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1、随着计算机技术和网络技术的发展，我国地震监测仪器先后完成了“九五项目”和“十五项目”的改造。基本实现了地震监测工作的自动化、数字化和网络化。随着这些技术改造的完成，和当前社会上物联网“十二五”规划大背景的推动下，传统的台站工作模式正在逐渐发生变化，越来越多的台站将由有人值守台站变成了无人值守台站，其监测业务一般由中心台或上级地震局远程监控完成。另一方面，随着监测密度的提高，新增大量监测仪器和监测点势必要求监测仪器的运行维护由远程来操控，从而提高效率。在远程操控的情况下，地震监测资料的采集、传输、保存、处理的自动化已经成熟应用，只要仪器正常运行，相应的监测环境既能产出相应监测数据。因此，保证仪器
2、正常运行不出故障成为当前大部分地震台站的最首要的工作。本文结合长期的地震台站仪器维护实践，在对典型的前兆仪器故障案例进行了统计、整理和分析的基础上，设计开发了一套对其有效防范的实时监控系统。因为监测仪器故障通常表现为网络连接异常或者监测数据异常两种形式。因此，针对网络连接异常监控，使用网络技术对指定仪器定时检测的办法实现台站监测仪器连接状态的实时监控；针对监测数据异常监控，系统提供一个数据异常判定规则的设计模块，该模块提供了用户自定义阈值规则、相似性度量规则两类异常判定规则的设计方法，同时系统设计了一个编程模块，给出相应的变量和接口，即用户也可以利用这些资源自定义异常判定规则的算法和方法。进而
3、可以根据自己的需要来动态添加异常判定规则，这些规则载入系统后，系统启用该规则对前兆时间序列采用滑动窗口技术进行实时检测。从而实时捕获仪器故障导致的数据异常信息和符合用户兴趣点的异常信息。1、研究现状及目标监测仪器故障通常表现为网络连接异常或者监测数据异常两种形式。目前使用的实时监控软件中，基本上只对监测仪器的网络连接状态起到监控作用，即通常使用网络技术对指定仪器定时检测的办法实现台站监测仪器连接状态是否工作正常进行实时监控。然而当网络连接正常时，对数据是否正常进行实时分析的监控系统还很少见。首先对数据的实时分析不像IP连接检测那么简单，因为数据分析需要对多个通道的数据以及多个参数同时按照某种规
4、则进行监测。其次是数据异常的判定的问题，即设计一个合适的异常判定规则，如果规则设计的不合理会导致捕获不到异常或将真正的异常淹没在捕获的大量的假异常中。最后是由于各种仪器的实时数据接口不同，同时有些仪器制造方不愿意开放内部数据接口，这时若对多种仪器的数据产出状态同时采取自定义形式的实时监控显得极不方便。然而在实际的监测工作中，经常会遇到类似仪器受外界环境影响发生故障，参数突变以及仪器假死等问题，但此时网络工作状态还是正常的，只是网络中传输的数据已经不是真实数据。通常的数据异常有显著突变、恒偏差、常值输出和恒增益等几种特征形态。这种情况如果未被及时发现处理，只能等到监测人员预处理数据时才会发现，显
5、然，这对监测数据的质量来说损失是巨大的。因此，本文提出设计一套前兆仪器数据异常监控系统。但安全可靠的实时数据接口和异常判定规则的设计是实现该系统所必须解决的两个核心问题。2、统一数据接口问题一般综合性台站都会同时具备多种观测手段、多种仪器，并且不少仪器更新比较快，如果按照内部数据接口来一一设计实时数据监测模式，显然是比较繁琐，并且是不安全的。其次当仪器更新较快时，如果该系统不具备较好的可扩展性，不能满足对新加入仪器的话，那么，新开发一套系统的代价同样巨大的。另外，目前地震观测数据资源分布较为分散，如有些国家监测台网，有些是地方监测台网，如何将这些资源统一利用起来，对这些数据进行对比分析，将是当
6、前的实时数据监测系统的新的研究方向。针对以上几个问题，文章首先考虑的设计统一数据接口，实时数据监测系统只需按照设定好的参数对统一数据接口的各个通道数据按照用户定义的异常判定规则进行实时监测。那么当仪器更新时，只需为其设计一个实时数据接口即可，而事实上，几乎绝大部分仪器的分钟值数据都用web页面的方式给出了一个较为安全可靠的实时数据接口，在这些网页上可以得到仪器的实时数据，因此文章提出系统采用一种网页数据采集技术1，对web页面的数据进行实时采集，从而达到统一数据接口的目的。采用这种方式在实时性上比直接采用仪器内部实时数据接口要差一点，但是由于数据异常判定不是对某一时刻的数据判定，而是对一个时间
7、段的数据流进行判定，所以这种短时间的延迟对判定数据异常几乎是微不足道的。而采用这种接口方式很显然其兼容性要大大提高了，几乎所有监测仪器都可以用web页面的给出一个实时数据接口，因此各种监测资源都可以通过http协议将其统一起来。3、数据异常判定规则的设计用户可以自定义添加异常判定规则，通常某些经验丰富的观测员的对异常判定有较好的经验阈值或者经验特征公式，则可以在规则设计单元动态自定义添加一条判定规则，监控程序将该规则载入，则启动规则使用滑动窗口技术（如图1）对当前指定长度的时间序列G（X1，X2，XN.）进行异常检测，当接收到一个新数据XN+1时，删除掉当前时间序列中最早的一个数据X1，将当前
8、最新数据XN+1添加进去从而形成一个新的时间序列G（X2，X3，XN+1.），进而再次触发检测规则对其进行异常监测。文章将异常判定规则分为两大类，分别为用户自定义阈值规则、相似性度量规则。下面分别介绍这两种规则的设计方法。3.1 用户自定义阈值规则用户自定义阈值规则是最简单的一种判定规则，即对观测数据时间序列的某个特征值的大小进行限定，观测数据出现异常时，可以体现在许多特征值的大小变化上，文章这里只提出了简单常用的平均幅阈值和平均差分阈值两种，设定平均幅阈值的目的是为了对时间段内观测数据从幅度上进行监控。因为通常一个时间段内的观测的数据幅度是在某个范围之内的，超出这个范围则认为是异常数据，这里
9、将这个幅度范围定义为平均幅阈值。有时，当仪器出现某种故障时，数据出现异常可以表现在其数据平稳情况发生较大变化，因此也从数据平稳性的随着计算机技术和网络技术的发展，我国地震监测仪器先后完成了“九五项目”和“十五项目”的改造。基本实现了地震监测工作的自动化、数字化和网络化。随着这些技术改造的完成，和当前社会上物联网“十二五”规划大背景的推动下，传统的台站工作模式正在逐渐发生变化，越来越多的台站将由有人值守台站变成了无人值守台站，其监测业务一般由中心台或上级地震局远程监控完成。另一方面，随着监测密度的提高，新增大量监测仪器和监测点势必要求监测仪器的运行维护由远程来操控，从而提高效率。在远程操控的情况
10、下，地震监测资料的采集、传输、保存、处理的自动化已经成熟应用，只要仪器正常运行，相应的监测环境既能产出相应监测数据。因此，保证仪器正常运行不出故障成为当前大部分地震台站的最首要的工作。本文结合长期的地震台站仪器维护实践，在对典型的前兆仪器故障案例进行了统计、整理和分析的基础上，设计开发了一套对其有效防范的实时监控系统。因为监测仪器故障通常表现为网络连接异常或者监测数据异常两种形式。因此，针对网络连接异常监控，使用网络技术对指定仪器定时检测的办法实现台站监测仪器连接状态的实时监控；针对监测数据异常监控，系统提供一个数据异常判定规则的设计模块，该模块提供了用户自定义阈值规则、相似性度量规则两类异常
11、判定规则的设计方法，同时系统设计了一个编程模块，给出相应的变量和接口，即用户也可以利用这些资源自定义异常判定规则的算法和方法。进而可以根据自己的需要来动态添加异常判定规则，这些规则载入系统后，系统启用该规则对前兆时间序列采用滑动窗口技术进行实时检测。从而实时捕获仪器故障导致的数据异常信息和符合用户兴趣点的异常信息。1、研究现状及目标监测仪器故障通常表现为网络连接异常或者监测数据异常两种形式。目前使用的实时监控软件中，基本上只对监测仪器的网络连接状态起到监控作用，即通常使用网络技术对指定仪器定时检测的办法实现台站监测仪器连接状态是否工作正常进行实时监控。然而当网络连接正常时，对数据是否正常进行实
12、时分析的监控系统还很少见。首先对数据的实时分析不像IP连接检测那么简单，因为数据分析需要对多个通道的数据以及多个参数同时按照某种规则进行监测。其次是数据异常的判定的问题，即设计一个合适的异常判定规则，如果规则设计的不合理会导致捕获不到异常或将真正的异常淹没在捕获的大量的假异常中。最后是由于各种仪器的实时数据接口不同，同时有些仪器制造方不愿意开放内部数据接口，这时若对多种仪器的数据产出状态同时采取自定义形式的实时监控显得极不方便。然而在实际的监测工作中，经常会遇到类似仪器受外界环境影响发生故障，参数突变以及仪器假死等问题，但此时网络工作状态还是正常的，只是网络中传输的数据已经不是真实数据。通常的
13、数据异常有显著突变、恒偏差、常值输出和恒增益等几种特征形态。这种情况如果未被及时发现处理，只能等到监测人员预处理数据时才会发现，显然，这对监测数据的质量来说损失是巨大的。因此，本文提出设计一套前兆仪器数据异常监控系统。但安全可靠的实时数据接口和异常判定规则的设计是实现该系统所必须解决的两个核心问题。2、统一数据接口问题一般综合性台站都会同时具备多种观测手段、多种仪器，并且不少仪器更新比较快，如果按照内部数据接口来一一设计实时数据监测模式，显然是比较繁琐，并且是不安全的。其次当仪器更新较快时，如果该系统不具备较好的可扩展性，不能满足对新加入仪器的话，那么，新开发一套系统的代价同样巨大的。另外，目
14、前地震观测数据资源分布较为分散，如有些国家监测台网，有些是地方监测台网，如何将这些资源统一利用起来，对这些数据进行对比分析，将是当前的实时数据监测系统的新的研究方向。针对以上几个问题，文章首先考虑的设计统一数据接口，实时数据监测系统只需按照设定好的参数对统一数据接口的各个通道数据按照用户定义的异常判定规则进行实时监测。那么当仪器更新时，只需为其设计一个实时数据接口即可，而事实上，几乎绝大部分仪器的分钟值数据都用web页面的方式给出了一个较为安全可靠的实时数据接口，在这些网页上可以得到仪器的实时数据，因此文章提出系统采用一种网页数据采集技术1，对web页面的数据进行实时采集，从而达到统一数据接口
15、的目的。采用这种方式在实时性上比直接采用仪器内部实时数据接口要差一点，但是由于数据异常判定不是对某一时刻的数据判定，而是对一个时间段的数据流进行判定，所以这种短时间的延迟对判定数据异常几乎是微不足道的。而采用这种接口方式很显然其兼容性要大大提高了，几乎所有监测仪器都可以用web页面的给出一个实时数据接口，因此各种监测资源都可以通过http协议将其统一起来。3、数据异常判定规则的设计用户可以自定义添加异常判定规则，通常某些经验丰富的观测员的对异常判定有较好的经验阈值或者经验特征公式，则可以在规则设计单元动态自定义添加一条判定规则，监控程序将该规则载入，则启动规则使用滑动窗口技术（如图1）对当前指
16、定长度的时间序列G（X1，X2，XN.）进行异常检测，当接收到一个新数据XN+1时，删除掉当前时间序列中最早的一个数据X1，将当前最新数据XN+1添加进去从而形成一个新的时间序列G（X2，X3，XN+1.），进而再次触发检测规则对其进行异常监测。文章将异常判定规则分为两大类，分别为用户自定义阈值规则、相似性度量规则。下面分别介绍这两种规则的设计方法。3.1 用户自定义阈值规则用户自定义阈值规则是最简单的一种判定规则，即对观测数据时间序列的某个特征值的大小进行限定，观测数据出现异常时，可以体现在许多特征值的大小变化上，文章这里只提出了简单常用的平均幅阈值和平均差分阈值两种，设定平均幅阈值的目的是为了对时间段内观测数据从幅度上进行监控。因为通常一个时间段内的观测的数据幅度是在某个范围之内的，超出这个范围则认为是异常数据，这里将这个幅度范围定义为平均幅阈值。有时，当仪器出现某种故障时
