“探头调整日期、调整开始时分、调整结束时分、调整前探头埋深、调整后探头埋深”等参数对水位进行自动转换,自动剔除探头调整时间段内的几个点;水位四道存储 ORG文件字节数为12 289,六道存储 ORG文件字节数为 18 432,能够转换两种格式的ORG文件[8]。

4.1.3 张道口台张道口-1井 LN-3数字水位仪的维护

LN-3数字水位仪在天津地震局使用近 10年,仪器全面老化,仪器漏电导致曲线毛刺变大,我们采用仪器外壳接井管的措施,毛刺明显减小[9]。

4.1.4 张道口台张道口-1井 DRS W-1地下流体综合观测仪的问题与维护

1)仪器串口被占用

2009年 7月 17日仪器通讯串口被占用,数据采集空结果,仪器网络通讯接口和主机断电重启后恢复正常,仪器厂家更新仪器内部软件后解决了此类问题。

2)水位探头故障 2009-12-15—2010-02-05日水位探头故障,数据无固体潮变化 (图 3)。2010-02 -05日更换为中国地震局地壳应力研究所自主研发的新探头,数据曲线恢复正常(图 4)。

3)水温数据存储两次,无水位数据

2010-04-03、2010-05-25、30日水温分钟值存储两次,无水位分钟值,这种情况跟仪器嵌入式软件不完善有关。

以 2010-04-03为例,解决步骤如下：

(1)使用 FTP软件登陆该仪器;

图 3 张道口-1井 DRS W-1地下流体综合观测仪 2010-02-01分钟值图(探头更换前)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)

图 4 张道口-1井 DRS W-1地下流体综合观测仪 2010-03-01分钟值图(探头更换后)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目录中,删除 a131403.org、a132403.org“九五”原始ORG文件;

(3)在/data/qzh目录中,删除 a1193403.10“九五”测项文件;

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

(5)登陆仪器主页,重新启动仪器;

(6)重新登陆中国地震前兆台网数据管理系统,采集该仪器数据成功。

4.1.5 宁河台宁河井LN-3A数字水位仪的维护

宁河台宁河井LN-3A数字水位仪自 2009年以来观测数据呈锯齿状变化,存在严重背景噪声,采取仪器地线焊接井管、更换滤波芯片等措施,效果也不明显(图 5)。2010-02-04日仪器停测并返修,探头更换了线路板并重新标定。2010-04-01日重新安装观测后数据曲线恢复正常(图 6)。

4.1.6 宁河台宁河井 SZW-1A水温仪的维护

2010-02-14—2010-02-21日中国地震前兆台网数据管理系统的数据采集日志提示宁河台 SZ W-1A水温仪连接仪器失败,但是 PI NG该仪器却显示畅通。仪器厂家维修人员检修后得知,由于井房潮湿,导致网络通讯接口的通讯卡短路而损坏,更换通讯卡后数据采集恢复正常。

图5 宁河井LN-3A水位仪2009-12-8分钟值图(探头维修前)Fig.5 Minute value graph ofLN-3A water level instrument on December 8,2009 at Ninghe well(before the probe was repaired)

图 6 宁河井LN-3A水位仪 2010-05-25分钟值图 (探头维修后)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 蓟县台 PTH气象参数测量仪的维护

蓟县台 PTH气象参数测量仪 2009年底出现故障,产出数据不正确。通过编写软件,利用蓟县气象局在台站的气象仪器产出的数据,代替 PTH气象参数测量仪数据,实现了气象局mdb数据库的数据正常提取、转换和生成“九五”测项文件,避免了因专业仪器故障而影响数据完整率。

4.1.8 青光台、徐庄子台WYY-1气象三要素观测仪的维护

青光台、徐庄子台WYY-1气象三要素观测仪2010-02-04日数据采集不成功,提示元数据错误 (仪器日期：主机设备不同步),分别登陆仪器主页,发现仪器时钟错误,手工修改仪器时钟不起作用。仪器研制者将 S MTP服务器地址修改为 100.100.100. 100无效地址后复位,再次修改仪器时钟成功,数据采集成功。

4.2 技术系统维护

4.2.1 “九五”SQL Server数据库日志爆满的处理

2010年 2月 19日“九五”SQL Server数据库服务器的 PDBY_TJ、PDB_TJ数据库所在D盘空间仅剩几百 K,检查发现是由于 PDBY_TJ、PDB_TJ数据库日志文件过大造成的,导致“九五”数据无法入库,采用日志收缩工具对两个日志文件进行了收缩,文件大小限制在 500M左右,数据入库正常进行。

4.2.2 “十五”数据库服务器正确启动和关机方法

在 SUSE Linux操作系统桌面,点击鼠标右键,打开终端：首先键入 cd/program改变目录,键入./ stoprun.sh停止中国地震前兆台网数据管理系统服务 ,键入 sync命令强制把内存中的数据写回硬盘,键入 reboot命令重启,键入 halt命令关机。

4.2.3 “十五”数据备份不成功的处理

2009年 10月 18日“十五”数据库备份不成功,提示数据表：PO I NTCODE提取数据失败,于是我们扩充备份库表空间,重新启动备份服务器,再次手动备份成功。

4.2.4 “十五”Oracle数据库表空间不足,致使地下流体数据转换停止不动

1)2009年 12月 9日地下流体数据转换停滞不动,为此扩充了 qzdata表空间,同时扩充了 system表空间,重新启动数据库服务器,数据转换成功。

2)2010年 1月 29日地下流体数据转换停滞不动,检查发现 2010-01-28—30日“十五”数据备份不成功,对备份库表空间再次扩充,重新启动备份服务器,数据备份成功,数据转换成功。

4.2.5 “十五”节点台站更新本地台站、仪器和测点信息,交换到区域中心数据库的办法

蓟县台、宝坻台和静海台有独立的“十五”数据库服务器,通过台站数据管理系统更新了本地数据库的“台站、仪器和测点”等基础信息;在区域中心数据管理系统中,删除节点台站;在台站数据管理系统中,重新注册到区域中心;在区域中心数据管理系统中,审批通过,并确认“台站数据上传”。

4.2.6 运用 Toad软件远程管理“十五”Oracle数据库

在 Toad软件中,使用 Editor编辑器运行 SQL语句。

1)查询 2010年 1月 1日至今天津仪器故障情况

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=′仪器故障′order by RUNN I NGDATE

2)查询 2010年 1月 1日至今天津高村井监控日报入库情况 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 台网运行效果

在中国地震局、天津市地震局各级领导和专家的指导下,天津市地震局前兆台网部、前兆台站齐心协力,台网运行管理水平不断提升。2009年至今,在全国前兆台网月评比中天津一直保持在前三名。

5 问题与建议

做好前兆台网运行维护工作,必须逐步解决如抗干扰能力弱(交直流切换或电压不稳造成数据波动)、探头设计不合理、嵌入式软件不完善、仪器元件老化、无备用仪器、仪器返修周期长、欠缺综合防雷措施等一系列与仪器有关的问题[10-12]。

此外,一些软件系统也需要完善,例如：“十五”Oracle数据库服务器内存每隔一段时间所剩无几,影响数据采集和数据交换,必须重新启动服务器才能解决,中国地震前兆台网数据管理系统应该提供有效的内存管理机制;“十五”Oracle数据库表空间的大小直接影响数据转换、数据存储,中国地震前兆台网数据管理系统应该提供表空间临界报警功能。

1 李刚,等.高速区域网络环境中的网站负载均衡系统[J].西北地震学报,2009,31(3)：296-301.

2 王建国,等.Microsoft SQL Server2000在天津市地震前兆台网中心的应用[J].华北地震科学,2006,24(3)：56-60.

3 刘高川,等.Oracle复制技术在地震前兆元数据交换中的应用[J].中国地震,2008,24(2)：142-149.

4 中国地震局地壳运动监测工程研究中心.中国数字地震观测网络技术规程地震前兆台网专用设备网络通信[M].北京：地震出版社,2005.

5 周克昌,等.地震前兆数据监视与管理系统 [J].地震, 2006,26(1)：115-122.

6 王建国,等.前兆观测数据监视及异常自动识别软件系统[J].地震研究,2007,30(1)：83-87.

7 周克昌,纪寿文.前兆异常判定工作探讨[J].国际地震动态,2008(11)：106.

8 王建国,等.数字化地震前兆台网日常工作管理软件[J].地震研究,2009,32(1)：79-83.

9 王建国,等.影响张道口 -1井数字化水位观测内在质量的因素[J].内陆地震,2007,21(2)：155-159.

10 廖丽霞,廖春奇,朱海燕.福建闽侯旗山井水位大幅波动成因探讨[J].地震研究,2007,30(3)：260-264.

11 廖丽霞,等.福建地区流体对 2007年 4次 4级地震映震特征分析[J].地震,2009,29(2)：123-132.

12 周克昌,等.中国地震前兆台网主要问题探讨[J].地震地磁观测与研究.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

天津市科技支撑计划重点项目(09ZCKFSF00700);天津市地震安全基础工程项目;国家 973计划项目(2008CB425704)

王建国,男,1970年生,高级工程师,主要从事地震监测预报、地下流体学科技术管理工作.E-mail：tjjgw@163.com

P315.73

A