0 引言

在“十三五”项目完成后，山东省地震局建设完成布局合理的数字化测震观测系统，基本满足日常地震监测工作要求（安祥宇等，2019；张清等，2019；吴双等，2021）。近年来，随着台站改造项目的实施，台站规模逐渐增大，并逐步实现系统化、网络化、数字化；同时，大部分台站采用自动观测、远程控制、无人值守、有人看护、集中维护的运行管理模式（肖孟仁等，2020）。山东省测震台网实时接收、汇集、存储和处理所属区域全部台站数据，并通过同步数字体系（SDH）行业专网上传到国家测震台网中心流服务器（张佑龙等，2015）。以此可见，数据的正常收集、传输对防震减灾事业至关重要。同时，地震专业设备的正常运行关系着地震监测数据质量的可靠性，有必要密切关注地震专业设备运行状态。

本文通过对山东省测震台网2019—2023年连续5年的运行故障情况进行汇总分析，拟从通讯故障、供电故障、专业设备故障、人为因素影响四个方面系统分析台站的故障原因，对提高测震台网稳定性和台站运行率提供针对性的措施意见。

1 测震台网现状

山东省测震台网由1个测震台网中心、126个测震数字地震台站组成。数字地震台站包括39个国家参评台站和87个非参评台站，其中山洞观测测点4个、地面观测测点91个、井下观测测点31个。测震台站技术系统主要设备有BBVS-120甚宽频带地震计、BBVS-60宽频带地震计、JCZ-1TF、FBS-3B地震计、GL-S60、BBVS-60DBH、CMG-3ESPC宽频带地震计、FSS-3DBH井下短周期地震计、CTS-1甚宽带地震计、FBS-3B地震计、EDAS-24IP数据采集器、EDAS-24GN数据采集器等。山东省126个测震台站分布见图 1。

测震台站内部技术系统主要由地震观测系统、避雷系统、数据传输系统构成，地震观测系统包括数据采集器和地震计，避雷系统包括信号避雷器、防雷电源、UPS，数据传输系统包括交换机、路由器、光端机等传输设备（李少睿等，2012；马思航等，2023）。山东测震台站内部技术系统连接图见图 2。

2 台站运行率统计

对山东省测震台网39个国家参评台站连续5年（2019—2023年）运行率进行统计分析，统计结果见表 1。由表 1可知，2019—2023年，山东测震台站中39个国家参评台站的5年平均运行率为99.4%，且年均运行率呈现逐步上升趋势，其中有37个台站（占比约94.87%）5年总年均运行率平均值在99%以上（图 3）。长岛、苍山、海阳、监测中心台、嘉祥、莒县、莱阳、临沭、梁山、莱州、牛岚、青岛、栖霞、荣成、乳山、郯城、泰安、文登、潍坊、新泰、沂水、邹城22个台站连续5年的年均运行率均在99%以上。

使用数理统计方法计算39个台站标准差，计算公式如下

$ \sigma=\sqrt{\frac{1}{N} \sum\limits_{i=1}^N\left(x_i-\mu\right)^2} $

(1)

式中：σ为标准差；x_i为样本统计数，此处为39个台站年运行率；μ为总体平均值，此处为单台5年平均运行率；N为台站总数。

计算以上台站的运行率标准偏差，结果见表 1，可知：23个台站（占比58.97%）的标准偏差小于0.3%，说明这些台站运行率波动较小，运行较为平稳；16个台站（占比41.03%）的标准偏差大于0.3%，说明这些台站运行率波动相对较大，运行稳定性不高。

根据39个台站2019—2023年运行率变化统计结果（表 1），可将台站划分为5种类型：①平均运行率稳定且有上升趋势台站：文登、莱州、长岛、泰安、青岛、邹城、监测中心、乳山8个台站；②平均运行率稳定但有下降变化趋势台站：梁山、牛岚、周村、商河4个台站；③平均运行率稳定但波动幅度较大台站：新泰、栖霞、嘉祥、郯城、潍坊、莒县、苍山、沂水、莱阳、成武、海阳、巴山12个台站；④波动幅度大但有上升趋势台站：独山岛、聊城、威海、平邑、烟台5个台站；⑤平均运行率波动幅度大台站：龙口、临沭、大山、荣成、德州、日照、莒南、安丘、五莲、北隍城10个台站。

基于以上运行率统计结果，需重点关注运行率呈下降趋势以及波动幅度较大的台站，彻底排查，并采取针对性措施解决相关问题，以确保这些台站的基础设施与运维条件得到相应改善。

3 台站故障统计分析

根据2019—2023年126个测震台站运维日志，统计台站维修记录，发现共记录故障2 982次（表 2）。按故障成因划分，其中：①通讯故障1 176次，占比约39%；②供电故障1124次，占比约38%；③地震设备故障240次，占比约8%；④人为干扰442次，占比约15%。按故障时长统计，可知：①供电故障：总时长1 043 976 min（17 399.59 h），占比约31%；②通讯故障：总时长1 657 661 min（27 627.69 h），占比约49%；③设备故障：总时长290 640 min（4 844.01 h），占比约9%；④人为干扰：故障总时长370 641 min（6 177.35 h），占比约11%。为直观显示故障统计结果特征，以饼图展示2019—2023年山东测震台网各类故障占比，结果见图 4，可见故障次数与故障时长占比呈一定正相关性，故障因素出现次数越高，其相对应的故障时长越长，表明山东省测震台网运维管理响应迅速，能及时修复故障，确保台站正常运行。通过对126个台站5年的运维统计，可知：地震专业设备故障次数占比约8%，通讯和供电故障次数占比高达77%，2类故障时长占比高达80%。由此可见，解决通讯、供电2个外部因素是提高台站运行率的关键。

对山东省测震台网2019—2023年故障次数按月进行统计，结果见表 3。为直观展示各月故障情况，以柱状图绘制月故障总次数，见图 5。

对126个测震台站故障次数按月汇总（图 5），可知每年7—9月，测震台站故障率相对较高，且其中通讯故障在各类故障中占比在70%以上（徐建权等，2023）。调研发现，这些通讯故障一般由高温和雷雨天气所致。分析认为，7—9月天气炎热，台站设备运行易受高温影响，且因为是山东省雨季，各地降雨量较大，雷雨易导致台站停电、电源跳闸、电路异常等现象，造成供电故障、光缆中断、运营商设备异常等，使得通讯故障频发。因此，需密切关注该时段台站运行状况，并采取针对性保障措施，以最大程度地避免可能出现的故障因素，从而有效提升台站运行率。

4 措施建议

通过对地震台站、设备的升级、改造及完善，山东省测震台网整体运行水平得到显著提升，目前39个参评测震台站平均运行率达99.5%。当前的主要问题是，如何在保持高运行率的同时，实现运维水平的新突破。为此，需要取长补短，改善部分台站通讯、供电不稳定的现状。基于此，针对山东省测震台网运行现状，提出以下改进措施：

（1）优化日常运维管理模式，加强与中心站业务对接。充分利用现有监控运维平台，时刻关注测震台网运行状态，提早发现故障，及时采取措施，能够实现远程处理的故障应迅速采取相应措施进行恢复，对于无法进行远程处理的故障，则应立即联系地震监测中心站运维团队，进行现场检测和故障原因排查。

（2）强化台站巡检制度，优化供电与通讯设施。供电和通讯故障故障次数、故障时长在台站故障中占比均达70%以上，保障台站供电和通讯的稳定性是提升运行率的关键。通过实施定期巡检制度，对台站供电线路和网络设备老化、避雷装置缺失等运维问题进行调研，对经常发生供电线路故障、跳闸和通讯故障的台站，进行重点调查和分析，精准定位故障频发原因，从根本上彻底解决问题。建议对台站现有供电、通讯、避雷模块进行优化升级，对于供电故障频发台站，应增加性能稳定、可靠且能适应极端天气的智能电源（李松华等，2019）。同时，对通讯设备定期检修，在条件允许情况下，采用4G+ 光缆双通道传输方式，以减少通信网络故障导致的记录传输中断现象。此外，定期检测避雷模块（避雷箱、避雷地网、GPS避雷器、避雷针等），确保避雷设备稳定运行。鉴于7—9月故障发生频次偏高，建议雨季前加强设备巡检工作，以保障设备运行状态正常，各功能模块有效抵御恶劣天气影响。主要措施包括：检查通讯和供电设备的完好性，测试台站避雷设备功能是否正常，并完善台站防潮措施。

（3）强化备机、备件更新机制，及时更换老旧及故障仪器。全面掌握台站专业设备的使用期限，对超出使用寿命的设备及时进行更换。2019—2023年故障统计数据显示，数据采集器故障在设备故障中占比较高，常见故障包括数据采集器死机、GPS对钟错误、主模块故障等。目前使用的EDAS-24GN和EDAS-24IP型数据采集器性能稳定，但仍需定期进行仪器校准和标定，以便及时更新或淘汰性能不合格或者使用超限以及故障设备。此外，需加大设备投资，避免出现因设备故障无法修复而无备机、备件所用的现象，从而缩短故障时长，提升台站整体运行率。

5 结论

通过对2019—2023年山东省测震台网运行故障的统计分析，发现供电和通讯故障约占总故障次数的77%，故障时长占比约80%，成为影响地震监测台站运行的主要因素。针对这些外部影响因素，提出针对性的改进建议及措施，旨在有效降低故障率。此外，故障数月统计发现，在山东省天气炎热且降雨量较大的7—9月，测震台站故障高发，因降雨和高温导致的供电、通讯故障约占总故障的70%以上，需特别关注该时段台站运行状况，并采取相应补救措施，以提升台网整体运行率。