基于大數據技術的鐵塔基站管理系統設計與實現

摘要：大數據是一個數據類型和數據群體較為龐大的數據集，能從各種各樣類型的數據中心快速獲取有價值的數據信息，具有數據量大、類型多樣、運算高效、處理速度快等特點。大數據技術應用于鐵塔基站管理系統對于提升管理系統的運行質量以及效率具有重要意義。基于此，文章設計了基于大數據技術的鐵塔基站管理系統，該系統可有效提升鐵塔基站運行的安全穩定性。

關鍵詞：大數據技術；鐵塔基站；管理系統；監測預警系統

中圖分類號：TP391" 文獻標志碼：A

基金項目：2022年廣西教育廳中青年研究課題；項目名稱：基于大數據分析技術的鐵塔基站管理系統的研究與實現；項目編號：2022KY1495。

作者簡介：唐永平（1980— ），男，副教授，碩士研究生；研究方向：軟件工程，計算機應用技術。

0" 引言

隨著我國經濟發展的速度不斷加快，當前5G建設的應用范圍擴大。國家統計部門發布的數據顯示，現階段我國新建站址共享率從14.3%提升至83%，減少碳排放量超過2600萬噸。但鐵塔基站在運行過程中可能會受到環境、建設質量等的影響，容易出現變形，影響基站的正常運行，也給企業的經濟效益造成一定影響［1］。隨著信息化時代的來臨，鐵塔基站所承擔的功能越來越多，用戶及室內用電設備的類型與數目也越來越多，這使得基站用電負荷急劇上升，甚至出現一臺電表要對多個客戶進行計量的局面。因此，現有的基站管理系統已經不能適應電力精細化管理的需求。而且，大部分的塔形基站都位于供電的末端，它們的供電電壓并不充足。有些基站地處偏僻，在進行電網的架設、維護和檢修時都要花費相當大的人力和物力，在供電安全、可靠性和經濟性上都會出現問題。因此，基于大數據技術支撐的鐵塔基站管理系統設計研究可較好地解決這一問題，提升鐵塔基站運行的安全、穩定性。

1" 鐵塔基站管理系統設計

鐵塔基站管理系統主要是借助大數據技術進行設計的，其系統構成有信號采集系統、數據分析系統、溫濕度數據采集及預警報警系統4個部分［2］。在系統運行期間，通過對一定風速下的信號塔末端位移和鐵塔自身的自振周期等信息來反映其安全狀態，在搭建系統時首先將基站的真實狀態輸入理論計算模型，然后將其與前端監測到的數據進行比較，并結合近年相同風速下的監測資料對這一次的數據進行比較，檢查這一數據是否存在偏差，以此來對基站的運行狀況做出全面的判斷，還可以通過在基站各個位置安裝監測點來確定出現故障的具體位置，可為后續維護工作的開展奠定一定的基礎，該系統的運行功能如圖1所示。

2" 管理系統的具體設計

2.1" 信號采集系統

在鐵塔基站管理系統中信號采集系統是必不可少的。其中，信號采集系統主要設置在塔頂，各傳感器將接收到的信號傳輸到單片機中，經過簡單的鑒權處理再由通信模塊將其送至后臺的數據分析系統。該系統的硬件設計由信號傳感器、電源、微處理器、通信4個模塊組成［3］。傳感器包括位移傳感器、風速風向傳感器、加速度傳感器和傾角傳感器。利用單片機對傳感器采集到的數據進行處理和分析，并利用處理器對其進行能量管理，能夠保證其使用壽命得到最大化利用。本系統由電源控制器、太陽能電池板、鋰電池3部分構成。電源模塊的功能是實現對信號的接收與發送，通過無線網絡與窄帶物聯網技術相結合實現通信數據的傳輸［4］。在該系統中，以位移、加速度、風速等傳感器為關鍵部分。位移傳感器主要用來測量一定風速下塔頭的位移，兩者之比可以間接地判斷塔頭是否存在故障。其中，加速度傳感器監測塔的自振周期集系統主要集中于系統的頂部，主要負責將各個傳感器采集到的信號傳送給統一的微處理器，經過初步的甄別處理之后再由通信模塊將其傳輸到后臺的數據分析系統中，最后還可以顯示出通信鐵塔的連接部分是否存在故障，有助于檢修人員及時對其進行維護［5］。通信模塊在實際運行過程中主要是以數據收發為主要目的進行運作的。該系統運行時須要使用到低成本、低耗能的運營技術，將無線數據傳輸組網應用寬窄物聯網技術LoRa以及無線高速互聯網4G相結合的形式能夠達到較好的運行效率，同時也能節省運行成本［6］。

2.2" 數據分析系統

數據分析系統是整個鐵塔基站運行、管理系統中的核心部分，其系統的運行流程如圖2所示。數據分析系統在實際運行過程中主要包含接收數據以及發送數據2個板塊。接收數據板塊在工作時會直接根據《建筑結構荷載規范》《高聳結構設計規范》和《移動通信工程鋼塔結構設計規范》中有關數據建立通信塔的位移理論模型，并與具體風速下的位移模式、塔頂位移的監控實測數據進行比較，借助單元處理數據獲得風速位移的計算公式：

sti=LtiSin（α0-αi）

dti=Lto-Lticos（α0-αi）（1）

公式（1）中，Lto為初始測量的長度，Lti為變形之后的長度α0為水平方向初始夾角，i為變形之后的夾角值。基于公式（1）通過數據處理單元獲得風速位移水平的計算公式：

sci=sci+Δsi=sci+0.25（B+3mH）2+L2ci或

sci=sci+Δsi=sci+L2c0+L2ci（2）

最后，將系統實測結果與理論結果進行比較，并以10 min的平均值和該時間段的平均值為對照。當測量到的位移大于理論值時會自動報警［7］。其次，發送數據模塊在實際運行過程中主要是將收到的數據發送至對應的傳感器，監控數據保存在服務器中，使之不斷地累積生成一個圓形的統計圖形，統計圖形主要以位移曲線和風速的統計曲線為主。在一定時間內偵測到的位移資料，若超過以前的風圈統計值就會發出警報，并向警報系統生成報告，以便管理人員能夠及時地采取針對性的處理措施。

2.3" 溫濕度數據采集系統

溫濕度數據采集模塊系統的設計是對通信鐵塔監控基站微網內的環境狀況進行監控，發現溫度、濕度異常時會自動發出報警信號，從而對基站進行遠程維修。在對功耗、成本、工作電壓等方面進行綜合考慮后，本研究設計主要選用德州儀器公司生產的HDC1080型濕度傳感器。本系統中的濕度傳感器內置有一個高精度的溫度傳感器，可以用來進行溫度和濕度的數據采集。與其他溫度、濕度傳感器相比，HDC1080的“休眠”電流只有100 mA，平均電流只有1.3 μA。此芯片具有較高的相對濕度和±0.2 ℃的準確度，并且在高濕度條件下表現出良好的穩定性。溫濕度數據的采集電路如圖3所示，該電路采用I2C總線，以80 H的從機寫入地址和81 H的讀取地址與單片機進行數據通信。第7號針是芯片熱墊，由于PCB上的熱可經地線傳送，所以資料中規定不應接地，為了保證測溫的準確性，管腳7不必接地。

2.4" 預警報警系統

在通信鐵塔監控系統中，警報系統是由各個站點采集系統匯總處理后的數據得出相關的預警結果。這些數據都會被傳送到鐵塔基站管理系統監測中心的上位計算機中，監測中心會把鐵塔的工作狀態以文字或圖形的方式顯示出來［8］。通過與維修系統的連接可以將故障信息及時反饋給維修人員，使其得到及時的處理。該系統在實際運行過程中能夠實現數據的接收、存儲、輸出等功能，并通過串口向PC機發送數據。預警報警系統的接口系統以B/S網絡的形式與GIS相結合，在同一接口上將各變電站的運行狀況進行顯示，并通過不同的標志或警示來提示異常情況，還可按系統特定的網站來展示目前網站的各種監控資料和運行情況［8］。本系統能夠完成對鐵塔的維" 修管理、運行狀態的監控、數據的存儲和報警等。

3" 結語

本文基于大數據技術提出了一種新的鐵塔基站管理系統，系統中包含信號采集系統、數據分析系統、溫濕度數據采集系統和預警報警系統4個部分，不同的系統在實際運行過程中能夠按照設定程序對不同的部分進行監管。相較于傳統的管理系統，本系統具備更高的準確率以及時效性，可提升系統運行的安全穩定性。

參考文獻

［1］高揚明.基站鐵塔無人機巡檢系統應用研究［J］.電信快報，2020（4）：37-39.

［2］周命端，李靜，蔣煒，等.基于BDS-3/5G的電力鐵塔智能監測云端系統研制［J］.測繪工程，2022（4）：39-46.

［3］周亮，周國平.基于鐵塔基站的微電網系統控制器設計［J］.儀表技術與傳感器，2019（12）：52-55.

［4］李聰穎.基于移動終端位置和群體大數據的自動化定位研究［J］.自動化與儀器儀表，2023（2）：21-25.

［5］楊文佳.基于大數據技術的省級電力調度機構數據綜合管理平臺［J］.電氣應用，2023（8）：100-105.

［6］胡彬.基于大數據技術的智能化機電安裝管理系統設計與實現［J］.電子技術，2023（8）：394-395.

［7］曹明，陳欣，張凱，等.基于鐵塔新基站與蜂巢無人機的智能巡檢系統［J］.廣東通信技術，2022（8）：48-52.

［8］李華偉.鐵塔基站微電網系統設計［J］.光源與照明，2021（11）：126-128.

（編輯" 沈" 強）

Design and implementation of tower base station management system based on big data technology

TANG" Yongping， GUO" Yan

（College of Electronic Information Engineering， Wuzhou Vocational College， Wuzhou 543002， China）

Abstract： Big data is a data set with huge data types and data groups. It can quickly obtain valuable data information from various types of data centers， and has the characteristics of large data volume， diverse types， efficient operation and fast processing speed. The application of big data technology in the tower base station management system is of great significance for improving the operation quality and efficiency of the management system. Based on this， this paper designs an iron tower base station management system based on big data technology， the system can effectively improve the safety and stability of the operation of the tower base station.

Key words： big data technology; tower base station; management system; monitoring and early warning system