0 引言

山西地震地球物理台网在运行数字化地球物理观测台站39个，其中有人值守台站15个，无人值守台站24个（占全部台站的62%）。随着地震台站数字化、网络化进程的不断加快，今后无人值守台站的比重仍将增加。与有人值守台站的维护相比，无人值守台站维护相对较难，且工作量较大（唐磊等，2015）。

统计发现，山西地震台站仪器故障主要有：供电故障、通讯故障、仪器设备故障、死机等。其中：①供电故障，可加装太阳能供电，或选择高性能UPS电源，以减少因供电故障造成的数据断记；②通讯故障，可选用先进稳定的网络设备，并选择适应台站正常稳定工作的电信运营商，在一定程度上尽可能减少因通讯问题导致的数据断记（刘其寿等，2015）。山西地震地球物理台网无人值守台站采用CDMA无线路由通讯，针对因CDMA无线路由偶尔死机现象，通过技术手段增加定时重启命令，实现CDMA路由器的定时重启，确保网络畅通；③设备故障，出现的问题多种多样，如：雷击仪器故障、电子元件老化、传感器故障、数采死机或程序工作不正常等。对于硬件类故障（雷击故障、电子元件老化、传感器故障），需要维修人员或厂家及时更换或维修；对于设备死机、程序工作不正常等软件故障，一般只需人为对仪器断电重启便可恢复正常。

据维修经验，仪器无法连通大多由仪器死机导致，维护人员需及时到达现场对仪器断电重启，费时费力。对此，山西省地震局监测信息中心设计一款远程电源监控系统，采用远程电源控制模块，编写控制软件，结合HostMonitor监控及异常告警（胡玉良等，2016），在仪器出现死机时，实现对仪器的远程断电重启，及时恢复正常运行。

1 远程电源监控系统设计思路

远程电源监控系统具有电压、环境监测（气压、温度、湿度）及远程控制功能，若台站设备出现死机现象，能对其进行远程断电重启。其工作原理是，基于数据采集、控制模块、ARM模块和显示模块构成的远程电源控制系统，设计软件，通过TCP/IP协议，当仪器死机，实现远程发送指令，通过控制继电器开关状态，“关闭”或“打开”台站设备供电电源，达到仪器复位重启的目的。系统设置4组输出，每组设220 V和12 V的2路输出，可接不同功耗的仪器设备，也可对双供电设备进行控制；数据采集模块还可对供电系统的直流、交流电压以及气压、温湿度等进行定时监控测量，并对采集的测量结果进行保存。

远程电源监控系统框架见图 1。

2 硬件构成

系统硬件主要由上位机硬件与下位机硬件2部分构成。上位机硬件为台站PC机；下位机是以数据采集、控制模块和ARM（工控板）模块为核心组成的控制系统，实现对台站供电电压、环境（气压、气温、湿度）监控及各个监控设备的远程断电重启。

2.1 数据采集模块

数据采集模块以C8051F060CPU为核心。220 V交流电压经交流互感器，通过变幅、滤波等调理电路送入CPU的ADC0；12 V直流电压通过变幅、滤波等调理电路送入CPU的ADC1。温湿度、气压模块采集数据，通过CPU的UART1接口获取。

2.2 供电控制模块

系统内部供电连接示意见图 2。

供电控制模块以HFD27/005-S继电器为核心。系统设置4路继电器输出，每路继电器有2个触点，一个触点由12 V直流电压控制，另一触点由220 V交流电压控制，可对双供电设备进行控制，供电控制模块原理见图 3。

在台站实际应用中，4套设备交流供电线电源插头分别接入本监控系统后面板对应的交流输出口，直流供电线分别接入本监控系统后面板对应的直流输出端子（图 4）。

2.3 ARM（工控板）模块

采用32位ARM920T高速处理器内核、固化wince操作系统，为设备工作的低功耗提供技术保障。系统内存为SDRAM 64 MB、NAND FLASH 128 M。操作系统已进行固化，不会存在系统文件被破坏的风险。

2.4 显示模块

系统接入19264的液晶屏，完成各参数的现场显示，可实时显示交流电压、直流电压、气温、气压、湿度、网络参数等信息。

3 软件功能设计

远程电源管理软件基于VS2010开发环境，采用C#语言自行开发，主要完成4路继电器的单独控制和对供电系统交、直流电压以及环境参数的测量；实现被监控设备的远程断电重启及对台站供电交、直流电压、环境（气温、气压、湿度）的定时监控。软件运行界面见图 5。

软件配置通过添加远程电源监控系统的网络地址及端口号，可实现对台站监测设备的远程监控。其中：①1组—4组仪器IP。分别显示接入的4路监测设备的IP地址，对接入设备进行识别；②1组—4组仪器当前状态。显示接入设备的运行状态；③1组—4组继电器状态。用于判别接入的4路监测设备的开关状态；④1组—4组重启开关。可对接入的4路监测设备进行远程电源控制，当设备死机需要重启时，通过点击“第一组—第四组”分、合开关，操作继电器对相应接入设备进行供电切换；⑤监测数据的定时采集。定时监控设备的供电电压、气压、温湿度等环境信息。通过远程电源管理软件，设置需要定时采集的电压、气压及温湿度间隔时间，以s为单位，采集数据的同时保存到程序文件夹下。

重启仪器流程见图 6。

4 监控周期及异常告警

系统采用HostMonitor工具进行短信告警，重点对仪器网络、仪器主页、仪器FTP等状态进行定时监控。对于关键监控项目异常，设置邮件、短信告警，接收人设置为台站值班人员。

以静乐地震观测站水位测项为例，如图 7所示，通过添加监控对象及监控周期，配置相应的监控策略，设置定时轮询方式，考虑到监控频率太快可能引起异常，将监控时间间隔设置为2—10 min；对于网络状态时效性明显的，监控时间间隔可适当调短，可设置为每2 min监控一次。

当被监控设备出现异常，状态由“Bad”变为“Good”或者由“Good”变为“Bad”时，将按照定义的告警方式进行告警，系统自动发送邮件及短信提示，方便工作人员及时处理。告警参数、告警条件等信息配置界面见图 8、图 9。

配置完成后监控界面见图 10，在各监控项目条例中可见所监控设备的名称、当前状态等信息，方便远程巡检与异常判断。

5 应用测试

静乐地震观测站为山西地球物理台网无人值守台站，观测项目有水位、水温、气象三要素。供电方式采用太阳能，输出12 V直流电压给仪器供电。通讯方式采用CDMA无线通讯进行数据传输。台站近年来主要故障为仪器死机，造成数据缺测，导致数据连续率降低。在仪器运行过程中，仪器死机多由PC104工控机死机以及网络接口RJ45存在堵包现象所致。工控机主要实现网络的通信与控制、网络数据的存储以及实时测量数据的显示等功能，一旦工控机死机或者网络接口RJ45发生堵包，均会导致数据缺记或无法远程收取数据。针对以上现象，对台站地震设备安装远程电源监控系统。

测试实例如下：2018年6月11日22:37静乐地震观测站SWY-Ⅱ水位仪主机出现死机，无法ping通仪器。水位仪接入远程电源监控系统的第4路控制，可接受“远程电源管理软件”的远程控制指令，通过此端口可远程控制水位仪供电的通、断。工作人员收到告警短信后，通过软件发送命令“关闭（分）”第4组开关，在水位仪主机断电后等待几秒钟，“打开（合）”第4组开关，水位仪连通，22:47数据采集恢复正常（图 11）。异常告警及短信恢复提醒见图 12。利用远程电源管理系统可方便进行远程控制，避免因仪器死机造成的长时间数据断记，提高故障排除效率及数据连续率。

经实践检验，该远程电源监控系统运行稳定，在无人值守台站设备远程维护中发挥了积极作用。与传统意义的现场维护方式相比，通过该系统，可对仪器的运行状态进行远程监控，在仪器出现死机时，实现远程断电重启，可提高仪器维护人员工作效率，降低维护成本、减少工作量，并最大限度地降低数据损失；同时，实现远程设备电压及环境的监测，对观测数据异常核实工作提供数据支持。

6 结束语

远程电源管理系统实用性强，可为台站设备的可靠运行、及时维护和异常核实提供有效保障，山西省地震局通过该系统进行远程台站设备维护，收到良好效果。该系统的运行，可从技术角度推进“有人看护，无人值守，远程维护，多维产出”的地震台站新工作模式，也可为其他省地震台站设备维护提供借鉴。