GSM—R铁塔监测系统的设计及实现

张丽红+++周永庆+++陈飞跃+++乔晓娟

摘 要：文章针对GSM-R铁塔日常运用和维护中存在的问题和隐患，设计了一套监测系统。该系统通过远程在线监测技术，实时监测铁塔的倾斜度信息，对异常状态进行告警、预警。论文论述了该系统的组成及功能；研究了硬件和软件的实现。应用结果表明监测数据稳定准确、系统方案实用有效，符合铁路安全运营的发展方向。

关键词：GSM-R铁塔；远程监测；铁塔倾斜

GSM-R铁塔监测系统采用分层和模块化的结构方式。该系统主要由采集单元、监测单元、监测中心和终端组成。

1 系统功能

系统通过监测中心服务器，对各铁塔的数据进行采集、分析、存储；实现实时对铁路沿线GSM-R通讯铁塔的倾斜度、以及各天线姿态（方位角、俯仰角）、塔基沉降等进行监测。通过WEB服务，使各终端能够实时远程掌握铁塔、天线、塔基状况，方便日常运维。系统主要功能如下：

1.1 数据采集

通过倾斜传感器实时监测铁塔倾斜度状态，获得铁塔的倾斜度、偏移量信息。

监测单元周期性地自动采集传感器（采集单元），上送至监测中心进行数据存储、分析。

1.2 分析告警

系统通过分析监测数据，基于系统安全运行参数配置的报警条件进行超限判断，及时进行报警。系统按一般告警、重要告警、紧急告警三个等级进行设置，在终端上发出报警信号。系统实现了告警信息的自动存储、确认、恢复等告警管理工作。

1.3 查询统计

监测数据能够进行数据库存储、回放，有利于分析铁塔的长期运行状况和变化，为铁塔的长期稳定性和趋势提供运维依据。

系统具有先进的报表功能，不仅能对单塔的运行情况生成报表；并能够对沿线铁塔的数据进行分析、汇总，进行统计。形成沿线铁塔的统计报表，指导日常运维。

1.4 铁塔信息管理

系统建立全线的铁塔分布、铁塔基本数据的信息管理系统，方便进行日常巡检维护，以及故障维修；能够在电子地图上直观显示铁塔分布和铁塔监测状态信息。

1.5 系统管理

系统可以方便地添加、删除监测对象，配置、修改监测对象的参数。

系统还具有用戶信息的增加、删除、修改和查询等管理功能；具有车间、通信段、路局等多级权限管理功能；具有系统访问日志和系统操作日志的显示功能。

2 监测单元设计

监测单元采用Cortex-M3的ARM微处理器（MCU）STM32F207，完成对采集单元进行数据巡检、巡测，经数据预处理后，上传至监测中心服务器。主要包括隔离电源、微处理器、RS485接口、网口等，结构框图如图1所示。

为方便布线和易于扩展，单元具有多个RS485接口，针对塔上设备（倾斜、方位监测），塔基设备（沉降监测）分别采用一个RS485接口，预留风力风向、振动等通讯用接口。

RS485通讯接口采用ADM2587E芯片，该芯片是ADI推出的一款集成了icoupler数字隔离器的隔离型RS485/422收发器，同时还集成了isoPower技术的DC-DC隔离电源，无需任何外围电路就可单独实现RS485/422的隔离通讯。

MCU内部包括一个10/100 Ethernet MAC，通过RMII与以太网PHY芯片DP83848连接，实现监测单元和监测中心的连接。

3 软件设计

监测单元采用了实时嵌入式操作系统内核FreeRTOS和小型开源TCP/IP协议栈LwIP，采用了多任务调度的策略，主要实现了采集单元巡测任务、TCP客户端上报数据任务、WEB服务配置参数任务等。

监测中心综合了B/S模式和C/S模式的特点，在监测中心根据应用特点使用。与监测单元连接的通讯，信息处理和报警判断等，在系统内部运作的，采用C/S结构；而需要信息对外发布，用户交互等，采用B/S结构。

4 结束语

该系统自安装应用以来，监测数据稳定可靠，实时有效，能够反映因天气、人为等原因造成的铁塔倾斜等状态的改变；实现了包括铁塔倾斜的远程实时监测，并在异常时，进行及时报警。该系统有利于提高铁塔维护的针对性，减少了维护工作量和安全隐患，符合铁路发展的需求，市场前景广阔。

参考文献

[1]王买智.铁路通信铁塔安全问题的思考[J].铁路技术创新，2011，6：50-54.

[2]张恩锋.基于GPRS的电力铁塔智能监测系统的设计[J].煤炭科技，2011，5：69-72.

[3]李会亮，等.GSM-R系统通信铁塔日常巡检维护与定期检测[J].铁路技术创新，2011，6：60-64.

[4]王建峰.基于Internet的通讯动力及环境的远程监控系统的研究与开发[D].北京工业大学，2003，5.