GSM—R鐵塔監(jiān)測系統(tǒng)的設計及實現(xiàn)

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(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過遠程在線監(jiān)測技術，實時監(jiān)測鐵塔的傾斜度信息，對異常狀態(tài)進行告警、預警。論文論述了該系統(tǒng)的組成及功能；研究了硬件和軟件的實現(xiàn)。應用結(jié)果表明監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定準確、系統(tǒng)方案實用有效，符合鐵路安全運營的發(fā)展方向。

關鍵詞：GSM-R鐵塔；遠程監(jiān)測；鐵塔傾斜

GSM-R鐵塔監(jiān)測系統(tǒng)采用分層和模塊化的結(jié)構方式。該系統(tǒng)主要由采集單元、監(jiān)測單元、監(jiān)測中心和終端組成。

1 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)通過監(jiān)測中心服務器，對各鐵塔的數(shù)據(jù)進行采集、分析、存儲；實現(xiàn)實時對鐵路沿線GSM-R通訊鐵塔的傾斜度、以及各天線姿態(tài)（方位角、俯仰角）、塔基沉降等進行監(jiān)測。通過WEB服務，使各終端能夠?qū)崟r遠程掌握鐵塔、天線、塔基狀況，方便日常運維。系統(tǒng)主要功能如下：

1.1 數(shù)據(jù)采集

通過傾斜傳感器實時監(jiān)測鐵塔傾斜度狀態(tài)，獲得鐵塔的傾斜度、偏移量信息。

監(jiān)測單元周期性地自動采集傳感器（采集單元），上送至監(jiān)測中心進行數(shù)據(jù)存儲、分析。

1.2 分析告警

系統(tǒng)通過分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，基于系統(tǒng)安全運行參數(shù)配置的報警條件進行超限判斷，及時進行報警。系統(tǒng)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(fā)出報警信號。系統(tǒng)實現(xiàn)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(tǒng)計

監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠進行數(shù)據(jù)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(wěn)定性和趨勢提供運維依據(jù)。

系統(tǒng)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?qū)ρ鼐€鐵塔的數(shù)據(jù)進行分析、匯總，進行統(tǒng)計。形成沿線鐵塔的統(tǒng)計報表，指導日常運維。

1.4 鐵塔信息管理

系統(tǒng)建立全線的鐵塔分布、鐵塔基本數(shù)據(jù)的信息管理系統(tǒng)，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(jiān)測狀態(tài)信息。

1.5 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)可以方便地添加、刪除監(jiān)測對象，配置、修改監(jiān)測對象的參數(shù)。

系統(tǒng)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(tǒng)訪問日志和系統(tǒng)操作日志的顯示功能。

2 監(jiān)測單元設計

監(jiān)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(shù)據(jù)巡檢、巡測，經(jīng)數(shù)據(jù)預處理后，上傳至監(jiān)測中心服務器。主要包括隔離電源、微處理器、RS485接口、網(wǎng)口等，結(jié)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(jiān)測），塔基設備（沉降監(jiān)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(shù)字隔離器的隔離型RS485/422收發(fā)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(xiàn)RS485/422的隔離通訊。

MCU內(nèi)部包括一個10/100 Ethernet MAC，通過RMII與以太網(wǎng)PHY芯片DP83848連接，實現(xiàn)監(jiān)測單元和監(jiān)測中心的連接。

3 軟件設計

監(jiān)測單元采用了實時嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核FreeRTOS和小型開源TCP/IP協(xié)議棧LwIP，采用了多任務調(diào)度的策略，主要實現(xiàn)了采集單元巡測任務、TCP客戶端上報數(shù)據(jù)任務、WEB服務配置參數(shù)任務等。

監(jiān)測中心綜合了B/S模式和C/S模式的特點，在監(jiān)測中心根據(jù)應用特點使用。與監(jiān)測單元連接的通訊，信息處理和報警判斷等，在系統(tǒng)內(nèi)部運作的，采用C/S結(jié)構；而需要信息對外發(fā)布，用戶交互等，采用B/S結(jié)構。

4 結(jié)束語

該系統(tǒng)自安裝應用以來，監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)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(tài)的改變；實現(xiàn)了包括鐵塔傾斜的遠程實時監(jiān)測，并在異常時，進行及時報警。該系統(tǒng)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(fā)展的需求，市場前景廣闊。

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