中波天馈线自动巡检系统的设计

钟明　习玄辉

摘要：针对中波天馈线人工巡检的缺陷和日常运行维护中存在的安全隐患，开发了中波天馈线自动巡检系统。系统在发射机房到天线的线路上、调配室等处安装一系列红外热成像测温监控头，实现对重点线路和设备的在线监视，并通过现有相应的光纤网络通道把热图像和测温数据实时传至机房和远端，并通过自动巡线监控软件--配套红外图像处理和温度数据分析处理软件系统的开发，实现对检测目标温度的实时测量与分析，降低由带电运行线路和设备热故障而引发的事故，从而保障天馈线系统安全运行。

关键词：中波天馈线；自动巡检；红外热成像；故障诊断

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）14-0101-03

501台中波天线为8塔强定向天线，天线场区离机房约1km，天馈线传输线路长，高频节点接头繁多，有1个主调室、4个分调室、4个反调室，调配元件多，其中真空电容、交换开关是故障多发隐患点。其中任何一个环节发生异常情况都能导致停播，而查找、确定故障点的时间很长，更换元器件困难，极易造成大停播。中波发射机均为固定频率，无法实现台际代播，天线系统故障情况下，即使本台有备机，也无法实现代播。确保安全播出是电台的生命线，要求日常的维护工作预防为主，发生故障时能快速恢复。天馈线系统长期在大功率、高电压下工作，即使是优良的器件也会出现不可预期的问题而导致事故，绝大部分事故的原因就是器件老化、失效产生的，其外观表现为：在故障出现之前数小时都比正常工作时发热多许多。而发射台天馈线传统的检查方式，主要靠人工巡检，及时性、可靠性差，花费人工较多，存在较大的巡视过程风险，巡视效率低下。中波天馈线自动巡检系统的设计，就是为了准确的在事故之前得知天馈线系统各设备的温度分布情况，掌控发射设备天线线路的运行状况，快速找到故障点，保障安全播出工作。

1 中波天馈线自动巡检系统详细设计

1.1 系统架构设计

天馈线系统故障与温度密切相关，因此利用红外热成像对天馈线系统的故障易发点进行实时检测，了解和掌握设备运行状态，能及早发现问题，并确定故障点，对保证安全播出具有重要意义。非接触红外线热像机可以从安全的距离测量一个元件、连接点和线路的表面温度，以实时图像表达出来，配合后台图像处理和识别技术，实现对线路设备的在线实时监测，天馈线设施发生事故前都有一个明显的共同特征， 就是事故前的发热征兆， 一旦发现发热温度超过其允许值，及时采取处理措施，就可避免烧坏、烧断等现象，提高保障安全播出能力。

中波天馈线自动巡检系统可分为三个部分，图像采集前端、光纤通信和网络、监控中心机房设备和软件。系统总体网络结构设计如图1所示，在中波天线场区，通过安装红外热像监视或视频红外双模式监控测温、配合中心计算机和监控图像处理软件系统，建立天馈线系统自动巡线管理平台，将天馈设备运行的状态信息、视频图像信息、测温信息进行整合和集成，实现天馈线系统巡线工作的可视化、智能化，从而达到及早发现问题、取代人工巡检的目的。实现线路和调配室现场设备远程可视化，能按照事先设定的巡视顺序，值班人员在监视中心可查看各摄像头自动旋转巡检的信息，具备自动和手动巡视功能，夜间巡视自动开启照明灯。可依次查看各监测点的图像和温度数据。利用视频和红外测温系统开展巡查，查看设备是否存在放电、发热现象，具备超标数据的自动报警功能。

1.2 图像采集前端设计

1） 调配室红外热像监测：主调室设置2台固定方位的红外热像监测点， 4个分调室分别设置1 台固定方位的红外热像监测点，主要监测对象是真空电容、交换开关，电感线圈。调配室红外前端配置如图2所示。

2） 天馈线线路监测：天馈线路由监测，建设3个固定方位的红外热像加视频双枪监测点。主要监测对象是馈线线路和接点，及时发现线路上的过热点和吱火点。门杆线路双枪监测前端配置如图3所示。

3）天线区全场监测：1个点。在主调室和分调室之间室外设置一具有云台控制的红外热像加视频双枪监测点，视场能覆盖天线区全场。通过云台控制监视角度，实现对天线全场区域的视频加红外热像监视。摄像头可按照设定的次序和速率自动巡航。

1.3 光纤通信和网络设计

由于发射台特殊的电磁环境特点，特别是在天线调配室内，强电磁场致使常规的无线、有线系统不能抗拒信号干扰。系统采用的探测器身需具备有效抵御抗电磁干扰准确测温，其次，需考虑采用光纤作为传输介质有效的避免信号干扰问题。达到：从监控点到主机的实时网络数字图像传输，图像信号不受现场电磁场干扰，图像传送实时性、可靠性高。可视化界面，操作控制一目了然。因此系统的通信和网络设计主要是建立各节点设备到主机房的光纤网络连接线路，在各节点安装光电转换（光端机或光纤收发器）和通信（网络交换机）设备。

1.4 监控中心设计

监控中心机房系统由监测数据服务器、数据库、控制台、监视屏、视频录像和数据存储器、打印机、网络交换机，光纤收发器等组成，主要功能有采集所属电台发射台站的线路和设备监测数据、实现监控监测系统软件业务功能、提供监测报告和预警、告警信息。能设置监测任务（时间、点、区域、温度）；执行监测任务（定时、定点、人工）；控制监测器（调焦、校温、移动）；监测报警（声、光、报告）；监测记录（录像、报告、日志等）；向监控服务器发送报警图像、数据、报告；监测数据验证和分析（趋势图，报警核实）。

1.5 核心硬件技术指标及软件功能

1.5.1 核心硬件技术指标

中波天馈线自动巡检系统的核心硬件包括红外测温热像仪、CCD摄像机和云台模块，采用高性能非制冷探测器，配合一体化设计的光学系统，运用IP技术，实现系统的网络接入。具有在线温度测量、目标温度测量、高温目标报警，可进行多预置位的定点巡航、多目标实时监控。其中：

1）热像仪：

光谱范围：7.5～13.5um；

探测器：324×256 非制冷氧化钒；

视场：13.3°×10.5°（配f35mm红外镜头）；

NETD： 不大于60mK；

测温范围：-20℃～+300℃；

2）CCD摄像机：

类型：低照度彩色黑白一体化摄像机；

变焦：18倍光学变焦（f4.1mm～73.8mm）；

清晰度：450线；

最低照度：0.7lux；

具备白平衡/宽动态/背光补偿；

3）云台：

速度：可变速，水平0.1～80?/s 垂直0.1～40?/s；

水平旋转范围：0～360°；

俯仰旋转范围：±90°；

4）输入输出接口：

输入：直流24V；

输出：RJ45；

5）环境适应性：

工作温度：-20℃～+55℃；

湿度：≤95%；

防护等级：IP66；

电磁兼容性：满足GJB151A-1997中RE102、RS103、CS114、CS115、CS116 、CE102、CS106项中对地面设备的要求。

1.5.2 软件功能

系统软件功能从视频显示功能、自动巡线功能、红外测温与分析功能、图像储存回放功能、报警功能和安全管理功能6方面设计。

1）视频显示功能

①支持红外视频图像和可见光图像同屏实时监视，红外和可见光帧率不低于15帧/s。

②红外图像分辨率324×256。

③支持原始红外温度热像图和可见光图像的传输。

④红外图像支持灰度和伪彩显示。

⑤支持多画面预览，支持多路红外视频和多路可见光视频同屏显示；在一台工作站的显示器上能实时同时显示多路红外以及多路可见光图像，并且不改变图像的原始分辨率。同时，用户也可以通过对多台红外热像位与可见光摄像机的全分辨率图像进行实时显示、操作与温度数据分析。

⑥支持预览分组切换、手动切换

2）自动巡线功能

①系统具备视频和红外自动巡视功能，在可设定的间隔时间内对全站的监控点进行图像巡检，参与轮检的对象可以任意设定，间隔时间可设置；

②实时图像自动复位，即可对的红外热像仪设定默认监控位置，正常状态下摄像机保持默认位置，在控制完成的可设定的时间段内恢复默认监控位置。

3）巡线控制功能

①红外镜头为定焦镜头。

②可见光镜头支持变焦控制。

③云台支持上、下、左、右移动及步长、速度控制，云台停止。

④可以设置现场摄像机，包括设置预置位、预置设置部位名称、测温位置等。

4）红外测温与分析功能

①测温精度由设备指标决定。

②全屏幕多点同时测温。

③可以自动全屏捕捉最高温与最低温。

④各类伪彩显示，并可将屏幕上任意温度区域以醒目颜色显示。

⑤可以根据需要自动/手动调节亮度和对比度。

⑥根据对云台和红外热像仪的初始设置，系统自动控制红外热像仪，对监测目标进行拍摄，采集红外图像，并根据用户设定的阈值，进行初步的诊断分析。

⑦可对图像指定区域进行测温分析，对测温区温度超限可自动识别并报警。可以设置温度阈值，当设备温度异常时产生告警。

⑧可以根据设备对象的红外发射率和测温距离进行测温校正；（电容表面银质与线路的红外发射率不同）。

⑨为了更便于定位故障点，原始红外温度热像图应存储。

5）图像储存回放功能

①对于记录下来的所有数据的信息，都存储在数据库中。

②针对红外图像和可见光视频，可以进行存储，在需要的情况下，可以根据查询条件，回放视频录像。红外图像和可见光视频存储1个月，故障告警时图像永久保存。

③支持按通道号、录像类型、文件类型、起止时间等条件进行录像资料的检索和回放。

④支持录像文件回放，红外原始视频文件可以回放和全屏测温。

⑤支持回放时的暂停、快放、慢放、单帧放、拖曳、暂停等功能。

6）报警功能

①触发超温自动报警时，报警信号、内容等可在监控画面自动显示；

②报警类别是：画面变化报警、温度异常报警。报警可根据需要进行分级，报警信号、报警内容可在任何画面自动显示；当发生报警时，红外视频服务器能自动进行存盘录像，同时传送报警信息和相关图像。

③报警信息储存管理，实现报警联动录像，具备长延时录像和慢速回放功能。可以多种方式查询报警信息。

④报警信息可以区分该报警信息是否已被用户检查确认；如用户未确认，则在设定时间内重发报警。

⑤重发报警时间间隔可设定。

⑥设备检测温度报警阈值可设置。

⑦所有报警信息报告自动保存，所有报警信息均可查询，有需要时可打印输出。

7）安全管理功能

①系统保存自动生成的重要数据，包括用户信息、报警信息、操作记录、日志等。

②对自动生成的系统运行日志、运行曲线报告、超温报警报告，可查询及打印输出。

③系统具有较强的容错性，不会因误操作等原因而导致系统出错和崩溃。

2 结束语

为了实现自动巡检，远程、实时的监控是系统安全运作的必备条件。传统的视频监控功能实现又基本上是以环境监视、安全防盗为主，不能够直接反映线路运行状况的温度及温度分布。红外热像诊断技术是对设备表面辐射的红外光像进行非接触、远距离热成像检测，不受电场干扰，因此具有直观、准确、灵敏度高、快速、安全、应用范围广等特点，能从根本上改变人工巡检运行设备的故障隐患诊断方式。应用红外诊断技术可以大大减少发射传输线路运行时的故障和人员在危险作业区作业的风险性，可大大减少人员检修的劳动力支持，提高维护效率。红外热像仪结合计算机网络技术而成的在线监控系统能实现全自动实时状态监控，这对于提高巡线可靠性与有效性，降低停播率有重要意义。

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