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1、编号:密级:铁路通信铁塔安全监测系统总体技术方案编写审核批准铁道部通信中心建立日期：2011年10月31日1. 总则12. 系统功能12.1 数据采集与测量12.2 实时告警和预警22.3 查询统计分析22.4 系统管理33. 系统构成43.1 传感层53.2 监测单元63.3 监测中心73.4 维护终端83.5 监测数据通道83.6 系统配置要求104. 系统技术要求114.1 一般要求114.2 采集精度要求114.3 视频性能要求114.4 传输及接口要求124.5 告警要求 124.6 安全性要求134.7 扩展性要求134.8 环境要求135. 监测技术145.1 倾斜度监测145.
2、2 振动监测165.3 环境气象监测165.4 塔基沉降监测 175.5 防盗告警监测181. 总则近年来，随着铁路无线通信技术的飞速发展，GSM-R通信铁塔越来越多的应 用于铁路通信。然而，地壳运动、恶劣气候、老化氧化、潜在的人为偷盗破坏等 因素，都会给铁塔带来一定的安全隐患，甚至导致铁塔倾斜、倒塌等。目前，传统的铁路通信铁塔维护主要靠定期巡检、人为观测，这些是非常必 要的安全防护手段。但上述手段存在一定的主观性，某些参数人工实测困难，并 且不容易及时发现问题，无法满足铁塔实时监测的需求。为了消除铁塔安全隐患，避免出现倾斜、倒塌等危及行车安全的事件发生， 需要采用先进的技术设备对铁塔进行实时
3、的安全监测，为铁塔的集中整治、中修、 大修提供基础参考数据。2. 系统功能铁塔安全监测系统采用成熟的信号采集、控制、网络通信等技术，结合一流 的传感技术、智能视频分析技术，对铁塔运行健康状况以及危及铁塔安全的各类 自然灾害和人为破坏进行实时监测、并及时预警和告警。系统的主要功能包括以 下几部分。2.1数据采集与测量系统采集单元应能自动周期性地采集被监测铁塔的运行状态，进行处理、存 储和上报。并且可随时接收并响应监测中心的查询命令，通过监测模块对相应监 测指标进行查询和向监测中心传送。系统的监测指标包括下面几种。2.1.1铁塔倾斜监测系统应能监测到铁塔的倾斜度变化，根据铁路通信工程验收规范，考虑
4、风荷 载等外力的作用下，当铁塔的倾斜度超过预设门限值时，系统应产生告警信号。2.1.2防盗告警监测2.1.2.1视频周界防护系统应能通过在铁塔上部署的高清夜视摄像机、前端视频分析仪等设备，实 现对铁塔周界重点区域的安全布控，实时监测并分析侵入铁塔限界的物体对通信 铁塔安全所产生的影响。视频监控应具有联动功能，当有倾斜度、路基沉降、防盗等告警发生时，启 动视频监控并进行预定时长的录像，同时视频信息自动传送到监控中心。2.1.2.2光纤周界防护（可选）系统应能通过铁塔防护区域周边铺设的光纤传感器实现对铁塔周界重点区 域的安全布控，实时监测并分析侵入铁塔限界的物体对通信铁塔安全所产生的影 响。2.1
5、.3塔基沉降监测系统应能监测到铁塔塔基的不均匀沉降，当不均匀沉降值超过预设门限值 时，系统应产生告警信号。2.2实时告警和预警系统采取分级告警的方式，及时在监测中心维护管理终端上发出分级告警信 号，具有多地点、多事件的并发告警功能。系统可以在维护终端界面固定区域明显标示出告警信息，采用声光告警的形 式，提示值班人员，并自动产生派工单。系统可以根据铁塔的运行情况及相关监测数据，综合历史监测数据，分析出 铁塔的健康状态并准确的判断对铁路运营的影响及危害程度，为运用维护提供预 警信息。2.3查 询 统 计 分 析系统具有根据告警时间、告警地点、告警类型、告警等级等对历史数据进行 多条件查询、统计分析
6、的功能。系统应能够按照单个铁塔、单条线路铁塔、某一路局铁塔及全路铁塔等多种 组合方式生成监测数据的日、月、年统计报表和变化曲线。2.4系统管理系统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内容。2.4.1配置管理监测系统应能方便地添加、删除监测对象，配置、修改监测对象的参数。系统应提供配置数据的查询、统计手段，用户可对设备配置数据进行查询、 统计、报表和打印。2.4.2告警管理告警管理提供对监测对象的故障告警信息进行集中监测和管理。能够实现对 告警数据的实时采集和集中监测，能准确定位故障。2.4.2.1告警级别分类a）紧急告警：已经或即将危及铁塔及行车安全，应立即处理的告警；b）
7、重要告警：可能影响铁塔及通信安全，需要安排时间处理的告警；c）一般告警：向维护人员提示的信息；系统应提供告警级别设置功能，用户可灵活设置告警的级别。2.4.2.2告警状态分类a）新产生告警：未确认、未清除的告警；b）已确认告警：未清除但已确认的告警；c）未确认告警：未被确认但已经清除的告警；d）已清除告警：已被确认并已经清除的告警。242.3告警的确认系统应提供告警确认功能，由用户对告警信息进行确认。2.4.2.4告警过滤系统应具有一般告警过滤功能，可根据需要设置告警显示和提示的过滤条 件，只有符合条件的告警信息才显示/提示给用户。2.4.3运用维护管理运用维护管理功能包括用户及权限管理、系统
8、日志管理等。用户管理：系统具有用户管理功能和用户组管理功能。用户管理功能包括对 用户信息的增加、删除、修改和查询。用户组管理功能包括对用户组信息的增加、删除、修改和查询。用户管理功能和用户组管理功能只能由授权的用户实施。权限管理：系统应具有车间、通信段、路局等多级权限管理功能。管理员具 有对系统操作和控制的所有权限，为最高级权限。操作员只能进行普通的信息查 看、告警确认、报表生成等操作。重要的参数和系统配置参数的修改必须使用安 全密码才能进行。系统日志管理，包括系统访问日志和系统操作日志。系统访问日志包括用户名称、登录终端标识、登录时间和退出时间等。系统 操作日志包括实施操作的用户名称、操作时
9、间、操作对象、操作结果等。3. 系统构成铁塔安全监测系统应采用分层和模块化的设计方式，由传感层、监测单元、 监控中心和维护终端组成，如图1示。系统具有车间、通信段、路局等多级管理 模式，通过设置不同的权限进行分级管理。监测中心采集主维护终端监测单元监测单元图1:铁塔安全监测系统体系层次示意图3.1传感层传感层负责获取铁塔安全监测数据，如倾斜度、振动频率、风速风向、温湿 度、视频围界告警信息、塔基沉降等数据，如图2所示。S倾斜监测振动监测风速风向 温湿度塔基沉降 视频分析仪 摄像机采集传感层设备图2：铁塔安全防护采集传感层设备3.1.1. 倾斜振动监测铁塔倾斜振动监测设备主要由倾斜传感器、振动传
10、感器等组件组成。3.1.2. 气象监测气象监测系统主要由风速风向计、温湿度传感器等组件组成，用来实时监测 铁塔现场的气象信息，并结合铁塔的倾斜角度和振动幅度，通过告警分析数学模 型进行当前的告警状态分析。3.1.3. 塔基沉降监测塔基沉降监测系统主要由压力传感器和沉降采集处理机组成，用来实时监测 铁塔的塔基沉降状态及平衡状态。3.1.4. 视频防盗监测铁塔防盗报警监测系统主要由高清夜视摄像机、视频分析仪等组成，可监视 到铁塔所在位置的现场情况，实现对铁塔周界重点区域的安全布控。实时监测并 分析侵入铁塔限界的物体对通信铁塔工作所产生的影响。3.1.5. 其它其他现场设备包括通信模块（Zigbee
11、、GPRS等）、语音驱赶设备、太阳能板、 蓄电池等，满足现场设备在不同环境及应用线路对无线通信、供电、及语音广播 等功能的需求。3.2监测单元监测测单元汇聚收集前端各类铁塔安全监测数据，并进行数据预处理，由协 议转换模块完成前端多种协议数据的标准化工作。经过格式化后的标准协议数据 通过传输数据通道上传到监测中心。监测单元功能主要由铁塔监测采集处理主机实现。采集机硬件应采用模块化 结构设计，同一采集单元能同时接入多个不同类型监测设备，完成风速风向、温湿度、倾斜度、振动频率及路基沉降等监测数据的采集、初步分析和预处理以及 对铁塔防盗告警的实时状态监现场采集单元具备自检和对监测铁塔状态的巡检功能，实
12、现对铁塔安全隐患 的诊断、定位及告警；同时，能够将故障信息上传至监测中心并接受监测中心的 集中监测管理。3.3监测中心监测中心根据实际业务的需求，实现监测数据和告警数据的分析、存储和转 发。监测中心实现面向全路范围的铁塔安全监测管理，满足信息交换、资源共享、 故障定位、性能分析等功能。监测中心由数据库服务器、告警服务器、通信服务器、Web服务器、视频服 务器等设备上的不同功能模块来实现，如图3所示。监测中心对本辖区内各监测对象的告警等重要信息进行处理、存储、显示、 输出，具备对各类信息按指定时段统计分析的功能，为维护管理人员提供监测告 警、预警及铁塔安全状态等信息的查询显示和报表输出功能，并提
13、供监测信息维 护、系统运行参数配置、用户权限管理及系统日志管理等系统管理功能。此外， 监测中心具有自检和对监测设备、监测单元的故障进行监测以及将故障告警信息 传送至维护终端的功能。图3：监测中心示意图监测中心应与授时服务器保持时钟同步，并向各监测单元授时，同步监测单元时钟。监测中心应预留与上级管理部门管理信息系统的通信接口，用于传送铁塔安 全状态的告警、预警等信息，并根据需要传送传感器监测信息报表。监测中心预 留与国家气象部门、地震部门等的通信接口，用于接收气象灾害和地质灾害的预 报、预警信息。3.4维护终端维护终端宜采用易于部署及维护的B/S架构来实现。维护终端以图形、视频、 文本、声、光等
14、方式，提供风速风向、温湿度、倾斜度、振动频率、塔基沉降、 铁塔周界实时状态等监测信息，以及告警、预警信息和相应的工作预案，并具备 信息查询和报表输出功能。当某个基站的铁塔出现异常情况时，系统主界面通过 对异常铁塔图标的警示渲染和语音播报向维护人员发出告警提示。维护终端通过分布式总线平台与业务逻辑层之间进行通信，以消息模式实现 各种模块信息的交互，实时的向维护人员呈现管辖范围内铁塔的监测数据和告警 信息。这样各层不仅相对独立，而且可以灵活的部署在不同的物理位置，有利于 按照不同的维护管理需求进行系统的扩展和维护。3.5监测数据通道监测数据通道是监测数据和告警、预警信息在监测中心与监测单元之间数据
15、 传输的通道。系统设计应充分考虑到既有线通信铁塔安全监测和新建线路通信铁 塔安全监测施工条件的不同，传输方式分别采用无线组网方案和有线组网方案。监测数据通信通道应利用铁路通信网，优先选用数字传输通道。客运专线监 测数据通信通道宜采用IP数据网或2M专线传输方式；其他铁路线路根据情况可 以采用传输设备本身的辅助数据通道、GPRS等其他数据传输方式，也可混合组 网。3.5.1有线传输组网方式铁塔安全监测系统宜利用铁路数据网或铁路专网传输通道（FE、2M）等方式进行组网。采用进行系统组网时，每个采集主机应具有一个IP地址，如图4所示。监测中心（车间、通信段、路局）铁塔监测站1铁塔监测站2铁塔监测站n图4：数据网组网采用铁路专网传输通道组网时，应分配相应的传输通道。图5是一个利用 2M环通道实现系统组网的示意图，每个2M环上的基站配置一台E1/FE转换设备 远端机，每个2M环基站数量不超过30个。监测中心配置E1/FE局端机，把2M 通道转成以太网信令接入中心服务器。FE/2M-C铁塔安全防护监控
