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前言
石太铁路客运专线是一条设计时速达250公里的客运专线，沿线共设5座车站：石家庄、获鹿、阳泉北、东陵井和太原东。石太客专铁路通信系统是为石太客专铁路（如牵引供电、信号、运营调度、旅客服务、防灾安全监控、动车组、既有通信等）运输各专业提供服务的通信系统。全线共计有67座铁塔，高铁沿线GSM-R铁塔的安全状态（倾斜，倒塌等）对高速铁路的安全运营影响也越来越大，加快高速铁路通信铁塔安全实时监控系统的应用也迫在眉睫。
1 总体架构
1.1 基本原理
一个完整、实时、全线路的铁塔安全监控系统，能使得实时监控和预测为一体，减低铁塔寻路检查成本。本系统解决方案，目的是通过基于MSTP光传输系统的以太专网传送数据，完成铁路沿线所有铁塔的安全状态（倾斜，摇摆安全范围）的实时监控。
以在石太客专1号基站建立的铁塔安全监控系统为例进行说明。
本系统原理是通过多种（距离和多通道角度）传感器的集成，在中控室实时对每个铁塔的传感数据测量值以及几何推算，进行联合判决，判断铁塔的摆动和（或）倾斜的程度，并根据相关铁塔安全维护标准，来自动判断是否处于正常范围以内。每个铁塔实时传感数据通过设在基站内的MSTP传输设备提供的以太专网通道，将数据上传到中心各类服务器，在北京的网管中心通过监控工作站能完成远程实时监控同时，完成历史数据和日志记录，以供维护查阅。
1.2 总体架构
系统包含的主要设备和软件有：
（1） 塔顶的安全监控设备；
（2） 铁塔机房的以太通信网关；
（3） 干路交换机（现成）；
（4） 中心监控服务器，通信服务器、数据库服务器，日志服务器、web服务器。
2 现场数据分析
2.1 几何位置关系
三参量（R，？兹1，？兹2）（斜距，X-Y通道倾角）是动态监控检测量；与参考平面的竖直高度H和斜距倾角？兹3是导出量，关系如下：
由于tan函数是奇函数，运算都是平方关系；所以倾角的正负符号没有关系。有了几何关系的依托，下面主要分析动态随机数据样本的均值、最大值、标准差等统计量。
2.2 数据分析
首先分析同一时间段的3通道数据的数据分布。
2011年8月4日上午10点开始，半小时的X通道数据，均值为-33.75度，标准差为0.24度；短时最大倾角摆动范围[+1，-1.3]度。该方向体现了方向角度变化，值相对较小。
上午10点开始，1小时的Y通道数据，均值为-4.25度，标准差为0.8度；短时最大倾角摆动范围[+3.7，-3.6]度。Y通道相对于X通道而言，对铁塔的横向摇动敏感，主要体现了俯仰方向的角度变化，能很好的体现35米通信铁塔的横向摇动；该值可作为横向摇动的主要判据。
2011年8月4日上午10点开始，1小时的斜距数据的变化，均值为22.053米，标准差为1.6mm；短时最大斜距摆动范围[+4，-4]毫米。由于风向的随机性，当风向垂直于斜距平面时，铁塔的随风向的横向摇动基本对斜距没有影响；而当风向平行于斜距平面时，能较大的影响斜距的变化。综合来看，该斜距值可作为横向摇动的次要判据。
另外，由于铁塔的结构倾斜是一个渐进的过程，假设定备和铁塔紧固的前提下；该斜距的初始值和运行一段时间的均值想比较，其差值能作为铁塔结构倾斜的主要判据。
2011年8月8日上午12点开始，1小时的Y通道数据，均值为-4.25度，标准差为0.82度；短时最大倾角摆动范围[+3.8，-3.7]度。Y通道相对于X通道而言，对铁塔的横向摇动敏感。和2011-08-04上午10点开始一小时的数据相比；统计值，均值和标准差几乎完全相同，最值范围有2%的差别。
2011年8月8日上午12点开始，1小时的斜距数据的变化，均值为22.0478米，标准差为0.9mm；短时最大斜距摆动范围[+2.2，-2.8]毫米。该时间段的风力较小。
2011年8月8日上午10点开始，5小时内的斜距数据的变化，均值为22.046米，标准差为2mm；长时时最大斜距摆动范围[+8，-6]毫米。从上图可以看出斜距的短时均值是周期变化的，这就排除了由于紧固不牢导致的斜距单一方向变化的假设。
2.3 数据分析总结
（1）按照几何位置示意以及导出量的推导，给出了严格的几何位置计算方法；
（2）选择阳光浓烈的几个时段，测试数据连续，没有连续丢失现象；
（3）根据样本测试数据，给出了短时和长时样本分布和统计值，其中XY量通道倾角的标准差很稳定，均值略有变化；斜距的短时均值稳定，长时均值低速振荡；斜距标准差短时很小低于1mm，长时标准差2mm，最大变动范围在正负1cm以内。
3 运营收益
3.1 短期收益分析
（1）通过实时监控的方式，配合传统维护，维护更经济；
（2）提前分析铁塔结构状态，实时监控铁塔的健康隐患；
（3）有针对性的重点巡检，改变传统拉网式巡检，降低成本，增加效率；
（4）信息化管理，提高基础设备的管理效率；避免大量纸介文档的频繁使用；
（5）实现铁塔生命周期信息的统一查询、历史故障记录检索；实现维护工作随时有历史数据可查；
（6）能在远端及时发现隐患和风险，能及时采取措施，避免铁塔倾斜，摇动或倒伏等风险。
3.2 长期收益分析
（1）通过长期的数据积累，实现铁塔位置，气候与环境数据的积累，为后续建塔、维护提供更准确的依据；
（2）电子化的维护记录，建立每个塔的“病历本”，通过长期性记录的保持；能夠针对每个铁塔出保养专案。
（3）监控系统后续可扩展为工程管理系统，基础设施建设周期可统一纳入管理，自动报表方式关注工程进展。
（4）可扩展其他多传感器集成；包括各个站点的电能质量管理。
参考文献
1.《通信铁塔的检查与维护》曹江海
2.《铁路通信铁塔安全监测系统总体技术方案》铁道部通信技术中心
3.《GSM-R系统通信铁塔的安全检测与维护》刘建宇、郭勇
4.《GSM-R系统通信铁塔安全监测系统研究》袁振江、吕晓鹏、白明明
5.《铁路通信铁塔安全监测系统的研究》于明哲
石太铁路客运专线是一条设计时速达250公里的客运专线，沿线共设5座车站：石家庄、获鹿、阳泉北、东陵井和太原东。石太客专铁路通信系统是为石太客专铁路（如牵引供电、信号、运营调度、旅客服务、防灾安全监控、动车组、既有通信等）运输各专业提供服务的通信系统。全线共计有67座铁塔，高铁沿线GSM-R铁塔的安全状态（倾斜，倒塌等）对高速铁路的安全运营影响也越来越大，加快高速铁路通信铁塔安全实时监控系统的应用也迫在眉睫。
1 总体架构
1.1 基本原理
一个完整、实时、全线路的铁塔安全监控系统，能使得实时监控和预测为一体，减低铁塔寻路检查成本。本系统解决方案，目的是通过基于MSTP光传输系统的以太专网传送数据，完成铁路沿线所有铁塔的安全状态（倾斜，摇摆安全范围）的实时监控。
以在石太客专1号基站建立的铁塔安全监控系统为例进行说明。
本系统原理是通过多种（距离和多通道角度）传感器的集成，在中控室实时对每个铁塔的传感数据测量值以及几何推算，进行联合判决，判断铁塔的摆动和（或）倾斜的程度，并根据相关铁塔安全维护标准，来自动判断是否处于正常范围以内。每个铁塔实时传感数据通过设在基站内的MSTP传输设备提供的以太专网通道，将数据上传到中心各类服务器，在北京的网管中心通过监控工作站能完成远程实时监控同时，完成历史数据和日志记录，以供维护查阅。
1.2 总体架构
系统包含的主要设备和软件有：
（1） 塔顶的安全监控设备；
（2） 铁塔机房的以太通信网关；
（3） 干路交换机（现成）；
（4） 中心监控服务器，通信服务器、数据库服务器，日志服务器、web服务器。
2 现场数据分析
2.1 几何位置关系
三参量（R，？兹1，？兹2）（斜距，X-Y通道倾角）是动态监控检测量；与参考平面的竖直高度H和斜距倾角？兹3是导出量，关系如下：
由于tan函数是奇函数，运算都是平方关系；所以倾角的正负符号没有关系。有了几何关系的依托，下面主要分析动态随机数据样本的均值、最大值、标准差等统计量。
2.2 数据分析
首先分析同一时间段的3通道数据的数据分布。
2011年8月4日上午10点开始，半小时的X通道数据，均值为-33.75度，标准差为0.24度；短时最大倾角摆动范围[+1，-1.3]度。该方向体现了方向角度变化，值相对较小。
上午10点开始，1小时的Y通道数据，均值为-4.25度，标准差为0.8度；短时最大倾角摆动范围[+3.7，-3.6]度。Y通道相对于X通道而言，对铁塔的横向摇动敏感，主要体现了俯仰方向的角度变化，能很好的体现35米通信铁塔的横向摇动；该值可作为横向摇动的主要判据。
2011年8月4日上午10点开始，1小时的斜距数据的变化，均值为22.053米，标准差为1.6mm；短时最大斜距摆动范围[+4，-4]毫米。由于风向的随机性，当风向垂直于斜距平面时，铁塔的随风向的横向摇动基本对斜距没有影响；而当风向平行于斜距平面时，能较大的影响斜距的变化。综合来看，该斜距值可作为横向摇动的次要判据。
另外，由于铁塔的结构倾斜是一个渐进的过程，假设定备和铁塔紧固的前提下；该斜距的初始值和运行一段时间的均值想比较，其差值能作为铁塔结构倾斜的主要判据。
2011年8月8日上午12点开始，1小时的Y通道数据，均值为-4.25度，标准差为0.82度；短时最大倾角摆动范围[+3.8，-3.7]度。Y通道相对于X通道而言，对铁塔的横向摇动敏感。和2011-08-04上午10点开始一小时的数据相比；统计值，均值和标准差几乎完全相同，最值范围有2%的差别。
2011年8月8日上午12点开始，1小时的斜距数据的变化，均值为22.0478米，标准差为0.9mm；短时最大斜距摆动范围[+2.2，-2.8]毫米。该时间段的风力较小。
2011年8月8日上午10点开始，5小时内的斜距数据的变化，均值为22.046米，标准差为2mm；长时时最大斜距摆动范围[+8，-6]毫米。从上图可以看出斜距的短时均值是周期变化的，这就排除了由于紧固不牢导致的斜距单一方向变化的假设。
2.3 数据分析总结
（1）按照几何位置示意以及导出量的推导，给出了严格的几何位置计算方法；
（2）选择阳光浓烈的几个时段，测试数据连续，没有连续丢失现象；
（3）根据样本测试数据，给出了短时和长时样本分布和统计值，其中XY量通道倾角的标准差很稳定，均值略有变化；斜距的短时均值稳定，长时均值低速振荡；斜距标准差短时很小低于1mm，长时标准差2mm，最大变动范围在正负1cm以内。
3 运营收益
3.1 短期收益分析
（1）通过实时监控的方式，配合传统维护，维护更经济；
（2）提前分析铁塔结构状态，实时监控铁塔的健康隐患；
（3）有针对性的重点巡检，改变传统拉网式巡检，降低成本，增加效率；
（4）信息化管理，提高基础设备的管理效率；避免大量纸介文档的频繁使用；
（5）实现铁塔生命周期信息的统一查询、历史故障记录检索；实现维护工作随时有历史数据可查；
（6）能在远端及时发现隐患和风险，能及时采取措施，避免铁塔倾斜，摇动或倒伏等风险。
3.2 长期收益分析
（1）通过长期的数据积累，实现铁塔位置，气候与环境数据的积累，为后续建塔、维护提供更准确的依据；
（2）电子化的维护记录，建立每个塔的“病历本”，通过长期性记录的保持；能夠针对每个铁塔出保养专案。
（3）监控系统后续可扩展为工程管理系统，基础设施建设周期可统一纳入管理，自动报表方式关注工程进展。
（4）可扩展其他多传感器集成；包括各个站点的电能质量管理。
参考文献
1.《通信铁塔的检查与维护》曹江海
2.《铁路通信铁塔安全监测系统总体技术方案》铁道部通信技术中心
3.《GSM-R系统通信铁塔的安全检测与维护》刘建宇、郭勇
4.《GSM-R系统通信铁塔安全监测系统研究》袁振江、吕晓鹏、白明明
5.《铁路通信铁塔安全监测系统的研究》于明哲