海洋站自动观测设备智能监控报警系统设计

吕富良，王志勇，刘晓飞，姜万军，郑智勇

(1.山东省海洋生态环境与防灾减灾重点实验室 青岛 266033；2.国家海洋局北海预报中心 青岛 266033)



海洋站自动观测设备智能监控报警系统设计

吕富良1，2，王志勇1，2，刘晓飞1，2，姜万军1，2，郑智勇1，2

(1.山东省海洋生态环境与防灾减灾重点实验室 青岛 266033；2.国家海洋局北海预报中心 青岛 266033)

海洋环境观测数据是加强海洋行政管理、海洋环境保护和海洋防灾减灾能力建设的基础和重要技术保证，海洋环境观测数据的质量和时效在海洋灾害预警、防灾减灾中有着举足轻重的作用。保证观测数据的连续准确，不仅需要观测人员高度负责，而且还应配备稳定可靠、质量可行的观测设备和传送畅通的通信线路。随着海洋环境观测任务的增加和海洋观测自动化水平的提高，在观测设备运行中及时、准确地发现故障和查找问题亟须建立一套质量可靠、实时报警的监控系统。文章结合多年海洋站工作经验以及小麦岛海洋环境监测站实际情况，基于构建故障报警和监控系统在海洋站自动化观测系统中的作用，提出海洋站观测设备智能监控报警系统的设计构想，并对系统组成和系统应具备的功能进行论述。

海洋观测；海洋站；自动观测设备；监控报警系统

1 引言

海洋环境观测是海洋站主要的工作职能之一，是一项长期的、连续的、纯公益性的海洋基础工作。通过先进监测设备和有效运行，获取的观测数据可为各级海洋行政主管部门加强海洋行政管理、合理开发利用海洋资源、减少海洋灾害损失提供重要的技术依据。

在我国漫长的海岸线上，进行海洋环境观测的海洋站目前约有100余个。为满足国家海洋防灾减灾、国防建设需要，还有更多的海洋站处于建设和待建设中。目前国家海洋局全部海洋站(包括无人值守站和共建站)都已安装自动台站观测系统，每日都在连续不断地进行着海洋水文、气象监测数据和其他项目监测数据的采集、处理和传输[1]。随着监测与观测技术的发展，海洋站也在不断增加新的监测设备和监测项目，以期为我国海洋防灾减灾提供更加强有力的技术支撑。海洋站由于地处沿海，环境条件比较恶劣，盐雾、湿度等因素难免对海洋观测监测设备造成一定程度的不利影响，常因设备出现问题却不能被及时发现，导致观测数据异常甚至缺失；若能做到及早发现设备故障，就可以争取时间组织人员进行维修，以保证在最短时间内恢复观测监测系统的正常运转。实时监控报警系统已在消防、交通等行业广泛实施，部分自动气象观测站也已开发并使用实时数据监测及短信报警软件[2-4]，由此本文根据小麦岛海洋站实际工作情况，提出建立海洋站自动观测系统智能监控报警系统。

2 小麦岛海洋站自动观测设备

2.1 现有观测设备组成

小麦岛海洋站建立于1959年，位于青岛市崂山区小麦岛，长年开展海洋水文气象自动观测，同时进行五号码头、田横等长期验潮站的数据监测管理；因该站地处优越位置条件，加之配备GPS观测、海啸预警监测、X波段雷达、地波雷达等在线监测设备，数据接收和监控工作量很大(图1)。

图1 小麦岛海洋站观测设备工作流程

2.2 当前观测设备监控存在的困难

首先，小麦岛海洋站的海洋水文气象自动观测系统由多个传感器、数据接收处理和上传设备等组成，结构复杂。各传感器作为独立工作单元分布在室外的观测点，进行实时数据采集，各个节点都有发生故障、影响数据获取的可能；其次，观测值班人员主要负责对海洋水文气象自动观测系统设备进行日常巡视，而其他项目监测设备如X波段雷达、地波雷达、太阳辐射通量和大气监测设备等虽在线运行，但各设备的观测数据大部分都是后台运行，每台设备均设有不同的数据处理(或监控)计算机，观测人员对设备的数据不能及时查看或无法查看，因此很难及时发现部分设备的运行中断；再次，观测数据质量目前完全依靠观测人员人工查看，而观测仪器多、数据量庞大，易造成部分观测数据存在偏差而难以发现；最后，每次出现故障时，观测人员因技术所限，不能及时发现问题出处，需要专业技术人员到站检修才能确定仪器故障、线路传输故障等原因，极大延长故障时间。值得注意的是，以上问题在无人值守海洋站和夜间不值班海洋站更为突出。

3 海洋站自动观测设备智能监控报警系统的设计

3.1 系统设计目标

根据上文提到的海洋站自动观测设备的组成和当前监控的困难，提出构建海洋站自动观测设备智能监控报警系统的基本设计构想。通过建立一套智能监控报警系统，将海洋站所有观测监测设备全部纳入监控，对各个设备的信号传输和供电电源进行监视，实时了解观测监测系统的工作状态，一旦发生设备故障或数据异常等情况，系统能及时发现故障所在并同时进行现场声光显示报警和远程报警，方便工作人员及时排查故障，以保证在最短时间内恢复系统的正常运转，使得观测监测资料连续、完整、准确。

3.2 系统设计原则

设计海洋站设备监控报警系统应符合国家相关标准要求，做到无误报、无漏报和人性化、智能化。应遵循以下原则。

(1)确保安全性，海洋站监控报警系统应能24 h连续运转，系统的安全性、可靠性必须予以高度重视，不能影响观测监测设备的正常运行。系统设计须符合《中华人民共和国公共安全行业标准》。

(2)提高经济实用性，在标准化和结构化的前提下，达到功能和经济的优化设计，并能够推广普及。

(3)满足先进性，在满足现有需求的前提下充分考虑各种智能化，适应技术发展的趋势，保证多种观测监测设备的兼容性，具有高度集成性，在实现技术上保持先进性。

3.3 系统构成及工作流程

智能监控报警系统主要包括硬件监控和软件监控两部分(图2)。硬件监控主要由报警控制器、智能报警装置、声光显示面板、无线发送装置构成，对海洋站不同的传感器、采集器、数据处理设备、传输设备等的供电电源线路和信号线路上加装报警控制装置，对电源、信号线路进行实时监控，通过设置不同的报警序列做出对应观测监测设备的报警指示和警报。现场报警提醒采用主机和声光警笛一体化设计，当海洋站任一观测监测设备出现AC220V电源电压中断或独立设备自身出现故障不能工作时，报警控制器立即启动，判断供电线路或信号线路故障，并将相应故障信号发送至值班室声光显示面板接收器上(图3)，启动智能声光报警电路，根据报警序列对应的监测项目指示灯立即闪烁并由超强蜂鸣器发出报警声音，对现场值班人员进行提醒。值得注意的是，声光显示面板设计具备开放性和可扩展性，可根据海洋站实际，增加X波段雷达、地波雷达等其他监测项目。

图2 智能监控系统报警流程

考虑到海洋站工作的特殊性，无人值守站和有人值守站的夜间无法对观测监测设备的工作情况进行定点巡视，监控报警系统除采用现场报警提醒之外，还应具备无线远程报警功能，分别对海洋站内值班人员和海洋站外管理人员提供报警功能。无线远程报警的实现原理是，预先在海洋站监控报警系统内输入有关值班管理人员的手机号码，当海洋站任一观测监测设备出现电源中断或独立设备自身出现故障不能工作，在完成现场提醒报警的同时，立即启动短信报警程序，系统依托中国移动的GPRS 网络将故障设备以手机短信的方式发送到有关人员手机上，完成报警目的。相关人员通过短信可远程及时了解现场仪器设备故障情况，及时组织协调排除故障，从而最大限度减少数据的丢失，确保观测监测数据的完整性。

在硬件监控的基础上，软件监控主要由数据库、前端显示软件构成，将所有观测监测设备获取的实时资料存入数据库并进行查询和检查，包括：缺测数据检查，记录观测要素为空值的数据；极值数据检查，根据设备观测范围和历史观测设置极值，记录超出极值范围内的数据；网络传输检查，记录因网络不通畅造成未传输成功的数据。根据上述出错信息，做出对应设备的报警警示和警报，在前端显示软件中显示报警，供值班人员查看，同时也利用无线远程报警，发送手机短信给有关管理人员。

图3 智能监控系统声光显示面板示意

3.4 系统特点

海洋站监控报警系统采用先进的工艺制作，力求结构设计新颖、美观、大方。整个系统应具有以下特点：①具有较强的耐腐蚀、防潮、防尘、防高温和防干扰能力；②设备体积小、重量轻，低功耗，使用寿命长，安装方便；③采用声光一体化专用集成芯片设计；④通过硬件和软件监控的结合，实现对整个观测监测系统监控的全覆盖，既保证硬件故障被及时发现，也提高数据准确率，减少数据错报、漏报。

4 结语

基于小麦岛海洋站观测监测设备运行现状，提出构建海洋站观测监测设备智能监控报警系统的设想，对海洋站实时在线设备工作情况进行监控，以达到便于值班人员和技术维修人员及早发现问题、采取措施并尽最大可能减少数据丢失的目的。该系统的建设具有很好的推广普及性，可在岸基海洋站、海岛站、平台站、浮标上等推广使用，实现现场报警提醒和远程报警提醒管理，使相关人员能及时了解站点的仪器供电情况和观测数据质量，保证数据传输的连续性、完整性。下一步将加强合作与交流，尽快促进智能监控报警系统的实现和应用推广。

[1] 张喜验.自动化台站观测网的模块化技术研究[J].山东科学，2001，14(3)：25-29.

[2] 李彦，罗续业.海洋监测传感器网络概念与应用探讨[J].海洋技术，2006，25(4)：33-35.

[3] 曹亮，于军琪.基于ARM与GPRS的火灾报警远程监控系统[J].国外电子测量技术，2006，25(12)：20-22.

[4] 高峰，侯飙.自动气象站实时数据监测及SMS报警系统[J].气象水文仪器，2009(2)：84-90.

On a Design of Intelligent Monitoring and Alarming System for Automatic Equipment of the Ocean Station

LV Fuliang1，2，WANG Zhiyong1，2，LIU Xiaofei1，2，JIANG Wanjun1，2，ZHENG Zhiyong1，2

(1.Shandong Provincial Key Laboratory of Marine Ecology and Environment & Disaster Prevention and Mitigation，Qingdao 266033，China；2.North China Sea Marine Forecasting Center of State Oceanic Administration，Qingdao 266033，China)

Ocean environmental observation data is the foundation and important technical support of marine administrative management，marine environmental protection and prevention and reduction of marine disaster.The quality and timeliness of the data plays a significant role in the prediction，warning，prevention and reduction of marine disaster.To guarantee the accuracy and continuity of the observation data，not only the highly responsible staffs，but also stable and reliable observation equipment and open communication lines are needed.With the increase of marine environment observation mission and the improvement of automation in observation，what is needed now is a reliable and real-time monitoring and alarming system which can find the problems and bugs timely and accurately when the observation is performing.With many years working experiences in ocean station and the situation in the Xiaomaidao ocean station，we introduced the effects and put forward the design of monitoring and alarming system for automatic equipment，and also discussed the composition and required functions of the system.

Ocean observation，Ocean station，Automatic equipment，Intelligent monitoring and alarming system

2015-11-03；

2016-04-02

吕富良，高级工程师，研究方向为海洋环境监测，电子信箱：lfl7280@163.com

P71

A

1005-9857(2016)05-0100-04