周偉明 尹廣奎

1.2.通遼市微波總站 內(nèi)蒙古 通遼市 028000

1 背景

廣播電視信號傳輸和發(fā)射的過程中，鐵塔是最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，無論是地面數(shù)字覆蓋、微波信號中繼傳輸、調(diào)頻廣播信號覆蓋等，鐵塔作為天線的支撐物，在廣播電視信號傳輸和發(fā)射過程中起著至關(guān)重要的作用，鐵塔對發(fā)射臺站安全播出至關(guān)重要，是安全播出的重要環(huán)節(jié)。

目前，傳統(tǒng)的通信鐵塔維護主要靠定期巡檢、人為觀測，這些是非常必要的安全防護手段，但上述手段存在一定主觀性，一些參數(shù)人工實測困難，且不易及時發(fā)現(xiàn)問題，無法滿足鐵塔實時監(jiān)測的需求。為了消除鐵塔安全隱患，避免出現(xiàn)傾斜、倒塌以及雷擊損壞等危及廣播電視安全的事件發(fā)生，鐵塔云安全監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了鐵塔安全的實時監(jiān)測，目前主要有傾斜角傳感器方案、北斗RTK技術(shù)方案、激光技術(shù)方案。

2 技術(shù)方案

2.1 傾斜角傳感器方案

傾斜角傳感器又稱作傾斜儀、水平儀、傾角計，經(jīng)常用于測量系統(tǒng)的水平角度變化，傾斜角傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了從簡單的水泡水平儀測量到自動化和電子化測量，作為一種測量工具，其在橋梁架設(shè)、鐵路鋪設(shè)、土木工程、石油鉆井、航空航海、工業(yè)自動化等領(lǐng)域成為不可缺少的一部分，電子水平儀是一種非常精確的測量小角度的測量工具，用它可測量相對水平的傾斜度、兩部件相互平行度和垂直度，其理論基礎(chǔ)是牛頓第二定律：根據(jù)基本的物理原理，在一個系統(tǒng)內(nèi)部，速度是無法測量的，但卻可以測量其加速度。如果初速度已知，就可以通過微積分算出線速度，進而可以計算出直線位移，所以它其實是運用慣性原理的一種加速度傳感器。重力垂直軸與加速度傳感器靈敏軸之間的夾角就是傾斜角。一般意義上的傾斜角傳感器是靜態(tài)測量或者準靜態(tài)測量，一旦外界有加速度，那么加速度芯片測出來的加速度就包含外界加速度，故而計算出來的角度就不準確。

2.2 北斗網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)方案

北斗網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)（全稱實時動態(tài)差分定位技術(shù)，RTK測量系統(tǒng)是GPS測量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)構(gòu)成的組合系統(tǒng)），是由GNSS基準站網(wǎng)、控制中心、基準站到控制中心的通信網(wǎng)絡(luò)、控制中心和用戶間的通信網(wǎng)絡(luò)和用戶五部分組成。

GNSS基準站網(wǎng)由三個以上基準站組成，基準站是網(wǎng)絡(luò)RTK的空間運維，其位置信息和觀測數(shù)據(jù)是生成校正數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。控制中心是網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)的核心，利用網(wǎng)絡(luò)RTK軟件處理基準站網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，形成校正數(shù)據(jù)網(wǎng)格。基準站到控制中心的通信網(wǎng)絡(luò)則負責(zé)將基準站的數(shù)據(jù)實時傳送到數(shù)據(jù)中心，由于基準站數(shù)據(jù)量大、位置固定、沒有實時性要求，因此通常采用有線通信網(wǎng)絡(luò)（或無線移動鏈路）進行數(shù)據(jù)通信，但應(yīng)避免通信數(shù)據(jù)的延遲和過度耗損，控制中心和用戶間的通信采用無線移動網(wǎng)絡(luò)，將網(wǎng)絡(luò)校正數(shù)據(jù)傳送給用戶。

北斗網(wǎng)絡(luò)RTK應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)差分精度與區(qū)域的電離層環(huán)境有很大的關(guān)系，我國南方地區(qū)電離層環(huán)境較差，解決的辦法是縮短基準站間的距離，一般情況為50km，而我國北方地區(qū)電離層變化相對穩(wěn)定，基準站間的距離可以延伸到100km。

2.3 激光監(jiān)測技術(shù)方案

激光是一種特殊的光，具有光的特性，但是比普通光顏色純，能量大，一般是由特定的儀器發(fā)出的。激光的波長一般為193～1064nm，從紅外線到紫外線，都有激光存在，激光的主要特點如下：

直線性好。激光的直線性好，發(fā)出的光幾乎是一條直線，所以建筑、橋梁等工程行業(yè)都用激光來作為標尺達到更高的精度。

方向性強。激光的方向性強、散發(fā)角小，發(fā)出的光是一條直線，激光照射到36萬公里的月球上形成的光斑也就幾百米。

波長窄、顏色純正。激光器輸出的光，波長分布范圍非常窄，激光器的單色性超過任何一種單色光源，因此顏色純正、容易辨認，激光是單色的，或者說是單頻的。一些激光器可以同時產(chǎn)生不同頻率的激光，但是這些激光是相互隔離的，使用時也是分開的。

抗干擾性強。激光在自然界中以粒子形式存在，不受磁場、電場、電磁波的干擾，即使不同波長的激光在一起也不會相互干擾。

能量大，穿透性強。光子的能量是用E=hv來計算，其中h為普朗克常量，v為頻率。由此可知，頻率越高，能量越高。

表1 幾種技術(shù)方案的優(yōu)劣對比

3 激光技術(shù)應(yīng)用于鐵塔實時監(jiān)測的技術(shù)方案

3.1 傾斜角監(jiān)測

在鐵塔頂部安裝激光基準發(fā)射光源，在鐵塔底部安裝接收靶，激光發(fā)射的光源照射在接收靶，通過接收靶識別出激光的位置，進而得出鐵塔位偏移的距離，如圖1所示。

圖1 鐵塔傾斜角監(jiān)測原理圖

3.2 沉降監(jiān)測

在鐵塔底部安裝激光基準發(fā)射光源，在塔基上安裝沉降接收機，激光發(fā)射的光源照射在接收機上，通過接收機的變化，進而得出鐵塔沉降的距離，如圖2和圖3所示。

圖2 鐵塔塔基沉降監(jiān)測原理圖

圖3 鐵塔監(jiān)測示意圖

4 鐵塔數(shù)據(jù)云端監(jiān)測特點

4.1 智慧管理

鐵塔云安全監(jiān)測系統(tǒng)具有根據(jù)報警時間、報警地點、報警類型、報警等級等對歷史數(shù)據(jù)進行多條件查詢、統(tǒng)計分析的功能?？砂凑諉蝹€鐵塔、多個鐵塔等多種組合方式生成監(jiān)測數(shù)據(jù)的日、月、年統(tǒng)計報表和變化曲線。

作為鐵塔維護的好幫手，系統(tǒng)采取分級報警的方式，及時在監(jiān)測中心維護管理終端上發(fā)出分級報警信號，具有多地點、多事件的并發(fā)報警功能。在維護終端界面固定區(qū)域明顯標示出報警信息，以電話呼叫、短信推送、喇叭報警、監(jiān)測界面動態(tài)閃爍的方式提示值班人員，同時可根據(jù)鐵塔的運行情況及相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)，綜合歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析出鐵塔的健康狀態(tài)并準確地判斷對通信的影響及危害程度，為運用維護提供預(yù)警信息。

4.2 節(jié)能環(huán)保

系統(tǒng)采用太陽能電池供電的方式，配置的太陽能板在天氣晴好的時候存儲電量，可以保證即使在陰雨天氣也能為系統(tǒng)提供足夠的電能，節(jié)能高效，可持續(xù)性好。

4.3 實時監(jiān)測

鐵塔云安全監(jiān)測系統(tǒng)具有體積小、精度高、安裝方便、功能完備等優(yōu)勢，可對鐵塔進行全天候?qū)崟r的安全監(jiān)測，有效地保障鐵塔安全，提高廣播電視鐵塔安全維護的信息化管理水平。

結(jié) 語

鐵塔云安全監(jiān)測系統(tǒng)基于激光技術(shù)對鐵塔進行風(fēng)向監(jiān)測、風(fēng)速監(jiān)測、溫濕度監(jiān)測、沉降監(jiān)測、垂直監(jiān)測等，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行采集、記錄、存儲，傳入云平臺數(shù)據(jù)模型，進行數(shù)據(jù)分析、處理、建模，最終形成監(jiān)測模型并直觀地進行觀察。隨著數(shù)據(jù)分析量長年累月的積累，可以對鐵塔附近未來的發(fā)展趨勢有一個更加明顯的預(yù)測和判斷，例如天氣、溫濕度、垂直度、風(fēng)速風(fēng)向、沉降信息等等，因此它對保障廣播電視安全播出有著不可估量的意義和價值。