铁路通信铁塔安全监测系统的研究

于明哲

于明哲:北京铁路通信技术中心 高级工程师 100038 北京

1 系统构成

铁塔安全监测系统由信息传感器、信息处理器、管理服务器、维护管理显示终端及数据传输通道组成，如图1所示。包括路局、段、车间三级管理模式，通过设置不同权限分级管理。系统容量配置根据监测线路的不同可调整，每座铁塔监测费用1～3万元为宜。系统管理显示终端应操作简单、界面清晰。

1．传感器。负责获取铁塔安全

随着铁路无线通信技术的飞速发展，越来越多的铁塔应用于铁路通信系统，特别是高速铁路GSM-R网络，铁路沿线大约每4 km就需要一座通信铁塔，高度一般在20～50 m不等。然而，地型变化、恶劣气候、材质老化和氧化，以及潜在的人为偷盗、破坏等因素，会导致铁塔倾斜、甚至倒塌。由于铁路通信铁塔设置一般靠近铁路线，如果铁塔出现问题倒向铁路侧，会给铁路行车带来较大的安全隐患。基于当前铁路通信铁塔安全维护的需要，结合铁路通信网络实际情况，提出一种铁塔安全监测系统技术方案，包括铁塔安全监测系统构成、系统功能、系统性能等内容，供铁路通信设备制造企业和铁路通信设备维护等单位参考。监测数据，主要包括铁塔垂直度、塔顶风速风向、天线安装角度等安全信息数据的采集，并将采集的监测数据传送到信息处理器。目前传感器采集信息数据可有多种工作模式和技术手段，如测量距离或测量角度等，不论使用何种传感器，均要适合野外工作环境，监测精度满足技术要求，故障率要低。

2．信息处理器。对传感器采集的铁塔安全监测数据进行实时收集、汇总和数据预处理，形成统一格式的数据并上传;具备自检和对传感器工作状态巡检能力，将采集的信息数据上传至监测中心管理服务器集中进行存储、分析、处理和管理。

图1 铁路通信铁塔安全监测系统总体框图

3．管理服务器。监测中心的管理服务器由通信单元、统计分析单元、告警单元、数据库和维护管理显示终端等设备组成，可根据铁塔安全监测业务的需要，实现监测数据和告警数据的存储、分析、显示和输出。

管理服务器应具备信息交换、资源共享、故障定位、性能分析、查询显示、报表输出、时钟同步、网管维护等功能。显示终端应以图形、视频、文本、声、光等多种方式，对铁塔垂直倾斜度、风速风向、天线安装位置状态等监测信息进行实时展示，包括一般预警、严重告警等信息，并具备信息查询和报表输出功能，可向维护人员实时呈现管辖范围内铁塔状态的监测数据及预警、告警信息等。

4．数据传输通道。管理服务器与信息处理器之间的数据传输通道，应根据铁塔所在铁路线的具体情况采用不同的传输方式，一般包括光传输和无线传输2种组网方式。从目前铁路通信资源情况来看，高速铁路通信铁塔GSM-R设备机房均具备光传输组网条件，既有铁路线通信铁塔在450 MHz无线电台机房也基本具备2 Mb/s光传输条件。另外，光传输组网比无线传输组网稳定可靠。所以，从目前铁路通信实际出发，用光通信传输更为合适，可采用 IP数据网或2 Mb/s专线传输方式组网。

无线传输组网可做为有线组网方式的补充，对某些不具备光传输条件的铁塔，可利用铁路GSMR网络或公用移动网络将监测数据传输到监测中心管理服务器，实现远程监测。

2 系统功能

铁路通信铁塔安全监测系统主要是为了实时监测铁塔倾斜故障，并向维护单位告警，使问题能够及时得到处置，避免铁塔倒塌，保证铁塔不危及铁路行车安全。所以，要求该监测系统具有以下功能。

1．铁塔安全信息采集功能。包括铁塔任何原因的垂直度变化、环境风速和风向、塔上天线安装位置变化等。系统能够及时准确地采集到相关信息。

2．铁塔安全信息的数字化处理功能。无论使用何种信息采集方式，系统都能够把采集到的信息快速进行统一格式的数字化处理，并通过有线通信或无线通信网络传输到监测中心管理服务器。

3．铁塔安全信息的实时收集、存储、统计分析、告警、报表、查询等管理功能。系统应能够按照单个铁塔、单条线路铁塔、多条线路铁塔等多种组合方式，生成监测数据的日、月、年统计报表和变化曲线;应能够方便地添加、删除监测对象，配置、修改监测对象的参数;应具有车间、通信(电务)段、路局等分级权限管理功能。

系统管理员具有对系统操作和控制的所有权限，为最高级管理权限。操作员一般只能进行普通的信息查看、告警确认、报表生成等操作，重要的参数和系统配置参数的修改必须使用安全密码才能进行。

系统日志管理，分为系统访问日志和系统操作日志。系统访问日志包括用户名称、登录终端标识、登录时间和退出时间等。系统操作日志包括实施操作的用户名称、操作时间、操作对象、操作结果等。

当某个铁塔出现异常告警时，系统管理显示终端主界面提供图标、文字警示渲染和语音播报告警提示。

3 性能要求

3.1 一般要求

1．系统应不影响被监测铁塔及设备的正常工作。

2．系统应能在安装现场给出的条件下不间断地工作。

3．系统采用通信标准接口，并满足扩容的需要。

4．系统通信接口应遵循开放、标准的通信协议。

5．构成监测系统的硬件采用模块化设计，具有较好的可扩充性。

6．系统软件应具有升级能力。

7．管理服务器应选用标准化程度高、通用性好、安全可靠、维修扩容方便的计算机和外围设备。

8．单系统监测管理能力不应小于500个监测点;多系统监测管理能力不应小于5000个监测点。

3.2 技术指标要求

1．塔体中心垂直倾斜度不得大于全塔高度的1/1000，该指标瞬间超过时系统应发出一般报警。

2．塔体中心垂直倾斜度超过全塔高度的1/750时，系统应发出严重报警。

3．系统对铁塔垂直度测量误差≤5%。

4．系统信息采集频度，应大于1次/s。

5．风速测量误差F，在风速为0～35 m/s时，F≤0.3 m/s;当风速为36～60 m/s时，F≤5%风速。

6．风向测量误差≤3°。

7．监测数据显示应精确到小数点后2位。

3.3 安全性要求

1．系统硬件平均故障间隔时间(MTBF)大于40000 h。

2．系统软件不能因误操作而影响系统的正常运行。

3．当系统软件局部功能模块发生故障时，不应影响其他模块的正常运行。

4．系统应具有安全防范措施，对所有操作人员按其工作性质赋予不同的操作权限，并有密码管理功能，保证系统及数据的安全。

5．系统应符合铁路通信工程电磁兼容和防雷接地的有关技术规定。

3.4 环境要求

1．传感器工作温度:－45℃ ～+60℃。

2．信息处理器工作温度:－20℃ ～45℃ 。

3．管理服务器的工作温度:－10℃ ～45℃。

4．相对湿度:≤95%(非冷凝)。

5．海拔高度:大气压力70 kPa～110 kPa。

6．室外设备防护等级:IP65。

7．抗震要求:设备在X、Y、Z 3个方向承受振动频率100 Hz、震动幅度1.5 mm，30 min后应能正常工作。

4 总结

为消除铁路通信铁塔安全隐患，避免出现倾斜、倒塌等危及行车安全的事件发生，以及为铁塔维护、大修更新提供基础参考数据，设置铁塔安全监测系统是非常必要的一项重要工作，铁路各级通信铁塔维护部门应该给予足够地重视，铁塔安全监测系统的各研制单位，应根据目前铁路的实际需求，积极进行系统研发和现场试验，积累经验，不断改进提高监测系统性能，为铁路通信铁塔的安全运行提供科学保障。

［1］CECS80－2006.塔桅钢结构施工质量验收规程［S］.

［2］TB10418－2003.铁路运输通信工程施工质量验收标准［S］.