鐵路通信鐵塔安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體技術(shù)方案

1、編號(hào):密級(jí):鐵路通信鐵塔安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體技術(shù)方案編寫(xiě):審核:批準(zhǔn):鐵道部通信中心建立日期：2011年10月31日目錄1. 總則 12. 系統(tǒng)功能 12.1 數(shù)據(jù)采集與測(cè)量 12.2 實(shí)時(shí)告警和預(yù)警 22.3 查詢(xún)統(tǒng)計(jì)分析 32.4 系統(tǒng)管理 33. 系統(tǒng)構(gòu)成 53.1 傳感層 63.2 監(jiān)測(cè)單元 83.3 監(jiān)測(cè)中心 83.4 維護(hù)終端 93.5 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通道 1.03.6 系統(tǒng)配置要求 1.34. 系統(tǒng)技術(shù)要求 1.44.1 一般要求 1.4.4.2 采集精度要求 1.44.3 視頻性能要求 1.54.4 傳輸及接口要求 1.54.5 告警要求 1.5.4.6 安全性要求 1.74.7 擴(kuò)展性

2、要求 1.74.8 環(huán)境要求 1.8.5. 監(jiān)測(cè)技術(shù) 1.8.5.1傾斜度監(jiān)測(cè) 1.95.2 振動(dòng)監(jiān)測(cè) 2.0.5.3 環(huán)境氣象監(jiān)測(cè) 2.15.4 塔基沉降監(jiān)測(cè) 2.15.5 防盜告警監(jiān)測(cè) 2.21. 總則近年來(lái)，隨著鐵路無(wú)線通信技術(shù)的飛速發(fā)展， GSM-R 通信鐵塔越來(lái)越多的 應(yīng)用于鐵路通信。然而，地殼運(yùn)動(dòng)、惡劣氣候、老化氧化、潛在的人為偷盜破壞 等因素，都會(huì)給鐵塔帶來(lái)一定的安全隱患，甚至導(dǎo)致鐵塔傾斜、倒塌等。目前，傳統(tǒng)的鐵路通信鐵塔維護(hù)主要靠定期巡檢、 人為觀測(cè)， 這些是非常必 要的安全防護(hù)手段。 但上述手段存在一定的主觀性， 某些參數(shù)人工實(shí)測(cè)困難， 并 且不容易及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，無(wú)法滿(mǎn)足鐵塔

3、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需求。為了消除鐵塔安全隱患，避免出現(xiàn)傾斜、倒塌等危及行車(chē)安全的事件發(fā)生， 需要采用先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備對(duì)鐵塔進(jìn)行實(shí)時(shí)的安全監(jiān)測(cè)， 為鐵塔的集中整治、 中修、 大修提供基礎(chǔ)參考數(shù)據(jù)。2. 系統(tǒng)功能鐵塔安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用成熟的信號(hào)采集、 控制、網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)， 結(jié)合一流 的傳感技術(shù)、智能視頻分析技術(shù)， 對(duì)鐵塔運(yùn)行健康狀況以及危及鐵塔安全的各類(lèi) 自然災(zāi)害和人為破壞進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、 并及時(shí)預(yù)警和告警。 系統(tǒng)的主要功能包括以 下幾部分。2.1 數(shù)據(jù)采集與測(cè)量系統(tǒng)采集單元應(yīng)能自動(dòng)周期性地采集被監(jiān)測(cè)鐵塔的運(yùn)行狀態(tài)， 進(jìn)行處理、存 儲(chǔ)和上報(bào)。 并且可隨時(shí)接收并響應(yīng)監(jiān)測(cè)中心的查詢(xún)命令， 通過(guò)監(jiān)測(cè)模塊對(duì)相應(yīng)監(jiān) 測(cè)

4、指標(biāo)進(jìn)行查詢(xún)和向監(jiān)測(cè)中心傳送。系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括下面幾種。2.1.1 鐵塔傾斜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)能監(jiān)測(cè)到鐵塔的傾斜度變化， 根據(jù)鐵路通信工程驗(yàn)收規(guī)范， 考慮風(fēng)荷 載等外力的作用下，當(dāng)鐵塔的傾斜度超過(guò)預(yù)設(shè)門(mén)限值時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)產(chǎn)生告警信號(hào)。2.1.2 防盜告警監(jiān)測(cè)2.1.2.1 視頻周界防護(hù)系統(tǒng)應(yīng)能通過(guò)在鐵塔上部署的高清夜視攝像機(jī)、 前端視頻分析儀等設(shè)備， 實(shí) 現(xiàn)對(duì)鐵塔周界重點(diǎn)區(qū)域的安全布控， 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并分析侵入鐵塔限界的物體對(duì)通信 鐵塔安全所產(chǎn)生的影響。視頻監(jiān)控應(yīng)具有聯(lián)動(dòng)功能，當(dāng)有傾斜度、路基沉降、防盜等告警發(fā)生時(shí)，啟 動(dòng)視頻監(jiān)控并進(jìn)行預(yù)定時(shí)長(zhǎng)的錄像，同時(shí)視頻信息自動(dòng)傳送到監(jiān)控中心。2.1.2.2 光纖周界

5、防護(hù)（可選）系統(tǒng)應(yīng)能通過(guò)鐵塔防護(hù)區(qū)域周邊鋪設(shè)的光纖傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵塔周界重點(diǎn)區(qū) 域的安全布控，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并分析侵入鐵塔限界的物體對(duì)通信鐵塔安全所產(chǎn)生的影 響。2.1.3 塔基沉降監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)能監(jiān)測(cè)到鐵塔塔基的不均勻沉降，當(dāng)不均勻沉降值超過(guò)預(yù)設(shè)門(mén)限值 時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)產(chǎn)生告警信號(hào)。2.2 實(shí)時(shí)告警和預(yù)警系統(tǒng)采取分級(jí)告警的方式， 及時(shí)在監(jiān)測(cè)中心維護(hù)管理終端上發(fā)出分級(jí)告警信 號(hào)，具有多地點(diǎn)、多事件的并發(fā)告警功能。系統(tǒng)可以在維護(hù)終端界面固定區(qū)域明顯標(biāo)示出告警信息， 采用聲光告警的形 式，提示值班人員，并自動(dòng)產(chǎn)生派工單。系統(tǒng)可以根據(jù)鐵塔的運(yùn)行情況及相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)， 綜合歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)， 分析出 鐵塔的健康狀態(tài)并準(zhǔn)確的判

6、斷對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)的影響及危害程度， 為運(yùn)用維護(hù)提供預(yù) 警信息。2.3 查詢(xún)統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)具有根據(jù)告警時(shí)間、 告警地點(diǎn)、 告警類(lèi)型、告警等級(jí)等對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行 多條件查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)分析的功能。系統(tǒng)應(yīng)能夠按照單個(gè)鐵塔、 單條線路鐵塔、 某一路局鐵塔及全路鐵塔等多種 組合方式生成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的日、月、年統(tǒng)計(jì)報(bào)表和變化曲線。2.4 系統(tǒng)管理系統(tǒng)管理功能包括配置管理、告警管理、性能管理和安全管理功能等內(nèi)容。2.4.1 配 置管理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)能方便地添加、刪除監(jiān)測(cè)對(duì)象，配置、修改監(jiān)測(cè)對(duì)象的參數(shù)。 系統(tǒng)應(yīng)提供配置數(shù)據(jù)的查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)手段，用戶(hù)可對(duì)設(shè)備配置數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)、 統(tǒng)計(jì)、報(bào)表和打印。2.4.2 告 警管理告警管理提供對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)

7、象的故障告警信息進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)和管理。 能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)告警數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和集中監(jiān)測(cè)，能準(zhǔn)確定位故障。2.4.2.1 告警級(jí)別分類(lèi)a) 緊急告警：已經(jīng)或即將危及鐵塔及行車(chē)安全，應(yīng)立即處理的告警；b) 重要告警：可能影響鐵塔及通信安全，需要安排時(shí)間處理的告警；c) 一般告警：向維護(hù)人員提示的信息；系統(tǒng)應(yīng)提供告警級(jí)別設(shè)置功能，用戶(hù)可靈活設(shè)置告警的級(jí)別。2.4.2.2 告警狀態(tài)分類(lèi)a) 新產(chǎn)生告警：未確認(rèn)、未清除的告警；b) 已確認(rèn)告警：未清除但已確認(rèn)的告警；c) 未確認(rèn)告警：未被確認(rèn)但已經(jīng)清除的告警；d) 已清除告警：已被確認(rèn)并已經(jīng)清除的告警。2.4.2.3 告警的確認(rèn) 系統(tǒng)應(yīng)提供告警確認(rèn)功能，由用戶(hù)對(duì)告

8、警信息進(jìn)行確認(rèn)。2.4.2.4 告警過(guò)濾 系統(tǒng)應(yīng)具有一般告警過(guò)濾功能，可根據(jù)需要設(shè)置告警顯示和提示的過(guò)濾條件，只有符合條件的告警信息才顯示 / 提示給用戶(hù)。2.4.3 運(yùn) 用維護(hù)管理運(yùn)用維護(hù)管理功能包括用戶(hù)及權(quán)限管理、系統(tǒng)日志管理等。用戶(hù)管理：系統(tǒng)具有用戶(hù)管理功能和用戶(hù)組管理功能。 用戶(hù)管理功能包括對(duì) 用戶(hù)信息的增加、刪除、修改和查詢(xún)。用戶(hù)組管理功能包括對(duì)用戶(hù)組信息的增加、刪除、修改和查詢(xún)。用戶(hù)管理功能和用戶(hù)組管理功能只能由授權(quán)的用戶(hù)實(shí)施。 權(quán)限管理：系統(tǒng)應(yīng)具有車(chē)間、通信段、路局等多級(jí)權(quán)限管理功能。管理員具 有對(duì)系統(tǒng)操作和控制的所有權(quán)限， 為最高級(jí)權(quán)限。 操作員只能進(jìn)行普通的信息查 看、告警確

9、認(rèn)、 報(bào)表生成等操作。 重要的參數(shù)和系統(tǒng)配置參數(shù)的修改必須使用安 全密碼才能進(jìn)行。系統(tǒng)日志管理，包括系統(tǒng)訪問(wèn)日志和系統(tǒng)操作日志。系統(tǒng)訪問(wèn)日志包括用戶(hù)名稱(chēng)、 登錄終端標(biāo)識(shí)、 登錄時(shí)間和退出時(shí)間等。 系統(tǒng) 操作日志包括實(shí)施操作的用戶(hù)名稱(chēng)、操作時(shí)間、操作對(duì)象、操作結(jié)果等。3. 系統(tǒng)構(gòu)成鐵塔安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)采用分層和模塊化的設(shè)計(jì)方式，由傳感層、監(jiān)測(cè)單元、 監(jiān)控中心和維護(hù)終端組成， 如圖 1 示。系統(tǒng)具有車(chē)間、通信段、路局等多級(jí)管理 模式，通過(guò)設(shè)置不同的權(quán)限進(jìn)行分級(jí)管理。圖1:鐵塔安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)體系層次示意圖3.1傳感層傳感層負(fù)責(zé)獲取鐵塔安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如傾斜度、振動(dòng)頻率、風(fēng)速風(fēng)向、溫濕度、視頻圍界告警信息、

10、塔基沉降等數(shù)據(jù)，如圖2所示合+0C鹵同一占S傾斜監(jiān)測(cè) 振動(dòng)監(jiān)測(cè) 風(fēng)速風(fēng)向 溫濕度 塔基沉降 視頻分析儀 攝像機(jī) 采集傳感層設(shè)備圖 2 ：鐵塔安全防護(hù)采集傳感層設(shè)備3.1.1. 傾斜振動(dòng)監(jiān)測(cè)鐵塔傾斜振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備主要由傾斜傳感器、振動(dòng)傳感器等組件組成。3.1.2. 氣象監(jiān)測(cè)氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由風(fēng)速風(fēng)向計(jì)、 溫濕度傳感器等組件組成， 用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 鐵塔現(xiàn)場(chǎng)的氣象信息， 并結(jié)合鐵塔的傾斜角度和振動(dòng)幅度， 通過(guò)告警分析數(shù)學(xué)模 型進(jìn)行當(dāng)前的告警狀態(tài)分析。3.1.3. 塔基沉降監(jiān)測(cè)塔基沉降監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由壓力傳感器和沉降采集處理機(jī)組成， 用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 鐵塔的塔基沉降狀態(tài)及平衡狀態(tài)。3.1.4. 視頻防盜監(jiān)測(cè)鐵塔

11、防盜報(bào)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由高清夜視攝像機(jī)、 視頻分析儀等組成， 可監(jiān)視 到鐵塔所在位置的現(xiàn)場(chǎng)情況， 實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵塔周界重點(diǎn)區(qū)域的安全布控。 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并 分析侵入鐵塔限界的物體對(duì)通信鐵塔工作所產(chǎn)生的影響。3.1.5. 其它其他現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括通信模塊（ Zigbee 、GPRS 等）、語(yǔ)音驅(qū)趕設(shè)備、太陽(yáng)能 板、蓄電池等，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在不同環(huán)境及應(yīng)用線路對(duì)無(wú)線通信、供電、及語(yǔ)音 廣播等功能的需求。3.2 監(jiān)測(cè)單元監(jiān)測(cè)測(cè)單元匯聚收集前端各類(lèi)鐵塔安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)， 并進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理， 由協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊完成前端多種協(xié)議數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。 經(jīng)過(guò)格式化后的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議數(shù)據(jù) 通過(guò)傳輸數(shù)據(jù)通道上傳到監(jiān)測(cè)中心。監(jiān)測(cè)單元功能主要由鐵塔監(jiān)

12、測(cè)采集處理主機(jī)實(shí)現(xiàn)。 采集機(jī)硬件應(yīng)采用模塊化 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同一采集單元能同時(shí)接入多個(gè)不同類(lèi)型監(jiān)測(cè)設(shè)備， 完成風(fēng)速風(fēng)向、 溫 濕度、傾斜度、 振動(dòng)頻率及路基沉降等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、 初步分析和預(yù)處理以及 對(duì)鐵塔防盜告警的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)采集單元具備自檢和對(duì)監(jiān)測(cè)鐵塔狀態(tài)的巡檢功能， 實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵塔安全隱患 的診斷、定位及告警； 同時(shí)， 能夠?qū)⒐收闲畔⑸蟼髦帘O(jiān)測(cè)中心并接受監(jiān)測(cè)中心的 集中監(jiān)測(cè)管理。3.3 監(jiān)測(cè)中心監(jiān)測(cè)中心根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)的需求， 實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和告警數(shù)據(jù)的分析、 存儲(chǔ)和轉(zhuǎn) 發(fā)。監(jiān)測(cè)中心實(shí)現(xiàn)面向全路范圍的鐵塔安全監(jiān)測(cè)管理， 滿(mǎn)足信息交換、 資源共享、 故障定位、性能分析等功能。監(jiān)測(cè)中心由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)

13、器、告警服務(wù)器、通信服務(wù)器、 Web 服務(wù)器、視頻 服務(wù)器等設(shè)備上的不同功能模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖 3 所示。監(jiān)測(cè)中心對(duì)本轄區(qū)內(nèi)各監(jiān)測(cè)對(duì)象的告警等重要信息進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、顯示、 輸出，具備對(duì)各類(lèi)信息按指定時(shí)段統(tǒng)計(jì)分析的功能， 為維護(hù)管理人員提供監(jiān)測(cè)告 警、預(yù)警及鐵塔安全狀態(tài)等信息的查詢(xún)顯示和報(bào)表輸出功能， 并提供監(jiān)測(cè)信息維 護(hù)、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)配置、用戶(hù)權(quán)限管理及系統(tǒng)日志管理等系統(tǒng)管理功能。此外，監(jiān)測(cè)中心具有自檢和對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備、監(jiān)測(cè)單元的故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)以及將故障告警信息傳送至維護(hù)終端的功能數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器防火墻（至 路局、部中心）監(jiān)測(cè)中心圖3 :監(jiān)測(cè)中心示意圖監(jiān)測(cè)中心應(yīng)與授時(shí)服務(wù)器保持時(shí)鐘同步，并向各監(jiān)測(cè)單元授

14、時(shí)，同步監(jiān)測(cè)單 元時(shí)鐘。監(jiān)測(cè)中心應(yīng)預(yù)留與上級(jí)管理部門(mén)管理信息系統(tǒng)的通信接口，用于傳送鐵塔安全狀態(tài)的告警、預(yù)警等信息，并根據(jù)需要傳送傳感器監(jiān)測(cè)信息報(bào)表。 監(jiān)測(cè)中心預(yù) 留與國(guó)家氣象部門(mén)、地震部門(mén)等的通信接口，用于接收氣象災(zāi)害和地質(zhì)災(zāi)害的預(yù) 報(bào)、預(yù)警信息。3.4維護(hù)終端維護(hù)終端宜采用易于部署及維護(hù)的 B/S架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。維護(hù)終端以圖形、視 頻、文本、聲、光等方式，提供風(fēng)速風(fēng)向、溫濕度、傾斜度、振動(dòng)頻率、塔基沉 降、鐵塔周界實(shí)時(shí)狀態(tài)等監(jiān)測(cè)信息，以及告警、預(yù)警信息和相應(yīng)的工作預(yù)案，并 具備信息查詢(xún)和報(bào)表輸出功能。當(dāng)某個(gè)基站的鐵塔出現(xiàn)異常情況時(shí)，系統(tǒng)主界面 通過(guò)對(duì)異常鐵塔圖標(biāo)的警示渲染和語(yǔ)音播報(bào)向維護(hù)人員發(fā)

15、出告警提示。維護(hù)終端通過(guò)分布式總線平臺(tái)與業(yè)務(wù)邏輯層之間進(jìn)行通信， 以消息模式實(shí)現(xiàn) 各種模塊信息的交互， 實(shí)時(shí)的向維護(hù)人員呈現(xiàn)管轄范圍內(nèi)鐵塔的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和告警 信息。這樣各層不僅相對(duì)獨(dú)立， 而且可以靈活的部署在不同的物理位置， 有利于 按照不同的維護(hù)管理需求進(jìn)行系統(tǒng)的擴(kuò)展和維護(hù)。3.5 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通道監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通道是監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和告警、 預(yù)警信息在監(jiān)測(cè)中心與監(jiān)測(cè)單元之間數(shù)據(jù) 傳輸?shù)耐ǖ?。系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮到既有線通信鐵塔安全監(jiān)測(cè)和新建線路通信鐵 塔安全監(jiān)測(cè)施工條件的不同，傳輸方式分別采用無(wú)線組網(wǎng)方案和有線組網(wǎng)方案。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通信通道應(yīng)利用鐵路通信網(wǎng)， 優(yōu)先選用數(shù)字傳輸通道。 客運(yùn)專(zhuān)線監(jiān) 測(cè)數(shù)據(jù)通信通道宜采用

16、 IP 數(shù)據(jù)網(wǎng)或 2M 專(zhuān)線傳輸方式；其他鐵路線路根據(jù)情況 可以采用傳輸設(shè)備本身的輔助數(shù)據(jù)通道、 GPRS 等其他數(shù)據(jù)傳輸方式，也可混合 組網(wǎng)。3.5.1 有線傳輸組網(wǎng)方式鐵塔安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)宜利用鐵路數(shù)據(jù)網(wǎng)或鐵路專(zhuān)網(wǎng)傳輸通道（ FE、2M ）等方 式進(jìn)行組網(wǎng)。采用進(jìn)行系統(tǒng)組網(wǎng)時(shí)，每個(gè)采集主機(jī)應(yīng)具有一個(gè)IP地址，如圖4所示。監(jiān)測(cè)中心（車(chē)間、通信段、路局）監(jiān)測(cè)單元1振動(dòng)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng) I傾斜監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)視防盜沉測(cè)I其它監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)振動(dòng)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)傾斜監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)W頻防盜子系統(tǒng) 八降監(jiān)測(cè)子系統(tǒng) 象監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)其它監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)振動(dòng)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng) 傾斜監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)視頻防盜子 沉測(cè)子 氣監(jiān)測(cè)子其它監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)鐵塔監(jiān)測(cè)站1鐵塔監(jiān)測(cè)站n圖4

17、:數(shù)據(jù)網(wǎng)組網(wǎng)采用鐵路專(zhuān)網(wǎng)傳輸通道組網(wǎng)時(shí)，應(yīng)分配相應(yīng)的傳輸通道。圖5是一個(gè)利用2M環(huán)通道實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)組網(wǎng)的示意圖，每個(gè)2M環(huán)上的基站配置一臺(tái)E1/FE轉(zhuǎn)換設(shè) 備遠(yuǎn)端機(jī)，每個(gè)2M環(huán)基站數(shù)量不超過(guò)30個(gè)。監(jiān)測(cè)中心配置E1/FE局端機(jī)，把 2M通道轉(zhuǎn)成以太網(wǎng)信令接入中心服務(wù)器。FE/2M-C基站30FE/2M-S鐵塔安全防護(hù)監(jiān)控中心FE/2M-CFE/2M-S基站30圖5 : 2M環(huán)組網(wǎng)示意圖無(wú)線傳輸組網(wǎng)方式鐵塔安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也可用無(wú)線方式實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)。無(wú)線傳輸方式，宜采用GSM/GPRS/3G 等方式進(jìn)行系統(tǒng)組網(wǎng)，如下圖 6所示。通信鐵塔上部署的前端 采集處理主機(jī)配置有無(wú)線通信模塊，通過(guò)無(wú)線方式把各類(lèi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

18、發(fā)送到鐵塔安 全監(jiān)測(cè)中心（如公網(wǎng)服務(wù)器）。維護(hù)人員使用連接在公網(wǎng)上的各類(lèi)終端，通過(guò)安 裝在終端上的瀏覽器登錄鐵塔安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)獲取被監(jiān)測(cè)鐵塔狀況。維護(hù)終端TCP/IP公網(wǎng)服務(wù)器GSM/GPRS/GSM-R圖6:無(wú)線組網(wǎng)示意圖3.6系統(tǒng)配置要求系統(tǒng)配置應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)地區(qū)氣候環(huán)境及地理環(huán)境的不同，選擇不同的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，具體規(guī)定如表1所示。表i鐵塔監(jiān)測(cè)項(xiàng)目配置要求環(huán)境類(lèi)別監(jiān)測(cè)項(xiàng)目一般地區(qū)傾斜、振動(dòng)、風(fēng)速風(fēng)向沿海及風(fēng)力較大地區(qū)傾斜、振動(dòng)、風(fēng)速風(fēng)向地質(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定地區(qū)傾斜、振動(dòng)、風(fēng)速風(fēng)向、塔基沉降氣溫較低地區(qū)傾斜、振動(dòng)、風(fēng)速風(fēng)向（溫濕度）特殊地區(qū)傾斜、振動(dòng)、風(fēng)速風(fēng)向、塔基沉降、防盜告警無(wú)線列調(diào)鐵塔傾斜、風(fēng)速

19、風(fēng)向注：特殊地區(qū)一般指交通樞紐、人口密集、地理復(fù)雜等地區(qū)4. 系統(tǒng)技術(shù)要求4.1 一般要求（1）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不應(yīng)影響被監(jiān)測(cè)鐵塔的正常工作；（2）被監(jiān)測(cè)鐵塔無(wú)論處于何種工作狀態(tài)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)能正常工作；（3）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)具備內(nèi)部時(shí)間校正功能，并支持外部時(shí)間同步；（4）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件應(yīng)能在安裝現(xiàn)場(chǎng)給出的基礎(chǔ)電源條件下不間斷地工作；（5）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集模塊接口采用隔離設(shè)計(jì)，接口滿(mǎn)足擴(kuò)容的需要。4.2 采集精度要求（1）傾斜度測(cè)量誤差不應(yīng)大于± 0.1 °；（2）振動(dòng)頻率測(cè)量誤差不應(yīng)大于 5% ；（3）振動(dòng)幅度測(cè)量誤差不應(yīng)大于± 5mm ；（4）塔基沉降測(cè)量誤差不應(yīng)大于±

20、0.5mm ；（5）在風(fēng)速范圍為035米/秒時(shí)，風(fēng)速測(cè)量誤差不應(yīng)大于土 0.3米/秒；當(dāng) 風(fēng)速范圍為3660米/秒時(shí)，風(fēng)速測(cè)量誤差不應(yīng)大于土 5% ；（ 6）風(fēng)向測(cè)量誤差不應(yīng)大于± 3°；（7）溫度測(cè)量誤差不應(yīng)大于C；（8）在環(huán)境溫度為25 C、濕度范圍為30%RH80%RH時(shí)，濕度測(cè)量誤 差不應(yīng)大于5%RH ;當(dāng)濕度超出30%RH80%RH時(shí)，濕度測(cè)量誤差不應(yīng)大于 10%RH ；（ 9）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示一般應(yīng)精確到小數(shù)點(diǎn)后 2 位。4.3 視頻性能要求（1）視頻圍界報(bào)警平均每天每通道漏報(bào)數(shù)應(yīng)不大于 0.01 ；（2）視頻圍界報(bào)警平均每天每通道誤報(bào)數(shù)應(yīng)不大于 0.1 ；（3）監(jiān)

21、測(cè)站應(yīng)具備一定的告警視頻存儲(chǔ)功能。視頻圖像編碼格式應(yīng)采用H.264 或 MPEG4 ；（4）監(jiān)測(cè)中心存儲(chǔ)告警時(shí)的錄像信息，告警錄像存儲(chǔ)時(shí)間為30 天，視頻分辨率為 CIF 以上，幀率為 25 幀；（5）系統(tǒng)應(yīng)能通過(guò)對(duì)既有鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)擴(kuò)容的方式實(shí)現(xiàn)鐵塔防盜報(bào)警 監(jiān)測(cè)。4.4 傳輸及接口要求（1）客運(yùn)專(zhuān)線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通道宜采用 IP 數(shù)據(jù)網(wǎng)或 2M 專(zhuān)線傳輸方式；（2）其他鐵路線路根據(jù)情況可以采用傳輸設(shè)備本身的輔助數(shù)據(jù)通道、 GPRS 等其他數(shù)據(jù)傳輸方式，也可混合組網(wǎng)；（3）系統(tǒng)通信接口應(yīng)遵循開(kāi)放、標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議。4.5 告警要求（1）系統(tǒng)應(yīng)能直觀、全面地顯示出被監(jiān)測(cè)鐵塔的實(shí)時(shí)狀態(tài)，收集故障告警

22、信息；（2）從設(shè)備告警發(fā)生到監(jiān)測(cè)中心接收到告警信息的時(shí)間間隔不大于4 秒（有線組網(wǎng)方式）；（3）無(wú)論監(jiān)測(cè)系統(tǒng)處于任何界面，均能自動(dòng)提示、顯示告警，并能查詢(xún)出 告警的詳細(xì)情況，如表 2 所示；表2告警記錄字段說(shuō)明字段中文名稱(chēng)說(shuō)明告警的序列號(hào)告警信息的流水號(hào)告警位置告警發(fā)生的具體位置：如哪個(gè)鐵塔告警類(lèi)型告警的類(lèi)型。告警級(jí)別告警的級(jí)別。告警內(nèi)容告警的具體內(nèi)容。告警觸發(fā)值告警發(fā)生時(shí)刻的監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)值。告警發(fā)生時(shí)間告警發(fā)生時(shí)間告警確認(rèn)時(shí)間告警被確認(rèn)時(shí)間（如果被確認(rèn)）告警清除時(shí)間告警被清除時(shí)間告警確認(rèn)者告警確認(rèn)人用戶(hù)名（如果被確認(rèn)）告警狀態(tài)告警狀態(tài)。已清除告警為歷史告警。（4）系統(tǒng)告警門(mén)限可參考表3所示表3告

23、警門(mén)限參考值告警類(lèi)型一般告警門(mén)限重要告警門(mén)限緊急告警門(mén)限傾斜度>2。或 <2 °>3?；?lt;3 °>5。或 <5 °振動(dòng)頻率偏離正常頻率30%偏離正常頻率40%偏離正常頻率50%風(fēng)速>7級(jí)>8級(jí)>9級(jí)不均勻沉降值>6毫米>10mm>15mm4.6 安全性要求（1）系統(tǒng)硬件平均無(wú)故障時(shí)間（ MTBF ）大于 40 000h ；（2）系統(tǒng)硬件平均故障修復(fù)時(shí)間（ MTTR ）小于 0.5h ；（3）硬件產(chǎn)品（不包括計(jì)算機(jī)和服務(wù)器）壽命不少于 10 年；（4）系統(tǒng)軟件不能因誤操作而影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行；（

24、5）當(dāng)系統(tǒng)軟件局部功能模塊發(fā)生故障時(shí)， 不應(yīng)影響其他模塊的正常運(yùn)行；（6）系統(tǒng)應(yīng)具有安全防范措施，對(duì)所有操作人員按其工作性質(zhì)（系統(tǒng)管理 員、操作管理員和一般操作人員等）賦予不同的操作權(quán)限，并有密碼管理功能， 保證系統(tǒng)及數(shù)據(jù)的安全；（7）當(dāng)傳輸網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)能通過(guò)前端監(jiān)測(cè)單元內(nèi)嵌的WebServer顯示鐵塔當(dāng)前監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；（8）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)符合電磁兼容的有關(guān)規(guī)定和防雷接地的規(guī)范，任何監(jiān)測(cè)點(diǎn) 的接入不應(yīng)破壞被監(jiān)測(cè)鐵塔的接地系統(tǒng)。4.7 擴(kuò)展性要求（1）構(gòu)成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件采用模塊化設(shè)計(jì)，具有較好的可擴(kuò)充性；（2）構(gòu)成系統(tǒng)的硬件，應(yīng)能通過(guò)增加部件來(lái)擴(kuò)充系統(tǒng)的容量；（3）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件應(yīng)具有升級(jí)能力，軟件

25、修改宜以更換模塊的方式進(jìn)行；（4）數(shù)據(jù)管理功能應(yīng)滿(mǎn)足近期需要，并為遠(yuǎn)期擴(kuò)容留有余量；（5）監(jiān)測(cè)中心設(shè)備應(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)化程度高、通用性好、安全可靠、維修擴(kuò)容 方便的計(jì)算機(jī)和有關(guān)的外圍設(shè)備；（6）監(jiān)測(cè)中心可管理遠(yuǎn)端監(jiān)測(cè)站數(shù)目不應(yīng)小于 350 個(gè)；單系統(tǒng)監(jiān)測(cè)能力不應(yīng)小于100000個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。4.8環(huán)境要求(1) 監(jiān)測(cè)站工作溫度：-20 C+60 C(2) 監(jiān)測(cè)中心工作溫度：0C30 C(3) 相對(duì)濕度：w 95% (非冷凝)(4) 海拔高度：大氣壓力70 kPa110kPa(5) 室外設(shè)備防護(hù)等級(jí)：IP66(6) 抗震要求：設(shè)備在X、丫、Z三個(gè)方向承受振動(dòng)頻率100Hz、震動(dòng)幅 度1.5mm , 30分

26、鐘后應(yīng)能正常工作。5. 監(jiān)測(cè)技術(shù)傾斜、振動(dòng)、風(fēng)速鐵塔傾斜監(jiān)測(cè)咼清攝像機(jī) 視頻分析儀鐵塔防盜報(bào)警壓力傳感器塔基沉降監(jiān)測(cè)鐵路安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括： 鐵塔傾斜振動(dòng)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、鐵塔防 盜告警子系統(tǒng)、塔基沉降監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，分別部署在鐵塔頂端、中部和塔基處，形 成鐵塔安全監(jiān)測(cè)的總體解決方案，如圖 7所示圖7 :鐵塔安全監(jiān)測(cè)總體解決方案對(duì)以上項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)主要采用以下技術(shù)。5.1傾斜度監(jiān)測(cè)鐵塔的傾斜度一般采用傾斜傳感器進(jìn)行測(cè)量，傾斜傳感器宜安裝于鐵塔的塔 頂位置。圖8是兩款常用的不同測(cè)量精度的傾斜傳感器。圖8 :高精度和普通傾斜傳感器傾斜傳感器通過(guò)測(cè)量重力加速度變化， 將其轉(zhuǎn)換成傾角變化，從而得到傳感

27、器相對(duì)于水平面的傾斜或俯仰角度。通常，傾斜傳感器角度相應(yīng)速度是可調(diào)的， 內(nèi)置抑制模式，依靠角度反映速度的差別，從而區(qū)分沖擊振動(dòng)和傾角變化。系統(tǒng)可選擇兩類(lèi)傳感器：普通傾角傳感器和高精度傾角傳感器，并采用“主-從”(Master-Slave,M-S )監(jiān)測(cè)方式，實(shí)現(xiàn)鐵塔傾斜監(jiān)測(cè)結(jié)果的高精度校準(zhǔn)。 在“ M-S ”監(jiān)測(cè)方式中，通信鐵塔的監(jiān)測(cè)分為兩種類(lèi)型，M監(jiān)測(cè)點(diǎn)和S監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖9所示。前者部署高精度傾斜傳感器和普通精度傳感器，后者部署普通傾斜傳感器，系統(tǒng)通過(guò)對(duì)M監(jiān)測(cè)點(diǎn)兩種傳感器的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析比較，計(jì)算出兩 種傳感器之間的補(bǔ)償系數(shù)，并通過(guò)傳輸通道向S監(jiān)測(cè)點(diǎn)廣播精度校準(zhǔn)補(bǔ)償系數(shù)。S監(jiān)測(cè)點(diǎn)利用普通傾斜

28、傳感器的測(cè)量結(jié)果和精度校準(zhǔn)補(bǔ)償系數(shù)，推導(dǎo)出高精度的測(cè)量結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)較高性?xún)r(jià)比的系統(tǒng)配置。在獲取了鐵塔傾斜度后，根據(jù)傾斜傳感器安裝位置，就可計(jì)算出鐵塔的近似垂直度和水平位移，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵塔運(yùn)行狀態(tài)的多要素監(jiān)測(cè)。通信鐵塔 主通信鐵塔從-1通信鐵塔從-2通信鐵塔從-n普通傾斜傳感器高精度傾斜傳感器圖9 :傳感器高精度校準(zhǔn)示意圖5.2振動(dòng)監(jiān)測(cè)鐵塔的振動(dòng)一般采用振動(dòng)傳感器進(jìn)行測(cè)量，振動(dòng)傳感器宜安裝在鐵塔的塔頂位置。圖10是一款常用的基于加速度的振動(dòng)傳感器圖10 :振動(dòng)傳感器及其安裝振動(dòng)傳感器通過(guò)測(cè)量其內(nèi)部的敏感元件受外力作用導(dǎo)致的變形量，利用相關(guān) 電路將變形量轉(zhuǎn)化為電量輸出，進(jìn)而得到對(duì)應(yīng)的加速度信號(hào)，再通

29、過(guò)加速度的測(cè) 量實(shí)現(xiàn)高頻振動(dòng)的測(cè)量鐵塔安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)振動(dòng)傳感器對(duì)鐵塔自振頻率以及振動(dòng)模態(tài)的進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在融合時(shí)域與頻域數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，自動(dòng)分析和模式識(shí)別鐵塔異常形態(tài)， 例如裹冰、關(guān)鍵構(gòu)件丟失、塔基松動(dòng)、非法攀爬和鐵塔傾斜過(guò)大等。5.3環(huán)境氣象監(jiān)測(cè)鐵塔的環(huán)境氣象參數(shù)監(jiān)測(cè)一般采用緊湊型免維護(hù)的多參數(shù)氣象傳感器，如圖11所示。氣象傳感器宜安裝在鐵塔的塔頂位置，可同時(shí)測(cè)量風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、溫度、濕度等多種氣象參數(shù)。圖11 ：氣象傳感器鐵塔安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)鐵塔附近的風(fēng)速風(fēng)向的監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)建立分析模型，進(jìn)行鐵塔抗風(fēng)能力的分析。5.4塔基沉降監(jiān)測(cè)鐵塔安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般采用基于固態(tài)差壓的沉降傳感器對(duì)塔基沉降進(jìn)行測(cè)量，沉降傳感器宜預(yù)埋在鐵塔的塔基四角位置 （新建塔）或安裝在底層橫梁位置（既有塔）。圖12給出了一個(gè)既有塔沉降傳感器安裝示意圖。圖12 :沉降傳感器在既有塔安裝示意圖基于固態(tài)差壓的沉降傳感器利用連通器原理，通過(guò)對(duì)液面高度差測(cè)量，實(shí)現(xiàn)參考點(diǎn)與被測(cè)點(diǎn)相對(duì)沉降觀測(cè)，測(cè)量原理如下圖13所示。相關(guān)的參考點(diǎn)、測(cè)量點(diǎn)等傳感器通過(guò)一個(gè)液體管道彼此相連，一個(gè)或部分傳感器用作參考點(diǎn)，其它的 傳感器用于相對(duì)沉降測(cè)量。設(shè)參考點(diǎn)與參考液面之間的高度差為Ho，觀測(cè)點(diǎn)與參考液面之間高度為Hi，根據(jù)壓力傳感器分別測(cè)出的Hi、Ho值，計(jì)算Hi-Ho， 求得測(cè)量點(diǎn)相對(duì)于參考點(diǎn)的高度差