0 引言

地震台站观测数据是地震研究的根本。近年来，地震台站数量不断增加，中国地震预警网的快速建设，将使之成倍增加，保障地震台站的正常运行，监测台站环境、供电、设备运行及观测数据，是地震台站面临的共同问题。对于地震台站监控，诸多学者开展了相关研究，如：李小军等（2012）基于单片机开发地震台站远程监控软件；蔡凌云（2014）基于ZigBee开发地震台站安防监控系统；全建军等（2015）在永安无人值守地震台开发远程网络监控系统，实现仪器设备状态的远程浏览，之后基于STC89C52单片机，开发可以远程对设备进行断电和重启等功能的监控系统（全建军等，2016）；钟卫星等（2016）根据佘山地震台实际需求开发本台地震设备监控软件，诸多监控措施为保障地震台站正常运行提供了便利，提高了效率。

以上监控系统大部分以监控单个台站仪器及供电等为主，缺少对产出数据质量的实时监控。河北省地震局邯郸中心台（下文简称邯郸中心台）作为一个拥有8个无人值守测震台、4个无人值守前兆台、2个有人值守前兆台的综合性观测台站，需要开发一套综合监控系统。鉴于此，基于STM8，开发地震监测台站远程监控系统，除监控设备供电交直流电压、观测室温湿度、视频影像等，还可监控台站设备的实时观测数据，确保数据的连续性及可靠性。该系统可对台站内部环境和地震设备运行状态进行远程监控，为台站运行维护提供有效帮助。

1 系统设计方案

监控系统设计的主要目的是，实现对邯郸中心台各个子台环境及设备运行状态的实时监控。该系统可满足多类型传感器接入，可实时调取地震仪器设备的观测数据；利用高清摄像头、空气温湿度传感器、电压监测等模块，控制主机将视频影像、环境参数及设备供电等信息传输到主系统数据中心，实现对各地震台站环境、设备运行等实时监控，可对仪器进行远程断电、重启等操作。系统结构示意见图 1。

该系统针对硬件和软件2部分进行设计。硬件设计包括传感器、各单元模块、控制电路等，软件设计主要针对数据中心人机交互软件功能与平台搭建、软件编写等。系统可实现以下功能：实时显示视频监控信号、交流电和蓄电池电压、台站温湿度等信息；报警功能，包括断网、交流电断电、蓄电池电压过低、温湿度超限等报警；显示台站分布图，并在分布图上显示台站报警信息；根据需要实时调取设备观测数据。

2 软硬件设计 2.1 硬件设计

该系统采用模块化电路设计硬件部分，包括控制单元、电源模块、网络通讯模块、视频监控模块、温湿度检测模块、交流电检测模块、直流检测模块、仪器远程控制模块等。

硬件电路工作原理是：各路传感器采集模拟信号（如电压、温湿度等），经模数转换（A/D转换），把数据传送给单片机，单片机存储后由网络模块传至上位机显示。控制单元电路由STM8单片机、供电电路、复位电路、晶振电路、GPRS电路等构成。选用意法半导体公司生产的STM8S207R8T6单片机，其采用ST的130 nm工艺技术和先进内核架构，主频达24 MHz，处理能力高达20 MIPS，电压范围2.95—5.5 V，外设丰富，包括10位模数转换器、16位控制定时器、CAN2.0B接口、2个UART接口、一个I2C端口和一个SPI端口等。控制单元为各传感器、电路模块提供所需电压，并对各传感器信号进行采集、处理，对各模块电路进行逻辑控制等。电源模块为系统各模块提供电源，采用数字开关电源，输入220 V交流电，输出12 V直流，通过DC/DC稳压电路，将12 V直流电压转换为各模块所需供电电压，如3.3 V、5 V等。

网络通讯模块是实现RJ45网口与RS485接口之间数据传输的设备，承担数据和控制命令传输，单片机采用485协议通信，上位机采用TCP/IP协议。搭载的ARM处理器，具有功耗低、速度快、稳定性高的优势。视频监控采用海康威视E系列高清智能球型摄像头，对地震台站内外部环境进行监控，支持最大2048×1536@30fps高清画面输出；支持Hi-POE供电；采用高效红外阵列，低功耗，照射距离达150 m；支持宽动态、3D数字降噪、强光抑制、电子防抖、SmartIR等功能；支持最大128 G的Micro SD/SDHC/SDXC卡存储，可实现监控数据远程存储。温湿度检测模块主要监测观测室温度和湿度，温度传感器测温范围-30℃—70℃，分辨率0.1℃；湿度传感器测量范围0—100 %，分辨率0.1 %。

交流电检测模块采用交流电压传感器，能感受到被测交流电压信息，并将检测到的信息转换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。交流电压传感器应用电磁感应原理，对电网中交流电流进行实时测量，采用精密恒流技术和线性温度补偿技术，将其隔离变换为标准直流信号输出，为单片机系统提供标准电流。直流电压检测主要是检测蓄电池电压。仪器远程控制模块主要功能是实现对仪器设备远程控制，完成断电重启过程。

2.2 软件设计

该监控系统软件平台用于显示前端传感器采集的各种信息，同时向前端硬件发出控制信号，实现对远程设备的控制。采用C#语言编写，C#是微软公司发布的一种面向对象的、运行于.NET Framework之上的高级程序设计语言，综合了VB简单的可视化操作和C++的高运行效率，以其强大的操作能力、优雅的语法风格、创新的语言特性和便捷的面向组件编程的支持，成为.NET开发的首选语言。系统软件结构见图 2。

软件系统由主界面、参数设置、后台数据处理、历史数据查询、帮助5部分组成。主界面显示各模块的工作状态，包括视频监控系统、控制操作、电源状态、报警信息、环境状态、监测台站分布图以及监测数据分析等。该监控系统主界面见图 3。

监控系统主界面部分源代码如下

using System;

using System.Collections.Generic;

using System.ComponentModel;

using System.Data;

……

using GMap.NET.WindowsForms;

using GMap.NET.MapProviders;

using GMap.NET.WindowsForms.Markers;

using HDZXT.BLL.Station;

using HDZXT.BLL.Device;

using HDZXT.BLL.Camer;

using OracleDB.Model;

using OracleDB.DAL;

//using OracleDB;

namespace HDZXT

{

   public partial class FormMain : MyForm

  {

     private GMapOverlay markersOverlay = new GMapOverlay(" markers" ); //放置marker的图层

     private GMapMarkerImage moveMarker;

    private GMapMarkerImage currentMarker;

    private bool isLeftButtonDown = false;

    private System.Windows.Forms.Timer flashTimer;

    private bool flashFlg = false;

    public FormMain()

    {

       InitializeComponent();

      dateTimePicker1.Value = DateTime.Now.Date.AddDays(-1);

      dateTimePicker2.Value = DateTime.Now.Date;

       GetAllInitInfo(this);

      buttonAlarmClose.Visible = WarningAudio.WarningAudioFlg;

      InitCamerDevice();

      StationManage.StationChanged += StationManage_StationChanged;

      StationManage.CamerChanged += StationManage_CamerChanged;

       StationManage.Warning += Device_Warning;

      // GC.Collect();

    }

3 邯郸中心台系统应用

该监控系统于2017年8月设计完成，10月在邯郸中心台试运行，应用效果良好，无人值守台站断记率明显降低。以邯郸中心台无人值守北杜流体台为例，对软件使用进行介绍，北杜台监控运行界面见图 4，由图可见北杜台整体运行状态，其中视频监控显示了仪器运行状态，设备控制可控制流体仪器断电重启，电源状态显示了交直流电压值，报警信息显示了网络断线、电源断电、电池电量低等5种报警信息，监控台站分布图显示了远程监测系统管理的所有台站分布，当有报警信息时台站标识会闪烁红灯。由系统界面可见北杜台站实时观测数据，可随时关注数据变化，及时处理相关信息。可根据用户需求导出监控系统的历史记录数据，如温湿度、交直流电压值的小时值、日值，用于跟踪分析环境变化对数据质量的影响。

4 结束语

邯郸中心台远程监控系统设计完成后，经过运行检验，可实现对地震台站观测环境、温湿度、交直流电、观测数据等信息的有效监控，当台站环境变化超限或供电异常时，能够及时发出报警信息。通过该系统的运行，实时监控台站设备运行状态，及时发现地震台站运行存在的问题，可提高台站维护效率，降低运行成本，保障观测数据的连续可靠，具有较高的实用价值。