前言
石太铁路客运专线是一条设计时速达250公里的客运专线,沿线共设5座车站:石家庄、获鹿、阳泉北、东陵井和太原东。石太客专铁路通信系统是为石太客专铁路(如牵引供电、信号、运营调度、旅客服务、防灾安全监控、动车组、既有通信等)运输各专业提供服务的通信系统。全线共计有67座铁塔,高铁沿线GSM-R铁塔的安全状态(倾斜,倒塌等)对高速铁路的安全运营影响也越来越大,加快高速铁路通信铁塔安全实时监控系统的应用也迫在眉睫。
1 总体架构
1.1 基本原理
一个完整、实时、全线路的铁塔安全监控系统,能使得实时监控和预测为一体,减低铁塔寻路检查成本。本系统解决方案,目的是通过基于MSTP光传输系统的以太专网传送数据,完成铁路沿线所有铁塔的安全状态(倾斜,摇摆安全范围)的实时监控。
以在石太客专1号基站建立的铁塔安全监控系统为例进行说明。
本系统原理是通过多种(距离和多通道角度)传感器的集成,在中控室实时对每个铁塔的传感数据测量值以及几何推算,进行联合判决,判断铁塔的摆动和(或)倾斜的程度,并根据相关铁塔安全维护标准,来自动判断是否处于正常范围以内。每个铁塔实时传感数据通过设在基站内的MSTP传输设备提供的以太专网通道,将数据上传到中心各类服务器,在北京的网管中心通过监控工作站能完成远程实时监控同时,完成历史数据和日志记录,以供维护查阅。
系统包含的主要设备和软件有:
(1) 塔顶的安全监控设备;
(2) 铁塔机房的以太通信网关;
(3) 干路交换机(现成);
(4) 中心监控服务器,通信服务器、数据库服务器,日志服务器、web服务器。
2 现场数据分析
2.1 几何位置关系
由于tan函数是奇函数,运算都是平方关系;所以倾角的正负符号没有关系。有了几何关系的依托,下面主要分析动态随机数据样本的均值、最大值、标准差等统计量。
2.2 数据分析
首先分析同一时间段的3通道数据的数据分布。
另外,由于铁塔的结构倾斜是一个渐进的过程,假设定备和铁塔紧固的前提下;该斜距的初始值和运行一段时间的均值想比较,其差值能作为铁塔结构倾斜的主要判据。
2.3 数据分析总结
(1)按照几何位置示意以及导出量的推导,给出了严格的几何位置计算方法;
(2)选择阳光浓烈的几个时段,测试数据连续,没有连续丢失现象;
3 运营收益
3.1 短期收益分析
(1)通过实时监控的方式,配合传统维护,维护更经济;
(2)提前分析铁塔结构状态,实时监控铁塔的健康隐患;
(3)有针对性的重点巡检,改变传统拉网式巡检,降低成本,增加效率;
(4)信息化管理,提高基础设备的管理效率;避免大量纸介文档的频繁使用;
(5)实现铁塔生命周期信息的统一查询、历史故障记录检索;实现维护工作随时有历史数据可查;
(6)能在远端及时发现隐患和风险,能及时采取措施,避免铁塔倾斜,摇动或倒伏等风险。
3.2 长期收益分析
(1)通过长期的数据积累,实现铁塔位置,气候与环境数据的积累,为后续建塔、维护提供更准确的依据;
(2)电子化的维护记录,建立每个塔的“病历本”,通过长期性记录的保持;能够针对每个铁塔出保养专案。
(3)监控系统后续可扩展为工程管理系统,基础设施建设周期可统一纳入管理,自动报表方式关注工程进展。
(4)可扩展其他多传感器集成;包括各个站点的电能质量管理。
参考文献
1.《通信铁塔的检查与维护》曹江海
2.《铁路通信铁塔安全监测系统总体技术方案》铁道部通信技术中心
3.《GSM-R系统通信铁塔的安全检测与维护》刘建宇、郭勇
4.《GSM-R系统通信铁塔安全监测系统研究》袁振江、吕晓鹏、白明明
5.《铁路通信铁塔安全监测系统的研究》于明哲