LTE 通信基站智慧化建設(shè)管理的實(shí)踐與探索

運(yùn)亞婷

（國能朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司原平分公司，山西忻州 034100）

0 引言

重載鐵路LTE 網(wǎng)絡(luò)主要承載重載列車機(jī)車同步操控（列控）、調(diào)度通信、調(diào)度命令等業(yè)務(wù)，對無線網(wǎng)絡(luò)可靠性、時(shí)延性和穩(wěn)定性等要求較高。若無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，將直接影響重載列車的行車安全，故障恢復(fù)時(shí)長亦影響重載鐵路的運(yùn)行效率。

1 背景

朔黃鐵路原平分公司承擔(dān)著西起山西省神池縣神池南站，東至河北省平山縣西柏坡站，總長256 km 全線雙線電氣化鐵路的運(yùn)輸組織和設(shè)備維修養(yǎng)護(hù)任務(wù)。管內(nèi)線路地形起伏大，溝壑縱橫，山勢陡峻，懸崖峭壁成迭不斷，鐵路橋隧相連。于2014 年3 月進(jìn)行了LTE-R 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，管內(nèi)143 座LTE 基站中隧道及山區(qū)基站有123 個(gè)，占比高達(dá)86%。LTE 基站運(yùn)維效能并不樂觀，設(shè)備的投入和人員現(xiàn)狀已不能滿足維護(hù)需求。為確保兩萬噸列車安全運(yùn)行，按照智慧鐵路建設(shè)思路，踐行“保安、降本、提效”理念，原平公司以K86 基站為智慧化建設(shè)試點(diǎn)，經(jīng)過不斷探索和實(shí)踐，初步實(shí)現(xiàn)了基站運(yùn)維高效化、數(shù)據(jù)分析智能化、設(shè)備監(jiān)控可視化。

2 LTE 通信基站運(yùn)維管理存在的問題

LTE 通信基站的管理水平關(guān)乎LTE 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行質(zhì)量和兩萬噸列車的安全運(yùn)行，是鐵路運(yùn)輸企業(yè)智慧化信息化建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前，LTE 通信基站的管理維護(hù)主要存在以下6 個(gè)問題。

2.1 人身安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)高

管內(nèi)有30 m 以上高度的通信鐵塔47 座，需橫越線路到達(dá)的LTE 基站60 余處，檢修人員橫越線路和徒手攀爬鐵塔進(jìn)行塔上作業(yè)，存在人身安全風(fēng)險(xiǎn)，一旦安全風(fēng)險(xiǎn)管控不到位，將可能造成人員安全問題，后果不堪設(shè)想。

2.2 作業(yè)環(huán)境惡劣

管內(nèi)LTE 基站共計(jì)143 個(gè)，其中隧道及山區(qū)基站123 個(gè)，占比86%，特別是兩個(gè)困難區(qū)段的LTE 基站，均分布在隧道內(nèi)和山坳里，車輛無法直接到達(dá)，徒步前往時(shí)間比維修時(shí)間更長，最遠(yuǎn)的基站需徒步1.5 km。神池南—寧武西區(qū)間，冬季極寒天氣登塔作業(yè)時(shí)，鐵塔頂端氣溫普遍低于-30 ℃，作業(yè)環(huán)境極其惡劣。

2.3 檢修工時(shí)利用效能低

部分設(shè)備的維修項(xiàng)目、周期、內(nèi)容、工時(shí)等設(shè)計(jì)與現(xiàn)場天窗給點(diǎn)、人員素質(zhì)、生產(chǎn)結(jié)構(gòu)等實(shí)際情況不相適，存在過多、過密、過長等根源性問題。LTE 基站重點(diǎn)檢修工作任務(wù)共52 項(xiàng)，其中電氣特性測試16 項(xiàng)，占比僅為30%。采取“應(yīng)檢盡檢”的原則，一名熟練通信工僅需45 min 即可完成，而出工布置、工前準(zhǔn)備以及乘車往返基站平均需要1.5 h。如果遇塔上設(shè)備檢查作業(yè)，登塔往返時(shí)間大約需要30 min，測試時(shí)間僅需10 min，測試時(shí)間僅是登塔時(shí)間的1/3，基站檢修與乘車往返時(shí)間相比較、測試時(shí)間和登塔時(shí)間相比較，人力物力的投入與效能不匹配，設(shè)備檢修工時(shí)利用效能低。

2.4 故障障礙定位難度高

LTE 基站設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，通常有70%的時(shí)間是在趕赴現(xiàn)場，30%的時(shí)間用于解決問題。因部分設(shè)備還未實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測，無法掌握現(xiàn)場數(shù)據(jù)，既有監(jiān)控水平較為單一，沒有建立跨越技術(shù)領(lǐng)域的管理手段，未發(fā)揮出應(yīng)有的管理效果，不能及時(shí)有效地通過數(shù)據(jù)分析指揮現(xiàn)場排除故障，“貽誤戰(zhàn)機(jī)”的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，故障處理時(shí)間難以得到保障，不利于縮短故障障礙延時(shí)。

2.5 設(shè)備體量大，發(fā)展不均衡，技術(shù)力量薄弱

通信信息技術(shù)的深度運(yùn)用，為分公司各專業(yè)生產(chǎn)維護(hù)帶來了極大的便利。通信維護(hù)部門由傳統(tǒng)的自動(dòng)電話、簡單網(wǎng)絡(luò)維護(hù)轉(zhuǎn)型為信息化、智能化、智慧化管理，但維護(hù)工作量逐年遞增，從2014 年的1.4 萬余皮長公里增至2.3 萬余皮長公里，維護(hù)人員僅有109 人，且人員結(jié)構(gòu)不均衡，導(dǎo)致技術(shù)力量薄弱。同時(shí)，通信專業(yè)設(shè)備更新較快，人才培養(yǎng)難度大，培養(yǎng)時(shí)間較長，一名勝任的通信維護(hù)人員需經(jīng)過1～3 年的鍛煉才能具備獨(dú)當(dāng)一面的工作能力。

2.6 出入登記形式化、紙質(zhì)化

通信機(jī)房內(nèi)機(jī)電設(shè)備維修維護(hù)主要依靠日常維護(hù)技術(shù)人員、廠家維保人員，分屬不同單位，人員復(fù)雜。出入機(jī)房登記過于形式化，造成機(jī)房出入監(jiān)管不嚴(yán)，為機(jī)房內(nèi)機(jī)電設(shè)備遺留安全隱患。

3 LTE 基站智慧化建設(shè)管理

設(shè)備的投入和人員現(xiàn)狀已不能滿足維護(hù)需求，只能依靠人力物力的大量投入，LTE 基站運(yùn)維效能并不樂觀。按照“少人則安、無人則安”的理念，以科技創(chuàng)新設(shè)備體系保安全，精準(zhǔn)施策，多措并舉，針對目前LTE 通信基站存在的問題，設(shè)備維護(hù)過程中存在的難點(diǎn)、痛點(diǎn)和薄弱環(huán)節(jié)，創(chuàng)新通信機(jī)房管理方式，通過運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、北斗+云計(jì)算和視頻監(jiān)控等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)LTE通信基站的智慧化管理。

3.1 電源故障遠(yuǎn)程處理

當(dāng)LTE 基站外電網(wǎng)有事故發(fā)生時(shí)，維護(hù)人員須前往基站核實(shí)告警信息，為彌補(bǔ)這一監(jiān)控缺陷，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入智能空開，實(shí)時(shí)采集外電網(wǎng)電壓、電流參數(shù)和遠(yuǎn)程切換功能試驗(yàn)，解決了告警提示無法定位故障范圍的問題，實(shí)現(xiàn)了電源故障遠(yuǎn)程處理，科學(xué)診斷故障范圍，避免因核實(shí)告警信息造成的人力物力浪費(fèi)，提高了運(yùn)維效率。

3.2 鐵塔安全監(jiān)測

通信鐵塔出現(xiàn)傾斜或參數(shù)變化后影響4G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋，嚴(yán)重時(shí)將危及行車安全。為解決傳統(tǒng)人工爬塔安全風(fēng)險(xiǎn)、耗費(fèi)人力物力和精度難以保證的問題，采用傳感器技術(shù)對鐵塔參數(shù)實(shí)時(shí)自動(dòng)采集和測量，并進(jìn)行分析預(yù)警、報(bào)警提醒（圖1）。管內(nèi)共有64 座鐵塔，以前每年登塔兩次，共計(jì)出動(dòng)384 人次，耗時(shí)1536 h。現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)了按需登塔，2022 年至今共計(jì)出動(dòng)45 人次，用時(shí)180 h，無論是登塔次數(shù)還是人員投入，降幅均達(dá)到了95%以上。有了監(jiān)測數(shù)據(jù)的安全評估，減少了登塔頻次，降低了高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)和員工勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖1 鐵塔監(jiān)測系統(tǒng)

3.3 天線監(jiān)測

天線角度變化將直接影響無線信號的正常傳播。自主創(chuàng)新研發(fā)了LTE 天線角度監(jiān)測終端，實(shí)時(shí)掌握天線角度變化情況，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)天線隱患實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)登塔。當(dāng)天線角度發(fā)生意外偏移時(shí)，第一時(shí)間鎖定故障天線和提示角度偏移量，實(shí)現(xiàn)了精確調(diào)整。

以往進(jìn)行天線調(diào)整，須4 名網(wǎng)優(yōu)人員配合，采用邊調(diào)整邊測量再修正的方式，調(diào)整一面天線大約需要2 h，使用天線監(jiān)測終端后，依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程調(diào)度指揮即可進(jìn)行調(diào)整，時(shí)間縮短至20 min，無需網(wǎng)優(yōu)人員配合，大幅度壓縮了故障處理時(shí)間，節(jié)約網(wǎng)優(yōu)成本。

3.4 高空防墜落裝置

為加強(qiáng)登塔作業(yè)安全管理，配置了防墜落裝置，作業(yè)人員將安全帶連接至防墜器的掛點(diǎn)上，防墜器可以隨作業(yè)人員上下滑動(dòng)，一旦出現(xiàn)急速下滑，防墜落裝置鎖閉器立即鎖閉，終止作業(yè)人員下滑，消除了作業(yè)人員墜落風(fēng)險(xiǎn)。

3.5 蓄電池內(nèi)阻監(jiān)測系統(tǒng)

為精準(zhǔn)掌握基站蓄電池狀態(tài)，結(jié)合實(shí)際運(yùn)用需求，引入蓄電池內(nèi)阻監(jiān)測系統(tǒng)（圖2），解決了單體電池的不均衡性，延長了整組蓄電池的使用壽命。同時(shí)利用遠(yuǎn)程操控技術(shù)進(jìn)行蓄電池自動(dòng)充放電作業(yè)，通過監(jiān)測終端可設(shè)定作業(yè)時(shí)間、蓄電池放電下限，一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，通過自動(dòng)預(yù)警功能立即終止作業(yè)，有效提高作業(yè)效率。

圖2 蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)

3.6 深度運(yùn)用視頻監(jiān)控技術(shù)

LTE 通信基站分布在鐵路沿線，具有點(diǎn)多線長的特點(diǎn)，受外界環(huán)境影響極大。為保證能實(shí)時(shí)掌握基站內(nèi)外環(huán)境情況，利用視頻監(jiān)控區(qū)域越界、入侵檢測報(bào)警、以及視頻巡檢等技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，確保問題發(fā)生時(shí)能夠及時(shí)檢查設(shè)備狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度精準(zhǔn)指揮，為壓縮故障延時(shí)提供依據(jù)。

3.7 數(shù)據(jù)智能分析

利用數(shù)字孿生技術(shù)將LTE 設(shè)備各類信息以3D 建模的方式進(jìn)行呈現(xiàn)，通過可視化平臺直觀展示（圖3），實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)智能分析，并預(yù)測潛在風(fēng)險(xiǎn)，合理有效地規(guī)劃LTE 基站維護(hù)，提高維護(hù)作業(yè)的精準(zhǔn)性和科學(xué)性。這些海量的數(shù)據(jù)像一座座“孤島”，分布在各個(gè)專業(yè)中，它們本身沒有形成交互，容易造成大量信息的浪費(fèi)。設(shè)備的感知層中，靜態(tài)的感知層主要為設(shè)備的履歷，動(dòng)態(tài)的感知層主要是鐵路安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)，以及故障的監(jiān)測感知通過協(xié)議與接口形成集團(tuán)的數(shù)據(jù)庫，這個(gè)包含各類設(shè)備靜態(tài)動(dòng)態(tài)信息的數(shù)據(jù)庫是流向應(yīng)用層與決策層的重要基礎(chǔ)。

圖3 大數(shù)據(jù)監(jiān)控可視化平臺

4 LTE 通信基站智慧化建設(shè)管理效果

LTE 通信基站智慧化建設(shè)管理不僅是確保LTE 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行質(zhì)量的一項(xiàng)基礎(chǔ)創(chuàng)新，提高了單位整體安全管理水平，是保障兩萬噸列車安全運(yùn)行的重要舉措之一。LTE 通信基站的智慧化管理已在K86 通信基站試點(diǎn)應(yīng)用，取得了良好效果。通過在線監(jiān)測與數(shù)據(jù)智能分析的完美結(jié)合，精準(zhǔn)掌握LTE 通信設(shè)備的“生命體征”，達(dá)到靜態(tài)設(shè)備狀態(tài)一流、動(dòng)態(tài)設(shè)備管控一流，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備數(shù)據(jù)的可見、可管、可控，徹底扭轉(zhuǎn)“準(zhǔn)備1 小時(shí)、工作10 分鐘”“風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)高、時(shí)效利用低”的現(xiàn)狀，提高了LTE 通信基站的安全管理水平，也提高了LTE 通信基站維護(hù)工作的精準(zhǔn)性，為LTE 基站設(shè)備狀態(tài)修奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語

LTE 通信基站智慧化建設(shè)管理方式具有推廣意義，并且具有可移植性、可復(fù)制性。在其他基站運(yùn)用時(shí)，只需要建設(shè)前端設(shè)備，在后臺系統(tǒng)添加監(jiān)測點(diǎn)位即可，助力鐵路運(yùn)輸企業(yè)LTE 通信基站智慧化管理邁向新臺階。相信隨著5G、人工智能、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)應(yīng)用，科技的不斷發(fā)展與完善，LTE 通信基站的管理也會(huì)越來越智能化，鐵路運(yùn)輸企業(yè)的建設(shè)與發(fā)展也會(huì)日益完善。