CN103809537A - 铁路铁塔安全监测方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于铁路铁塔安全监测方法、装置和系统，其中的方法包括：通过设置于铁路铁塔上的铁路铁塔安全监测设备采集铁路铁塔的监测信号R和(θ₁,θ₂)，监测信号通过铁路专用网络传输至铁路监测中心铁塔监控端；监控端利用R和监测设备与固定参考点之间的初始距离R₀计算ΔR，利用(θ₁,θ₂)和监测设备在水平平面X-Y轴上的初始倾角对(θ₁₀,θ₂₀)计算(Δθ₁,Δθ₂)；监控端将(Δθ₁,Δθ₂)与该铁路铁塔对应的Δθ分别进行比较，将ΔR与该铁路铁塔的水平位移限值u进行比较，并根据比较的结果确定是否输出该铁路铁塔的报警信息。本发明可及时准确的定位出存在安全问题的铁路铁塔，并可以为维护人员提供故障原因，从而可及早排除铁路铁塔的安全问题；另外，本发明还可通过数据分析实现铁路铁塔的安全风险隐患预警功能。

Description

铁路铁塔安全监测方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及铁路安全技术领域，特别是涉及一种铁路铁塔安全监测方法、铁路铁塔安全监测设备、铁路监测中心铁塔监控端以及铁路铁塔安全监测系统。 

背景技术

铁路沿线设置的用于通信的铁路铁塔（可以简称为铁塔），是GSM-R系统等所必须的基础设施。 

由于当前的铁路铁塔与铁路线路之间的距离并不能够满足倒塔安全距离，因此，铁路铁塔的安全状态（如铁路铁塔的倾斜、倒塌等）会严重影响铁路的连续正常运营；另外，铁路铁塔钢材材质所存在的隐患问题以及夜间检修惯例所存在的问题也会给铁路路线的运营带来安全隐患。上述问题不仅会造成经济损失，而且有时还会产生不利的社会影响。 

目前，现有的铁路铁塔主要是通过人工进行维护，即通过工作人员对铁路铁塔的逐个定性巡查来发现存在安全问题的铁路铁塔，并对巡查出的存在安全问题的铁路铁塔进行维护，以排除其存在的安全问题。 

发明人在实现本发明过程中发现：现有的铁路铁塔的维护方式并不能够实现定量精确测量，因此，无法准确的获知铁路铁塔的几何姿态，从而也就无法按照《YD/T5131-2005移动通信工程钢塔桅结构设计规范》中的相关规定来对铁路铁塔进行安全防护，即不能按照现有的规范及时且准确的排查出存在安全问题的铁路铁塔。因此，如何能够及时准确的获知存在安全问题的铁路铁塔，以能够及时的对铁路铁塔进行相应的维护，排除该安全问题，对于铁路部门来说是一个急需解决的技术问题。 

有鉴于上述现有的铁路铁塔维护存在的问题，发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验以及专业知识，配合理论的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的铁路铁塔安全监测方法、设备、装置以及系统，能够克服现有的铁路铁塔维护存在的问题，使其更具实用性，指导铁路铁塔的安全生产工作。经过不断的研究设计,并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。 

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的铁路铁塔维护存在的问题，而提供一 种新的铁路铁塔安全监测方法、装置和系统，所要解决的技术问题是，能够及时且准确的获知存在安全问题的铁路铁塔，并为维护人员提供故障原因，另外，还可以对铁路铁塔的安全风险隐患进行风险预警。 

本发明的目的及解决其技术问题可采用以下的技术方案来实现。 

依据本发明提出的一种铁路铁塔安全监测方法，包括：通过设置于铁路铁塔上的铁路铁塔安全监测设备采集铁路铁塔的监测信号，所述监测信号包括：监测设备与固定参考点之间的距离R以及铁路铁塔在水平平面X-Y轴上的倾角对(θ₁,θ₂)；所述监测信号通过铁路专用网络传输至铁路监测中心铁塔监控端；所述监控端获取所述监测设备与固定参考点之间的初始距离R₀以及所述监测设备在水平平面X-Y轴上的初始倾角对(θ₁₀,θ₂₀)，利用所述R和R₀计算距离变化量ΔR，利用所述(θ₁,θ₂)和(θ₁₀,θ₂₀)计算倾角对变化量(Δθ₁,Δθ₂)；所述监控端将所述倾角对变化量(Δθ₁,Δθ₂)与该铁路铁塔对应的Δθ分别进行比较，将所述距离变化量ΔR与该铁路铁塔的水平位移限值u进行比较；所述监控端根据比较的结果确定是否输出该铁路铁塔的报警信息； 

其中，所述Δθ利用下式设定：H_i为所述监测设备的实际挂高，在所述监测设备的实际挂高不超过10米时，所述H_j的取值为：监测设备的实际挂高H_i，在所述监测设备的实际挂高超过10米时，所述H_j的取值为：所述监测设备所在层的层高。 

依据本发明提出的一种铁路铁塔安全监测设备，与铁路监测中心铁塔监控端连接，且所述设备包括：倾角监测模块、激光测距传感模块、信号采集模块、信号传输接口模块、电源接口模块和电源转换模块；所述倾角监测模块与信号采集模块和电源转换模块均连接，用于采集铁路铁塔在水平平面X-Y轴上的倾角对(θ₁,θ₂)，并向信号采集模块输出倾角对(θ₁,θ₂)；所述激光测距传感模块与信号采集模块和电源转换模块均连接，用于采集监测设备与固定参考点之间的距离R，并向信号采集模块输出距离R；信号采集模块与倾角监测模块、信号传输接口模块及电源转换模块均连接，用于对接收到的倾角对(θ₁,θ₂)和距离R分别进行格式转换，并通过所述信号传输接口模块向外部设备发送所述格式转换后的倾角对(θ₁,θ₂)和距离R；所述信号传输接口模块与信号采集模块和信号传输线均连接，所述铁路铁塔安全监测设备通过所述信号传输接口模块和所述信号传输线与铁路监测中心铁塔监控端进行信息交互；所述电源接口模块与所述电源转换模块和外部电源线均连接，用于将外部电力资源引入铁路铁塔安全监测设备内部；所述电源转换模块用于为所述铁路铁塔安全监测设备中的各用电元件提供符合 其用电规格的电力资源。 

依据本发明提出的一种铁路监测中心铁塔监控端，通过铁路专用网络与铁路铁塔安全监测设备连接，所述监控端包括：接收模块，用于通过铁路专用网络接收设置于铁路铁塔上的所述监测设备采集并传输来的监测信号，所述监测信号包括：监测设备与固定参考点之间的距离R以及铁路铁塔在水平平面X-Y轴上的倾角对(θ₁,θ₂)；计算模块，用于获取所述监测设备与固定参考点之间的初始距离R₀以及所述监测设备在水平平面X-Y轴上的初始倾角对(θ₁₀,θ₂₀)，利用所述R和R₀计算距离变化量ΔR，利用所述(θ₁,θ₂)和(θ₁₀,θ₂₀)计算倾角对变化量(Δθ₁,Δθ₂)；比较模块，用于将所述倾角对变化量(Δθ₁,Δθ₂)与该铁路铁塔对应的Δθ分别进行比较，并将所述距离变化量ΔR与该铁路铁塔的水平位移限值u进行比较；其中，所述Δθ利用下式设定：

设备的实际挂高超过10米时，所述H_j的取值为：所述监测设备所在层的层高;报警模块，用于根据比较模块的比较结果确定是否输出该铁路铁塔的报警信息。 

依据本发明提出的一种铁路铁塔安全监测系统，包括：多个铁路铁塔安全监测设备，分别设置于多个铁路铁塔上，监测设备采集其所在的铁路铁塔的的监测信号，监测信号包括：监测设备与固定参考点之间的距离R以及铁路铁塔在水平平面X-Y轴上的倾角对(θ₁,θ₂)；多个以太通信网关，一个以太通信网关与一个铁路铁塔安全监测设备连接，以太通信网关将与其连接的铁路铁塔安全监测设备传输来的监测信号转换成的以太网信号，并输出；干路接入设备，通过铁路以太专网与多个以太通信网关连接，接收所述以太网信号；中控接入设备，与干路接入设备连接；中控系统，与所述中控接入设备连接，设置有铁路监测中心铁塔监控端，监控端用于，接收所述以太网信号，获取所述监测设备与固定参考点之间的初始距离R₀以及所述监测设备在水平平面X-Y轴上的初始倾角对(θ₁₀,θ₂₀)，利用R和R₀计算距离变化量ΔR，利用所述(θ₁,θ₂)和(θ₁₀,θ₂₀)计算倾角对变化量(Δθ₁,Δθ₂)，将所述倾角对变化量(Δθ₁,Δθ₂)与该铁路铁塔对应的Δθ分别进行比较，将所述距离变化量ΔR与该铁路铁塔的水平位移限值u进行比较，根据比较的结果确定是否输出该铁路铁塔的报警信息； 

其中，所述Δθ利用下式设定：

H_i为所述监测设备的实际挂高，在所述监测设备的实际挂高不超过10米时，所述H_j的取值为：监 测设备的实际挂高H_i，在所述监测设备的实际挂高超过10米时，所述H_j的取值为：所述监测设备所在层的层高。 

借由上述技术方案，本发明的铁路铁塔安全监测方法、装置和系统至少具有下列优点及有益效果：本发明通过在铁路铁塔上设置铁路铁塔安全监测设备，使铁路铁塔安全监测设备可以实时获得其所在的铁路铁塔的监测信号；铁路监测中心铁塔监控端通过将基于监测信号计算获得的倾角对变化量(Δθ₁,Δθ₂)与该铁路铁塔对应的Δθ分别进行比较，并将基于监测信号计算获得的距离变化量ΔR与该铁路铁塔的水平位移限值u进行比较，可以根据比较结果及时确定出铁路铁塔的几何姿态，从而可及时准确的判断出铁路铁塔是否存在安全问题；另外，本发明还可以通过对铁路铁塔监测信号的长期统计分析获得铁路铁塔与其所在环境（如风力、风向、温度以及湿度等）的相关性信息以及铁路铁塔的沉降位移信息等；由此可知，本发明能够及时且准确的获知存在安全问题的铁路铁塔，从而可以及早排除铁路铁塔的安全问题；且本发明还可以实现对存在安全隐患的铁路铁塔进行安全风险预警，以便于及早消除铁路铁塔存在的安全隐患。 

综上所述，本发明在技术上有显著的进步，并具有明显的积极技术效果，成为一新颖、进步、实用的新设计。 

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征以及优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。 

附图说明

图1为本发明的铁路铁塔安全监测几何示意图； 

图2为本发明的铁路铁塔安全监测设备示意图； 

图3为本发明的铁路铁塔安全监测系统示意图； 

图4为本发明的铁路监测中心铁塔监控端示意图。 

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的铁路铁塔安全监测方法、装置和系统其具体实施方式、流程步骤、结构、特征及其功效，详细说明如后。 

实施例一、铁路铁塔安全监测方法。 

首先，通过设置于铁路铁塔上的铁路铁塔安全监测设备（可以简称为 监测设备）采集铁路铁塔的监测信号。 

这里的监测信号主要包括：该监测设备与固定参考点之间的距离R以及铁路铁塔在水平平面X-Y轴上的倾角对(θ₁,θ₂)，该倾角对(θ₁,θ₂)即附图1所示的X通道倾角θ₁以及Y通道倾角θ₂。 

在本发明中，一个监测设备具有一个固定参考点，不同监测设备所具有的固定参考点是不相同的。另外，上述铁路铁塔在水平平面X-Y轴上的倾角对(θ₁,θ₂)也可以被称为监测设备在水平平面X-Y轴上的倾角对(θ₁,θ₂)。 

其次，铁路铁塔安全监测设备采集的监测信号通过铁路专用网络传输至铁路监测中心铁塔监控端（可以简称为监控端）。 

具体的，该铁路铁塔安全监测设备监测获得的监测信号可以在进行格式转换后，通过铁路专用网络（如铁路以太专网）传输至监控端。上述格式转换如将铁路铁塔安全监测设备监测获得并输出的基于RS485协议的监测信号转换为以太网信号。另外，该监控端可以通过铁路专用网络与多个铁路铁塔安全监测设备分别连接，从而该监控端可以接收到多个监测设备传输来的监测信号。 

之后，针对某个铁路铁塔而言，监控端获取该铁路铁塔的监测设备与固定参考点之间的初始距离R₀以及该铁路铁塔的监测设备在水平平面X-Y轴上的初始倾角对(θ₁₀,θ₂₀)，利用上述R和R₀计算距离变化量ΔR，利用上述(θ₁,θ₂)和(θ₁₀,θ₂₀)计算倾角对变化量(Δθ₁,Δθ₂)。 

具体的，监控端中预先存储有各铁路铁塔对应的初始距离R₀以及初始倾角对(θ₁₀,θ₂₀)，例如，在为铁路铁塔安装监测设备时，会为该铁路铁塔设置其对应的固定参考点，并基于实地测量来确定该监测设备在水平平面X-Y轴上的初始倾角对(θ₁₀,θ₂₀)以及该监测设备与该固定参考点之间的初始距离R₀，从而将该初始距离R₀以及初始倾角对(θ₁₀,θ₂₀)存储于监控端。 

监控端可以根据其接收到的监测信号确定出该监测信号是哪个铁路铁塔的监测信号，然后，在从其预先存储的信息中获取该铁路铁塔对应的初始倾角对(θ₁₀,θ₂₀)以及初始距离R₀。 

监控端可以利用下式公式（1）计算距离变化量ΔR，并利用下述公式（2）和公式（3）计算倾角对变化量(Δθ₁,Δθ₂)： 

ΔR＝R-R₀                         公式（1） 

Δθ₁＝θ₁-θ₁₀                         公式（2） 

Δθ₂＝θ₂-θ₂₀                         公式（3） 

之后，监控端将其计算获得的倾角对变化量(Δθ₁,Δθ₂)与该铁路铁塔对应的Δθ分别进行比较，并将其计算获得的距离变化量ΔR与该铁路铁塔对应的水平位移限值u进行比较，从而监控端可以根据上述比较的结果确定出存在安全问题的铁路铁塔，并针对存在安全问题的铁路铁塔输出报警信息。 

需要说明书的是，本发明中的水平位移限值u的取值可以是依据《YD/T5131-2005移动通信工程钢塔桅结构设计规范》中对铁路通信铁塔的安全标准确定的。当然，也可以依据其他安全标准确定水平位移限值u。另外，在本发明中，并不是每一个铁路铁塔所对应的水平位移限值u的取值都必须相同，相反，每个铁路铁塔对应的水平位移限值u的取值可以是根据其实际情况而预先设定的。同样的，并不是每一个铁路铁塔所对应的Δθ的取值都必须相同，相反，每个铁路铁塔对应的Δθ的取值可以是根据其实际情况而预先设定的。 

针对水平位移限值u的一个具体的例子，在铁路铁塔的类型为自立塔或者桅杆时，水平位移限值u的取值可以为：H_i×1/75；在铁路铁塔的类型为单管塔时，水平位移限值u的取值可以为：H_i×1/40。 

针对Δθ的一个具体的例子，针对一个具体的铁路铁塔而言，可利用下述公式（4）来设定该铁路铁塔的Δθ： 

$\mathrm{\Δ\θ}\≈\frac{u\×H_i}{H_j}\×60$ 公式（4） 

在上述公式（4）中，H_i为该铁路铁塔上的监测设备的实际挂高，且在该监测设备的实际挂高不超过10米时，上述H_j的取值为：监测设备的实际挂高H_i，而在该监测设备的实际挂高超过10米时，上述H_j的取值为：监测设备所在层的层高。 

上述的所在层也可以称为所在节，即铁路铁塔被划分为多节（也即多层），一节的长度即该层的层高，例如，铁路铁塔由6节均为6米长的刚性材料纵向叠高组成，那么，在监测设备的实际挂高超过10米的情况下，上述Hj的取值可以为6米。 

监控端根据比较的结果确定出存在安全问题的铁路铁塔的一个具体的例子为，在倾角对变化量(Δθ₁,Δθ₂)均达到或者超过该铁路铁塔对应的Δθ的同时，距离变化量ΔR达到或者超过该铁路铁塔的水平位移限值u，则监控端输出该铁路铁塔的报警信息。这里的报警信息可以是在监控端的屏幕上显示的图形报警信息（如中间带有感叹号的三角形），也可以是声音报警信号，还可以是指示灯报警信号等等。 

另外，本发明中的监控端还可以计算上述距离变化量ΔR的均值U，并将该均值U与其预先存储的该铁路铁塔对应的垂直度限值进行比较，从而监控端可以根据该比较结果判断出该铁路铁塔是否符合垂直度要求。 

上述均值U可以通过下述公式（5）计算获得： 

$U=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{R}_i$ 公式（5） 

在上述公式（5）中，N为进行均值计算的距离变化量ΔR的数量，ΔR_i为第i个ΔR。 

上述垂直度限值的取值可以是根据运基通信【2012】250号《铁路通信铁塔安全监测系统技术规范》要求而设定的，例如，运基通信【2012】250号《铁路通信铁塔安全监测系统技术规范》中规定：在不考虑风载荷、覆冰载荷、雪载荷、地震作用等可变荷载情况下，自立式铁路铁塔垂直度U（即均值）在大于铁路铁塔的全塔高度的1/1000时，单管塔垂直度U（即本发明中的均值）在大于铁路铁塔的全塔高度的1/750时，系统应显示一般告警信号。 

基于上述规定，在本发明中，在铁路铁塔的类型为自立塔或者桅杆的情况下，监控端如果判断出其计算出的均值U超过铁路铁塔的塔高的1/1000，则输出垂直度一般告警信号；而在铁路铁塔的类型为单管塔的情况下，监控端如果判断出其计算出的均值U超过铁路铁塔的塔高的1/750时，则输出垂直度一般告警信号。另外，在本发明中，如果监控端判断出铁路铁塔的均值U达到或者超过其对应的最大垂直度限值，则监控端可以针对该铁路铁塔输出垂直度严重告警信号。同样的，最大垂直度限值也可以是针对具体的铁路铁塔设置的，不同的铁路铁塔对应的最大垂直度限值可以不尽相同。 

还有，本发明的监控端可以通过均值U的大小变化判断出铁路铁塔是否发生沉降，通过将均值U和(Δθ₁,Δθ₂)结合起来可以判断出铁路铁塔的倾斜方向。 

本实施例的报警的误差计算过程为： 

设定存在的角度关系为：tan²θ₃=tan²θ₁+tan²θ₂； 

另设静态斜距倾角为θ₃₀，动态斜距倾角为θ₃=θ₃₀+Δθ₃，铁路铁塔相对竖直方向倾角为Δθ₃，根据几何关系推导有； 

$\frac{R_0}{R}=\cos \mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_3-\tan {\mathrm{\θ}}_{30}\sin \mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_3,$ 且该公式 $\frac{R_0}{R}=\cos \mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_3-\tan {\mathrm{\θ}}_{30}\sin \mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_3$ 可以整理为下述公式（6）的形式： 

$\frac{R_0\cos {\mathrm{\θ}}_{30}}{R}\text{=cos}{\mathrm{\θ}}_3=\cos ({\mathrm{\θ}}_{30}+\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_3)$ 公式（6） 

为了表示方便，对上述公式（6）中的变量进行替换，即 

R→y,R₀→y₀,Δθ₃→x,θ₃₀→x₀, 

则上述公式（6）变换为下述公式（7）的形式 

$\frac{y_0\cos x_0}{y}=\cos (x_0+x)$

$\⇒y=\frac{y_0\cos x_0}{\cos (x_0+x)}{y}_0\cos x_0\sec (x_0+x)$

$\⇒\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}=y_0\cos x_0\sec (x_0+x)\tan (x_0+x)$ 公式（7） 

$\⇒\frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{dy}}=\frac{1}{y_0\cos x_0\sec (x_0+x)\tan (x_0+x)}$

$\⇒\mathrm{dx}=\frac{{\cos }^2(x_0+x)}{y_0\cos x_0\sin (x_0+x)}\mathrm{dy}$

由于x的取值范围接近0，从而近似有下述公式（8）： 

$\mathrm{dx}\≈\frac{\cos (x_0+x)}{y_0\sin (x_0+x)}\mathrm{dy}$

$=\frac{1}{y_0}\cot (x_0+x)\mathrm{dy}$ 公式（8） 

$\≈\frac{1}{R_0\tan {\mathrm{\θ}}_3}\mathrm{\ΔR}$

由上述公式（8）可知，铁路铁塔相对竖直方向的倾角Δθ₃的误差主要将由：初始斜距R₀、动态斜距倾角θ₃以及斜距测量误差ΔR共同决定。 

由于ΔR的精度为正负1mm，可见铁路铁塔的动态斜距越大，则相对误差越小；另外由于θ₃=θ₃₀+Δθ₃为非零量，其相对误差可忽略。一个具体的例子，当斜距为10m时，斜距倾角为35度时，角度误差为： 

也就是说，测量误差小于0.01度。在实际应用中，斜距通常会可以更长（如20m），从而误差还会更低。 

由上述描述可知，本实施例的虚警概率是非常低的，且本实施例可以对多种类型的铁路铁塔的不同晃动和摇动方式进行准确的预警判断。 

实施例二、铁路铁塔安全监测设备。 

该铁路铁塔安全监测设备通常安装于铁路沿线的铁路铁塔上，该铁路铁塔可以为自立式角钢塔、自立式钢管塔、自立式独管塔或者桅杆等。该铁路铁塔安全监测设备的结构如附图2所示。 

图2中，铁路铁塔安全监测设备主要包括：倾角监测模块1、激光测距传感模块2、信号采集模块3、信号传输接口模块4、电源接口模块5以及电源转换模块6。 

倾角监测模块1与信号采集模块3和电源转换模块6分别连接。 

倾角监测模块1主要用于通过自身的感测获取铁路铁塔在水平平面X-Y轴上的倾角对(θ₁,θ₂)，并将其监测获取的倾角对(θ₁,θ₂)传输给信号采集模块3。该倾角对(θ₁,θ₂)主要用于计算铁路铁塔的倾角对变化量(Δθ₁,Δθ₂)。 

倾角监测模块1可以由现有的器件来实现，如由现有的倾角传感器来实现。倾角监测模块1可以采用印制电路板的形式（即倾角监测板）。 

激光测距传感模块2与信号采集模块3和电源转换模块6分别连接。 

激光测距传感模块2主要用于通过自身的监测获取监测设备与固定参考点之间的距离R，并将其监测获取的距离R传输给信号采集模块3。该距离R主要用于计算铁路铁塔的距离变化量ΔR。 

激光测距传感模块2可以由现有的器件来实现，且激光测距传感模块2可以采用印制电路板的形式（即激光测距传感器板），以便于可以插接在信号采集板上。 

信号采集模块3与倾角监测模块1、信号传输接口模块4、电源转换模块6以及激光测距传感模块2分别连接。 

信号采集模块3主要用于接收倾角监测模块1输出的监测信号（即倾角对(θ₁,θ₂)）以及激光测距传感模块2输出的监测信号（即距离R），并将其接收到的监测信号进行信号格式的转换，如将接收到的监测信号转换为符合RS485协议的监测信号，之后，信号采集模块3将其格式转换后获得的监测信号通过信号传输接口模块4向外部设备发送。这里的外部设备如与其连接的以太通信网关等，从而转换后的监测信号可以通过以太通信网关、铁路专用网（如铁路以太专网）、干路接入设备以及中控接入设备传输至中控系统（如传输至中控系统中的铁路监测中心铁塔监控端）。信号采集模块3可以使用印制电路板的形式来实现（即信号采集板），且本发明不限制信号采集模块3实现信号格式转换的具体实现过程。 

信号传输接口模块4与信号采集模块3和信号传输线分别连接。 

信号传输接口模块4是铁路铁塔安全监测设备与外部设备进行信息交互的接口，也就是说，信号传输接口模块4主要用于将信号采集模块3输出的监测信号通过信号传输线传输给外部设备，并将外部设备通过信号传输线传输来的信号（如控制信号等）传输给信号采集模块3。 

本发明的信号传输接口模块4可以采用现有的元件来实现，如符合RS485标准的接口等。 

电源接口模块5与电源转换模块6和外部电源线均连接。 

电源接口模块5主要用于将外部的电源引入到铁路铁塔安全监测设备中，这里的外部电源通常为直流电源，如12V的直流电源等。 

在实际应用中，电源接口模块5可以与信号传输接口模块4集成设置为一体，如两者集成设置为符合现有标准的RS485接口等。一个具体的例子，信号传输线和外部电源线为具有四根芯线的RS485线缆，其中两根芯线用于电源供给，另外两根芯线中的一根芯线用于铁路铁塔安全监测设备的信号接收，另一根芯线用于铁路铁塔安全监测设备的信号发送。另该RS485线缆可以通过现有的航空插头的形式与RS485接口插接。 

电源转换模块6与电源接口模块5以及铁路铁塔安全监测设备中的各用电元件分别连接。电源转换模块6主要用于对通过电源接口模块5引入的电源进行电源规格的转换，以便于可以根据各用电元件的用电需求（如电压需求）为其提供电力资源，例如，电源转换模块6将12V的直流电转换为5V的直流电，并分别为倾角监测模块1、信号采集模块3和激光测距传感模块2分别提供5V的直流电源。 

电源转换模块6可以与用电元件直接连接，也可以与用电元件间接连接，如电源转换模块6集成设置于信号采集板中，而倾角监测模块1和激光测距传感模块2均插接在信号采集板上，这样，信号采集板可以直接从电源转换模块6处获取电力资源，而倾角监测模块1和激光测距传感模块2是通过信号采集板间接的从电源转换模块6处获取电力资源。 

实施例三、铁路铁塔安全监测系统。该铁路铁塔安全监测系统可以对自立式角钢塔、自立式钢管塔、自立式独管塔或者桅杆等铁路铁塔进行实时监控。该铁路铁塔安全监测系统的结构如附图3所示。 

图3中，铁路铁塔安全监测系统主要包括：多个铁路铁塔安全监测设备20（图中仅适应性的示出了两个铁路铁塔安全监测设备20）、多个以太通信网关21（图中仅适应性的示出了两个以太通信网关21）、干路接入设备22、中控接入设备23以及中控系统24。 

铁路铁塔安全监测设备20安装于铁路铁塔上，铁路铁塔安全监测设备20的具体结构如上述实施例二中的描述，在此不再重复说明。 

以太通信网关21一方面与铁路铁塔安全监测设备20连接，另一方通过铁路以太专网与干路接入设备22连接。本发明的以太通信网关21也可以称为RS485网关。一个以太通信网关21对应一个铁路铁塔安全监测设备20。 

以太通信网关21主要用于和与其连接的铁路铁塔安全监测设备20进行信息交互，以及和与其连接的干路接入设备22进行信息交互。该以太通信网关21还用于为铁路铁塔安全监测设备20提供外部电源。 

一个具体的例子，以太通信网关21接收与其连接的铁路铁塔安全监测 设备20传输来的监测信号，并将该监测信号转换为以太网信号，之后，向干路接入设备22输出其转换后的以太网信号。该以太通信网关21可以由计算机或者单片机等电子设备实现。 

干路接入设备22一方面通过铁路以太专网与多个以太通信网关21连接，另一方面与中控接入设备23连接。 

干路接入设备22主要用于通过铁路以太专网和与其连接的以太通信网关21进行信息交互，以及和与连接的中控接入设备23进行信息交互。 

具体的，干路接入设备22将其从铁路以太专网中接收到的以太网信号传输给中控接入设备23，并将其从中控接入设备23接收到的信号（如控制信号等）传输给以太通信网关21。该干路接入设备22可以为干路交换机等设备。 

中控接入设备23一方面与干路接入设备22连接，另一方面与中控系统连接。 

中控接入设备23主要用于将其从干路接入设备22处接收到的以太网信号传输给中控系统24，并将其从中控系统24处接收到的信号（如控制信号）传输给干路接入设备22。该中控接入设备23可以为中控接入交换机等设备。 

中控系统24与中控接入设备23连接。 

中控系统24主要用于通过干路接入设备22以及中控接入设备23接收过以太通信网关21输出的以太网信号，该以太网信号中包含有距离R和倾角对(θ₁,θ₂)，中控系统24判断其接收到的距离R和倾角对(θ₁,θ₂)对应的铁路铁塔，并从中控系统24内部存储的信息中获取该铁路铁塔对应的监测设备20与固定参考点之间的初始距离R₀以及监测设备20在水平平面X-Y轴上的初始倾角对(θ₁₀,θ₂₀)，中控系统24可以利用上述R和R₀计算出该铁路铁塔的距离变化量ΔR，并利用上述(θ₁,θ₂)和(θ₁₀,θ₂₀)计算出该铁路铁塔的倾角对变化量(Δθ₁,Δθ₂)，从而中控系统24将倾角对变化量(Δθ₁,Δθ₂)与该铁路铁塔对应的Δθ分别进行比较，将距离变化量ΔR与该铁路铁塔的水平位移限值u进行比较，进而中控系统可以根据上述比较的结果确定出该铁路铁塔是否存在安全问题，是否需要输出该铁路铁塔的报警信息。中控系统24输出的报警信息可以包括存在安全问题的铁路铁塔的标识信息（如编号或者地理位置信息等）、以及具体的安全问题等。另外，本发明中的中控系统24还可以计算上述距离变化量ΔR的均值U，并将该均值U与其预先存储的该铁路铁塔对应的垂直度限值进行比较，从而中控系统24可以根据该比较结果判断出该铁路铁塔是否符合垂直度要求，以确定是否输出垂直度一般告警信号。还有，在本发明中，如果中控系统24判断出铁路铁塔的均值U达到或者超过其对应的最大垂直度限值，则中控系统24可以针对该铁路铁塔输出 垂直度严重告警信号。最大垂直度限值也可以是针对具体的铁路铁塔设置的，不同的铁路铁塔对应的最大垂直度限值可以不尽相同。 

还有，本发明的中控系统24可以通过均值U的大小变化判断出铁路铁塔是否发生沉降，通过将均值U和(Δθ₁,Δθ₂)结合起来可以判断出铁路铁塔的倾斜方向。 

上述中控系统24执行的操作可以由其内部设置的铁路监测中心铁塔监控端来实现。 

在上述针对中控系统24的描述中，Δθ可以利用

进行设置；其中，H_i为监测设备20的实际挂高，在监测设备20的实际挂高不超过10米时，H_j的取值为：监测设备20的实际挂高H_i，在监测设备20的实际挂高超过10米时，H_j的取值为：监测设备20所在层的层高。 

本发明的中控系统24可以包括：铁路监测中心铁塔监控端（即监控终端设备）和服务器。该监控终端设备可以称为实时监控工作站。该服务器在软件层面上可以区分为实时通信服务器、数据库服务器、日志服务器以及Web服务器等。该中控系统24可以被用户远程访问，如用户通过互联网可以访问中控系统24，从而可以实现基于互联网的远程监控。 

服务器主要用于存储各铁路铁塔对应的以太网信号，该以太网信号可以以历史数据和日志纪录的形式存储，以便于用户查阅。 

本发明的铁路监测中心铁塔监控端的结构如附图4所示。 

在图4中，监控端包括：接收模块30、计算模块31、比较模块32以及报警模块33。该监控端还可以包括：垂直度告警模块34。 

接收模块30与计算模块31连接。接收模块30主要用于通过铁路专用网络接收设置于铁路铁塔上的监测设备采集并传输来的监测信号，监测信号包括：监测设备与固定参考点之间的距离R以及铁路铁塔在水平平面X-Y轴上的倾角对(θ₁,θ₂)； 

计算模块31与接收模块30和比较模块32均连接。计算模块31主要用于判断接收模块30接收到的监测信号对应的铁路铁塔，然后，从中控系统存储的信息中获取该铁路铁塔的监测设备与固定参考点之间的初始距离R₀以及该铁路铁塔的监测设备在水平平面X-Y轴上的初始倾角对(θ₁₀,θ₂₀)，之后，利用上述R和R₀计算距离变化量ΔR，并利用(θ₁,θ₂)和(θ₁₀,θ₂₀)计算倾角对变化量(Δθ₁,Δθ₂)。计算模块31将其计算出来的距离变化量ΔR和倾角对变化量(Δθ₁,Δθ₂)传输至比较模块32。 

比较模块32与计算模块31和报警模块33分别连接。比较模块32主要用于将计算模块31传输来的倾角对变化量(Δθ₁,Δθ₂)与该铁路铁塔对应的Δθ分别进行比较，并将计算模块31传输来的距离变化量ΔR与该铁路铁塔的水平位移限值u进行比较； 

其中，上述Δθ利用

计算设定，且H_i为该铁路铁塔的监测设备的实际挂高，在该监测设备的实际挂高不超过10米时，H_j的取值为：监测设备的实际挂高H_i，在所述监测设备的实际挂高超过10米时，所述H_j的取值为：所述监测设备所在层的层高。 

报警模块33与比较模块33连接。报警模块33主要用于根据比较模块的比较结果确定是否输出该铁路铁塔的报警信息。 

垂直度告警模块34与计算模块31连接。垂直度告警模块34与计算模块31的连接可以为间接连接关系，如计算模块31计算出的多个距离变化量ΔR被存储在存储介质中，而垂直度告警模块34与该存储介质连接。 

垂直度告警模块34主要用于对计算模块31计算出的多个距离变化量ΔR进行均值U计算，并将其计算出的均值U与垂直度限值进行比较，根据比较的结果判断该铁路铁塔是否符合垂直度要求，以确定是否输出该铁路铁塔的垂直度一般告警信号； 

其中，上述均值U通过

计算获得，且N为进行均值计算的距离变化量ΔR的数量。 

铁路监测中心铁塔监控端中的各模块执行的操作可以参见本发明的实施例一中的描述，在此不再详细说明。 

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。 

Claims (10)

1.一种铁路铁塔安全监测方法，其特征在于，包括：

通过设置于铁路铁塔上的铁路铁塔安全监测设备采集铁路铁塔的监测信号，所述监测信号包括：监测设备与固定参考点之间的距离R以及铁路铁塔在水平平面X-Y轴上的倾角对(θ₁,θ₂)；

所述监测信号通过铁路专用网络传输至铁路监测中心铁塔监控端；

所述监控端获取所述监测设备与固定参考点之间的初始距离R₀以及所述监测设备在水平平面X-Y轴上的初始倾角对(θ₁₀,θ₂₀)，利用所述R和R₀计算距离变化量ΔR，利用所述(θ₁,θ₂)和(θ₁₀,θ₂₀)计算倾角对变化量(Δθ₁,Δθ₂)；

所述监控端将所述倾角对变化量(Δθ₁,Δθ₂)与该铁路铁塔对应的Δθ分别进行比较，将所述距离变化量ΔR与该铁路铁塔的水平位移限值u进行比较；

所述监控端根据比较的结果确定是否输出该铁路铁塔的报警信息；

其中，所述Δθ利用下式设定：

H_i为所述监测设备的实际挂高，在所述监测设备的实际挂高不超过10米时，所述H_j的取值为：监测设备的实际挂高H_i，在所述监测设备的实际挂高超过10米时，所述H_j的取值为：所述监测设备所在层的层高。

2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述水平位移限值u的取值是依据《YD/T5131-2005移动通信工程钢塔桅结构设计规范》中对铁路通信铁塔的安全标准确定的。

3.根据权利要求2所述的监测方法，其特征在于：

在所述铁路铁塔的类型为自立塔或者桅杆时，所述水平位移限值u的取值为：H_i×1/75；

在所述铁路铁塔的类型为单管塔时，所述水平位移限值u的取值为：H_i×1/40。

4.根据权利要求1或2或3所述的监测方法，其特征在于，所述监控端根据比较的结果确定是否输出该铁路铁塔的报警信息包括：

所述监控端在确定出所述倾角对变化量(Δθ₁,Δθ₂)均达到或者超过该铁路铁塔对应的Δθ，且所述距离变化量ΔR达到或者超过该铁路铁塔的水平位移限值u时，输出该铁路铁塔的报警信息。

5.根据权利要求1或2或3所述的监测方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述监控端根据所述距离变化量ΔR的均值U与该铁路铁塔的垂直度限值的比较结果判断所述铁路铁塔是否符合垂直度要求；

其中，所述均值U通过如下公式计算获得：

所述N为进行均值计算的距离变化量ΔR的数量。

6.根据权利要求5所述的监测方法，其特征在于：

在所述铁路铁塔的类型为自立塔或者桅杆时，所述监控端在判断出所述均值U超过所述铁路铁塔的塔高的1/1000时，输出垂直度一般告警信号；

在所述铁路铁塔的类型为单管塔时，所述监控端在判断出所述均值U超过所述铁路铁塔的塔高的1/750时，输出垂直度一般告警信号。

7.一种铁路铁塔安全监测设备，其特征在于，与铁路监测中心铁塔监控端连接，且所述监测设备包括：倾角监测模块、激光测距传感模块、信号采集模块、信号传输接口模块、电源接口模块和电源转换模块；

所述倾角监测模块与信号采集模块和电源转换模块均连接，用于采集铁路铁塔在水平平面X-Y轴上的倾角对(θ₁,θ₂)，并向信号采集模块输出所述倾角对(θ₁,θ₂)；

所述激光测距传感模块与信号采集模块和电源转换模块均连接，用于采集监测设备与固定参考点之间的距离R，并向信号采集模块输出距离R；

所述信号采集模块与倾角监测模块、信号传输接口模块及电源转换模块均连接，用于对接收到的倾角对(θ₁,θ₂)和距离R分别进行格式转换，并通过所述信号传输接口模块向外部设备发送所述格式转换后的倾角对(θ₁,θ₂)和距离R；

所述信号传输接口模块与信号采集模块和信号传输线均连接，所述铁路铁塔安全监测设备通过所述信号传输接口模块和所述信号传输线与铁路监测中心铁塔监控端进行信息交互；

所述电源接口模块与所述电源转换模块和外部电源线均连接，用于将外部电力资源引入铁路铁塔安全监测设备内部；

所述电源转换模块用于为所述铁路铁塔安全监测设备中的各用电元件提供符合其用电规格的电力资源。

8.一种铁路监测中心铁塔监控端，其特征在于，通过铁路专用网络与铁路铁塔安全监测设备连接，所述监控端包括：

接收模块，用于通过铁路专用网络接收设置于铁路铁塔上的所述监测设备采集并传输来的监测信号，所述监测信号包括：监测设备与固定参考点之间的距离R以及铁路铁塔在水平平面X-Y轴上的倾角对(θ₁,θ₂)；

计算模块，用于获取所述监测设备与固定参考点之间的初始距离R₀以及所述监测设备在水平平面X-Y轴上的初始倾角对(θ₁₀,θ₂₀)，利用所述R和R₀计算距离变化量ΔR，利用所述(θ₁,θ₂)和(θ₁₀,θ₂₀)计算倾角对变化量(Δθ₁,Δθ₂)；

比较模块，用于将所述倾角对变化量(Δθ₁,Δθ₂)与该铁路铁塔对应的Δθ分别进行比较，并将所述距离变化量ΔR与该铁路铁塔的水平位移限值u进行比较；

其中，所述Δθ利用下式设定：

H_i为所述监测设备的实际挂高，在所述监测设备的实际挂高不超过10米时，所述H_j的取值为：监测设备的实际挂高H_i，在所述监测设备的实际挂高超过10米时，所述H_j的取值为：所述监测设备所在层的层高;

报警模块，用于根据比较模块的比较结果确定是否输出该铁路铁塔的报警信息。

9.根据权利要求8所述的铁路监测中心铁塔监控端，其特征在于，所述监控端还包括：

垂直度告警模块，用于计算所述距离变化量ΔR的均值U，并根据所述均值U与垂直度限值的比较结果判断该铁路铁塔是否符合垂直度要求，以确定是否输出该铁路铁塔的垂直度一般告警信号；

其中，所述均值U通过如下公式计算获得：

所述N为进行均值计算的距离变化量ΔR的数量。

10.一种铁路铁塔安全监测系统，其特征在于，包括：

多个铁路铁塔安全监测设备，分别设置于多个铁路铁塔上，所述监测设备采集其所在的铁路铁塔的的监测信号，所述监测信号包括：监测设备与固定参考点之间的距离R以及铁路铁塔在水平平面X-Y轴上的倾角对(θ₁,θ₂)；

多个以太通信网关，一个以太通信网关与一个铁路铁塔安全监测设备连接，所述以太通信网关将与其连接的铁路铁塔安全监测设备传输来的监测信号转换成的以太网信号，并输出；

干路接入设备，通过铁路以太专网与多个以太通信网关连接，接收所述以太网信号；

中控接入设备，与所述干路接入设备连接；

中控系统，与所述中控接入设备连接，设置有铁路监测中心铁塔监控端，所述监控端用于，接收所述以太网信号，获取所述监测设备与固定参考点之间的初始距离R₀以及所述监测设备在水平平面X-Y轴上的初始倾角对(θ₁₀,θ₂₀)，利用所述R和R₀计算距离变化量ΔR，利用所述(θ₁,θ₂)和(θ₁₀,θ₂₀)计算倾角对变化量(Δθ₁,Δθ₂)，将所述倾角对变化量(Δθ₁,Δθ₂)与该铁路铁塔对应的Δθ分别进行比较，将所述距离变化量ΔR与该铁路铁塔的水平位移限值u进行比较，根据比较的结果确定是否输出该铁路铁塔的报警信息；

其中，所述Δθ利用下式设定：

H_i为所述监测设备的实际挂高，在所述监测设备的实际挂高不超过10米时，所述H_j的取值为：监测设备的实际挂高H_i，在所述监测设备的实际挂高超过10米时，所述H_j的取值为：所述监测设备所在层的层高。

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