鐵路施工遠程監控通訊方式概述

王志

摘要：隨著安全生產的理念越來越深入人心，對施工過程和施工設備的監控將越來越普遍。本文針對鐵路施工中常見的幾種項目工地及設備的監控通訊方式進行了討論，針對不同的施工環境和數據信息種類介紹了不同的通訊方式，希望能夠為今后的施工遠程監控的通訊方案設計提供了參考。

關鍵詞：鐵路施工；遠程監控；通訊方式

引言

鐵路在施工過程中由于鐵路架橋機、鋪軌機、搬運機等大型專用設備的使用使得施工安全成為施工過程中的第一要務。現代的鐵路施工企業開始以物聯網技術為技術手段，建立鐵路施工的遠程監控系統，對施工的過程進行遠程監督，對施工設備進行遠程管理。遠程監控系統一般由現場和監控中心兩部分組成，而兩部分之間通訊方式的選擇和通訊架構的設計將會對遠程監控的效果起到決定性的影響。

遠程監控通訊方式按照通訊介質的不同主要范圍有線及無線兩種。其中有線介質主要包括電話、寬帶、光纖等，而無線介質主要包括無線電臺、GSM、GPRS/CDMA、衛星通訊等。根據被監控工地的所在位置及具體監控對象的不同，施工現場與監控中心的通訊方式也有所差別。下面對鐵路施工中常見工地的監控通訊方式進行分類分析。

1 小型基地

小型基地以小型的制梁場、制軌場為代表。這些基地中通常沒有復雜的大型施工設備，移動設備也較少，其監控需求主要是視頻監控，且監控點較為固定所以其監控通訊方式一般采用寬帶通訊。多路攝像頭采集視頻信息，通過DQ9視頻線連接到硬盤錄像機，硬盤錄像機通過寬帶上網與數據中心的服務器建立通訊。寬帶是指租用電信運營商的網絡，通過ADSL或光纖等模式進行數據傳輸，目前寬帶通訊技術已經非常成熟，應用方便，傳輸速率快，穩定性較好。在攝像頭個數不多的情況下甚至可以直接將監控網絡與辦公網絡合并，從而減少開支，節約成本。固然在廣域網通信中存在一定的不安全因素及出現通訊阻塞甚至是故障的可能性。但是目前視頻加密技術已日臻成熟并且在監控點固定、數據實時性要求不算很高的情況下，寬帶無論從傳輸速度、可靠性、可維護性還是經濟性方面都要優于其他通訊方式。

2 大型基地

大型基地以大型的裝備制造中心、大型梁場為代表。這些基地中通常有如提梁機、大型門座機等大型的搬提運架設備，并且在廠區內還有運梁車、平板運輸車等移動設備，既有視頻監控需求又有數據監控需求。在存在移動設備的情況下適合使用無線的方式完成數據采集，在大型基地這種設備移動范圍固定且基地本身地址固定的情況下一般采用“無線電臺+虛擬專用網絡（VPN）”的通訊方式。

在“無線電臺+虛擬專用網絡（VPN）”的通訊方式下視頻和數據信息采集完畢后通過無線網橋通訊匯總，在信號覆蓋范圍內可實現多臺無線網橋同時上網，為擴大無線覆蓋范圍通常將匯總用的無線網橋架設高處或架設高天線。使用無線電臺的劣勢在于容易受到障礙物的阻攔，容易受到電磁干擾，而且安裝時考慮防止雷擊；其優勢在于實時性高，運營費用低，方便移動設備接入，能夠實現多臺設備同時上網。考慮到裝備制造中心、大型梁場等一般都處于郊區或曠野中，障礙物和電磁干擾較少，故而使用無線電臺是信息采集的最佳方式。

在信息匯總后需要將采集到的信息發送到數據中心，由于在大型基地中存在多臺設備，數據量較大，并且有實時性較高的設備狀態信息參數需要傳輸，所以對通訊的帶寬和實時性都有很高的要求。在這種情況下性能最好的方案是使用專網，在天線所在網橋和數據中心間鋪設光纖，這樣的方案能夠完全保證傳輸的實時性、可靠性都非常高。但架設光纖在數據中心距離項目部距離較遠的情況下成本過于昂貴，所以一般選擇虛擬專用網絡即VPN。VPN是在公用網絡上建立專用網絡，通過特殊的加密的通訊協議在Internet網絡上的位于不同地方的兩個或多個斷電之間建立一條專有的通訊線路，也就是說通過租用網絡運營商已經鋪設好的線路配合特定的加密協議建立從天線所在網橋到數據中心的專用通訊通道。使用VPN網絡能夠大幅降低通訊費用，避免網絡堵塞造成的通訊延遲及寬帶網絡通訊上存在的潛在危險，是這種情況下性價比最優的通訊方式。

3 大型移動施工設備

大型移動施工設備以架橋機為代表。架橋機的操作復雜，施工步驟繁瑣，通常需要同時采集關鍵點的視頻信息和整機的狀態參數，其施工地點不固定故而無法鋪設有線通訊所需的線纜。在無法建立有線網絡的連接的情況下最為方便的連接數據采集設備與數據中心的通訊方式是通過3G/4G方式利用手機SIM卡和3G/4G路由器上網。

無線通訊在近年發展勢頭迅猛，3G/4G通訊在給人們的生活帶來方便的同時也在工業領域得到了廣泛得要應用。3G/4G通訊的帶寬和覆蓋范圍都在不斷增大，最新的4G通訊最大數據傳輸速率達到100Mbit/s，其覆蓋范圍也在不斷從城市向城郊、鄉村擴張，從而保證通信的實時性與穩定性。工控屏和攝像頭采集到監控數據信息后傳遞給3G/4G路由器，3G/4G路由器通過手機SIM卡與距離最近的通訊基站建立連接從而接入Internet網絡與數據中心完成數據交互。3G/4G通訊固然提供了一個簡單易用的聯網方式但在實際應用中通訊的效果受到與基站間的距離及障礙物的干擾，特別是在我國西部山區中施工時通訊效果非常不好。

采用衛星通訊時通過衛星調制解調器將收集到的數據信息發送到通訊衛星上，通過通訊衛星的中轉再發射到數據中心的衛星接收裝置上，從而完成現場與數據中心的連接。使用衛星通訊可以完全不受通訊兩點間任何復雜地理條件的限制，不受通信兩點間任何自然災害和人為事件的影響，通信質量高，系統可靠性高，易于實現多地址傳輸，能夠方便的在數據中心接收多臺衛星調制解調器傳回的數據信息。但是衛星通訊的通訊費用過于高昂，只有在其他通訊方式均無法達到較好效果的情況下才會考慮使用。

4 結束語

文章主要根據施工的環境和通訊數據信息的不同，綜合考慮通訊的性能和成本，對鐵路施工中常見工地的遠程安全監控通訊結構方式進行研究設計。希望能夠為鐵路施工遠程監控通訊的發展起到一定的促進作用。

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