氣象監(jiān)測(cè)與通信鐵塔共享建設(shè)方案研究

摘" 要：“氣象+鐵塔”建設(shè)模式通過(guò)改造通信鐵塔滿(mǎn)足氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備的安裝，實(shí)現(xiàn)通信鐵塔的跨行業(yè)共享。該模式改造方案從高度與環(huán)境要求、鐵塔承載力要求、隔離度要求、設(shè)備接地要求、供電保障以及網(wǎng)絡(luò)配套要求6個(gè)方面闡述通信鐵塔改造要點(diǎn)。分析改建方案的優(yōu)勢(shì)，不僅滿(mǎn)足通信鐵塔蜂窩網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋的要求，也為氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備的安裝使用以及其他相關(guān)設(shè)備的擴(kuò)容安裝提供便利。該技術(shù)的落地實(shí)施推動(dòng)不同行業(yè)之間的協(xié)作共享，也為其他行業(yè)共享通信鐵塔提供新思路。

關(guān)鍵詞：氣象+鐵塔；鐵塔共享；氣象監(jiān)測(cè)；鐵塔改造；改造方案

中圖分類(lèi)號(hào)：TN929.5" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2025）08-0160-04

Abstract： The \"Meteorological + Tower\" construction model transforms the communication tower to meet the installation of meteorological monitoring equipment， realizing cross-industry sharing of communication towers. This model transformation plan expounds the key points of communication tower transformation from six aspects： height and environmental requirements， tower bearing capacity requirements， isolation requirements， equipment grounding requirements， power supply guarantee and network supporting requirements. The advantages of the reconstruction plan are analyzed， which not only meets the signal coverage requirements of the communication tower's cellular network， but also facilitates the installation and use of meteorological monitoring equipment and the expansion and installation of other related equipment. The implementation of this technology has promoted collaboration and sharing between different industries， and also provided new ideas for other industries to share communication towers.

Keywords： meteorology + tower; tower sharing; meteorological monitoring; tower renovation; transformation plan

通信鐵塔作為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的承載體，從2G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代便開(kāi)始規(guī)模建設(shè)，隨著3G、4G到5G技術(shù)的不斷迭代發(fā)展，為滿(mǎn)足更多業(yè)務(wù)的需要，運(yùn)營(yíng)商通信頻段不斷提高，高頻段信號(hào)覆蓋范圍有限，對(duì)站址的密度也有更高要求。5G時(shí)代，通信鐵塔建設(shè)規(guī)模實(shí)現(xiàn)了大幅增長(zhǎng)。截至2023年12月底，中國(guó)鐵塔股份有限公司運(yùn)營(yíng)并管理的通信基站數(shù)達(dá)到204.6萬(wàn)個(gè)[1]。通信鐵塔具有分布廣、密度大、網(wǎng)絡(luò)與電源配套設(shè)施齊全等特點(diǎn)，通信鐵塔改造后掛載氣象設(shè)備，在滿(mǎn)足鐵塔作為蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備掛載基礎(chǔ)正常使用的前提下，可以滿(mǎn)足氣象設(shè)備的安裝和監(jiān)測(cè)要求，實(shí)現(xiàn)氣象與通信鐵塔的跨行業(yè)融合。

1" 研究背景

通信鐵塔按高度和外觀可劃分為多種類(lèi)型，常見(jiàn)鐵塔類(lèi)型有仿生樹(shù)、單管塔、角鋼塔、三管塔和四管塔等。在不同地區(qū)，通信鐵塔的高度也有差異，但均應(yīng)高于周邊建筑物或者遮擋物高度，以滿(mǎn)足信號(hào)覆蓋要求。一般在鄉(xiāng)村、城郊等較為空曠的地方，多為四管塔、角鋼塔等占地面積大、高度較高的塔型，鐵塔高度一般可以達(dá)到30～60 m。考慮通信信號(hào)的覆蓋和傳輸要求，通信鐵塔頂部天線掛載區(qū)域范圍內(nèi)，不應(yīng)有遮擋物，因此在此區(qū)域內(nèi)安裝其他監(jiān)測(cè)設(shè)備，可以有效避免信號(hào)遮擋等問(wèn)題。

氣象監(jiān)測(cè)站建設(shè)，一般應(yīng)選擇光照好、交通便利、便于維護(hù)且不易頻繁遷移的地區(qū)，還應(yīng)避開(kāi)雷暴高發(fā)、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)等區(qū)域[2]，選址條件與通信鐵塔選址條件相近。在大量通信鐵塔中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件及鐵塔自身?xiàng)l件復(fù)核，同時(shí)考慮氣象設(shè)備的特殊要求，可以篩選出符合氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝條件的站址，對(duì)符合條件的通信鐵塔進(jìn)行定制改造，可以滿(mǎn)足氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備的安裝需求。

2" 技術(shù)方案

為滿(mǎn)足氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備的安裝，同時(shí)不影響通信鐵塔已有設(shè)備的正常使用，通信鐵塔應(yīng)從高度與范圍要求、承載力要求、與現(xiàn)有通信天線隔離度要求、防雷接地要求、供電保障以及網(wǎng)絡(luò)配套要求等幾個(gè)方面考慮，制定改造方案。以上海某地傳統(tǒng)四管塔為例，從以下幾個(gè)方面，對(duì)通信鐵塔改造安裝氣象雷達(dá)方案進(jìn)行分析。

2.1" 高度與環(huán)境要求

氣象雷達(dá)及其他監(jiān)測(cè)設(shè)備要求安裝高度不低于30 m，鐵塔建設(shè)位置應(yīng)具有一定的地域代表性、自然下墊面、光照較好且周邊無(wú)高大建筑物遮擋。原有通信鐵塔位于城郊，周邊為農(nóng)田和低層自建房，無(wú)高大建筑，通風(fēng)良好，符合氣象雷達(dá)的安裝環(huán)境要求。對(duì)原通信鐵塔需進(jìn)行拆除改造，按照氣象要求高度重新進(jìn)行鐵塔設(shè)計(jì)，可以滿(mǎn)足氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備的安裝要求。通信鐵塔示意圖如圖1所示。

2.2" 鐵塔承載力要求

鐵塔頂部平臺(tái)安裝氣象雷達(dá)設(shè)備、配套空調(diào)、電源以及其他監(jiān)測(cè)設(shè)備，設(shè)備需采用圓形外罩進(jìn)行包裹，要求鐵塔頂部為直徑5 m的圓形平臺(tái)或邊長(zhǎng)5 m的方形平臺(tái)，承重大于2 t。鐵塔設(shè)計(jì)基本風(fēng)壓為0.60 kN/m2，地面粗糙度按B類(lèi)考慮，抗震設(shè)防烈度為7度。鐵塔主材鋼管采用Q355熱軋無(wú)縫鋼管，主材法蘭及法蘭筋板采用Q355鋼，法蘭螺栓采用8.8級(jí)普通螺栓，其余螺栓采用4.8級(jí)普通螺栓。鐵塔基礎(chǔ)應(yīng)采用鉆孔灌注樁或大開(kāi)挖筏板基礎(chǔ)，相較于傳統(tǒng)通信鐵塔，關(guān)鍵受力節(jié)點(diǎn)應(yīng)采用加密布筋的方式，以保證鐵塔有足夠的抗傾覆能力。

鐵塔除滿(mǎn)足氣象雷達(dá)的承載力要求，還應(yīng)滿(mǎn)足通信天線掛載的承載力要求。在雷達(dá)平臺(tái)下方應(yīng)分3層安裝18付天線抱桿，滿(mǎn)足運(yùn)營(yíng)商2G/3G/4G/5G信號(hào)覆蓋要求。相較于傳統(tǒng)通信鐵塔，“氣象+通信”的共建模式，對(duì)鐵塔承載力要求更高，材料規(guī)格、尺寸均應(yīng)相應(yīng)提高。傳統(tǒng)鐵塔與“氣象+通信”共享鐵塔材料對(duì)比見(jiàn)表1。

2.3" 隔離度要求

基站通信天線通過(guò)向某特定方向輻射電磁波或接收某特定方向來(lái)的電磁波實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸。我國(guó)通信運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)頻段大致在700 MHz到4 900 MHz之間，頻段越高，波長(zhǎng)越短，信號(hào)覆蓋范圍越小。氣象設(shè)備包含氣象雷達(dá)和各種監(jiān)測(cè)設(shè)備，通信天線釋放的電磁波會(huì)對(duì)氣象設(shè)備的運(yùn)行產(chǎn)生影響，通信天線輻射波束圖如圖2所示。天線的傾角、發(fā)射功率、頻率以及與監(jiān)測(cè)設(shè)備之間間距對(duì)干擾影響較大，隨著天線頻率的增大，其波長(zhǎng)減小，監(jiān)測(cè)設(shè)備附近的電場(chǎng)強(qiáng)度也降低[3]。因此氣象設(shè)備應(yīng)與通信天線保持一定的隔離距離，并應(yīng)避免天線與氣象雷達(dá)等其他電磁波收發(fā)設(shè)備方向一致。考慮不同頻率的影響，掛載通信天線時(shí)，5G天線頻率較高，波長(zhǎng)較小，對(duì)氣象設(shè)備的影響較小，覆蓋范圍也較小，應(yīng)掛載在較高位置；2G/3G/4G天線頻率較低，應(yīng)掛載較低，從而降低通信電磁波對(duì)塔頂設(shè)備的影響。

2.4" 設(shè)備接地要求

通信局（站）一般采用聯(lián)合接地的方式，機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備通過(guò)導(dǎo)線或?qū)w保持可靠的電氣連接，以消除導(dǎo)體之間的電位差，實(shí)現(xiàn)等電位連接。不同設(shè)備連接至不同的分接地排，使用接地線把分接地排連接至接地排，由接地引入線連接預(yù)埋在大地中的接地體，實(shí)現(xiàn)設(shè)備接地，通信基站接地系統(tǒng)示意圖如圖3所示。

通信鐵塔頂部設(shè)有避雷針與鐵塔連通，塔腳處采用焊接的方式，與預(yù)埋接地地網(wǎng)扁鋼連接，保證避雷針、鐵塔金屬構(gòu)件和地網(wǎng)扁鋼電氣連接可靠，實(shí)現(xiàn)接地，接地地網(wǎng)扁鋼不應(yīng)小于40 mm×4 mm[4]。避雷針長(zhǎng)度應(yīng)保證塔上設(shè)備、饋線等在避雷針45°保護(hù)范圍內(nèi)，饋線、同軸電纜金屬外護(hù)層應(yīng)分別在塔頂、線纜中部以及機(jī)房入口處就近接地，如線纜長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，應(yīng)在中途適當(dāng)位置增加接地點(diǎn)。

傳統(tǒng)避雷針與鐵塔連通，容易對(duì)塔頂氣象設(shè)備造成影響，為滿(mǎn)足氣象設(shè)備的防雷接地要求，需對(duì)鐵塔原有避雷針進(jìn)行改造。塔頂應(yīng)布設(shè)3根避雷針，分別使用3根不小于40 mm×4 mm的扁鋼或直徑不小于12 mm的圓鋼做為連接導(dǎo)體與地網(wǎng)相連[5]。避雷針和連接導(dǎo)體不應(yīng)與鐵塔電氣連通，應(yīng)使用PVC套管進(jìn)行絕緣保護(hù)。

2.5" 供電保障要求

通信鐵塔電源系統(tǒng)主要由市電引入系統(tǒng)、備用發(fā)電系統(tǒng)、蓄電池組、開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)和避雷設(shè)備等組成[6]。380 V交流市電由城市電網(wǎng)引入后，由整流設(shè)備進(jìn)行交流和直流的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)-48 V的穩(wěn)定直流供電。基站配有油機(jī)發(fā)電口和備電用蓄電池，能夠保證基站24 h穩(wěn)定運(yùn)行。

氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備常規(guī)供電需求為交流220 V，引入U(xiǎn)PS不間斷電源，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備的供電。正常運(yùn)行狀態(tài)下，通信基站由市電供電，經(jīng)整流設(shè)備轉(zhuǎn)換后，通過(guò)UPS不間斷電源為氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備供電，當(dāng)市電中斷時(shí)，備電用蓄電池啟動(dòng)工作，通過(guò)UPS不間斷電源供電。基站配有油機(jī)發(fā)電口和柴油發(fā)電機(jī)，市電中斷后，柴油發(fā)電機(jī)也可啟動(dòng)，保證基站設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，直至市電恢復(fù)。“氣象+鐵塔”共享基站設(shè)備用電參數(shù)見(jiàn)表2，供電示意圖如圖4所示。

2.6" 網(wǎng)絡(luò)配套要求

基站通信設(shè)備一般由塔上設(shè)備和機(jī)房設(shè)備組成，塔上掛載天線和射頻單元（RRU）完成與用戶(hù)無(wú)線終端之間的信號(hào)傳輸。機(jī)房安裝BBU基帶處理單元以及其他傳輸設(shè)備，完成信號(hào)數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)。不同運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)通過(guò)光纖實(shí)現(xiàn)局端基站與核心網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸。

氣象設(shè)備掛載后，需要專(zhuān)線網(wǎng)絡(luò)完成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸，同時(shí)配備視頻監(jiān)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊環(huán)境的視頻監(jiān)控。通信基站豐富的網(wǎng)絡(luò)資源為氣象設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接提供了便利，無(wú)需重新進(jìn)行傳輸管道施工，利用機(jī)房?jī)?nèi)運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有傳輸資源，申請(qǐng)相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)資源，即可完成網(wǎng)絡(luò)的接入。氣象雷達(dá)、視頻監(jiān)控設(shè)備等通過(guò)專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)，與云平臺(tái)服務(wù)器聯(lián)通，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳、監(jiān)測(cè)狀態(tài)實(shí)時(shí)更新、環(huán)境安全實(shí)時(shí)監(jiān)控、監(jiān)測(cè)告警實(shí)時(shí)派發(fā)處理以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)云端保存，用戶(hù)可通過(guò)終端設(shè)備，查看各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和告警信息。氣象設(shè)備網(wǎng)絡(luò)連接模式如圖5所示。

3" 方案優(yōu)勢(shì)

“氣象+鐵塔”基站建設(shè)模式，相較于傳統(tǒng)通信鐵塔和氣象監(jiān)測(cè)站具有以下優(yōu)勢(shì)。

資源復(fù)用，降低資源消耗。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)通信鐵塔的改造，不僅滿(mǎn)足基站原本的通信需求，還疊加安裝了氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)一塔多用。該方案降低了土地資源的占用，避免了重復(fù)建設(shè)造成的生態(tài)環(huán)境破壞和資源浪費(fèi)。基站電力配套和網(wǎng)絡(luò)資源等的擴(kuò)容復(fù)用，避免了管道路由和設(shè)備機(jī)房的重復(fù)建設(shè)，減少開(kāi)挖作業(yè)和材料投入，降低工程成本。

改造后鐵塔主材的強(qiáng)度、抗剪能力、抗拉能力等各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)均有提升，塔身承載力和抵抗變形能力也有提升。在以風(fēng)荷載為主的標(biāo)準(zhǔn)荷載組合下，塔頂水平位移明顯減小，相較于傳統(tǒng)鐵塔能夠掛載更多的設(shè)備，有利于通信基站信號(hào)的深度覆蓋。

氣象監(jiān)測(cè)站建設(shè)無(wú)需重新選址，減少了人力投入，加快了建設(shè)進(jìn)度。依托專(zhuān)業(yè)的鐵塔建設(shè)方案和維護(hù)團(tuán)隊(duì)，站址可靠性和安全性更高，日常巡檢、維修也更加便捷。

除高聳鐵塔安裝氣象雷達(dá)等監(jiān)測(cè)設(shè)備外，還可充分利用其他類(lèi)型通信鐵塔，建設(shè)自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)小站，進(jìn)行溫度、濕度、積水和積雪等指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，對(duì)常規(guī)氣象監(jiān)測(cè)站進(jìn)行補(bǔ)盲，進(jìn)一步完善監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的全面性和準(zhǔn)確性。

依靠通信鐵塔高度和密度優(yōu)勢(shì)，以及通信基站的電力配套資源，針對(duì)不同場(chǎng)景條件，均有通信鐵塔通過(guò)改造可以滿(mǎn)足跨行業(yè)業(yè)務(wù)的掛載需求，并且通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享，實(shí)現(xiàn)信息的穩(wěn)定傳送，有利于各行業(yè)在信息化領(lǐng)域的融合，實(shí)現(xiàn)行業(yè)互聯(lián)互通，促進(jìn)行業(yè)智能化發(fā)展。

4" 結(jié)束語(yǔ)

氣象與通信鐵塔的跨行業(yè)融合，在滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)通信基本要求的前提下，實(shí)現(xiàn)了氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備的安裝與運(yùn)行，推動(dòng)了不同行業(yè)之間的業(yè)務(wù)融合，為通信鐵塔的共享發(fā)展提供了新思路。依托通信鐵塔，高空鷹眼、低空經(jīng)濟(jì)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等諸多行業(yè)均可進(jìn)行產(chǎn)品融合，加快新興產(chǎn)品的投入使用，利用通信基站豐富的網(wǎng)絡(luò)資源，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。后續(xù)研究可針對(duì)不同領(lǐng)域的信息化融合，開(kāi)展產(chǎn)業(yè)深耕，促進(jìn)不同行業(yè)智能化融合發(fā)展。

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