无人值守海洋台站自动观测仪器运行在线监控及预警系统方案研究

陈燕珍，王其松，房树林，徐志远，王静

（大连海洋环境监测中心站 大连 116015）

1 现状及背景

无人值守站是在海滨地区开展水文气象观测、一般无专人24h值守的观测站点，它与有人值守站共同组成国家海洋观测网，观测数据经代管海洋站质控处理后进行上报。观测要素主要有潮汐、表层海水温度、表层海水盐度、空气温度、相对湿度、气压、降水量等，与有人值守站相比，暂不开展能见度（人工）和波浪（人工）观测。无人值守站目前主要以人工定期巡检的方式进行管理，巡检频率在相关业务规定中没有详细要求，一般以自动仪器校测、对比观测要求时间频率执行，每月至少3次，分别在10日，20日和月末日。

近年来，国家对海洋防灾减灾事业高度重视，对海洋观测等基础工作加大投资，根据国家海洋观测网规划，在沿海地区大力开展新海洋观测台站的建设工作；同时，现有海洋台站人员数量较少，且多数新建站点位置偏僻，交通不便，不具备专人24h驻守工作生活条件，相当一部分新建海洋台站以无人值守方式进行建设和管理。在这种情况下，无人值守站数量将不断增多。

5.新罪名法条设置是否科学。《刑法修正案(八)》将组织出卖人体器官罪规定在分则第四章作为第234条之一，大概是强调该罪除侵犯我国器官移植管理制度外，主要是对出卖人体器官者身体健康的伤害。但是，要遏制有关人体器官犯罪行为，主要应通过加强社会管理，禁止非法移植行为，使器官移植走向正规，对延长人类生命作出贡献。因此，将本罪规定在分则第四章侵犯公民人身权利罪中值得商榷。

目前，无人值守站自动观测仪器设备运行管理以值班软件监控为主，人工定期巡检为辅。值班软件主要用于接收、处理和显示各类观测数据，同时显示设备当前电压，值班员通过人工监控值班软件判断数据传输和设备运行情况。在出现传输故障时，值班软件运行状态灯由绿变红，没有其他主动警示方式；当出现设备或电力故障时，值班软件没有主动报警信息，只能在分析整理观测数据时才可能发现。在这种情况下，一旦出现设备运行故障，值班人员很难在第一时间发现上报。同时由于无人值守站位置比较偏僻，一旦遇到恶劣天气影响，应急保障压力较大，观测的连续性不能保证，而且随着海洋台站的持续建设，无人值守站数量不断增多，应急保障压力将显著增大。

计算渣锁斗阀开关时间所需要的条件较多，涉及阀门自身的结构参数，液压油的物理性质，液压系统管路规格尺寸、敷设长度以及阀门与油站的高差等，如下所列:

在这种情况下，为高效监控无人值守站自动观测仪器运行状态，实时获取设备运行情况，本研究提出了无人值守站自动观测仪器运行在线监控及预警系统。该系统以值班软件实时接收的观测数据和设备电压信息为基础，通过预先设定的判别规则计算分析后得到自动仪器运行状态。当系统检测到传输、传感器或电力故障时，自动将故障信息发送给指定单位和人员；对于电力故障，系统还将对剩余电力情况进行预警，一并发出。最后，系统通过对故障维修情况的记录和分析，将提供自动观测仪器设备运行状态分析报告。

2 系统设计

2．1 系统总体架构

（4）水位计的监控观测要素：水位。若出现水位观测值连续一定时间不发生变化（具体时间长度待定）、水位观测值短时间变化量超出预设区间则判定为运行异常。

图1 系统总体框架

2．2 电力监控预警单元设计

无人值守站电力配置一般是“太阳能＋蓄电池”或者“市电＋蓄电池”方式，当太阳能或者市电故障后，设备只能依靠蓄电池电量维持工作。蓄电池电量耗尽后，设备停止工作，造成数据缺测。通过对电瓶电压变化实时监控分析，结合蓄电池电压衰减特性，提前发出预警，给出参考设备剩余运行时间，给海洋站应急保障人员下一步故障解决提供参考。

乙脑病毒P3株基因组cDNA由华中农业大学曹胜波教授馈赠；感受态细胞E.coli DH5α、E.coli BL21、原核表达载体pET42b保存于新疆生产建设兵团塔里木畜牧科技重点实验室。

图2 电力保障单元设计流程

2．3 传输监控单元设计

②出入线明挖段为三线矩形断面，结构断面宽度15～19m，托换梁需跨过明挖隧道，托换梁最大跨度达23.3m，工程施工难度大，实施风险高。

数据传输网作为整个海洋观测网的神经系统起着十分重要的作用，数据传输一旦中断，后方业务运行将受到显著影响，对传输故障的排除有着较高的要求。为了有效应对这一问题，在故障发生的第一时间就发出警报至为关键，本单元的设计目的就是要有效解决这一问题。

该单元设计思路为：每隔1min向基础数据库查询一次数据更新情况，如果连续3min无数据更新，系统向前端无人值守站发出通信测试命令，若与前端正常连通，系统提示数据库异常，若与前端无法连通，启动故障发布程序，编辑发送内容，通过传送设备，将故障信息发送给预先指定的单位和联系人，此时，系统每隔10min与前端无人值守站进行一次通信测试，若恢复与前端无人值守站连接，启动故障恢复程序，编辑发送内容，通过传送设备，将故障信息发送给预先指定的部门和联系人。设计流程图如图3所示。

2．4 设备监控单元设计

本次智慧交通系统规划从交通管理的业务需求出发，设计满足北京城市副中心业务实际需求的系统，为保证系统功能的先进性及系统性能的优化，采用最新的匹配技术.

该单元设计思路为：首先，根据拟监控的仪器设备确定需要分析的观测数据；然后根据观测数据自身特性、连续性和逻辑性确定故障判定规则；最后系统通过对实时观测数据使用此规则，发现仪器设备故障或异常后，触动故障发布程序，编辑发布内容，将故障信息发送给预先指定的部门和联系人。

转喻模式将范畴内突出的属性投射到相近的或相关联的不同认识域，也是导致一词多义现象的重要手段。在空间概念范畴内，at最突出的属性是在某一空间上，空间大小以自我体验为参照点。如果该空间超出了人们的体验范畴，如大型建筑物或大学，也理解为空间概念中一点，如at Oxford，arrive at。同理如果以人类的历史长河为参照点，一个晚上，圣诞节期间，甚至一年这样的时间段在认知层面上仍理解为时间上的一点，如at night；at weekend；at 55；at Christmas等等。

观测数据故障判定规则如下。

图3 传输监控单元设计流程

（1）温湿传感器的监控观测要素：①空气温度。若出现空气温度观测值超出本站合理观测值区间（具体值各站自行设定后录入系统）、空气温度观测值连续一定时间不发生变化（时间长度待讨论）、空气温度短时间变化超出预设区间（如连续3min变化超过20%）则判定为运行异常。②相对湿度。若出现相对湿度观测值超出合理观测值区间（0%～100%）、相对湿度观测值连续一定时间不发生变化（时间长度待讨论）、相对湿度短时间变化超出预设区间（如连续3min变化超过20%）则判定为运行异常。

观测数据采集的连续性和准确性是海洋站工作的一项主要内容，尤其是夜间故障时，及时发出预警能减少设备采集中断时间。同时，通过分析观测数据的逻辑性及前后关系，对设备运行异常发出警示，提醒应急保障人员及时排查故障隐患，本单元的设计目的是对前端无人值守站传感器等设备运行情况进行监控并及时发出故障信息。

（2）风速风向传感器的监控观测要素：①风速。若出现风速观测值超出本站合理观测区间（具体值各站自行设定后录入系统）、风速观测值连续一定时间不发生变化（时间长度待讨论）则判定为运行异常。②风向。若出现风向观测值超出合理观测值区间（0°～359°）、风向观测值连续一定时间不发生变化（如连续10min未变化）则判定为运行异常。

电力保障监测预警单元主要设计原理是：将蓄电池运行信息实时读取存入数据库，然后对最近的一段时间段内运行信息（比如电压）进行读取分析，若发现下降趋势，取当前开始更大时间段的运行信息进一步分析，若仍为下降趋势，此时判定电力故障，运行状态灯变红，计算并警示剩余工作时间，启动故障及预警发布程序，随后继续对运行信息进行分析，若持续下降，更新剩余工作时间；若不再下降，经人工确认故障解除后，运行状态灯变绿，取消警示信息。设计流程如图2所示。

通过图12对比发现，灌浆套筒连接件破坏过程分为弹性、屈服、强化、颈缩4个阶段，试件H500-14承载力高出H400-14承载力10%左右，表明钢筋强度的变化对试件承载力影响明显，钢筋强度越大，试件承载力越高。

（3）气压传感器的监控观测要素：气压。若出现气压观测值超出本站合理观测区间（具体值各站自行设定后录入系统）、气压观测值连续一定时间不发生变化（具体时间长度待定）、气压观测值短时间变化量超出预设区间则判定为运行异常。

系统的总体架构图如图1所示，用户层分为4个部分，分别是电力监控预警单元、传输监控单元、设备监控单元和故障管理单元。电力监控及预警单元主要监控无人值守站太阳能、市电运行情况，系统检测到电力故障后，根据蓄电池电力水平预警系统剩余工作时间，将上述信息发送给预先指定的单位和联系人；传输监控单元主要实现对前端无人值守站与本系统通信情况的监控，当本系统与无人值守站通信中断后，立即将传输故障信息发送给预先指定的单位和负责人；设备监控单元主要完成对前端传感器设备的监控，当系统检测到数据异常后，立即将故障信息发送给预先指定的单位和负责人；故障管理单元的功能是将上述故障的解决和维修情况进行记录，根据记录结果对系统运行状态进行分析和评估，为进一步加强无人值守站自动仪器运行管理提供重要参考。用户层面数据库分为基础数据库和成果数据库，分别存储观测基础数据和成果数据。对于基础数据，主要指现有海洋观测台站值班软件数据库，此数据库信息作为本系统的基础信息；对于成果数据库，主要存储记录各类故障维修解决信息，并为系统运行状态分析提供基础依据。

（5）温盐传感器的监控观测要素：①表层海水温度。若出现海水温度观测值超出本站合理观测区间（具体值各站自行设定后录入系统）、海水温度观测值连续一定时间不发生变化（具体时间长度待定）、海水温度观测值短时间变化量超出预设区间则判定为运行异常。②表层海水盐度。若出现海水盐度观测值超出本站合理观测区间（具体值各站自行设定后录入）、海水盐度观测值连续一定时间不发生变化（具体时间长度待定）、海水盐度观测值短时间变化量超出预设区间则判定为运行异常。

2．5 成果数据库设计

数据库设计过程综合考虑几方面的要求和需求：①严格按照《海洋环境基础数据库标准》设计成果数据库。②从数据管理者的角度来讲，需要为外界提供数据，数据结构设计应方便对数据的管理、存储和查询。③满足项目及今后研究需要，不仅提供过往运行情况数据，同时为海洋站运行及发展提供可靠的统计分析数据。

3 主要功能模块

3．1 监控与预警单元

该单元由电力监控预警、传输监控和设备监控3部分组成，通过该单元，值班人员能够实时看到无人值守站电力、传输和设备详细运行状态，出现设备运行异常后，编辑故障信息，一方面在系统界面显示提示信息，一方面立即将该信息发送给预先设定的部门和联系人。

3．2 故障管理单元

本单元通过软件界面的“故障编辑与统计”完成录入，修复后将故障维修详细信息录入数据库。需要录入的具体内容包括：故障类型（电力故障、设备故障和传输故障）、故障设备、故障描述、解决办法、故障时间、维修人、审核人等。

通过故障维护信息表，利用数据库的管理功能，实现对系统整体、各子单元及相应要素统计分析和比较，主要内容包括：系统整体运行统计分析，功能单元运行统计分析，单元要素统计分析，功能单元间比较分析，单元内各要素间比较分析和全要素比较分析等。

统计分析完成后，为直观的反应运行统计数据，通过图表直观进行展现。

4 结束语

通过对无人值守海洋台站监控方案及预期成果的讨论，可以看到无人值守站运行过程中的各个环节，从电力保障、数据采集到数据传输，都实现了高效的动态监测和预警，同时可对故障及运行情况进行综合统计，为进一步提高观测业务质量打下坚实的基础。

但是我们也要看到，本系统的设计和开发必将要花费较大的人力和物力成本，同时，为保证系统投入使用，海洋站还要增加相应的硬件设备和必要的使用培训，需要专项经费支持才能顺利开展。