铁路通信铁塔监测系统设计分析

铁路通信铁塔监测系统设计分析科研项目：陕西省2021GY-101,铁一院院科19-96
摘要：在铁路工程中，通信铁塔监测发挥着重要的作用。

铁路通信铁塔存在
人力维护、巡检而产生主观性和人工实测不准确的问题，为避免这些问题可能造
成的铁塔倾斜、倒塌等危及铁路安全的事件，提供了一套铁路通信铁塔监测系统
设计方案。

该方案不仅能以图像方式实时显示铁塔各个模拟量信息，对异常状态
进行告警、预警，而且可提供对铁塔基础信息、门限信息的管理功能和铁塔运行
状态的分析预测功能。

本文首先对铁路通信与监测发展概况研究，其次探讨了铁
路通信塔变形监测的必要性，最后就铁路通信铁塔监测系统设计进行研究，以供
参考。

关键词：GNSS；铁路通信铁塔；变形监测
引言
传统检测方法存在着温度与应变交叉敏感、光纤传感信号解调等问题，导致
应力监测结果误差较大。

为此引入了光栅传感器设备，利用光纤材料的光敏性能，形成空间位相光栅，在纤芯中形成窄带传输和反射滤波器，从而改变和控制光的
传播行为。

利用栅格传感器提高了电力通信共享塔应力远程监测的效率。

1铁路通信与监测发展概况
随着铁路行业通信系统的应用普及化，在通信技术的支撑下，铁路通信与监
测工作发展迅猛，受制于发展不平衡的影响，仍然存在铁路通信与监测工作效果
较差的情况。

通信铁塔的建设需要依靠拉线塔、角钢塔和独管塔等钢塔桅结构，
通信铁塔技术已经在诸多铁路系统和路线中应用，但技术始终在变动发展，工作
人员需要科学合理地运用新技术和设备开展工作。

2铁路通信塔变形监测的必要性
铁路通信铁塔存在安全隐患，铁路系统必须加强对通信铁塔的状况监测，改变传统监测方式，优化原有制度安排，积极应用新技术，对通信铁塔进行安全、高效的变形监测。

通信技术能够实现生产、生活的高效连接。

通信铁塔的应用范围广阔，对提升铁路行业通信铁塔的铁路运营效益具有重要作用。

通信铁塔常受到外部自然环境和社会环境问题的影响，运转具有较强的不稳定性。

地质不稳定可能导致地壳运动，在一定限度上影响铁塔运行。

铁路运营总里程较长，线路常深入偏远地区，通信铁塔可能面临较恶劣的气候条件，铁塔的老化和氧化速度加快。

维护方案和安排不合理，定期巡检的方式难以及时发现问题；巡检方式效率不高，受制于多种要素，大部分区域的通信铁塔观测仍然依靠人工，效率低下且精准性不够高；铁路系统发展过程中，高速铁路建设不断推进，对通信铁塔的数量要求提高，直接导致通信铁塔出现问题，对高速铁路运行产生极大安全危害。

3铁路通信铁塔监测系统设计
3.1选取共享铁塔样本
在选取共享铁塔时，应对处于部分特殊状态的铁塔进行排除。

铁塔的特殊状态包括：接近或超过设计使用年限的铁塔；20ｍｍ及以上重覆冰铁塔；区域核心骨干网架的架空输电线路和战略性架空输电线路铁塔；大档距、大跨越、分水岭等地形特殊的铁塔等。

结合输电铁塔的特点，采用夹板直接加挂设备支架，天线通过支架连接，并在测点位置上安装传感器设备。

3.2安全保障体系
协议层次、安全服务和系统单元都是要在系统设计开发阶段考虑到全面的安全保障体系。

为系统的安全防护措施和安全管理等留有系统接口和扩容余地，以满足后期安全措施的升级加载。

“深度安全防御战略”安全保障框架，它提出了信息保障时代信息基础设施的全套安全需求。

强调人、技术、操作这三个核心原则，关注四个信息安全保障领域：保护网络和基础设施、保护边界、保护计算环境、支撑基础设施。

这些给安全分析、安全设计和安全防护人员提供了思考问题和处理问题的方法。

3.3激光监测技术方案
激光是一种特殊的光，具有光的特性，但是比普通光颜色纯，能量大，一般
是由特定的仪器发出的。

激光的波长一般为193～1064nm，从红外线到紫外线，
都有激光存在，激光的主要特点如下：直线性好。

激光的直线性好，发出的光几
乎是一条直线，所以建筑、桥梁等工程行业都用激光来作为标尺达到更高的精度。

方向性强。

激光的方向性强、散发角小，发出的光是一条直线，激光照射到36
万公里的月球上形成的光斑也就几百米。

波长窄、颜色纯正。

激光器输出的光，
波长分布范围非常窄，激光器的单色性超过任何一种单色光源，因此颜色纯正、
容易辨认，激光是单色的，或者说是单频的。

一些激光器可以同时产生不同频率
的激光，但是这些激光是相互隔离的，使用时也是分开的。

抗干扰性强。

激光在
自然界中以粒子形式存在，不受磁场、电场、电磁波的干扰，即使不同波长的激
光在一起也不会相互干扰。

能量大，穿透性强。

光子的能量是用E=hv来计算，
其中h为普朗克常量，v为频率。

由此可知，频率越高，能量越高。

3.4对铁塔三维坐标监测
三维坐标监测方法是全球导航卫星系统在通信铁塔监测中的具体应用，要求
工作人员在铁塔内部放置1个GNSS信号接收设备，通过测量监测点变化情况得
到铁塔变形数据。

三维坐标监测方法具有两方面优势，能够对铁塔倾斜角度进行
精准测量；准确获取通信铁塔地理坐标，可以对地区的沉降情况进行合理监测。

在铁塔变形监测过程中应用GNSS时，还需应用实时动态载波相位差分（RTK）技术。

变形监测时，应用GNSS技术可能出现误差，为了提升监测精准性，需要采
取针对性措施解决误差，研究人员可以借助抗差估计抵抗测量中的误差，应用卡
尔曼滤波实现滤波平滑，减少偶然误差，改善测量结果。

3.5描述应力监测实验操作过程
在电力通信共享铁塔的测点位置上施加应力，并利用力学设备对应力值的大
小进行控制，记录实际的施加应力值。

将三种不同的应力监测方法得出的数据结
果与记录的实际值进行对比，便可以得出量化的监测误差结果，监测误差越大，
证明监测精度越低。

另外监测方法应用性能的测试，就是将应力监测结果应用到
电力通信共享铁塔的日常维护与管理工作中，当出现监测预警时，及时采取相应
措施，保证铁塔安全稳定的运作。

对比应用三种不同监测方法的情况下，电力通
信共享铁塔在水平方向上的变形情况，并确定其形变等级。

3.6安全保障体系
在智能视频监控系统的建设过程中，系统的安全保障体系建设是一个必不可
少的环节。

协议层次、安全服务和系统单元都是要在系统设计开发阶段考虑到全
面的安全保障体系。

为系统的安全防护措施和安全管理等留有系统接口和扩容余地，以满足后期安全措施的升级加载。

“深度安全防御战略”安全保障框架，它
提出了信息保障时代信息基础设施的全套安全需求。

强调人、技术、操作这三个
核心原则，关注四个信息安全保障领域：保护网络和基础设施、保护边界、保护
计算环境、支撑基础设施。

这些给安全分析、安全设计和安全防护人员提供了思
考问题和处理问题的方法。

在本系统的软硬件技术和管理部分中的安全性控制与
对策，可以借鉴以上“深度安全防御战略”的思想和方法。

结语
综上所述，为了扩大其效益，必须提高系统的利用率，扩大系统的使用范围。

铁路运输行业属于基础行业，为了获得更加全面的信息、精准的数据，提高服务
能力和水平，铁路系统管理者必须致力于将GNSS应用于铁路系统，做好GNSS在
通信塔变形测量中的应用，做好监测工作。

参考文献
［1］郑阔,郑会桓,李长青,等.基于GNSS的实时变形监测系统的设计开发与
应用[J].北京工业职业技术学院学报,2019,18(1):1-4,9.
[2]赵忠海,张洪文,岳昊.通信铁塔电磁辐射环境下的GNSS基准站影响分析[J].测绘与空间地理信息,2020,43(S1):3.
［3］袁振江，李洪研.基于GPRS的铁路通信铁塔监测系统设计及应用［J］.中国铁路，2014（12）：77-80.。