重庆大学毕业设计论文高原地震台网络机房建设安全思考.docx

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重庆大学毕业设计论文高原地震台网络机房建设安全思考

重庆大学网络教育学院毕业设计（论文）

高原地震台网络机房建设安全思考

目录

中文摘要…………………………………………………………………………………………

1.引言……………………………………………………………………………………………1

2.康定地震中心站数字地震监测基本情况……………………………………………1

2.1地震数字化监测特点…………………………………………………………………1

2.2地震监测网络特点…………………………………………………………………2

2.3设置地震监测网络机房的必要性………………………………………………2

3.地震监测网络机房危害因素……………………………………………………4

3.1雷电危害………………………………………………………………………………4

3.2浪涌电压危害…………………………………………………………………………4

3.3静电危害………………………………………………………………………………4

3.4火情危害………………………………………………………………………………5

3.5经常性危害……………………………………………………………………………5

3.6地震危害………………………………………………………………………………5

4.地震监测网络机房建设安全预设及实施……………………………………6

4.1接地电阻设置……………………………………………………………………6

4.1.1拉地材料…………………………………………………………………………………7

4.1.2辅助技术措施……………………………………………………………………………7

4.2避雷系统……………………………………………………………………………8

4.3供电系统……………………………………………………………………………9

4.4地震台网络机房设计依据及要求……………………………………………………11

4.4.1技术要求…………………………………………………………………………………12

4.4.2设计依据…………………………………………………………………………………12

4.5机房装修………………………………………………………………………………13

4.6防静电及防火设置………………………………………………………………13

4.7对经常性危害的设置……………………………………………………………13

4.8防震对策…………………………………………………………………………13

5.结论……………………………………………………………………………………13

致谢……………………………………………………………………………………………15

参考文献…………………………………………………………………………………………

1.引言

我国地震监测手段的发展已逐渐形成从数字化替代模拟化的格局。

随着四川数字地震观测网络“十五”规划的实施，从2004年8月起，甘孜藏族自治州康定地震中心站下属甘孜台等9个地震专业台先后进行了地震监测网络机房的初期建设。

作为其中的组织设计及实施人之一，笔者亲历了这些网络机房建设的全过程。

本文将根据在地震台站网络机房建设过程中取得的成效和存在的不足，着眼我国“十一五”数字地震观测手段的安装及运行，提出有实用价值的高原地震台网络机房建设安全思考模式。

2.康定地震中心站数字地震监测基本情况

康定地震中心站始建于1970年，行政隶属四川省地震局，下辖甘孜台等9个地震专业台站，有四类监测学科，即测震观测、地壳形变、电磁及地下流体监测。

地震监测手段运行方式上，2005年以前，基本沿用传统的模拟记录；其后，由于计算机科学技术的高速发展，随着我国防震减灾事业的局部调整，少数模拟监测手段逐渐被数字监测手段所替代，如地壳垂直形变、水平伸缩应变及重力观测。

但多数监测手段如测震、地磁、地电、地下流体及水平摆等仍然采用模拟观测。

在这种模拟与数字地震监测并行运转的情形下，以计算机单机进行地震监测日常数据处理为标志，微机、数采、GPS授时服务、DDN线路、互联网、网络机房．．．地震监测数字化、网络化悄然走进高原地震台站。

2.1地震数字化监测特点

数字地震观测系统与模拟地震观测系统的外在区别在于数字地震观测系统记录下来的是数字数。

这些数字数存储在计算机的存储器（内存和硬盘）中，可以转存到软盘、光盘或磁带中，可以通过打印机打印出来，可以在屏幕上显示出相应的曲线，也可以再转换成模拟量，形成类似于传统地震图、模拟物理量的记录曲线。

改变了过去模拟监测条件下观测资料精度低、信息不丰富、传递速度慢、时效性差的状况。

2.2地震监测网络特点

地震台站的地震信号通过电话线传到四川省地震局的台网中心，并在台网中心进行数字化，进而在计算机中进行分析处理。

由于现阶段模拟与数字地震监测并行运转，因此，数据传输信息既有数字信息，也有模拟信息。

可以说，形成了“初级阶段”的数字地震观测台网。

说它是初级的，是因为从地震台传送到台网中心的地震信号还不完全是数字信号，所以这样的数字系统还没有充分表现出数字地震观测的优越性。

即便这样，该网络仍然是一个综合性、多用途、开放型、数据资源共享、部门统一的观测网络。

具有连续动态监测功能。

主要体现在：

（1）利用观测仪器具有的TCP/IP网络通信功能，完成对前兆、测震、强震动等观测系统的集中监控管理、数据发送、信息网络服务，进而开展台站现代化地震预报、科研等工作。

（2）在台站监控室建立10/100M自适应局域网，以适应不同观测仪器的以太网速率局域网。

局域网采用标准5类双绞线，即采用网络长线技术（RS-232转485长线驱动器一对+RS-232转IP），各网络服务器、工作微机采用10/100M网卡，使其运行速率尽可能达到100M。

2.3设置地震监测网络机房的必要性

作为传输地震监测信息的重要环节---网络机房，已不是仅仅靠网卡、MODEN和一条电话线等简单硬件设备就能保障地震监测信息的正常传送，从这个意义上讲，网络机房应该是一项具有基础性质的系统建设工程。

事实上，无论新建房或是旧房改造，地震台站网络机房以设置信息节点为标志，将台站内所有观测仪器通过网络化连接方式集成至台站网络平台，整体上形成一个统一的地震观测技术系统，实行统一监控、数据汇集与处理。

这种通过相应的通信方式接入至台站信息节点，使台站具备了数字化观测系统的网络化数据汇集与实时监控（图1）。

图1高原地震台网络管理数据流程图

依托台站信息网络平台，基于现代网络通讯技术，实现了响应四川省地震观测网络的整体接入（图2）。

鉴于此，设置地震台站监测网络机房，并充分考量监测网络安全环境的基础建设，已成为地震台站监测信息网络能否正常运作必不可少的重要保证。

图2甘孜地震台机房网络拓朴图

3.地震监测网络机房危害因素

避雷与供电是在建设地震监测网络机房中最优先考虑的安全因素。

分级避雷设备、分路供电，电路保护、UPS电源．．．其监控室须采取相应的避雷技术措施，包括直击雷、感应雷等防护、静电防护等、强震动防护等；供电须采用不间断模式，后备切换无跳跃，并保证一定的后备时间。

同时，电气线路埋设及防腐、交流电与地震监测信息的屏蔽、防潮与防火、抗震设防及防冻等等，均应在设计及建设网络机房时给予充分考虑。

笔者认为：

在在信息与通信网的建设中加强网络机房的安全性是至关重要的。

3.1雷电危害

在夏季，高原地区直击雷及感应雷电现象频频发生。

此时，如果仪器避雷设施差，在机壳或仪器接地端等附近聚积的大量电荷不能迅速释放至地下，并将产生较高的压降，致使仪器如熔断丝不能迅速断开，保护电路失灵，高压、强电流直接加载至仪器部件，使仪器稳压、数采、运放、传感等敏感电路增加了被击坏的危险。

据统计，雷击是导致地震监测网络及仪器设备频频发生事故的主要自然灾害之一，雷击引发的仪器事故占总事故的50％以上。

3.2浪涌电压危害

在高原少数民族边远地区，由于电力基础设施建设相对落后，电力供应不足，尤其稳定性较差，电压时高时低，瞬间闪烁时有发生，这种由于瞬间产生的高压称为浪涌电压。

破坏部件与雷电危害的部件相似，是地震台站观测仪器被高压击坏的第二大因素。

3.3静电危害

静电主要是由于物体与物体之间相接触而产生的，如物体间磨擦带电、剥离带电、流动带电、冲撞带电、破裂带电等。

就地震台站而言，观测机房的整洁度、粉尘物的空间占有率、机房防静电材料的设置等，决定了静电的破坏能力。

而由于静电引起的火花放电，直接受破坏的是观测仪器COMS电路。

3.4火情危害

从信息与通信网本身来说，就是要切实做好所有接地及连接系统，防止发生火花或电弧的可能，因此，必须采取防火技术措施。

首先是要考虑火势蔓延的问题，就是说：

一个专业性机房失火，不要蔓延到其它专业性机房；大机房中，一个专业区失火，不能扩大到其他区。

为此，对机房建筑要采取防火措施（如防火墙，防火帘及防火踢脚线等），还必须配置必要的防火器材，这在建筑专项设计规范中都有专门的规定。

3.5经常性危害

在高原地震台站，经常性的危害大致有七类，即电化与漏泄电流腐蚀、强电影响、雷电损害、机械损伤、潮气（水气）侵害、啮齿动物（耗子、岩兔）损害和昆虫（白蚂蚁、黄蜂）咬伤等。

这类损害一般说来是局限性的，虽然破坏面不是很大，但却是经常的和大量的，有时甚至是致命的。

此外，在冬季，高原寒冷的气候因素对网络机房正常运行也有影响，而对机房采取保温措施（如空调、保温层等）是机房建设不容回避的事实。

因此，在网络机房建设时应加强防护措施，并形成经常性检查维护制度。

3.6地震危害

由于甘孜州地处多地震地区，而专业地震台站由于工作的需要，都建立在地震带上。

为了确保信息与通信网的安全，所建网络要提升建筑物防震的等级，严格行业建设标准。

机房中的所有设备、系统都要防震加固。

所有核心网的光缆，本地网的主干光缆，有一定容量的光/电缆都应采取地下埋设方式。

4.地震监测网络机房建设安全预设及实施

为减少各类危害，无论接地系统、防雷系统、机房装修、电气工程、机房配电系统、照明及消防系统，在地震监测网络机房建设中应全面考虑防护设置，严格行业建设标准。

而在防雷、防浪涌电压及防静电的设置中，接地装置的设置尤其重要。

4.1接地电阻设置

接地装置是网络机房防雷、避雷、防过压及过流的重中之重。

接地电阻等于接地装置对地电压与通过接地体流入地中的电流的比值。

直观地说，接地电阻的大小决定观测仪器防雷、防高压破坏能力。

对地震台而言，应具备两类接地装置，一是为电力变压器设置的接地装置。

根据电力系统设备运行规程，100KVA以下变压器接地点接地电阻不能大于10Ω。

二是为地震观测仪器设置的接地装置。

根据中国地震局2001年2月新编制的《地震及前兆数字观测技术规范》要求，地震及前兆数字监测系统接地电阻在4Ω以下（图3）。

前者由当地电力部门负责安装测试，于此不再累述。

图3接地装置性能设计图

降低接地电阻的措施应考虑接地体自身电阻、接地体与土壤的电阻，土壤的电阻率、引线的电阻等。

根据规划设计，地震台站接地装置有双层闭合矩形、铅板形、单层闭合带形及单层放射状带形四种形状，均为人工接地极。

经单台设置检测证明，多数台站场地面积、土壤电阻率及土层湿润条件较差，单层带形（或放射状）接地装置不容易达到接地电阻小于4Ω的要求。

因此，除条件允许设置带形接地装置外，一般应根据台站实情，设置立体构架形接地装置。

4.1.1接地材料

降低接地电阻，一是加大接面积，二是增加接地材料的尺寸，但囿于台站场地条件及耗材限制，因此，应选用性能更好的接地体材料及降阻材料。

如具有防腐功能的镀锌扁钢、角钢、宽口径钢管；降阻材料如既防腐又增强导电性能的降阻剂、木碳，乃至更换的细土壤；引线材料宜用宽口径的镀锌钢管及扁钢。

4.1.2辅助技术措施

（1）构架接地体及焊接

构架接地体主体框架时，将角钢设为框架立柱，钢管设为双层框架主体，扁钢用于辅助连接，且尽量少用短件连接，要求无虚焊。

（2）更换土壤

一般情况下，不宜再用从接地坑中起出的带玩石较多的土壤，需更换，即从它处搬运无杂物、无腐蚀的新细土。

回填次序为：

在放置接地体前，先垫0.3～0.5m的新土层，待接地体放置并焊接完备，在新土层面用降阻剂包裹钢管及角钢等，并回填更换的土壤至地面。

（3）添加降阻材料

添加降阻剂是增粗加大接地体外形尺寸及降低接地电阻的有效办法，是目前普遍推广的降阻方法。

具体做法是：

用兑水调和的降阻剂将接地钢管、角钢等主体材料严密包裹，其包裹厚度为3～5㎝，尤其注意将焊接点包裹严实。

待凝固后，回填土壤夯实即可。

除降阻剂外，有条件的台站还可在接体周围适量铺垫一层捣碎的木碳。

降阻剂及木碳都具有减缓接地体腐蚀、吸水性强优点。

（4）兼顾后续灌水能力的引线

高原地震台设置接地装置时,推荐使用由多根钢管（Φ20㎜左右，3～5根）排列组成,且兼顾后续灌水能力的引线。

特点是,既可减小引线与接地体的电阻，又防止单根引线因锈蚀而增大的接地电阻。

同时，引线钢管在接地坑中呈均匀布设，与接地体多点焊接；并以接地面积为参照，在地中引线管部位钻上适量小孔，在出露地坪处砌一小水池，以便在干燥季节接地电阻超标时，人工通过小水池向接地装置灌水，保持接地装置及周边土壤一定的湿润性，长期保持接地电阻稳定在4Ω以下。

实践证明，这种具备后续灌水能力的接地装置能克服高原地震台站接地电阻随季节性变化的弊端。

4.2避雷系统

除仪器室外土层上建设避雷接地网外，应考虑仪器接地极、避雷器接地极有良好的接地回路以释放感应电流。

仪器室设备做铜条接地总线地线，与接地网等电位连接。

设备采用装箱式，所有设备的外壳、机箱、机架良好接地，使仪器设备周围形成良好的屏蔽网。

进入仪器室的信号线路、馈线均串接相应的避雷器。

接地电缆采用≥8mm2多股铜线（图4）。

图4地震台网络机房避雷系统

4.3供电系统

机房供电使用交流+发电机+UPS供电模式+太阳能电源，交流电为农用供电，专用供电线路引入（图5）。

电源线引入测点网络仪器室交流配电柜，设有电流、电压指示表，柜内所有开关采用自动空气开关，具有短路保护、过载保护和欠压保护功能，同时在柜外设有紧急断电按钮，以备紧急状态时停止供电。

图5地震台网络机房供电系统

安装漏电保护器、一级电源避雷、二级电源避雷器设备。

两级电源避雷器之间加接30米铠装地埋电缆。

二级电源避雷后，经UPS净化后直接供机房仪器设备，UPS使用2KVA（8H）在线式。

配电盘上应有4个以上电源插座。

由于所有核心网的光缆，本地网的主干光缆，有一定容量的光/电缆都应采取地下埋设方式。

应引起注意的是，根据地震台站用—供电行业规范，建设监测网络机房时，同期建设供电房，且供电房距机房的直线距离应大于30m。

太阳能电源主要由太阳能电池极板、电瓶及稳压器组成（图6）。

由于其输

图6太阳能电源设计性能方框图

出动态内阻小，纯净无干扰，输出端电压波动平缓，稳压器制作简捷可靠，利于台站运行管理与维护。

其工作原理为：

白天，在太阳光照射下，太阳能电池极板

图7太阳能电源电路原理示意图

上的硅光电池组产生具有一定安倍小时数的电量，经专用线路向电瓶充电，同时，在稳压器调控下，为仪器设备供电；晚上，则由电瓶向仪器供电（图7）。

太阳能电源主要主要用于数据采集系统。

4.4地震台站网络机房设计依据及要求

高原地震台技术系统设计主要依据台站勘选结果、总体工程目标及各项技术规范，将台站内所有观测仪器通过网络化连接方式集成至台站网络平台，整体上形成一个统一的地震观测技术系统，实行统一监控、数据汇集与处理。

依托地震台站信息网络平台，基于现代网络通讯技术，响应四川省地震观测网络的整体接入。

主要体现在：

（1）基于地震台站信息节点技术平台，实现地震台中心监控室与观测设备（包括远程设备）间的网络化连接，利用观测仪器具有的TCP/IP网络通信功能，完成对前兆、测震、强震动等观测系统的集中监控管理、数据发送、信息网络服务，进而开展台站现代化地震预报、科研等工作。

（2）对原有数字化观测设备，通过一定的技术改造，接入台站信息服务网络，使台站所有观测系统成为一个整体。

（3）地震台的泉点观测系统通过相应通信方式连接到地震台中心监控室，作为一个整体响应省防震减灾中心等远程的访问。

（4）通信方式基于现有通信技术，并根据现场通信实施条件，采用合适的通信连接方式。

（5）根据“四川省数字地震观测网络”建设任务，将在地震台建设地震信息节点，拟将建一条与省地震局的DDN专线（速率64Kbps），通过网络通讯可将台站各测点方便接入。

（6）通过对比分析，选定在地震台建立台站信息节点，并建立地震台中心监控室，将观测泉点作为远程测点。

（7）地震台中心监控室利用拟将建设的64Kbps的DDN专线，实现与省地震局防震减灾中心宽带连接。

（8）台站局域网构建在地震台中心监控室建设地震台站信息节点。

作为台站观测系统的监控中心，应完成台站（包括远程测点）各测项的数据采集、系统监控、数据处理、数据分析等功能。

因此，在姑咱地震台中心监控室建立10/100M局域网。

局域网采用标准5类双绞线，各服务器、工作微机采用10/100M网卡，使其运行速率尽可能达到100M。

4.4.1技术要求

建设高原地震台网络机房时，土建工程中的各项改建内容应按照有关建设规范和要求进行改造和技术装修。

机房装修、配电系统、机房空调、消防报警等所用的材料和设备均须具有较好的性能。

电源系统配置、综合布线、网络建设、信息点分布、通信设备选择等应充分考虑到今后的扩容和应急需要预留适当的容量和接口。

机房的信号线，强弱电、局域网络布线等应符合国家的布线工程规范。

配电使用市电+油机+UPS统一配供。

避雷地网采用接地模块和化学长效降阻剂，使接地电阻符合国家的二级机房避雷规范要求。

4.4.2设计依据

（1）《电子计算机机房场地通用规范》（GB2887—2000）

（2）《计算机机房设计规范》（YD5068-98）

（3）《计算站场地安全要求》（GB/T9361—88）

（4）《建筑防雷设计规范》（GB50057—2000）

（5）《建筑防火设计规范》（GBJ16—87）

（6）《低压配电设计规范》（GB50054—95）

（7）《雷电电磁脉冲防护》（1EC1312）

（8）《通信工程电源系统防雷技术规定》（YD507-98）

（9）《建筑防雷设计规范（2000年版）》（GB50057-94）

（10）《建筑内部装修设计防火规范》（GB50222—95）

（11）《建筑工程装饰装修质量验收规范》（GB50210—2001）

（12）《计算机房活动地板技术条件》（GB6650—86）

（13）甲方对机房装修部分提出的要求及各专业相关规范。

4.5机房装修

（1）吊顶：

采用U38吊顶主龙骨，铝合金中龙骨，600×600×8石膏方板吊顶，吊顶标高3200mm左右。

（2）窗：

加装窗套，室内作防火板窗帘盒和窗台板（中高档窗帘），铝合金窗，外装防护栏。

（3）地面：

木板地面。

（4）墙面：

墙面刮平后乳胶漆处理，内装中密双面防火板踢脚线。

（5）地面：

采用抗静电三防板，安装高度＞15cm。

4.6防静电及防火设置

所谓防静电即是指对网络机房进行整体防静电处理。

在已连接良好的接地网的同时，还应对机房吊顶、地面、门窗等提出使用防静电、防火材料的要求。

一般地，吊顶材料为铝合金龙骨、铝合金方板；地面加装专用防静电地板，墙面内装中密双面防火板踢脚线。

4.7防经常性危害的设置

无论电源线路或是数采、通讯电路，均进行加套PVC管材预埋处理，并充分考虑雨水、自来水等的浸渍。

4.8防震对策

网络机房建筑物防震的等级，由具备土建工程设计及监理部门的专业工程技术人员设计，机房中的所有设备、系统都要防震加固。

建设单位必须严格工程建设要求，并严格工程质量巡检、报验制度。

于此不过多讨论。

5.结论

综上所述，高原地震台地震监测网络机房建设时硬环境下的安全设置中，由于高原山区夏季雷电频发，冬季干燥，市电供应不稳定，加之台站场地条件限制等因素，接地装置的建设尤为重要。

实践证明，过去那种接地装置一经设置安装后，便疏于维护管理的消极做法，随时存在观测仪器被雷电等高压击坏的隐患。

因此，应以主动管理、积极维护为指导，采取定期检查接地电阻，同时记录下当时的气温、湿度等有关数据，形成良好的维护记录。

在检查过程中,尤其注意接地电阻随季节性变化情况，发现超标时，及时处理，使接地电阻始终符合地震台站观测要求。

除此之外，对网络机房的其它危害也应统筹考虑，应做到结合台情、充分考量、周密布设。

总之，接地电阻小于4Ω，设立二级避雷，装配断相/延时/过压/过流保护措施，配备洁净、稳定的UPS电源，构建屏蔽型机房，是地震监测网络机房安全建设最基本的条件。

同时，在运行中建立良好的周期性检测及维护管理制度，为地震监测网络机房长期正常运转提供重要的防雷、防静电、防浪涌电压等的保证。

经过在高原地震台站一年的初步组织、设计及实施，“从实践中来，又到实践中去”，结合在重大网络教育学院计算机科学与技术专业所学知识，对建设高原地震台站监测网络机房有了一定的认识。

由于本人水平和能力有限，本毕业论文难免还存在一些缺点和错误，仅能抛砖引玉地提出高原地震台地震监测网络机房建设安全思考模式，为的是总结经验，不断进取。

若在网络机房安全建设中能获得行家教正，则是笔者之幸事。

致谢：

在本毕业论文的撰写过程中，得到了雅安校外学习中心041级班主任殷自强老师及指导老师刘明兵的大力支持与帮助，在此表示衷心感谢。

参考文献：

⑴电工手册编写组.电工手册［M］.上海：

上海科学技术出版社，1978.

⑵吉林化学工业公司设计院.静电安全指南［M］.北京：

劳动出版社，1982.

⑶中国地震局.地震及前兆数字观测技术规范［M］.北京：

地震出版社，2001.

⑷谢希仁.《计算机网络教程》［M］.北京：

人民邮电出版社，2002.

⑸中国地震局监测预报司.地震信息网络［M］.北京:

地震出版社，2003.

⑹刘建明.逆变和太阳能电源使用时需要注意的问题［J］.四川地震,2005,

（1）.