中波發(fā)射臺智能一體化監(jiān)控平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

楊正東

【摘要】隨著中波廣播發(fā)射臺監(jiān)測技術(shù)的不斷完善，安全播出監(jiān)控系統(tǒng)越來越復(fù)雜，監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)不斷向人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、互聯(lián)網(wǎng)邁進，原有的監(jiān)測手段已顯得越來越力不從心。本文介紹了智能一體化平臺的設(shè)計方案，結(jié)合電臺實際情況分析了平臺的實現(xiàn)方法，總結(jié)了平臺帶來的優(yōu)勢，為讀者提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】中波發(fā)射臺；大數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)庫；系統(tǒng)架構(gòu)；智能一體化

中圖分類號：TN929 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2023.12.013

中波臺站發(fā)射系統(tǒng)主要包括電源系統(tǒng)、信號源系統(tǒng)、發(fā)射機、天饋系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)等，各個模塊分工協(xié)作，共同完成中波廣播發(fā)射工作；任何一個系統(tǒng)運行不穩(wěn)定都會影響中波廣播發(fā)射信號的質(zhì)量，如果出現(xiàn)故障，甚至有可能出現(xiàn)停播；同時，氣候、溫度、濕度、消防、安保等因素與安全播出也息息相關(guān)。為實現(xiàn)高質(zhì)量、不間斷，既經(jīng)濟又安全的播出要求，對各個模塊工作狀態(tài)實時監(jiān)測，因此需要搭建智能一體化監(jiān)控平臺實行集中統(tǒng)一監(jiān)控。

1. 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 智能一體化監(jiān)控平臺需求

功能性需求主要有四個方面：數(shù)據(jù)采集需求、數(shù)據(jù)處理需求、數(shù)據(jù)展示需求、異常報警需求；數(shù)據(jù)采集需求包括硬件需求和軟件需求，硬件需求主要有CPU的性能、內(nèi)存的大小、采集器的性能、傳輸線路的抗干擾能力、網(wǎng)卡的讀寫速度；軟件要求包括系統(tǒng)的穩(wěn)定度、可靠性、反應(yīng)速度。數(shù)據(jù)處理需求主要包括數(shù)據(jù)庫的可靠性、數(shù)據(jù)處理的穩(wěn)定性和速率、智能搜索引擎的準確性、對外接口的可擴展性；數(shù)據(jù)展示需求主要包括數(shù)據(jù)展示的直觀性和簡潔性、數(shù)據(jù)搜索的準確性、異常信息顯示的醒目性；異常報警需求包括異常報警的多樣性、準確性、及時性、靈活性、連續(xù)性，確保報警信息準確無誤地送達維護人員手中。

非功能性需求：非功能性需求有接口設(shè)計應(yīng)遵循簡潔、規(guī)范、靈活、使用方便、擴展性好等要求；系統(tǒng)應(yīng)具有較強的兼容性，應(yīng)支持Windows、Linux、Unix、AIX等操作系統(tǒng)；系統(tǒng)應(yīng)具備可擴展性，具備升級加裝子系統(tǒng)的功能，各子系統(tǒng)相互獨立，互不干擾，層次清晰，通俗易懂等特點。

數(shù)據(jù)存儲需求：對重要監(jiān)測數(shù)據(jù)（發(fā)射機監(jiān)測系統(tǒng)、信號源監(jiān)測系統(tǒng)）存儲時間要求在一年以上，其他系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲時間要求半年以上，當(dāng)數(shù)據(jù)存儲時間超過設(shè)定時間時系統(tǒng)會自動清理過期數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)更新。對異常數(shù)據(jù)應(yīng)保存兩年以上，當(dāng)異常數(shù)據(jù)到期需要清理時應(yīng)以短信的形式提醒管理員，管理員通過短信確認清理。

1.2 智能一體化監(jiān)控平臺邏輯架構(gòu)

結(jié)合我臺實際需求，自能一體化監(jiān)控平臺以先進性、安全可靠性和方便實用性為原則，遵循“高模塊化、高集成化+高冗余”、各系統(tǒng)相互獨立又高度集成、單獨控制又集中監(jiān)測、N+M（N表示有N個子系統(tǒng)，M表示有M個冗余）的設(shè)計思路，能夠?qū)崿F(xiàn)不斷擴容、不斷完善的設(shè)計需求。

智能一體化監(jiān)控平臺系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層和數(shù)據(jù)展示層構(gòu)成，其構(gòu)成框架設(shè)計如圖1所示。

數(shù)據(jù)采集層是通過各種采集裝置（各種傳感器）將各個監(jiān)控實體的各項性能數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集接收器向數(shù)據(jù)處理層匯總。由于監(jiān)控實體各項性能的動態(tài)性和不確定性，數(shù)據(jù)采集器一般選擇循環(huán)采集器。

數(shù)據(jù)處理層是智能一體化監(jiān)控平臺監(jiān)控系統(tǒng)的核心組成部分，主要功能是將數(shù)據(jù)采集層傳輸過來的數(shù)據(jù)進行匯總、分析、量化和處理，對各項數(shù)據(jù)進行實時分析，并制定各項數(shù)據(jù)對應(yīng)的規(guī)則，通過智能控制引擎將異常數(shù)據(jù)通過短信、語音、郵件等方式告知運行維護人員。數(shù)據(jù)處理層還應(yīng)提供對外API接口，支持后期其他子系統(tǒng)的集成。

數(shù)據(jù)展示層是將各監(jiān)控實體的各項性能、狀態(tài)以圖片、文字、數(shù)字、光柱等直觀方式展現(xiàn)出來，展示層還應(yīng)具備查詢功能。

1.3 智能一體化監(jiān)控平臺系統(tǒng)安全要求

基于廣播電視發(fā)射系統(tǒng)的敏感性和特殊性，本系統(tǒng)必須采用符合國家標準的設(shè)備。

本系統(tǒng)是CYK-HJ16循環(huán)采集器將放置在各處的信號采集裝置（各種傳感器）采集到的信號進行加工、處理和分析后傳送給處理器統(tǒng)一處理，最后以直觀、簡潔的形式顯示出來；所有傳送線路與外網(wǎng)之間均設(shè)立防火墻，以保證數(shù)據(jù)的絕對安全。

2. 基于云計算技術(shù)的智能一體化監(jiān)控平臺系統(tǒng)的實現(xiàn)方法

2.1 數(shù)據(jù)采集層構(gòu)架

數(shù)據(jù)采集層構(gòu)架如圖2所示。

2.1.1 電源監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

電源系統(tǒng)包含隔離變壓器、穩(wěn)壓器、UPS、配電柜等電力設(shè)備；電源系統(tǒng)是整個中波臺的運行保障，對電源系統(tǒng)的監(jiān)測必須全面、準確。

電源系統(tǒng)主要由兩路外電、發(fā)電機和UPS組成，通過CYK-DL電力參數(shù)采集器分別對外電一路、外電二路、發(fā)電機、UPS的電壓和電流進行采集，通過光纖傳輸?shù)教幚砥?；通過顯示器可以清楚直觀地觀察各路電力的電壓和電流，實時掌握電力系統(tǒng)的情況；當(dāng)某一路電源故障時系統(tǒng)會報警提醒值班員并自動切換到正常的電源工作。

2.1.2 信號源監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

信號源系統(tǒng)是中波臺的信號來源，是播出信號質(zhì)量的保證，對信號源的監(jiān)測應(yīng)當(dāng)實行重點監(jiān)測為主，全面監(jiān)測為輔。

信號源系統(tǒng)主要由衛(wèi)星信號接收機（主、備）、光纖信號接收機（主、備）、音頻處理器（主、備）、音頻應(yīng)急切換器（主、備）等設(shè)備組成；通過音頻信號采集器分別對衛(wèi)星信號接收機（主、備）、光纖信號接收機（主、備）、音頻處理器（主、備）、音頻處應(yīng)急切換器（主、備）進行信號采集、處理，最后通過光纖將處理好的信號傳送給主機，通過顯示器直觀顯示出給采集點的音頻光柱，實時監(jiān)控信號源的情況；當(dāng)一路信號或者一個設(shè)備故障時相應(yīng)的光柱高度會停留在零刻度位置并報警提示值班員，由于所有設(shè)備都具有直通功能，所以并不影響播出，值班員可以進行維修。

2.1.3 發(fā)射機監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

發(fā)射機是中波臺的心臟，是整個中波臺工作的核心保障，對發(fā)射機的監(jiān)測應(yīng)當(dāng)全面監(jiān)測為主，重點監(jiān)測為輔。

對發(fā)射機的監(jiān)測主要監(jiān)測發(fā)射機的入射功率、反射功率和調(diào)幅度，通過從發(fā)射機的對外接口板上用CYK-8001（M）發(fā)射機采集控制器采集發(fā)射機的工作功率、調(diào)幅度等參數(shù)，進行處理后傳送給主機；通過顯示器以光柱的形式顯示出來，到達直觀、簡潔的效果；當(dāng)在設(shè)定的時段發(fā)射機的功率低于10Kw或者無功率輸出時，系統(tǒng)會報警并彈出功率故障窗口，提醒值班員調(diào)整發(fā)射機功率。

2.1.4 天饋系統(tǒng)監(jiān)測架構(gòu)

天饋系統(tǒng)是中波臺的發(fā)射裝置，是所有工作的最后環(huán)節(jié)，安全發(fā)射信號是中波臺的工作目的，對天饋系統(tǒng)的監(jiān)測應(yīng)以結(jié)果監(jiān)測為主，其他監(jiān)測為輔。

對天饋系統(tǒng)的監(jiān)測目前主要是監(jiān)測天線倒換開關(guān)（真空繼電器）和饋線接頭溫度；天線倒換開關(guān)的監(jiān)測是從倒換開關(guān)（真空繼電器）處取樣，通過監(jiān)測駐波是否通過饋線傳送給天線來實現(xiàn)，當(dāng)?shù)箵Q開關(guān)故障時系統(tǒng)會提示值班員，值班員可以通過手動方式進行倒換，防止通過假負載播出。饋線接頭溫度是通過溫度傳感器（熱敏電阻）來實現(xiàn)，當(dāng)溫度變化時電阻隨之變化來實現(xiàn)對溫度的監(jiān)控，當(dāng)溫度達到某一設(shè)定值時系統(tǒng)會報警提醒值班員處理，另外通過顯示器顯示溫度數(shù)值，達到實時監(jiān)控的目的。

天調(diào)室安裝兩個溫感攝像頭，對天調(diào)室溫度進行全方位監(jiān)測，當(dāng)某一點溫度明顯高于其他點時系統(tǒng)發(fā)出報警信息提醒值班人員；后期將加裝天調(diào)網(wǎng)絡(luò)阻抗實時監(jiān)測系統(tǒng)，鐵塔傾斜度監(jiān)測系統(tǒng)、拉線拉力監(jiān)測系統(tǒng)、地面沉降監(jiān)測系統(tǒng)。

2.1.5 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

環(huán)境監(jiān)測主要包括發(fā)射機房溫度、濕度、煙感和浸水監(jiān)測；

在發(fā)射機房、配電房、發(fā)電機房值班室以矩陣形式布置溫度傳感器和濕度傳感器，在發(fā)射機房的每一面外墻和屋頂上分別以矩陣形式布置十六濕度傳感器來監(jiān)測是否浸水，將每個傳感器采集到的信號處理為光電信號后傳送到服務(wù)器，以立體空間的形式通過顯示器顯示出來，當(dāng)某一區(qū)域的溫度或者濕度異常時該區(qū)域顯示出來的顏色會變化，從而實現(xiàn)對整個空間的三維立體監(jiān)測，當(dāng)某一區(qū)域出現(xiàn)問題時電腦自動彈出故障提示窗口。

2.1.6 消防安全監(jiān)測架構(gòu)

消防監(jiān)測系統(tǒng)主要由煙霧傳感器和溫度傳感器配合實現(xiàn)。在發(fā)射機房、配電房、發(fā)電機房、實驗機房、值班室、辦公室和辦公樓道分別安裝了煙霧傳感器。發(fā)射機房、配電房、發(fā)電機房、值班室煙霧傳感器配合溫度傳感器使用。當(dāng)煙霧監(jiān)測裝置監(jiān)測到煙霧時報警提示值班員和保衛(wèi)室立即處理，在設(shè)定時間內(nèi)沒有處理啟動自動滅火裝置；當(dāng)煙霧監(jiān)測裝置監(jiān)測到有煙霧，同時溫度監(jiān)測裝置監(jiān)測到溫度升高時立即關(guān)閉門窗并啟動自動滅火裝置。

環(huán)境安保監(jiān)測由高壓脈沖電子圍欄和高清視頻監(jiān)控組成。高清攝像頭對臺區(qū)和天調(diào)室全方位實時監(jiān)控，任何人或動物進入監(jiān)控區(qū)域，高清視頻自動鎖定移動物體，進行循環(huán)錄像，如觸碰到電子圍欄將會發(fā)出聲光報警，以防非法入侵，確保發(fā)射設(shè)施免遭破壞。

2.2 數(shù)據(jù)處理層架構(gòu)

2.2.1 服務(wù)器

采用支持x64體系架構(gòu)DELL R5300 G4服務(wù)器，配備支持VT-D和VT-C技術(shù)Intel（R）Xeon（R）E-2224 3.4GHz CPU（8核），由X64體系處理器內(nèi)存（256G）管理單元對相關(guān)內(nèi)存進行管理；配置5+10個500Mbps網(wǎng)口滿足數(shù)據(jù)傳輸需求；配置500GB+1TB硬盤，滿足數(shù)據(jù)存儲需求。

2.2.2 交換機

交換機均采用FutureMatrix S1730S-S24T4S-A1，采用雙電源配置，支持42Mpps轉(zhuǎn)發(fā)率，配備24個100BASE-T以太網(wǎng)端口，4個千兆SFP，交換容量為336Gbps。

2.2.3 存儲單元

音頻數(shù)據(jù)存儲采用Western Digital SATA HUS722T1TAL604，視頻數(shù)據(jù)存儲采用Western Digital SATA HUS721010AL5204，其他數(shù)據(jù)存儲采用Western Digital SATA HUS722T2TAL604，其內(nèi)存冗余均在百分之四十以上；服務(wù)器與存儲單元之間采用全相應(yīng)映射發(fā)射實現(xiàn)數(shù)據(jù)高速讀寫。

2.3 數(shù)據(jù)展現(xiàn)層架構(gòu)

2.3.1 音頻監(jiān)測

由于我臺為單一廣播發(fā)射臺，音頻監(jiān)測為我臺重點監(jiān)測對象，故設(shè)置為單獨監(jiān)測模塊；音頻監(jiān)測主要針對“音頻丟失”“音頻超上限”“音頻低于下限”三個指標進行實時監(jiān)測，由數(shù)據(jù)處理單元將異常數(shù)據(jù)處理并傳輸?shù)疆惓Ｐ畔⒋鎯χ行?，最后通過聲光報警和短信的形式通知值班人員。

2.3.2 值班室展示系統(tǒng)

值班室展示系統(tǒng)：值班室通過BS架構(gòu)訪問數(shù)據(jù)庫，通過軟件系統(tǒng)將數(shù)據(jù)庫信息以量化的形式展示出來，供值班人員觀察、分析、控制整個系統(tǒng)。

異態(tài)信息展示模塊：異態(tài)信息以窗口形式彈出；便于值班人員及時發(fā)現(xiàn)異常情況并加以處理，提升處理故障的效率和精準度，更加有效地保證節(jié)目安全播出。

語音報警模塊：當(dāng)語音報警系統(tǒng)收到數(shù)據(jù)處理中心傳送過來的異常信息時，立即從數(shù)據(jù)庫調(diào)取預(yù)置好的語音數(shù)據(jù)，將節(jié)目的異常信息進行語音播報；方便值班員精準判斷故障點并進行處理，提高故障的處理效率。

實時監(jiān)測模塊：實時監(jiān)測模塊采用BS架構(gòu)，利用IE瀏覽器實時訪問系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的形式實現(xiàn)，通過頁面操作可以實現(xiàn)單點觀測、多點觀測、全面觀測，監(jiān)測各數(shù)據(jù)碼流以及各系統(tǒng)的運行狀態(tài)；同時可以在頁面操作控制整個播出系統(tǒng)。

查詢模塊：查詢模塊采用BS架構(gòu)，通過IE瀏覽器訪問數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)，系統(tǒng)可以根據(jù)需求精準查詢各項數(shù)據(jù)（包括正常數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)），方便了解整個系統(tǒng)的運行情況，精準判斷出故障高發(fā)點；為系統(tǒng)維護提供數(shù)據(jù)支撐。

3. 智能一體化監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢

智能一體化監(jiān)控系統(tǒng)是集電力監(jiān)測、發(fā)射機監(jiān)測、信號源監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測于一體的監(jiān)測系統(tǒng)，高度模塊化和高度集成化是其最大的特點，各子系統(tǒng)相互獨立又高度統(tǒng)一；當(dāng)某一子系統(tǒng)故障時不影響其他系統(tǒng)的工作，可以實現(xiàn)邊維護邊工作的效果。該系統(tǒng)預(yù)留足夠多的冗余，可以進行完善和升級改造。

智能一體化監(jiān)控平臺采用BS架構(gòu)，通過管理員授權(quán)，支持相應(yīng)用戶遠程訪問，通過對監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)配置，可以在移動端對系統(tǒng)參數(shù)、設(shè)備參數(shù)、采樣數(shù)據(jù)、報警信息數(shù)據(jù)進行綜合配置，可以實現(xiàn)遠程查詢、統(tǒng)計、分析工作，以及自動生成報表、導(dǎo)出報表功能。

智能一體化監(jiān)控平臺具有應(yīng)急演練功能，值班人員可以根據(jù)需求進行模擬演練，模擬演練不影響系統(tǒng)正常工作，因此演練可以在不停機情況下進行，有效解決演練時間不足的問題；應(yīng)急演練系統(tǒng)具有信號源、供配電、倒換發(fā)射機、消防、非法破壞五個模塊，每個模塊配備相應(yīng)的理論題庫和模擬故障處理兩種試題，理論試題主要考核廣播發(fā)射臺設(shè)備的重要參數(shù)、指標，模擬故障處理主要考察故障的處理能力以及應(yīng)對故障的反應(yīng)能力；模擬演練功能對提升值班人員的應(yīng)急處置能力、提高工作效率、提升工作水平和工作質(zhì)量有著不可替代的作用。

智能一體化監(jiān)控平臺采用高度智能化、模塊化的設(shè)計思路，有效解決廣播發(fā)射臺值班員工作量大、復(fù)雜的問題，避免經(jīng)常東奔西跑，高效保障廣播節(jié)目的安全播出。

4. 結(jié)束語

安全播出是中波廣播發(fā)射臺的頭等大事，隨著大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算技術(shù)的興起，如何利用高新技術(shù)對廣播發(fā)射臺的監(jiān)測成為廣播監(jiān)測研究的重點方向，同時也為廣播發(fā)射臺的監(jiān)測提供更多的技術(shù)手段。本文通過大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)以高度模塊化、集成化的方式對中波廣播發(fā)射臺監(jiān)測進行研究，為將來云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能在廣播發(fā)射臺監(jiān)測系統(tǒng)中的大規(guī)模使用提供參考。

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