GSM—R鐵塔監測系統的設計及實現

張麗紅+++周永慶+++陳飛躍+++喬曉娟

摘 要：文章針對GSM-R鐵塔日常運用和維護中存在的問題和隱患，設計了一套監測系統。該系統通過遠程在線監測技術，實時監測鐵塔的傾斜度信息，對異常狀態進行告警、預警。論文論述了該系統的組成及功能；研究了硬件和軟件的實現。應用結果表明監測數據穩定準確、系統方案實用有效，符合鐵路安全運營的發展方向。

關鍵詞：GSM-R鐵塔；遠程監測；鐵塔傾斜

GSM-R鐵塔監測系統采用分層和模塊化的結構方式。該系統主要由采集單元、監測單元、監測中心和終端組成。

1 系統功能

系統通過監測中心服務器，對各鐵塔的數據進行采集、分析、存儲；實現實時對鐵路沿線GSM-R通訊鐵塔的傾斜度、以及各天線姿態（方位角、俯仰角）、塔基沉降等進行監測。通過WEB服務，使各終端能夠實時遠程掌握鐵塔、天線、塔基狀況，方便日常運維。系統主要功能如下：

1.1 數據采集

通過傾斜傳感器實時監測鐵塔傾斜度狀態，獲得鐵塔的傾斜度、偏移量信息。

監測單元周期性地自動采集傳感器（采集單元），上送至監測中心進行數據存儲、分析。

1.2 分析告警

系統通過分析監測數據，基于系統安全運行參數配置的報警條件進行超限判斷，及時進行報警。系統按一般告警、重要告警、緊急告警三個等級進行設置，在終端上發出報警信號。系統實現了告警信息的自動存儲、確認、恢復等告警管理工作。

1.3 查詢統計

監測數據能夠進行數據庫存儲、回放，有利于分析鐵塔的長期運行狀況和變化，為鐵塔的長期穩定性和趨勢提供運維依據。

系統具有先進的報表功能，不僅能對單塔的運行情況生成報表；并能夠對沿線鐵塔的數據進行分析、匯總，進行統計。形成沿線鐵塔的統計報表，指導日常運維。

1.4 鐵塔信息管理

系統建立全線的鐵塔分布、鐵塔基本數據的信息管理系統，方便進行日常巡檢維護，以及故障維修；能夠在電子地圖上直觀顯示鐵塔分布和鐵塔監測狀態信息。

1.5 系統管理

系統可以方便地添加、刪除監測對象，配置、修改監測對象的參數。

系統還具有用戶信息的增加、刪除、修改和查詢等管理功能；具有車間、通信段、路局等多級權限管理功能；具有系統訪問日志和系統操作日志的顯示功能。

2 監測單元設計

監測單元采用Cortex-M3的ARM微處理器（MCU）STM32F207，完成對采集單元進行數據巡檢、巡測，經數據預處理后，上傳至監測中心服務器。主要包括隔離電源、微處理器、RS485接口、網口等，結構框圖如圖1所示。

為方便布線和易于擴展，單元具有多個RS485接口，針對塔上設備（傾斜、方位監測），塔基設備（沉降監測）分別采用一個RS485接口，預留風力風向、振動等通訊用接口。

RS485通訊接口采用ADM2587E芯片，該芯片是ADI推出的一款集成了icoupler數字隔離器的隔離型RS485/422收發器，同時還集成了isoPower技術的DC-DC隔離電源，無需任何外圍電路就可單獨實現RS485/422的隔離通訊。

MCU內部包括一個10/100 Ethernet MAC，通過RMII與以太網PHY芯片DP83848連接，實現監測單元和監測中心的連接。

3 軟件設計

監測單元采用了實時嵌入式操作系統內核FreeRTOS和小型開源TCP/IP協議棧LwIP，采用了多任務調度的策略，主要實現了采集單元巡測任務、TCP客戶端上報數據任務、WEB服務配置參數任務等。

監測中心綜合了B/S模式和C/S模式的特點，在監測中心根據應用特點使用。與監測單元連接的通訊，信息處理和報警判斷等，在系統內部運作的，采用C/S結構；而需要信息對外發布，用戶交互等，采用B/S結構。

4 結束語

該系統自安裝應用以來，監測數據穩定可靠，實時有效，能夠反映因天氣、人為等原因造成的鐵塔傾斜等狀態的改變；實現了包括鐵塔傾斜的遠程實時監測，并在異常時，進行及時報警。該系統有利于提高鐵塔維護的針對性，減少了維護工作量和安全隱患，符合鐵路發展的需求，市場前景廣闊。

參考文獻

[1]王買智.鐵路通信鐵塔安全問題的思考[J].鐵路技術創新，2011，6：50-54.

[2]張恩鋒.基于GPRS的電力鐵塔智能監測系統的設計[J].煤炭科技，2011，5：69-72.

[3]李會亮，等.GSM-R系統通信鐵塔日常巡檢維護與定期檢測[J].鐵路技術創新，2011，6：60-64.

[4]王建峰.基于Internet的通訊動力及環境的遠程監控系統的研究與開發[D].北京工業大學，2003，5.