氣象監(jiān)測與通信鐵塔共享建設(shè)方案研究

摘" 要：“氣象+鐵塔”建設(shè)模式通過改造通信鐵塔滿足氣象監(jiān)測設(shè)備的安裝，實現(xiàn)通信鐵塔的跨行業(yè)共享。該模式改造方案從高度與環(huán)境要求、鐵塔承載力要求、隔離度要求、設(shè)備接地要求、供電保障以及網(wǎng)絡(luò)配套要求6個方面闡述通信鐵塔改造要點。分析改建方案的優(yōu)勢，不僅滿足通信鐵塔蜂窩網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋的要求，也為氣象監(jiān)測設(shè)備的安裝使用以及其他相關(guān)設(shè)備的擴容安裝提供便利。該技術(shù)的落地實施推動不同行業(yè)之間的協(xié)作共享，也為其他行業(yè)共享通信鐵塔提供新思路。

關(guān)鍵詞：氣象+鐵塔；鐵塔共享；氣象監(jiān)測；鐵塔改造；改造方案

中圖分類號：TN929.5" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）08-0160-04

Abstract： The \"Meteorological + Tower\" construction model transforms the communication tower to meet the installation of meteorological monitoring equipment， realizing cross-industry sharing of communication towers. This model transformation plan expounds the key points of communication tower transformation from six aspects： height and environmental requirements， tower bearing capacity requirements， isolation requirements， equipment grounding requirements， power supply guarantee and network supporting requirements. The advantages of the reconstruction plan are analyzed， which not only meets the signal coverage requirements of the communication tower's cellular network， but also facilitates the installation and use of meteorological monitoring equipment and the expansion and installation of other related equipment. The implementation of this technology has promoted collaboration and sharing between different industries， and also provided new ideas for other industries to share communication towers.

Keywords： meteorology + tower; tower sharing; meteorological monitoring; tower renovation; transformation plan

通信鐵塔作為無線網(wǎng)絡(luò)信號的承載體，從2G網(wǎng)絡(luò)時代便開始規(guī)模建設(shè)，隨著3G、4G到5G技術(shù)的不斷迭代發(fā)展，為滿足更多業(yè)務(wù)的需要，運營商通信頻段不斷提高，高頻段信號覆蓋范圍有限，對站址的密度也有更高要求。5G時代，通信鐵塔建設(shè)規(guī)模實現(xiàn)了大幅增長。截至2023年12月底，中國鐵塔股份有限公司運營并管理的通信基站數(shù)達到204.6萬個[1]。通信鐵塔具有分布廣、密度大、網(wǎng)絡(luò)與電源配套設(shè)施齊全等特點，通信鐵塔改造后掛載氣象設(shè)備，在滿足鐵塔作為蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備掛載基礎(chǔ)正常使用的前提下，可以滿足氣象設(shè)備的安裝和監(jiān)測要求，實現(xiàn)氣象與通信鐵塔的跨行業(yè)融合。

1" 研究背景

通信鐵塔按高度和外觀可劃分為多種類型，常見鐵塔類型有仿生樹、單管塔、角鋼塔、三管塔和四管塔等。在不同地區(qū)，通信鐵塔的高度也有差異，但均應(yīng)高于周邊建筑物或者遮擋物高度，以滿足信號覆蓋要求。一般在鄉(xiāng)村、城郊等較為空曠的地方，多為四管塔、角鋼塔等占地面積大、高度較高的塔型，鐵塔高度一般可以達到30～60 m?？紤]通信信號的覆蓋和傳輸要求，通信鐵塔頂部天線掛載區(qū)域范圍內(nèi)，不應(yīng)有遮擋物，因此在此區(qū)域內(nèi)安裝其他監(jiān)測設(shè)備，可以有效避免信號遮擋等問題。

氣象監(jiān)測站建設(shè)，一般應(yīng)選擇光照好、交通便利、便于維護且不易頻繁遷移的地區(qū)，還應(yīng)避開雷暴高發(fā)、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)等區(qū)域[2]，選址條件與通信鐵塔選址條件相近。在大量通信鐵塔中，根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境條件及鐵塔自身條件復(fù)核，同時考慮氣象設(shè)備的特殊要求，可以篩選出符合氣象監(jiān)測設(shè)備安裝條件的站址，對符合條件的通信鐵塔進行定制改造，可以滿足氣象監(jiān)測設(shè)備的安裝需求。

2" 技術(shù)方案

為滿足氣象監(jiān)測設(shè)備的安裝，同時不影響通信鐵塔已有設(shè)備的正常使用，通信鐵塔應(yīng)從高度與范圍要求、承載力要求、與現(xiàn)有通信天線隔離度要求、防雷接地要求、供電保障以及網(wǎng)絡(luò)配套要求等幾個方面考慮，制定改造方案。以上海某地傳統(tǒng)四管塔為例，從以下幾個方面，對通信鐵塔改造安裝氣象雷達方案進行分析。

2.1" 高度與環(huán)境要求

氣象雷達及其他監(jiān)測設(shè)備要求安裝高度不低于30 m，鐵塔建設(shè)位置應(yīng)具有一定的地域代表性、自然下墊面、光照較好且周邊無高大建筑物遮擋。原有通信鐵塔位于城郊，周邊為農(nóng)田和低層自建房，無高大建筑，通風良好，符合氣象雷達的安裝環(huán)境要求。對原通信鐵塔需進行拆除改造，按照氣象要求高度重新進行鐵塔設(shè)計，可以滿足氣象監(jiān)測設(shè)備的安裝要求。通信鐵塔示意圖如圖1所示。

2.2" 鐵塔承載力要求

鐵塔頂部平臺安裝氣象雷達設(shè)備、配套空調(diào)、電源以及其他監(jiān)測設(shè)備，設(shè)備需采用圓形外罩進行包裹，要求鐵塔頂部為直徑5 m的圓形平臺或邊長5 m的方形平臺，承重大于2 t。鐵塔設(shè)計基本風壓為0.60 kN/m2，地面粗糙度按B類考慮，抗震設(shè)防烈度為7度。鐵塔主材鋼管采用Q355熱軋無縫鋼管，主材法蘭及法蘭筋板采用Q355鋼，法蘭螺栓采用8.8級普通螺栓，其余螺栓采用4.8級普通螺栓。鐵塔基礎(chǔ)應(yīng)采用鉆孔灌注樁或大開挖筏板基礎(chǔ)，相較于傳統(tǒng)通信鐵塔，關(guān)鍵受力節(jié)點應(yīng)采用加密布筋的方式，以保證鐵塔有足夠的抗傾覆能力。

鐵塔除滿足氣象雷達的承載力要求，還應(yīng)滿足通信天線掛載的承載力要求。在雷達平臺下方應(yīng)分3層安裝18付天線抱桿，滿足運營商2G/3G/4G/5G信號覆蓋要求。相較于傳統(tǒng)通信鐵塔，“氣象+通信”的共建模式，對鐵塔承載力要求更高，材料規(guī)格、尺寸均應(yīng)相應(yīng)提高。傳統(tǒng)鐵塔與“氣象+通信”共享鐵塔材料對比見表1。

2.3" 隔離度要求

基站通信天線通過向某特定方向輻射電磁波或接收某特定方向來的電磁波實現(xiàn)信號傳輸。我國通信運營商網(wǎng)絡(luò)頻段大致在700 MHz到4 900 MHz之間，頻段越高，波長越短，信號覆蓋范圍越小。氣象設(shè)備包含氣象雷達和各種監(jiān)測設(shè)備，通信天線釋放的電磁波會對氣象設(shè)備的運行產(chǎn)生影響，通信天線輻射波束圖如圖2所示。天線的傾角、發(fā)射功率、頻率以及與監(jiān)測設(shè)備之間間距對干擾影響較大，隨著天線頻率的增大，其波長減小，監(jiān)測設(shè)備附近的電場強度也降低[3]。因此氣象設(shè)備應(yīng)與通信天線保持一定的隔離距離，并應(yīng)避免天線與氣象雷達等其他電磁波收發(fā)設(shè)備方向一致。考慮不同頻率的影響，掛載通信天線時，5G天線頻率較高，波長較小，對氣象設(shè)備的影響較小，覆蓋范圍也較小，應(yīng)掛載在較高位置；2G/3G/4G天線頻率較低，應(yīng)掛載較低，從而降低通信電磁波對塔頂設(shè)備的影響。

2.4" 設(shè)備接地要求

通信局（站）一般采用聯(lián)合接地的方式，機房內(nèi)設(shè)備通過導(dǎo)線或?qū)w保持可靠的電氣連接，以消除導(dǎo)體之間的電位差，實現(xiàn)等電位連接。不同設(shè)備連接至不同的分接地排，使用接地線把分接地排連接至接地排，由接地引入線連接預(yù)埋在大地中的接地體，實現(xiàn)設(shè)備接地，通信基站接地系統(tǒng)示意圖如圖3所示。

通信鐵塔頂部設(shè)有避雷針與鐵塔連通，塔腳處采用焊接的方式，與預(yù)埋接地地網(wǎng)扁鋼連接，保證避雷針、鐵塔金屬構(gòu)件和地網(wǎng)扁鋼電氣連接可靠，實現(xiàn)接地，接地地網(wǎng)扁鋼不應(yīng)小于40 mm×4 mm[4]。避雷針長度應(yīng)保證塔上設(shè)備、饋線等在避雷針45°保護范圍內(nèi)，饋線、同軸電纜金屬外護層應(yīng)分別在塔頂、線纜中部以及機房入口處就近接地，如線纜長度過長，應(yīng)在中途適當位置增加接地點。

傳統(tǒng)避雷針與鐵塔連通，容易對塔頂氣象設(shè)備造成影響，為滿足氣象設(shè)備的防雷接地要求，需對鐵塔原有避雷針進行改造。塔頂應(yīng)布設(shè)3根避雷針，分別使用3根不小于40 mm×4 mm的扁鋼或直徑不小于12 mm的圓鋼做為連接導(dǎo)體與地網(wǎng)相連[5]。避雷針和連接導(dǎo)體不應(yīng)與鐵塔電氣連通，應(yīng)使用PVC套管進行絕緣保護。

2.5" 供電保障要求

通信鐵塔電源系統(tǒng)主要由市電引入系統(tǒng)、備用發(fā)電系統(tǒng)、蓄電池組、開關(guān)電源系統(tǒng)和避雷設(shè)備等組成[6]。380 V交流市電由城市電網(wǎng)引入后，由整流設(shè)備進行交流和直流的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)-48 V的穩(wěn)定直流供電。基站配有油機發(fā)電口和備電用蓄電池，能夠保證基站24 h穩(wěn)定運行。

氣象監(jiān)測設(shè)備常規(guī)供電需求為交流220 V，引入UPS不間斷電源，實現(xiàn)對氣象監(jiān)測設(shè)備的供電。正常運行狀態(tài)下，通信基站由市電供電，經(jīng)整流設(shè)備轉(zhuǎn)換后，通過UPS不間斷電源為氣象監(jiān)測設(shè)備供電，當市電中斷時，備電用蓄電池啟動工作，通過UPS不間斷電源供電?；九溆杏蜋C發(fā)電口和柴油發(fā)電機，市電中斷后，柴油發(fā)電機也可啟動，保證基站設(shè)備穩(wěn)定運行，直至市電恢復(fù)。“氣象+鐵塔”共享基站設(shè)備用電參數(shù)見表2，供電示意圖如圖4所示。

2.6" 網(wǎng)絡(luò)配套要求

基站通信設(shè)備一般由塔上設(shè)備和機房設(shè)備組成，塔上掛載天線和射頻單元（RRU）完成與用戶無線終端之間的信號傳輸。機房安裝BBU基帶處理單元以及其他傳輸設(shè)備，完成信號數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)。不同運營商網(wǎng)絡(luò)通過光纖實現(xiàn)局端基站與核心網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸。

氣象設(shè)備掛載后，需要專線網(wǎng)絡(luò)完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸，同時配備視頻監(jiān)控設(shè)備，實現(xiàn)對周邊環(huán)境的視頻監(jiān)控。通信基站豐富的網(wǎng)絡(luò)資源為氣象設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接提供了便利，無需重新進行傳輸管道施工，利用機房內(nèi)運營商現(xiàn)有傳輸資源，申請相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)資源，即可完成網(wǎng)絡(luò)的接入。氣象雷達、視頻監(jiān)控設(shè)備等通過專用網(wǎng)絡(luò)，與云平臺服務(wù)器聯(lián)通，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)實時上傳、監(jiān)測狀態(tài)實時更新、環(huán)境安全實時監(jiān)控、監(jiān)測告警實時派發(fā)處理以及監(jiān)測數(shù)據(jù)云端保存，用戶可通過終端設(shè)備，查看各項監(jiān)測數(shù)據(jù)和告警信息。氣象設(shè)備網(wǎng)絡(luò)連接模式如圖5所示。

3" 方案優(yōu)勢

“氣象+鐵塔”基站建設(shè)模式，相較于傳統(tǒng)通信鐵塔和氣象監(jiān)測站具有以下優(yōu)勢。

資源復(fù)用，降低資源消耗。通過對傳統(tǒng)通信鐵塔的改造，不僅滿足基站原本的通信需求，還疊加安裝了氣象監(jiān)測設(shè)備，實現(xiàn)一塔多用。該方案降低了土地資源的占用，避免了重復(fù)建設(shè)造成的生態(tài)環(huán)境破壞和資源浪費?；倦娏ε涮缀途W(wǎng)絡(luò)資源等的擴容復(fù)用，避免了管道路由和設(shè)備機房的重復(fù)建設(shè)，減少開挖作業(yè)和材料投入，降低工程成本。

改造后鐵塔主材的強度、抗剪能力、抗拉能力等各項力學指標均有提升，塔身承載力和抵抗變形能力也有提升。在以風荷載為主的標準荷載組合下，塔頂水平位移明顯減小，相較于傳統(tǒng)鐵塔能夠掛載更多的設(shè)備，有利于通信基站信號的深度覆蓋。

氣象監(jiān)測站建設(shè)無需重新選址，減少了人力投入，加快了建設(shè)進度。依托專業(yè)的鐵塔建設(shè)方案和維護團隊，站址可靠性和安全性更高，日常巡檢、維修也更加便捷。

除高聳鐵塔安裝氣象雷達等監(jiān)測設(shè)備外，還可充分利用其他類型通信鐵塔，建設(shè)自動氣象監(jiān)測小站，進行溫度、濕度、積水和積雪等指標的監(jiān)測，對常規(guī)氣象監(jiān)測站進行補盲，進一步完善監(jiān)測數(shù)據(jù)的全面性和準確性。

依靠通信鐵塔高度和密度優(yōu)勢，以及通信基站的電力配套資源，針對不同場景條件，均有通信鐵塔通過改造可以滿足跨行業(yè)業(yè)務(wù)的掛載需求，并且通過網(wǎng)絡(luò)共享，實現(xiàn)信息的穩(wěn)定傳送，有利于各行業(yè)在信息化領(lǐng)域的融合，實現(xiàn)行業(yè)互聯(lián)互通，促進行業(yè)智能化發(fā)展。

4" 結(jié)束語

氣象與通信鐵塔的跨行業(yè)融合，在滿足網(wǎng)絡(luò)通信基本要求的前提下，實現(xiàn)了氣象監(jiān)測設(shè)備的安裝與運行，推動了不同行業(yè)之間的業(yè)務(wù)融合，為通信鐵塔的共享發(fā)展提供了新思路。依托通信鐵塔，高空鷹眼、低空經(jīng)濟、環(huán)境監(jiān)測等諸多行業(yè)均可進行產(chǎn)品融合，加快新興產(chǎn)品的投入使用，利用通信基站豐富的網(wǎng)絡(luò)資源，實現(xiàn)互聯(lián)互通。后續(xù)研究可針對不同領(lǐng)域的信息化融合，開展產(chǎn)業(yè)深耕，促進不同行業(yè)智能化融合發(fā)展。

參考文獻：

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