山東省數位化地震前兆台網

山東省數字地震前兆台網是"九五"期間由中國地震局立項、與山東省政府共同投資興建的我國第一個數位化地震前兆台網。該項目是科技部"數位化地震前兆觀測技術系統及前兆觀測儀器的研製"(96-913)項目的試驗台網,也是中國地震局"地震前兆台站(網)技術改造"(95-01-02)項目的示範台網,於1997年開始設計建設,1999年竣工並於年底通過中國地震局組織的驗收。2000年12月通過由山東省科技廳組織的成果鑑定。該項成果獲2001年度山東省科技進步一等獎。

建設內容

該項工程是按照我國“九五”期間地震前兆台網建設的總體技術設計思路設計實施的,共建成一個台網中心、11個前兆台站,其中8個有人值守、3個無人值守台站,有包括地殼形變、地震電磁、地下流體三個學科的21種42套前兆觀測儀器進入網路運行。
(一)技術結構
台網的布局與管理採用了兩級星形網的拓撲結構;台網的運行以Windows NT 為平台;信息的傳遞採用PSTN專線準實時傳送;數據的管理運用MS SQL Server 6.5建立的前兆資料庫;數據的服務是通過前兆台網中心與我局計算機網路的連線以及前兆資料庫與地震分析預報軟體系統的無縫連線,實現在區域網路內分析預報軟體直接使用SQL Server 前兆資料庫的資料;數據共享方面,採用了資料庫複製技術和檔案傳輸方式,實現與中國地震局及全國各前兆學科中心間數據交換。
(二)觀測儀器
前兆觀測儀器的選取充分套用了國家科技攻關項目(96-913)中前兆觀測儀器數位化研究的高科技成果,均為經中國地震局驗收、同意入網運行的國內最新型儀器(儀器型號表省略)。
(三)環境改造
對觀測環境條件的改造及設備的安裝調試均嚴格按照我國《地震及前兆數字觀測技術規範》進行。地震前兆觀測的方式多種多樣,各類觀測儀器對觀測環境條件都有各自不同的要求,改造的技術要求非常嚴格,工程量也相當大。

關鍵技術

該台網的設計與建設,廣泛採用了先進的地震前兆觀測儀器、高精度數據採集、無差錯通訊技術、計算機網路以及資料庫等技術;為確保系統安全正常運行,還引用了可靠供電、安全避雷以及GPS時間服務等技術。
(一)標準化的數字地震前兆觀測儀器
所選用的21種最新型的數位化前兆觀測儀器,其基本性能指標大都優於同類模擬觀測儀器,採樣率比過去有明顯提高。
(二)標準前兆台站結構設計和現場匯流排技術
依據各前兆觀測台站測項分布的具體情況,本著充分利用現有觀測環境條件、最大限度地提高綜合化觀測程度,分別選取了單純主台型、主台擴展型、無人值守型等各種不同的結構模式。
對於有多種觀測儀器運行的綜合台站,為了能用一台主控計算機方便地管理多台前兆儀器,在儀器設備的連線上引用了工業現場匯流排技術。
(三)高精度數據採集技術
該採集器可根據各種前兆儀器的不同需求,分別支持1次/秒、10次/秒、1次/分、1次/30分、1次/60分等不同的採樣率,其觀測精度對於電壓量可達到0.01%±一個字;對於頻率量其閘門精度為5×10-6秒,每一台數據採集器可同時採集12路不同的物理量。
(四)無差錯通訊技術
前兆台站與台網中心間數據的傳送,是由台網中心的數據採集客戶機,採取點名撥號方式自動收集各台站數據。由於地震前兆觀測的性質決定了不需要實時傳送,選用了有線MODEM自動喚醒電路,並實現了台站主控計算機、Modem、現場匯流排三個RS-232C連線埠的自動切換。為了確保信息不中斷,還實現了台站通過計算機網路,採用檔案傳輸(FTP)方式、電子郵件方式進行數據傳送,以保證在台網中心自動收數失敗時也能將數據及時傳送到台網中心。
(五)資料庫技術
對於觀測數據運用MS SQL Server資料庫進行管理,為分析預報人員及時方便地使用提供了可靠的物理通道。運用資料庫複製技術,實現了在廣域網(WANS)上自動複製,解決了台網中心間的數據交換。
(六)GPS時間服務和安全供電、避雷技術
該項技術措施是為了確保系統安全正常運行設計的。統一的時間服務提高了觀測資料在整體分析研究中的使用信度。高性能穩壓、交直流自動切換、多級避雷(GB50057-94標準)提高了系統運行的穩定性、安全性和連續性。

技術進步

地震前兆實現數位化觀測是地震觀測技術上的一次革命。山東省數位化地震前兆台網的建成,標誌著我國前兆觀測進入了數位化、智慧型化、網路化全面更新改造的新階段,這一變革必將推進我國地震預報和科研工作邁向新的階段。
(一)信息量大幅度增加
觀測信息量比模擬觀測增加約三個量級。高採樣率帶來的地球物理、地球化學場的高頻變化信息,為地震短臨預報和開拓新的地震科研思路奠定了基礎。
(二)信息的傳遞速度明顯加快
從信息的採集、傳送、處理、存貯到分析套用的自動化運行體系,徹底改變了原來人工的信息採集、報送方式,使得分析預報人員能更加及時全面的獲取監測信息,對地震短臨前兆的跟蹤監測更加及時有效。
(三)減少了大量人工勞動
無論是監測人員還是分析預報人員,都極大地減輕了信息採集、傳送過程中大量人力勞動,同時也避免了在人工採集和傳遞過程中產生的人為誤差。
(四)開拓了更廣闊的監測空間
地震前兆觀測實現無人值守以後,將使前兆觀測台站的布設減少很多的制約因素,為將來前兆台站在更大範圍科學合理的布設奠定了技術基礎。
在國際同行業中,雖然在一些已開發國家也有同類的觀測系統,但他們大都是單學科的,且其目的一般是服務於學科研究的。象我們這樣多學科、大規模、直接服務於地震預報的數字地震前兆觀測系統在世界上還是很少見的。

結語

該項工程的建成,揭開了我國地震前兆台網數位化改造的序幕,也為全國各省市提供了工程技術設計、工程實施、台網運行、管理與維護、資料的套用與交換等各方面的成功經驗。目前各省市的數位化地震前兆台網均相繼建成並逐步投入運行。相信在不久的將來,隨著數位化地震前兆觀測資料在地震預報、科研和防震減災工作中廣泛的套用,這一創新成果的巨大社會效益將逐漸顯現出來。

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