0 引言

为满足国家“九五”数字化改造计划要求，中国地震局地球物理研究所仪器厂对SQ-70型石英水平摆倾斜仪数字化记录方式进行改造升级，改造之后符合中国地壳运动监测中心“十五”招标标准。2013年8月丰宁地震台对SQ-70型水平摆进行数字化改造，仪器采样率由模拟时期的每小时提高到现在的每分钟，产出大量观测数据的同时，对仪器连续记录要求更高。中国地震灾害防御中心提供的SQ-70D数字石英水平摆倾斜仪应用软件可进行仪器状态查看、数据曲线绘制等操作，但因缺乏对仪器状态的实时监控，大震导致水平摆摆体靠摆造成的数据异常难以及时发现，易造成观测资料损失。

为保证地震前兆仪器记录到连续可用的观测数据，科研人员致力于前兆仪器实时监控的研究（胡玉良等，2016）。张兴国等（2010）研究开发了地震前兆仪器实时数据动态与异常报警软件，可实现对多个仪器的实时并行数据采集与动态曲线绘制及简单异常报警；周志等（2014）开发了VP宽频带倾斜仪实时曲线绘制软件，用于倾斜仪状态监控。SQ-70D型石英水平摆倾斜仪满足“十五”标准，但有些故障是其特有的，如：光点位置超出记录器范围造成超量程、网络单元可以ping通但连接不上仪器等。有必要针对水平摆故障特点，开发其状态监控软件。

采用C#语言，在VS2012平台上，利用MSChart控件、Telnet等技术方法，开发具有异常判断、异常状态报警、软件信息配置、仪器状态显示及网络连接恢复功能的SQ-70D型水平摆倾斜仪状态监控软件。软件于后台运行，工作人员可随时查看仪器当前数据曲线；通过异常报警功能，可第一时间发现并处理，恢复仪器正常工作状态；通过光点位置提示功能，可于超量程前进行调零工作，避免数据缺失。该软件在丰宁地震台（下文简称丰宁台）安装以来，对靠摆及网络异常均有告警提示，可满足水平摆状态监控需求。

1 软件功能

对SQ-70D型水平摆的状态监控主要是对仪器网络状态及数据记录进行监控，确认软件与仪器网络连接后，与仪器进行TCP连接并发送指令进行交互，获取当前数据并以动态曲线显示，若数据异常则进行告警提示。软件对仪器的监控需满足连续、可靠、实时的特点。

SQ-70D型水平摆倾斜仪状态监控软件含5个功能模块：异常情况判断、异常状态报警、软件信息配置、仪器状态显示、网络连接恢复（图 1）。

1.1 异常情况判断

（1）网络异常判断。软件按照设定时间定时连接SQ-70D水平摆采集数据，因此首先需确保仪器网络连通性。软件与仪器连接前均会ping仪器IP，如果多次ping不通则认为仪器网络异常，发出报警提示。

（2）数据异常判断。水平摆采用CCD光电传感器接收光信号的偏移量，从而得到地形变量。当摆体位置偏离使得光点位置超出记录器范围时，数据采集器记录的数据为NULL，即空值。当摆体靠摆时，数据采集器收集的数据为NULL值。据经验判断，丰宁台水平摆若15 min以上数据连续为NULL，靠摆可能性大，因此采用15 min作为数据异常报警阈值（报警阈值可结合仪器特点自行设置）。软件收集并滑动判断仪器观测数据，对数据状态进行监控，其中靠摆判断算法是：在数据采集后判断是否有NULL，有则记录当前时间作为靠摆开始时间，下次采集数据时，判断数据是否有NULL，如果有且全部为NULL（一次采集5个数），则用当前时间减去靠摆的开始时间，若该时间长度达到报警阈值则报警，未达到则等待下一次数据采集结果，直至累积时间长度达到报警阈值。若某次采集数据中有非NULL数据，说明摆体正在摆动，则重置之前记录的靠摆开始时间，以最新NULL出现时间作为判断靠摆新的开始时间。图 2为数据异常判断流程。

1.2 异常状态报警

如果SQ-70D水平摆确认观测数据出现异常，则软件以下列方式发出报警提示：①声音报警。通过警报声提示工作人员；②弹窗报警。通过弹出对话框提示工作人员；③短信报警。通过向通讯录里的工作人员发送短信进行报警，短信内容含报警类型（网络异常或数据异常）。

1.3 软件信息配置

该模块可结合台站情况配置时间、仪器、报警及联系信息。

（1）时间信息配置：①设置监控时间间隔，即间隔多久连接仪器采集数据；②设置监控灵敏度，即报警时间的阈值，当数据连续出现NULL的时间超过设定值时报警；③设置监控时段，非监控时段软件暂停监控，以不影响前兆数据库数据自动入库为目的。

（2）仪器信息配置，包括对仪器IP、端口、格值的设置（用于超量程判断）。

（3）报警信息配置，是对短信、声音及弹窗3种报警方式的自由定制。

（4）联系信息配置，可增加、删除及修改联系人信息，报警时短信会发送给联系人。

1.4 仪器状态显示

通过下列方式可直观获取仪器状态。

（1）实时曲线显示。软件通过定点设置时间，将采集的数据添加到曲线上，记录满24小时自动进行曲线平移，在显示界面产生持续不断的曲线。

（2）光点位置提示。摆体偏离可能导致光点超出记录器范围，即超量程，需要进行调摆操作。该功能通过格值和数据，计算光点在记录器的位置，提示工作人员提前进行调摆操作，避免数据缺失。图 3中数据显示区域的百分数表示光点偏离程度，数值为50%表示光点位于中间位置，0%、100%表示光点在记录器边缘。

1.5 网络连接恢复

该模块对SQ-70D型水平摆特有故障自动识别并处理。

（1）网络单元重启。SQ-70D型水平摆通过网络单元实现对网络通讯的支持，但在实际运行中会出现仪器ping通而设备无法登录的问题，可以通过网络单元进行硬重启（电源开关）及软重启（利用Telnet命令）（王新刚等，2013）。该软件通过调用Telnet类库，实现仪器网络单元自动软重启操作。

（2）数据异常重连。水平摆满足“十五”通讯标准，可接受“十五”规程命令并返回数据。但在实际工作及软件测试中发现，仪器返回的数据可能出现格式错误。软件对采集数据进行校验，若数据格式异常，则再次采集实时数据并校验，直至满足格式要求为止。

2 主要应用技术

软件编写过程中，采用成熟的控件、库及解决方案可达到快速开发目的。数据曲线显示、数据单元Telnet自动软重启及免费报警短信发送是SQ-70D型水平摆倾斜仪状态监控软件开发过程中的关键点，利用MSChart控件、Telnet库及运营商的邮件短信提醒服务解决了这些问题，实现了快速开发。

2.1 MSChart控件

MSChart控件是微软提供的功能强大的图形显示控件，在Visual Studio 2010版本中可作为控件直接使用。MSChart支持多种图形显示，如柱状图、曲线图、饼图等，并可对图中坐标轴样式、标签信息设置等进行较好定制。在MSChart强大功能支撑下，软件只需将横坐标为时间、纵坐标为数据值的数据点不断添加到MSChart绘图区域，即可实现了动态曲线绘制。

2.2 Telnet

Telnet协议是Internet远程登录服务的标准协议和主要方式，具有为用户提供在本地计算机上完成远程主机工作的能力。SQ-70D型水平摆的网络单元支持Telnet登录，可通过Telnet登录实现对仪器IP等信息的配置。当网络单元出现可以ping通而无法登录的情况时，可通过Telnet对网络单元进行软重启。

在命令行程序中，输入：telnet **.**.**.**(仪器IP) 9999回车，返回网络单元信息，输入9保存信息并退出，之后网络单元将重启，即实现网络单元软重启。相对于直接断电重启，通过Telnet对网络单元进行软重启，可更好地保护网络单元，但操作过程需人工交互，显然不能满足软件监控自动化需求。引用Telnet类库，软件的Telnet操作均可在后台通过程序模拟人工操作，实现网络异常的自动化处理。此部分关键代码如下

TelnetStart trytelnet = new TelnetStart(“**.**.**.**”, 9999, 20);

trytelnet.Connect();

trytelnet.WaitFor("mode");

trytelnet.Send("");

trytelnet.WaitFor("Your choice?");

trytelnet.Send("9");

trytelnet.WaitFor("Parameters stored");

2.3 免费短信报警

为了随时应对地震灾情，中国地震局要求工作人员手机24小时开机，因此设置软件短信提醒功能，以更好应对仪器异常状态报警提示。通过手机邮箱新邮件短信提醒服务，软件可实现免费短信报警功能，工作原理简单，即将报警信息通过微软封装好的MailMessage类发送到联系人开通的手机邮箱内（移动139邮箱，联通wo邮箱，电信189邮箱）。使用中发现，出现异常软件报警后约10 s，手机即会收到报警信息，满足报警及时性需求。

3 应用

2017年9月SQ-70D型水平摆倾斜仪状态监控软件在丰宁台已测试运行一年半，对观测仪器状态监控起到一定作用。以2017年9月8日水平摆数据异常为例说明该软件的效用。受2017年9月8日12:49:15墨西哥沿岸近海M 8.2地震影响，丰宁台水平摆NS向和EW向均出现间断性缺数。至13:44，EW向连续15 min出现NULL值，软件发出靠摆提醒。工作人员对水平摆进行检查后，发现EW向确已靠摆，进行调零操作，但仪器工作仍不正常，软件不断报警，且无法显示数据曲线，经排查，系摆体反光镜起雾，影响光路反射造成。在此过程中，工作人员通过查看软件曲线，及时判断仪器状态，通过异常报警，对故障是否排除起到提醒作用。

4 结束语

笔者开发的SQ-70D型水平摆倾斜仪状态监控软件，采用MSChart控件、Telnet类库、免费短信提醒等技术手段，应用靠摆识别算法、网络状态判断模块，实现异常判断、异常状态报警、软件信息配置、仪器状态显示、网络连接恢复功能，提高数据异常处理能力及响应速度。该监控软件在丰宁台运行以来，对数据及网络状态的监控能力有了较大提升，满足水平摆状态监控需求。