通信铁塔倾斜、倒塌等危机事件，为重载铁路列车的行驶安全带来极大隐患，为了有效解决通信铁塔的使用风险，需要建立分布式重载铁路通信铁塔监测系统，设置高精度传感器和风速风向传感器，实时对通信铁塔的倾斜角度和风向风速等环境因素进行测量。在硬件平台建立通信铁塔监测单元、定位单元，并安装传感器实现对海量数据的动态化采集与处理，在软件设计过程中建立三层体系架构，实现数据采集、数据交换，确保数据传输的稳定性，全面提高重载铁路通信铁塔的运维水平。改变传统人工巡检监测方式，降低人力、物力等资源的损耗，保证监测结果的准确性。
1、重载铁路通信铁塔监测系统技术背景
移动通信网络的高速发展，人们在享受移动通信带来的便利时，需要考量通信基础设施的保养维护问题，通信铁塔作为重载铁路沿线的重要通信设施，具有数量庞大、工作环境恶劣的运行特点。为了降低通信铁塔的故障发生几率，保障重载铁路安全稳定运行，实现铁路沿线信号全覆盖，需要了解重载铁路通信铁塔的主要结构。通常情况下，通信铁塔由大型钢结构构成，长期工作在露天无遮挡的户外环境下，受到周围环境因素的影响出现设备老化，将会逐渐造成结构损伤，内部构件出现腐蚀、变形的问题。通信铁塔的主要结构受到严重损伤后，在遭遇恶劣的自然条件侵害，例如：台风、暴雪等等，将会出现负荷过大，发生不同程度的倾斜，甚至倒塌，严重影响到重载铁路的运输安全性，让运维单位遭受严重的经济损失。在这一发展背景下，综合动态化监测系统的构建至关重要，能够自动对工作过程中的通信铁塔进行实时监测，了解通信铁塔的健康情况和工作状态，第一时间对通信铁塔出现损伤的位置做出精准判断，通过数据分析了解通信铁塔的损伤程度，制定出科学合理地解决措施。监测系统具有较强的预警功能，能够对潜在风险给予警告，方便对通信铁塔的运维管理。
2、重载铁路通信铁塔监测系统硬件设计
2.1监测单元
重载铁路通信铁塔监测单元设计，主要通过A/D转换模块接收传感器传输的实时数据，采用标准化处理技术将处理好的数据信息传送到铁塔监控中心，监测单元的结构设计主要分为CPU、电源、以太网等等。并在内部设置液晶显示接口，自动化完成对各类传感器信息的实时采集与分析，安装触屏控制器，由工作人员在监测中心进行实时操作，根据传送回的数据内容，分析重载铁路通信铁塔的实际运行情况。为了保证重载铁路通信铁塔监测单元运行的可靠性，当出现系统异常时能够自动完成参数校对，在硬件系统设计的过程中采用看门狗芯片，对电源电压进行实时监控。分析cpu的实际工作状态，自动监测设备的电池故障，一旦出现运行异常，能够第一时间完成设备复位，确保监测单元运行的可靠性。
2.2定位单元
定位单元主要是采用最新的定位，科技建立无线观测模块能够完成实时地址映射不仅具备基础的无线上网路由器功能还能够借助网口将现场图像直接传送到监控中心保证数据传输的可靠性通过定位单元嗯在通信铁塔检测与维护的过程中能够确定故障问题发生的具体位置根据方向倾斜角度的基础参数判断系统运行的实际情况制定出科学的维护方案，确保通信铁塔运行的稳定性。
2.3传感器
传感器模块是动态化信号捕捉的基础，通信铁塔监测系统安装的传感器主要有倾斜角度传感器、风速风向传感器两种形式，采用高精度的双轴倾角传感器，实现对通信铁塔倾斜角度的实时监测，利用高性能磁敏感元件完成无触点测量。传感器在使用阶段具有灵敏度高、使用寿命长、抗干扰能力强的发展特点，根据铁塔与重载铁路线路之间的垂直、平行方向判定倾斜角度，通过高精度的集成电路将得到的数据信息直接传送到监控中心。风速风向监测需要选择高强度的防腐材料制作风杯、风标，传感器的整体外壳可以选择具有较强环境适应性的铝镁合金，保证监测数据的准确性，最终的信号输出以频率信号或电流信号的形式，通过通信模块接入到监测系统。
3、重载铁路通信铁塔监测系统软件设计
3.1数据采集
重载铁路通信铁塔软件设计中的数据采集单元，主要负责对传感器得到的数据内容进行分析处理，通过通信网络将数据信息传输到监测中心，分析数字参数与标准数值的差异。当达到报警条件时，数据采集单元会自动发送报警信息，通过监测中心进行数据分析，通过工作人员的操作，监测单元定期向监测中心提供数据参数，实现对通信铁塔工作状态的实时监控，发现存在安全隐患时，向重载铁路基站发送预警信息。
3.2内部架构
通信铁塔监测系统主要分为四级结构，包括监测站、基准站、监控中心、维护终端。监测站被安装到通信铁塔相同的位置，采用卫星定位系统得到准确的位置信息，负责接收基准站传输的位置数据，了解通信铁塔的实际运行姿态，将分析整理后的数据内容传输到监测中心。基准站主要安装在地理坐标十分稳定的区域，通过定位系统确定地理坐标，采用通信传输的方式将数据内容分享到周边的检测站。监控中心的主要结构包括中心服务器、数据库等基础单元，借助差分定位算法获取精准的位置坐标，通过大数据技术将监测得到的数据信息进行统一分析与储存，通过参数对比判断当前通信铁塔的实际状态，在超出标准数值时及时发出预警，由工作人员下达运维指令。
3.3通信传输
监测数据通信传输方式在设计时可采用无线组网方案和有线组网方案，也可混合组网。
有线组网方式，利用铁塔附近的通信基站内既有的数据传输网络，可采用FE方式进行传输，每个监测主机具有一个IP地址与中心服务器进行连接。
无线传输方式，可采用公网方式进行系统组网。通信铁塔上部署的传感器应具有无线通信模块，通过无线传输方式传送到无线网关设备上，在通过网关把各类监测数据发送到监测中心的公网服务器上。维护人员使用连接在公网上的各类终端，通过安装在终端上的浏览器或者APP登录铁塔安全监测系统，可实时获取被监测铁塔状况。
总结：通信铁塔监测系统是实现重载铁路信息化、自动化管理的基本条件，在进行重载铁路通信铁塔监测系统设计的过程中，要从软件、硬件两方面进行综合探讨，安装倾斜角度传感器、前端铁塔监测单元和通信模块等基础设施。对当前通信铁塔的实际状态进行实时监测，通过合理部署在监控中心得到真实的数据反馈，做好重载铁路沿线监测数据的储存与分析。当监测数据达到安全临界值，将自动发出风险预警，由铁塔维护部门根据反馈的数据信息，制定科学有效的故障排查措施，保障重载铁路网络通信的安全性。
参考文献：
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