淺談通信鐵塔安全實時監控係統在高速鐵路上的應用
科學理論
作者：張楠
前言
石太鐵路客運專線是一條設計時速達250公裏的客運專線，沿線共設5座車站：石家莊、獲鹿、陽泉北、東陵井和太原東。石太客專鐵路通信係統是為石太客專鐵路（如牽引供電、信號、運營調度、旅客服務、防災安全監控、動車組、既有通信等）運輸各專業提供服務的通信係統。全線共計有67座鐵塔，高鐵沿線GSM-R鐵塔的安全狀態（傾斜，倒塌等）對高速鐵路的安全運營影響也越來越大，加快高速鐵路通信鐵塔安全實時監控係統的應用也迫在眉睫。
1 總體架構
1.1 基本原理
一個完整、實時、全線路的鐵塔安全監控係統，能使得實時監控和預測為一體，減低鐵塔尋路檢查成本。本係統解決方案，目的是通過基於MSTP光傳輸係統的以太專網傳送數據，完成鐵路沿線所有鐵塔的安全狀態（傾斜，搖擺安全範圍）的實時監控。
以在石太客專1號基站建立的鐵塔安全監控係統為例進行說明。
本係統原理是通過多種（距離和多通道角度）傳感器的集成，在中控室實時對每個鐵塔的傳感數據測量值以及幾何推算，進行聯合判決，判斷鐵塔的擺動和（或）傾斜的程度，並根據相關鐵塔安全維護標準，來自動判斷是否處於正常範圍以內。每個鐵塔實時傳感數據通過設在基站內的MSTP傳輸設備提供的以太專網通道，將數據上傳到中心各類服務器，在北京的網管中心通過監控工作站能完成遠程實時監控同時，完成曆史數據和日誌記錄，以供維護查閱。
1.2 總體架構
係統包含的主要設備和軟件有：
（1） 塔頂的安全監控設備；
（2） 鐵塔機房的以太通信網關；
（3） 幹路交換機（現成）；
（4） 中心監控服務器，通信服務器、數據庫服務器，日誌服務器、web服務器。
2 現場數據分析
2.1 幾何位置關係
三參量（R，？茲1，？茲2）（斜距，X-Y通道傾角）是動態監控檢測量；與參考平麵的豎直高度H和斜距傾角？茲3是導出量，關係如下：
由於tan函數是奇函數，運算都是平方關係；所以傾角的正負符號沒有關係。有了幾何關係的依托，下麵主要分析動態隨機數據樣本的均值、最大值、標準差等統計量。
2.2 數據分析
首先分析同一時間段的3通道數據的數據分布。
2011年8月4日上午10點開始，半小時的X通道數據，均值為-33.75度，標準差為0.24度；短時最大傾角擺動範圍[+1，-1.3]度。該方向體現了方向角度變化，值相對較小。
上午10點開始，1小時的Y通道數據，均值為-4.25度，標準差為0.8度；短時最大傾角擺動範圍[+3.7，-3.6]度。Y通道相對於X通道而言，對鐵塔的橫向搖動敏感，主要體現了俯仰方向的角度變化，能很好的體現35米通信鐵塔的橫向搖動；該值可作為橫向搖動的主要判據。
2011年8月4日上午10點開始，1小時的斜距數據的變化，均值為22.053米，標準差為1.6mm；短時最大斜距擺動範圍[+4，-4]毫米。由於風向的隨機性，當風向垂直於斜距平麵時，鐵塔的隨風向的橫向搖動基本對斜距沒有影響；而當風向平行於斜距平麵時，能較大的影響斜距的變化。綜合來看，該斜距值可作為橫向搖動的次要判據。