LTE 通信基站智慧化建设管理的实践与探索

运亚婷

（国能朔黄铁路发展有限责任公司原平分公司，山西忻州 034100）

0 引言

重载铁路LTE 网络主要承载重载列车机车同步操控（列控）、调度通信、调度命令等业务，对无线网络可靠性、时延性和稳定性等要求较高。若无线网络发生故障，将直接影响重载列车的行车安全，故障恢复时长亦影响重载铁路的运行效率。

1 背景

朔黄铁路原平分公司承担着西起山西省神池县神池南站，东至河北省平山县西柏坡站，总长256 km 全线双线电气化铁路的运输组织和设备维修养护任务。管内线路地形起伏大，沟壑纵横，山势陡峻，悬崖峭壁成迭不断，铁路桥隧相连。于2014 年3 月进行了LTE-R 移动通信网络的建设，管内143 座LTE 基站中隧道及山区基站有123 个，占比高达86%。LTE 基站运维效能并不乐观，设备的投入和人员现状已不能满足维护需求。为确保两万吨列车安全运行，按照智慧铁路建设思路，践行“保安、降本、提效”理念，原平公司以K86 基站为智慧化建设试点，经过不断探索和实践，初步实现了基站运维高效化、数据分析智能化、设备监控可视化。

2 LTE 通信基站运维管理存在的问题

LTE 通信基站的管理水平关乎LTE 网络运行质量和两万吨列车的安全运行，是铁路运输企业智慧化信息化建设的关键环节。目前，LTE 通信基站的管理维护主要存在以下6 个问题。

2.1 人身安全风险系数高

管内有30 m 以上高度的通信铁塔47 座，需横越线路到达的LTE 基站60 余处，检修人员横越线路和徒手攀爬铁塔进行塔上作业，存在人身安全风险，一旦安全风险管控不到位，将可能造成人员安全问题，后果不堪设想。

2.2 作业环境恶劣

管内LTE 基站共计143 个，其中隧道及山区基站123 个，占比86%，特别是两个困难区段的LTE 基站，均分布在隧道内和山坳里，车辆无法直接到达，徒步前往时间比维修时间更长，最远的基站需徒步1.5 km。神池南—宁武西区间，冬季极寒天气登塔作业时，铁塔顶端气温普遍低于-30 ℃，作业环境极其恶劣。

2.3 检修工时利用效能低

部分设备的维修项目、周期、内容、工时等设计与现场天窗给点、人员素质、生产结构等实际情况不相适，存在过多、过密、过长等根源性问题。LTE 基站重点检修工作任务共52 项，其中电气特性测试16 项，占比仅为30%。采取“应检尽检”的原则，一名熟练通信工仅需45 min 即可完成，而出工布置、工前准备以及乘车往返基站平均需要1.5 h。如果遇塔上设备检查作业，登塔往返时间大约需要30 min，测试时间仅需10 min，测试时间仅是登塔时间的1/3，基站检修与乘车往返时间相比较、测试时间和登塔时间相比较，人力物力的投入与效能不匹配，设备检修工时利用效能低。

2.4 故障障碍定位难度高

LTE 基站设备发生故障时，通常有70%的时间是在赶赴现场，30%的时间用于解决问题。因部分设备还未实现在线监测，无法掌握现场数据，既有监控水平较为单一，没有建立跨越技术领域的管理手段，未发挥出应有的管理效果，不能及时有效地通过数据分析指挥现场排除故障，“贻误战机”的现象时有发生，故障处理时间难以得到保障，不利于缩短故障障碍延时。

2.5 设备体量大，发展不均衡，技术力量薄弱

通信信息技术的深度运用，为分公司各专业生产维护带来了极大的便利。通信维护部门由传统的自动电话、简单网络维护转型为信息化、智能化、智慧化管理，但维护工作量逐年递增，从2014 年的1.4 万余皮长公里增至2.3 万余皮长公里，维护人员仅有109 人，且人员结构不均衡，导致技术力量薄弱。同时，通信专业设备更新较快，人才培养难度大，培养时间较长，一名胜任的通信维护人员需经过1～3 年的锻炼才能具备独当一面的工作能力。

2.6 出入登记形式化、纸质化

通信机房内机电设备维修维护主要依靠日常维护技术人员、厂家维保人员，分属不同单位，人员复杂。出入机房登记过于形式化，造成机房出入监管不严，为机房内机电设备遗留安全隐患。

3 LTE 基站智慧化建设管理

设备的投入和人员现状已不能满足维护需求，只能依靠人力物力的大量投入，LTE 基站运维效能并不乐观。按照“少人则安、无人则安”的理念，以科技创新设备体系保安全，精准施策，多措并举，针对目前LTE 通信基站存在的问题，设备维护过程中存在的难点、痛点和薄弱环节，创新通信机房管理方式，通过运用物联网、传感器、北斗+云计算和视频监控等技术，实现LTE通信基站的智慧化管理。

3.1 电源故障远程处理

当LTE 基站外电网有事故发生时，维护人员须前往基站核实告警信息，为弥补这一监控缺陷，运用物联网技术引入智能空开，实时采集外电网电压、电流参数和远程切换功能试验，解决了告警提示无法定位故障范围的问题，实现了电源故障远程处理，科学诊断故障范围，避免因核实告警信息造成的人力物力浪费，提高了运维效率。

3.2 铁塔安全监测

通信铁塔出现倾斜或参数变化后影响4G 网络覆盖，严重时将危及行车安全。为解决传统人工爬塔安全风险、耗费人力物力和精度难以保证的问题，采用传感器技术对铁塔参数实时自动采集和测量，并进行分析预警、报警提醒（图1）。管内共有64 座铁塔，以前每年登塔两次，共计出动384 人次，耗时1536 h。现在实现了按需登塔，2022 年至今共计出动45 人次，用时180 h，无论是登塔次数还是人员投入，降幅均达到了95%以上。有了监测数据的安全评估，减少了登塔频次，降低了高空作业风险和员工劳动强度。

图1 铁塔监测系统

3.3 天线监测

天线角度变化将直接影响无线信号的正常传播。自主创新研发了LTE 天线角度监测终端，实时掌握天线角度变化情况，能够及时发现天线隐患实现精准登塔。当天线角度发生意外偏移时，第一时间锁定故障天线和提示角度偏移量，实现了精确调整。

以往进行天线调整，须4 名网优人员配合，采用边调整边测量再修正的方式，调整一面天线大约需要2 h，使用天线监测终端后，依据监测数据远程调度指挥即可进行调整，时间缩短至20 min，无需网优人员配合，大幅度压缩了故障处理时间，节约网优成本。

3.4 高空防坠落装置

为加强登塔作业安全管理，配置了防坠落装置，作业人员将安全带连接至防坠器的挂点上，防坠器可以随作业人员上下滑动，一旦出现急速下滑，防坠落装置锁闭器立即锁闭，终止作业人员下滑，消除了作业人员坠落风险。

3.5 蓄电池内阻监测系统

为精准掌握基站蓄电池状态，结合实际运用需求，引入蓄电池内阻监测系统（图2），解决了单体电池的不均衡性，延长了整组蓄电池的使用寿命。同时利用远程操控技术进行蓄电池自动充放电作业，通过监测终端可设定作业时间、蓄电池放电下限，一旦发现设备异常，通过自动预警功能立即终止作业，有效提高作业效率。

图2 蓄电池监测系统

3.6 深度运用视频监控技术

LTE 通信基站分布在铁路沿线，具有点多线长的特点，受外界环境影响极大。为保证能实时掌握基站内外环境情况，利用视频监控区域越界、入侵检测报警、以及视频巡检等技术进行远程监控，确保问题发生时能够及时检查设备状态，实现调度精准指挥，为压缩故障延时提供依据。

3.7 数据智能分析

利用数字孪生技术将LTE 设备各类信息以3D 建模的方式进行呈现，通过可视化平台直观展示（图3），实现数据智能分析，并预测潜在风险，合理有效地规划LTE 基站维护，提高维护作业的精准性和科学性。这些海量的数据像一座座“孤岛”，分布在各个专业中，它们本身没有形成交互，容易造成大量信息的浪费。设备的感知层中，静态的感知层主要为设备的履历，动态的感知层主要是铁路安全生产管理系统，以及故障的监测感知通过协议与接口形成集团的数据库，这个包含各类设备静态动态信息的数据库是流向应用层与决策层的重要基础。

图3 大数据监控可视化平台

4 LTE 通信基站智慧化建设管理效果

LTE 通信基站智慧化建设管理不仅是确保LTE 网络运行质量的一项基础创新，提高了单位整体安全管理水平，是保障两万吨列车安全运行的重要举措之一。LTE 通信基站的智慧化管理已在K86 通信基站试点应用，取得了良好效果。通过在线监测与数据智能分析的完美结合，精准掌握LTE 通信设备的“生命体征”，达到静态设备状态一流、动态设备管控一流，实现了设备数据的可见、可管、可控，彻底扭转“准备1 小时、工作10 分钟”“风险系数高、时效利用低”的现状，提高了LTE 通信基站的安全管理水平，也提高了LTE 通信基站维护工作的精准性，为LTE 基站设备状态修奠定了坚实的基础。

5 结束语

LTE 通信基站智慧化建设管理方式具有推广意义，并且具有可移植性、可复制性。在其他基站运用时，只需要建设前端设备，在后台系统添加监测点位即可，助力铁路运输企业LTE 通信基站智慧化管理迈向新台阶。相信随着5G、人工智能、大数据等信息技术应用，科技的不断发展与完善，LTE 通信基站的管理也会越来越智能化，铁路运输企业的建设与发展也会日益完善。