基于GSM通信技术的地震台智能监控装置

裴 晓 林航毅

（中国上海200062上海市地震局）

基于GSM通信技术的地震台智能监控装置

裴 晓 林航毅

（中国上海200062上海市地震局）

设计一套基于GSM通信技术的地震台站智能监控装置，实现以下功能：直流电电压值测量、图片拍摄、台站异常告警（供电、温度、红外）和远程重启设备。该装置在地震台站的应用，可以对台站故障、异常情况实时发现、及时解决，提升地震台智能化管理水平。以上海测震台站竹园台为测试点，该装置将太阳能和市电完美结合，打破单一供电模式，使台站更环保、稳定、持续，提升台站设备的工作状态。

GSM；智能监控；台站

0 引言

随着“十五”、“十一五”项目的推进，测震台站出现更多无人值守台站。当台站信号中断时，维护人员无法远程了解故障原因，导致信号恢复延误。当前，能否尽快确定故障类型，迅速采取积极有效的维修手段，显得越来越重要（周振安等，2006）。测震台站仪器故障主要包括：①台站供电故障，如市电中断、不间断电源UPS故障；②通讯链路故障，如堵包、通讯设备死机；③台站设备故障，如数采死机。

针对上述故障，维护人员针对测震台站特殊性，研制一套成本低廉、使用简便、可靠性高、实用性强的测震台站远程监控装置，仪器故障可以通过该装置实时监控，及时采取措施，减少数据中断时间，对于地震监测和台站维护工作具有保障作用。

1 装置设计原理

在日常生活中，远程监测装置已在各行业得到广泛应用。基于GSM技术的远程监测装置，摒弃了对有线传输网络的依赖，能够体现其不依赖于台站资源的独立性，可以真正意义上监控台站状态（李小军等，2012）。

鉴于测震台站的实际需求，在此监控装置中引入无线、远程、双向操作的理念，不仅可以收发台站的监控信息，也可以远程控制“冷启动”设备（贾军等，2012）。研发的智能监控装置可以通过3种方式与维护人员进行“互动”，见图1。

2 装置模块

该装置和观测人员之间有两种操控模式（单向和双向），均通过GSM方式传输。该装置由4个模块组成：数据反馈模块、告警模块、控制模块、供电模块。

图1 监控装置设计原理Fig.1 Monitor design principle diagram

2.1 数据反馈模块

数据反馈模块具有测量和拍照功能：可以测量10道AD数据，监测温度、稳压电源电压值数据；观测人员通过发送“拍照”请求，可以传输摄像头拍摄的图片。

2.2 告警模块

告警模块由3个功能模块（具有主动性功能，发生异常，自动发送短信）组成：①红外侦测模块，侦测到人体红外时，主动发送告警短信至观测人员；②220 V市电报警模块，当市电发生断电、来电异常时，主动发送告警短信。此功能可以运用在UPS监控，使用2组模块，分别接在UPS前后位置，远程监控是UPS故障还是市电断电；③温度报警模块，可以监测室温、仪器温度等，通过设置温度阈值，进行高、低温告警，可以与继电器进行联动设置，当温度过高时，自启动某些功能，如断电。

2.3 控制模块

控制模块为被动性+主动性模块，观测人员可以通过发送短信，远程遥控电源的硬件开关，也可以通过设置电压上下限，启动继电器进行动作切换。

2.4 供电模块

该装置自带独立电源，锂电池组（3节4.2 V锂电池）和市电共同供电，即使断电，配置的8 800 mA锂电池组也可以工作6—8小时，如果需要长时间续航，可升级锂电池的容量。在此装置中，为锂电池增加过充过放保护电板。过充保护板放置在锂电池负极端，保证单节限制在4.25 V以下，3节不高于12.75 V。过放保护通过“过压欠压保护板”实现，设置截止电压为10.5 V。在锂电池电源中设计回差电压为1 V，电压10.5 V以下停止放电，11.5 V以上开始供电，以防止电路震荡。

3 应用示范

研发装置在上海测震台网台站竹园台进行试点应用。竹园台原来仅有市电和蓄电瓶的单纯供电模式，通过该智能装置，将太阳能供电装置加入台站供电模式，原理见图2。

蓄电瓶通过同步整流、降压、保护电路后输出纯净的12 V直流电，为台站设备数采等进行供电。太阳能和220 V市电共同为蓄电瓶充电，通过供电切换控制电路。该电路优先选择太阳能供电，当太阳能充电能力下降时，切换至220 V市电。

利用台站智能监控装置，对竹园台进行远程设备重启、市电中断告警及图像传输实验，效果良好。智能装置还可以对蓄电瓶进行放电维护，远程开启台站加装的20 W放电器即可。

在竹园台进行2组温度和4组电压测量。L1为室温，L2为测量限流电阻内部温度。限流电阻温度如果比室温升高，说明该电阻限流功能正常。U1为蓄电瓶电压。U2、U3为经二极管降压隔离后的电压，U4为220 V市电转化为直流稳压电的电压值，若U4为0，说明市电中断。图3为手机远程测量竹园台的实时数据值。

同时在竹园台进行继电器设置，竹园台蓄电瓶电压U1下限值设置在12 V，经二极管降压隔离后，电压U3下限值设置在11 V。图4为接收的竹园台告警短信，U1为11.953 V时，该智能装置自动打开继电器，启动市电为蓄电瓶充电。

在智能装置协调下，太阳能和市电搭配，使竹园台供电方式更加持续、稳定、环保，提升了台站设备的工作能力。

图2 竹园台应用示范原理Fig.2 Application demonstration at Zhuyuan Seismic Station

图3 手机远程测量监控数据Fig.3 Monitoring data for mobile remote measurement

图4 手机远程接收报警短信Fig.4 Alarm message received by mobile phone

4 结束语

台站智能监控装置实现了多路设备电压的远程测量功能，能通过短信、告警和远程操控，并保证了操作的可靠性和测量的有效性；完成了自带独立电源的设计和组装，具有过充过放双保护功能；将电信号转化为控制信号，实现硬件的开关功能。

该装置解决台站无人值守的缺陷，能够实时监测台站设备运行状态，具备防盗、防火侦测功能，设备远程重启解决设备堵包、死机问题，第一时间处理故障，节省人力、财力，节约时间（李小军等，2013）。该装置在上海地震台网的台站使用，为台站保驾护航，提升了台站的地震监测能力和运行质量。

周振安，王秀英，刘爱春.地震前兆台站环境监控功能的设计［J］.地震地磁观测与研究，2006，27（2）：51-55.

贾军，王卓，邓阳，常征，等.智能电源装置在测震台网远程维护中的应用［J］.地震地磁观测与研究，2012，33（5/6）：286-291.

李小军，李冬圣，毛国良，常亮.基于单片机的地震台站远程监控［J］.地震地磁观测与研究，2012，33（2）：84-87.

李小军，袁国旭，李冬圣，等.基于JB35GSM模块的地震台站远程监控系统［J］.地震地磁观测与研究，2013，34（3）：231-233.

Research and development and application of intelligent monitoring system in Shanghai station based on GSM network communication technology

Pei Xiao and Lin Hangyi
（Earthquake Administration of Shanghai Municipality，Shanghai 200062，China）

A set of intelligent monitoring device of stations based on GSM communication technology is designed.The following functions: DC voltage measurement，pictures were taken，station faults（power supply，temperature，ir） and remote restart your device are implemented.The devices have been applied in stations.The real-time failure and abnormal situation of station can be found，and timely solved.The devices can improve the intelligent management of station.Taking Zhuyuan station of Shanghai seismic stations as an example，the device will perfectly combine solar and grid for power station equipment，broke the single power supply mode，make the station more environmental friendly，stable and sustainable，and improve the work station equipment state.

GSM，intelligent monitoring，station

10.3969/j.issn.1003-3246.2015.05.021

裴晓（1982—），女，江苏盐城人，南京理工大学学士学位，工程师，从事地震监测相关研究。E-mail：peixiao0307@163.com

地震科技星火计划项目（XH14021Y）和上海市地震局专项2015-7共同资助

本文收到日期：2015-05-08