浅谈通信铁塔安全实时监控系统在高速铁路上的应用

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1、浅谈通信铁塔安全实时监控系统在高速铁路上的应用前言石太铁路客运专线是一条设计时速迗250公里的客运专线，沿线共设5座车站：石家庄、获鹿、阳泉北、东陵井和太原东。石太客专铁路通信系统是为石太客专铁路（如牵引供电、信号、运营调度、旅客服务、防灾安全监控、动车组、既有通信等）运输各专业提供服务的通信系统。全线共计有67座铁塔，高铁沿线GSM-R铁塔的安全状态（倾斜，倒塌等）对高速铁路的安全运营影响也越来越大，加快高速铁路通信铁塔安全实时监控系统的应用也迫在眉睫。1总体架构1.1基本原理一个完整、实时、全线路的铁塔安全监控系统，能使得实

2、时监控和预测为一体，减低铁塔寻路检查成本。本系统解决方案，目的是通过基于MSTP光传输系统的以太专网传送数据，完成铁路沿线所有铁塔的安全状态（倾斜，摇摆安全范围）的实时监控。以在石太客专1号基站建立的铁塔安全监控系统为例进行说明。本系统原理是通过多种（距离和多通道角度）传感器的集成，在中控室实时对每个铁塔的传感数据测量值以及几何推算，进行联合判决，判断铁塔的摆动和（或）倾斜的程度，并根据相关铁塔安全维护标准，来自动判断是否处于正常范以内。每个铁塔实时传感数据通过设在基站内的MSTP传输设备提供的以太专网通道，将数据上传到中心各类

3、服务器，在北京的网管中心通过监控工作站能完成远程实时监控同时，完成历史数据和日志记录，以供维护查阅。1.2总体架构系统包含的主要设备和软件有：（1）塔顶的安全监控设备；（2）铁塔机房的以太通信网关；（3）干路交换机（现成）；（4）中心监控服务器，通信服务器、数据库服务器，曰志服务器、web服务器。2现场数据分析2.1几何位置关系三参量（R，？兹1，？兹2）（斜距，X-Y通道倾角）是动态监控检测量；与参考平面的竖直高度H和斜距倾角？兹3是导出量，关系如下：由于tan函数是奇函数，运算都是平方关系；所以倾角的正负符号没有关系。有了几

4、何关系的依托，下面主要分析动态随机数据样本的均值、最大值、标准差等统计量。2.2数据分析首先分析同一时间段的3通道数据的数据分布。2011年8月4日上午10点开始，半小时的X通道数据，均值为-33.75度，标准差为0.24度；短时最大倾角摆动范［+1，-1.3］度。该方向体现了方向角度变化，值相对较小。上午10点开始，1小时的Y通道数据，均值为-4.25度，标准差为0.8度；短时最大倾角摆动范围［+3.7,-3.6］度。Y通道相对于X通道而言，对铁塔的横向摇动敏感，主要体现了俯仰方向的角度变化，能很好的体现35米通信铁塔的横向摇

5、动；该值可作为横向摇动的主要判据。2011年8月4日上午10点开始，1小时的斜距数据的变化，均值为22.053米，标准差为1.6mm;短时最大斜距摆动范围［+4,-4］毫米。由于风向的随机性，当风向垂直于斜距平面时，铁塔的随风向的横向摇动基本对斜距没有影响；而当风向平行于斜距平面时，能较大的影响斜距的变化。综合来看，该斜距值可作为横向摇动的次要判据。另外，由于铁塔的结构倾斜是一个渐进的过程，假设定备和铁塔紧固的前提下；该斜距的初始值和运行一段时间的均值想比较，其差值能作为铁塔结构倾斜的主要判据。2011年8月8日上午12点开始，

6、1小时的Y通道数据，均值为-4.25度，标准差为0.82度；短时最大倾角摆动范［+3.8,-3.7］度。Y通道相对于X通道而言，对铁塔的横向摇动敏感。和2011-08-04上午10点开始一小时的数据相比;统计值，均值和标准差几乎完全相同，最值范围有2%的差别。2011年8月8日上午12点开始，1小时的斜距数据的变化，均值为22.0478米，标准差为0.9mm;短时最大斜距摆动范围［+2.2，-2.8］毫米。该时间段的风力较小。2011年8月8日上午10点开始，5小时内的斜距数据的变化，均值为22.046米，标准差为2mm;长时时

7、最大斜距摆动范围［+8，_6］毫米。从上图可以看出斜距的短时均值是周期变化的，这就排除了由于紧固不牢导致的斜距单一方向变化的假设。2.3数据分析总结(1)按照几何位置示意以及导出量的推导，给出了严格的几何位置计算方法；(2)选择阳光浓烈的几个时段，测试数据连续，没有连续丢失现象；(3)根据样本测试数据，给出了短时和长时样本分布和统计值，其中XY量通道倾角的标准差很稳定，均值略有变化；斜距的短时均值稳定，长时均值低速振荡；斜距标准差短时很小低于1腿，长时标准差2腿，最大变动范围在正负lcm以内。3运营收益3.1短期收益分析(1)通

8、过实时监控的方式，配合传统维护，维护更经济;(2)提前分析铁塔结构状态，实时监控铁塔的健康隐患；(3)有针对性的重点巡检，改变传统拉网式巡检，降低成本，增加效率；(4)信息化管理，提高基础设备的管理效率；避免大量纸介文档的频繁使用；(5)实现铁塔生命周期信息的统