張麗紅+++周永慶+++陳飛躍+++喬曉娟

摘 要：文章針對(duì)GSM-R鐵塔日常運(yùn)用和維護(hù)中存在的問題和隱患，設(shè)計(jì)了一套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鐵塔的傾斜度信息，對(duì)異常狀態(tài)進(jìn)行告警、預(yù)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(shí)現(xiàn)。應(yīng)用結(jié)果表明監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定準(zhǔn)確、系統(tǒng)方案實(shí)用有效，符合鐵路安全運(yùn)營的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：GSM-R鐵塔；遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)；鐵塔傾斜

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

1 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)通過監(jiān)測(cè)中心服務(wù)器，對(duì)各鐵塔的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析、存儲(chǔ)；實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對(duì)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(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過WEB服務(wù)，使各終端能夠?qū)崟r(shí)遠(yuǎn)程掌握鐵塔、天線、塔基狀況，方便日常運(yùn)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鐵塔傾斜度狀態(tài)，獲得鐵塔的傾斜度、偏移量信息。

監(jiān)測(cè)單元周期性地自動(dòng)采集傳感器（采集單元），上送至監(jiān)測(cè)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析。

1.2 分析告警

系統(tǒng)通過分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，基于系統(tǒng)安全運(yùn)行參數(shù)配置的報(bào)警條件進(jìn)行超限判斷，及時(shí)進(jìn)行報(bào)警。系統(tǒng)按一般告警、重要告警、緊急告警三個(gè)等級(jí)進(jìn)行設(shè)置，在終端上發(fā)出報(bào)警信號(hào)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了告警信息的自動(dòng)存儲(chǔ)、確認(rèn)、恢復(fù)等告警管理工作。

1.3 查詢統(tǒng)計(jì)

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)、回放，有利于分析鐵塔的長期運(yùn)行狀況和變化，為鐵塔的長期穩(wěn)定性和趨勢(shì)提供運(yùn)維依據(jù)。

系統(tǒng)具有先進(jìn)的報(bào)表功能，不僅能對(duì)單塔的運(yùn)行情況生成報(bào)表；并能夠?qū)ρ鼐€鐵塔的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、匯總，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。形成沿線鐵塔的統(tǒng)計(jì)報(bào)表，指導(dǎo)日常運(yùn)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(jìn)行日常巡檢維護(hù)，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(cè)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(cè)對(duì)象，配置、修改監(jiān)測(cè)對(duì)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(jí)權(quán)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(cè)單元設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)單元采用Cortex-M3的ARM微處理器（MCU）STM32F207，完成對(duì)采集單元進(jìn)行數(shù)據(jù)巡檢、巡測(cè)，經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理后，上傳至監(jiān)測(cè)中心服務(wù)器。主要包括隔離電源、微處理器、RS485接口、網(wǎng)口等，結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

為方便布線和易于擴(kuò)展，單元具有多個(gè)RS485接口，針對(duì)塔上設(shè)備（傾斜、方位監(jiān)測(cè)），塔基設(shè)備（沉降監(jiān)測(cè)）分別采用一個(gè)RS485接口，預(yù)留風(fēng)力風(fēng)向、振動(dòng)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(shí)還集成了isoPower技術(shù)的DC-DC隔離電源，無需任何外圍電路就可單獨(dú)實(shí)現(xiàn)RS485/422的隔離通訊。

MCU內(nèi)部包括一個(gè)10/100 Ethernet MAC，通過RMII與以太網(wǎng)PHY芯片DP83848連接，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)單元和監(jiān)測(cè)中心的連接。

3 軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)單元采用了實(shí)時(shí)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(wù)調(diào)度的策略，主要實(shí)現(xiàn)了采集單元巡測(cè)任務(wù)、TCP客戶端上報(bào)數(shù)據(jù)任務(wù)、WEB服務(wù)配置參數(shù)任務(wù)等。

監(jiān)測(cè)中心綜合了B/S模式和C/S模式的特點(diǎn)，在監(jiān)測(cè)中心根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)使用。與監(jiān)測(cè)單元連接的通訊，信息處理和報(bào)警判斷等，在系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)作的，采用C/S結(jié)構(gòu)；而需要信息對(duì)外發(fā)布，用戶交互等，采用B/S結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)束語

該系統(tǒng)自安裝應(yīng)用以來，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)了包括鐵塔傾斜的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并在異常時(shí)，進(jìn)行及時(shí)報(bào)警。該系統(tǒng)有利于提高鐵塔維護(hù)的針對(duì)性，減少了維護(hù)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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