通信设备实时监测系统的研制与应用赵全

通信设备实时监测系统的研制与应用赵全

赵全

内蒙古超高压供电局内蒙古呼和浩特市010050

摘要：随着中国铁路的发展，铁路移动通信已经由无线列调系统基本过渡到GSM-R数字移动通信系统，铁路沿线建设了大量的通信铁塔。由于铁路移动通信系统的带状覆盖原则，通信铁塔与铁路线路的距离通常都比较近，通信铁塔的安全就对铁路的安全稳定运行起着至关重要的作用。

关键词：通信设备；监测系统；应用

铁路通信塔是铁路沿线无线通信系统的重要基础设施，随着我国铁路建设的快速发展，铁路通信塔的数量大为增加，铁路通信塔的无故障运行对于保证铁路沿线无线信号覆盖、通信畅通及保障铁路运输安全具有重要意义。在无线列调系统应用场景中，铁路通信铁塔仅在车站设置，区间没有或很少有通信铁塔出现。在GSM-R数字移动通信系统应用场景中，通信铁塔会伴随通信基站建设，每个车站及大部分通信基站处均会设置通信铁塔，通信基站的间距从3km到10km不等。并且由于铁路移动通信系统的带状覆盖原则，通信铁塔与铁路线路的距离通常都比较近，通信铁塔的安全就对铁路的安全稳定运行起着至关重要的作用。

一、慨述

在移动通信技术高速发展的今天，人们在享受移动通信带来便利的同时，也要面对通信基础设施的保养与维护问题。铁路通信铁塔是铁路沿线移动通信系统的重要基础设施，具有数量大、工作环境恶劣等特点。铁路通信铁塔多数为大型钢结构塔，工作在露天无遮挡物的野外。在野外恶劣的环境下长期使用，不可避免的会出现结构损伤甚至人为的破坏，许多构件会产生不同程度的变形、腐蚀，甚至螺栓松动等。当结构损伤严重到一定程度后，在遭遇到一些自然灾害和恶劣天气时，如地震、台风、暴雪、短时强风等，就很容易出现振幅过大、结构破坏，甚至倒塌，不仅严重的影响铁路运输安全，甚至影响人们的生产、生活秩序，同时也给运营维护单位造成严重经济损失。因此，目前迫切需要一个综合监控系统，能够对野外环境下在役的通信铁塔的工作状态、结构健康状况进行实时监测，对铁塔结构损伤位置和损伤程度能做出一定程度的判断，对通信铁塔可能要出现的潜在故障给出预警。

二、铁塔监测系统应用技术

1、基于传感器的铁塔监测系统

（1）系统原理。基于高精度的传感器，对铁塔的各项指标进行实时监测。

（2）系统组成。目前主流的铁塔监测系统主要分为四级结构，由前端传感器、数据采集单元、监测中心和维护终端组成。前端传感器主要监控铁塔的倾角、震动、沉降等指标，还可以监控铁塔处的气象情况。传感器将采集到的数据通过有线或者无线的方式发送给数据采集单元，数据采集单元可以对收集到的数据进行分析处理，然后将分析后的数据传输到监测中心。监测中心是多个后台的集中操作维护中心，集中对接收到的数据进行存储处理分发等操作，最后由维护终端的人机交互界面展示给操作人员。

（3）前端传感器。在通信铁塔设置传感器，实时采集铁塔状态、环境状态等信息。传感器包括倾斜传感器、振动传感器、气象传感器和沉降传感器。倾斜传感器设置在塔顶，实时监测铁塔的几何姿态，包括垂直度状态及水平位移状态；振动传感器设置在塔身，实时监测铁塔因紧固件、连接件、主体结构发生变化或因基础改变等引起的塔体振动频率的改变，监测铁塔安全状况；沉降传感器在铁塔建设时预埋到塔基四角，通过对塔基四角的状态对比，实时监测塔基的沉降状态以及铁塔的平衡状态；气象传感器设置在塔顶，实时监测风速、风向、环境温度、湿度等铁塔周围环境信息参数，结合其他传感器监测到的垂直度变化、位移变化、结构振动、变形等信息，可以对铁塔的状态进行分析。

（4）数据采集单元。在每处铁塔设置数据采集单元，管理铁塔上设置的各个传感器，对各个传感器采集到的数据进行分析处理，并通过通信传输网络传送至监测中心。当采集到的数据达到报警条件时，数据采集单元会向监测中心发送报警信息。报警条件可通过监测中心来设置，以针对不同地理条件下的铁塔进行适应性调整。除报警信息外，监测单元还可以在监测中心的要求下按指定的频率来向监测中心发送实时的监测数据，以方便监测人员及时观察塔的工作状态。

（5）监测中心。监测中心主要由通信服务器、应用服务器、数据库服务器、接口服务器、Web服务器等组成。监测中心实现对监测单元数据的获取，并将其存储至监测中心数据库服务器上。同时，监测中心还需将监测单元转来的数据进行分析整理，包括对运行数据的监视、报警的监视、历史数据的查询分析等。为协调各项功能的运行，还需对诸如通信铁塔、组织结构、用户等进行管理。

（6）维护终端。在监测中心、路局、通信段、车间等地设置维护终端，以图形、文本、声、光等方式，提供风速风向、温湿度、倾斜度、振动频率、塔基沉降实时状态等监测信息，以及告警信息和相应的工作预案，并具备信息查询和管理的功能。当某个铁塔出现异常情况时，系统主界面通过对异常铁塔图标的警示渲染和语音播报向维护人员发出告警提示。另外，维护终端能够通过浏览器对组织结构、通信塔、用户进行管理，还可以对告警数据、实时数据、登陆日志、操作日志和异常日志进行查询。

2、基于卫星定位系统的铁塔监测系统

（1）系统原理。RTK载波相位差分技术，是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。这是一种新的常用的GPS测量方法，能够在野外实时得到厘米级定位精度。基于这种技术，能够对铁塔进行精确定位及实时观测，获知其位移状态及姿态信息。

（2）系统组成。基于RTK技术的铁塔监测系统通常分为四级结构，由监测站、基准站、监测中心及维护终端构成。基准站安装在地理坐标已知、相对比较稳定的地方，主要负责定位该点的地理坐标，并通过通信传输网络分享至周围的监测站；监测站安装到铁塔处，主要通过卫星定位系统定位该点位置，并接收基准站分享的位置信息，监测铁塔现场姿态信息，将数据传输至监控中心；监控中心由监控中心服务器、数据库服务器等设备组成，根据差分定位算法解算出精确的位置坐标，将监测数据进行分析、存储和显示，并对铁塔状态进行预警。

（3）监测站。监测站设备主要由卫星接收机及专用测量型天线组成，采用太阳能供电或者有线方式供电，设置与塔顶以及塔基一侧，通过通信传输网络与基准站相连，通过接收卫星信号对监测站位置信息进行实时监测，并与基准站接收到的信息相比对，并将信息传输至监测中心。

（4）基准站。基准站设备同样由卫星接收机及专用测量型天线组成，采用太阳能供电或者有线方式供电，并配有UPS不停电电源，一般设置在地理坐标已知、相对稳定的地层之上。基准站一般对20km以内范围内的监测站提供位置信息以供比对，并将信息传输至监测中心。

（5）监测中心及维护终端。监测中心与维护终端的设置及功能基本与基于传感器的铁塔监测系统相同。通过比对监测站与所属基准站的位置信息，即可对铁塔的倾角、位移、沉降等状态进行实时监测，在铁塔状态出现异常时发出报警信息。

总之，单一的技术基础无法对铁塔的状态进行完整准确的监测。目前在一些领域已经开始出现综合性的铁塔监测系统，结合高精度的北斗卫星导航系统与震动、气象等各型传感器的配合，可以对铁塔从不同角度进行实时的全方位的监测，经过数据的合并分析，降低误报率，提高系统运行效率。在我国铁路高速发展的今天，高效的铁塔监测系统能够有效保障铁路沿线通信铁塔的安全稳定，能够对保障铁路运输安全起到极大的推进作用。

参考文献：

［1］高建平，沙玉林．浅谈铁路通信铁塔设计的分析与思考［J］．铁道通信号，2015（1）：55．

［2］于明哲．浅谈铁路通信铁塔安全监测系统的研究［J］．铁道通信信号，2016（12）：51．

［3］田锁太，闫树贵．蓄电池远程管理系统在变电站通信电源维护中的应用[J]．内蒙古电力技术，2015.3

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