LTE 通信基站智慧化建設管理的實踐與探索

運亞婷

（國能朔黃鐵路發展有限責任公司原平分公司，山西忻州 034100）

0 引言

重載鐵路LTE 網絡主要承載重載列車機車同步操控（列控）、調度通信、調度命令等業務，對無線網絡可靠性、時延性和穩定性等要求較高。若無線網絡發生故障，將直接影響重載列車的行車安全，故障恢復時長亦影響重載鐵路的運行效率。

1 背景

朔黃鐵路原平分公司承擔著西起山西省神池縣神池南站，東至河北省平山縣西柏坡站，總長256 km 全線雙線電氣化鐵路的運輸組織和設備維修養護任務。管內線路地形起伏大，溝壑縱橫，山勢陡峻，懸崖峭壁成迭不斷，鐵路橋隧相連。于2014 年3 月進行了LTE-R 移動通信網絡的建設，管內143 座LTE 基站中隧道及山區基站有123 個，占比高達86%。LTE 基站運維效能并不樂觀，設備的投入和人員現狀已不能滿足維護需求。為確保兩萬噸列車安全運行，按照智慧鐵路建設思路，踐行“保安、降本、提效”理念，原平公司以K86 基站為智慧化建設試點，經過不斷探索和實踐，初步實現了基站運維高效化、數據分析智能化、設備監控可視化。

2 LTE 通信基站運維管理存在的問題

LTE 通信基站的管理水平關乎LTE 網絡運行質量和兩萬噸列車的安全運行，是鐵路運輸企業智慧化信息化建設的關鍵環節。目前，LTE 通信基站的管理維護主要存在以下6 個問題。

2.1 人身安全風險系數高

管內有30 m 以上高度的通信鐵塔47 座，需橫越線路到達的LTE 基站60 余處，檢修人員橫越線路和徒手攀爬鐵塔進行塔上作業，存在人身安全風險，一旦安全風險管控不到位，將可能造成人員安全問題，后果不堪設想。

2.2 作業環境惡劣

管內LTE 基站共計143 個，其中隧道及山區基站123 個，占比86%，特別是兩個困難區段的LTE 基站，均分布在隧道內和山坳里，車輛無法直接到達，徒步前往時間比維修時間更長，最遠的基站需徒步1.5 km。神池南—寧武西區間，冬季極寒天氣登塔作業時，鐵塔頂端氣溫普遍低于-30 ℃，作業環境極其惡劣。

2.3 檢修工時利用效能低

部分設備的維修項目、周期、內容、工時等設計與現場天窗給點、人員素質、生產結構等實際情況不相適，存在過多、過密、過長等根源性問題。LTE 基站重點檢修工作任務共52 項，其中電氣特性測試16 項，占比僅為30%。采取“應檢盡檢”的原則，一名熟練通信工僅需45 min 即可完成，而出工布置、工前準備以及乘車往返基站平均需要1.5 h。如果遇塔上設備檢查作業，登塔往返時間大約需要30 min，測試時間僅需10 min，測試時間僅是登塔時間的1/3，基站檢修與乘車往返時間相比較、測試時間和登塔時間相比較，人力物力的投入與效能不匹配，設備檢修工時利用效能低。

2.4 故障障礙定位難度高

LTE 基站設備發生故障時，通常有70%的時間是在趕赴現場，30%的時間用于解決問題。因部分設備還未實現在線監測，無法掌握現場數據，既有監控水平較為單一，沒有建立跨越技術領域的管理手段，未發揮出應有的管理效果，不能及時有效地通過數據分析指揮現場排除故障，“貽誤戰機”的現象時有發生，故障處理時間難以得到保障，不利于縮短故障障礙延時。

2.5 設備體量大，發展不均衡，技術力量薄弱

通信信息技術的深度運用，為分公司各專業生產維護帶來了極大的便利。通信維護部門由傳統的自動電話、簡單網絡維護轉型為信息化、智能化、智慧化管理，但維護工作量逐年遞增，從2014 年的1.4 萬余皮長公里增至2.3 萬余皮長公里，維護人員僅有109 人，且人員結構不均衡，導致技術力量薄弱。同時，通信專業設備更新較快，人才培養難度大，培養時間較長，一名勝任的通信維護人員需經過1～3 年的鍛煉才能具備獨當一面的工作能力。

2.6 出入登記形式化、紙質化

通信機房內機電設備維修維護主要依靠日常維護技術人員、廠家維保人員，分屬不同單位，人員復雜。出入機房登記過于形式化，造成機房出入監管不嚴，為機房內機電設備遺留安全隱患。

3 LTE 基站智慧化建設管理

設備的投入和人員現狀已不能滿足維護需求，只能依靠人力物力的大量投入，LTE 基站運維效能并不樂觀。按照“少人則安、無人則安”的理念，以科技創新設備體系保安全，精準施策，多措并舉，針對目前LTE 通信基站存在的問題，設備維護過程中存在的難點、痛點和薄弱環節，創新通信機房管理方式，通過運用物聯網、傳感器、北斗+云計算和視頻監控等技術，實現LTE通信基站的智慧化管理。

3.1 電源故障遠程處理

當LTE 基站外電網有事故發生時，維護人員須前往基站核實告警信息，為彌補這一監控缺陷，運用物聯網技術引入智能空開，實時采集外電網電壓、電流參數和遠程切換功能試驗，解決了告警提示無法定位故障范圍的問題，實現了電源故障遠程處理，科學診斷故障范圍，避免因核實告警信息造成的人力物力浪費，提高了運維效率。

3.2 鐵塔安全監測

通信鐵塔出現傾斜或參數變化后影響4G 網絡覆蓋，嚴重時將危及行車安全。為解決傳統人工爬塔安全風險、耗費人力物力和精度難以保證的問題，采用傳感器技術對鐵塔參數實時自動采集和測量，并進行分析預警、報警提醒（圖1）。管內共有64 座鐵塔，以前每年登塔兩次，共計出動384 人次，耗時1536 h。現在實現了按需登塔，2022 年至今共計出動45 人次，用時180 h，無論是登塔次數還是人員投入，降幅均達到了95%以上。有了監測數據的安全評估，減少了登塔頻次，降低了高空作業風險和員工勞動強度。

圖1 鐵塔監測系統

3.3 天線監測

天線角度變化將直接影響無線信號的正常傳播。自主創新研發了LTE 天線角度監測終端，實時掌握天線角度變化情況，能夠及時發現天線隱患實現精準登塔。當天線角度發生意外偏移時，第一時間鎖定故障天線和提示角度偏移量，實現了精確調整。

以往進行天線調整，須4 名網優人員配合，采用邊調整邊測量再修正的方式，調整一面天線大約需要2 h，使用天線監測終端后，依據監測數據遠程調度指揮即可進行調整，時間縮短至20 min，無需網優人員配合，大幅度壓縮了故障處理時間，節約網優成本。

3.4 高空防墜落裝置

為加強登塔作業安全管理，配置了防墜落裝置，作業人員將安全帶連接至防墜器的掛點上，防墜器可以隨作業人員上下滑動，一旦出現急速下滑，防墜落裝置鎖閉器立即鎖閉，終止作業人員下滑，消除了作業人員墜落風險。

3.5 蓄電池內阻監測系統

為精準掌握基站蓄電池狀態，結合實際運用需求，引入蓄電池內阻監測系統（圖2），解決了單體電池的不均衡性，延長了整組蓄電池的使用壽命。同時利用遠程操控技術進行蓄電池自動充放電作業，通過監測終端可設定作業時間、蓄電池放電下限，一旦發現設備異常，通過自動預警功能立即終止作業，有效提高作業效率。

圖2 蓄電池監測系統

3.6 深度運用視頻監控技術

LTE 通信基站分布在鐵路沿線，具有點多線長的特點，受外界環境影響極大。為保證能實時掌握基站內外環境情況，利用視頻監控區域越界、入侵檢測報警、以及視頻巡檢等技術進行遠程監控，確保問題發生時能夠及時檢查設備狀態，實現調度精準指揮，為壓縮故障延時提供依據。

3.7 數據智能分析

利用數字孿生技術將LTE 設備各類信息以3D 建模的方式進行呈現，通過可視化平臺直觀展示（圖3），實現數據智能分析，并預測潛在風險，合理有效地規劃LTE 基站維護，提高維護作業的精準性和科學性。這些海量的數據像一座座“孤島”，分布在各個專業中，它們本身沒有形成交互，容易造成大量信息的浪費。設備的感知層中，靜態的感知層主要為設備的履歷，動態的感知層主要是鐵路安全生產管理系統，以及故障的監測感知通過協議與接口形成集團的數據庫，這個包含各類設備靜態動態信息的數據庫是流向應用層與決策層的重要基礎。

圖3 大數據監控可視化平臺

4 LTE 通信基站智慧化建設管理效果

LTE 通信基站智慧化建設管理不僅是確保LTE 網絡運行質量的一項基礎創新，提高了單位整體安全管理水平，是保障兩萬噸列車安全運行的重要舉措之一。LTE 通信基站的智慧化管理已在K86 通信基站試點應用，取得了良好效果。通過在線監測與數據智能分析的完美結合，精準掌握LTE 通信設備的“生命體征”，達到靜態設備狀態一流、動態設備管控一流，實現了設備數據的可見、可管、可控，徹底扭轉“準備1 小時、工作10 分鐘”“風險系數高、時效利用低”的現狀，提高了LTE 通信基站的安全管理水平，也提高了LTE 通信基站維護工作的精準性，為LTE 基站設備狀態修奠定了堅實的基礎。

5 結束語

LTE 通信基站智慧化建設管理方式具有推廣意義，并且具有可移植性、可復制性。在其他基站運用時，只需要建設前端設備，在后臺系統添加監測點位即可，助力鐵路運輸企業LTE 通信基站智慧化管理邁向新臺階。相信隨著5G、人工智能、大數據等信息技術應用，科技的不斷發展與完善，LTE 通信基站的管理也會越來越智能化，鐵路運輸企業的建設與發展也會日益完善。