数字孪生技术在高山无线发射台站的探索及实践

杨 雷

（文山电视调频骨干转播台，云南 文山 663000）

0 引言

近年来，在国家和行业主管部门的大力支持和推动下，“智慧广电”已然成为广电行业建设发展的趋势和方向。建设“智慧广电”成为时代和国家赋予广电行业的历史责任，同时也是新的发展理念和高质量发展战略得以落实的关键举措。无线发射台站作为广播电视安全传输链路的重要环节，在国家广播电视总局有线、无线、卫星智能协同覆盖规划中发挥着重要作用，也是智慧广电战略布局的重要组成部分。现阶段，为了更好地发挥广播电视无线发射台的重要作用，以适应智慧广电建设要求，文山电视调频骨干转播台在现有广播电视监测系统的基础上进行智慧化建设探索，以建立台站统一的信息化平台为目标，以“物联网”思维对台站进行全面的数字化建设，引入数字孪生技术对发射机进行细致的三维建模，以期通过新技术提高台站智慧化水平，最终提升台站的运维能力和安全播出保障能力[1]。

1 台站现有自台监测系统现状

文山电视调频骨干转播台近年来陆续进行了一些信息化改造，主要集中在自台监测系统的搭建。目前台站有一套集播出节目监测、发射机运行状态监测、供配电系统状态监测、信号源传输系统监测以及安防监控等功能于一体的广播电视安全播出监测平台，可实时显示和记录播出系统各重要环节的运行状态。但在“智慧广电”的行业发展背景下，这一系统已经不能适应台站更高的发展需求，主要体现在：一是采集的信息少，系统功能单一，系统学习、使用成本高，交互体验和友好度低；二是系统较陈旧，升级得不到较好的支持，一些新的想法和需求不能被满足；三是结构复杂，系统采用传统的下位机方式，是针对早期信息化技术还不成熟时的方案，现在台站设备的整体语境发生了变化，设备更稳定、协议更全面，这种下位机方案带来的运维复杂、维护困难、成本高昂的弊端就慢慢凸显出来了；四是现有系统只局限在业务功能上，建立之初就只把重心放在是否能满足各种功能上，而各功能系统之间相互独立，各司其职，重前端而轻平台，数据与结果都不能共享，也不能沉淀，对于从数据中发现规律、优化工作、预判问题、提升台站运营能力等工作目标，没有办法实现。

2 智慧化改造的目标

2.1 全面数字化建设

在目前自台监测系统已有的发射机数据采集、监测、发射机开关机、主备机倒换以及配电、环境、安防监测外，要提升台站的智慧化水平和能力，就要进行全面的数字化建设，为台站真正的信息化平台建设打好基础。真正的数字化，要达到真实台站的虚拟化目标，除了对设备的信息采集、管控外，还需要将日常工作经验，比如故障处理经验、设备使用手册、设备操作心得、工作流程、设备逻辑关系、应急预案乃至台站机房结构、相关法律、法规、通知以及员工交接班动作、月检、年检等都进行数字化，最终搭建出一个虚拟化的真实台站，在信息化平台中，把虚拟化的台站当做真实台站来看待，绝大部分运维工作均在平台中实现。主要的发射机情况监看、发射机常规操作执行以及工作交接班、抄表、巡机等，都通过新的手段在信息化平台上完成[2]。这样，通过平台长时间运行积累的大量数据，利用大数据功能便可直接指导业务，发现规律，预判问题，还可以用来指导运维以及台站管理，比如在平台上可以看到哪些设备容易出问题，哪些重要环节经常有漏洞，可以指导运维人员及时购买备品备件、调整库存。除此之外，还可以通过对职工平时工作数据进行评估，对职工工作情况进行量化考核，为年度考核提供参考依据等[3]。

2.2 搭建台站统一的信息化平台

台站建立统一的信息化平台，应该做到数据的统一、系统管理与接口的统一、输出与呈现的统一以及运维的统一等等。前面提到，现有的自台监测系统中各功能系统之间是相互独立的，各司其职，数据与结果都不能共享，也不能沉淀，进行全面的数字化后，要搭建一个台站全业务信息化平台，涵盖台站所有环节，将各功能系统统一起来纳入一个整体平台中，做到系统之间互联互通、数据共享[4]。

2.2.1 兼容已有设备和功能

台站在近几年的项目建设过程中积累下部分设备，为了避免重复投资，要保留绝大部分现有自台监测系统设备，新的平台支持对其兼容处理，将其纳入统一的信息化平台中，同时保留播出节目质量监测、传统发射机数据监测、发射机的开关机、主备机倒换及供配电系统监测、信号源系统监测、安防监测等功能。

2.2.2 物联网化与内部云化平台

在“智慧广电”大背景下，建立统一的信息化平台，要采用“物联网”思维，把台站各个环节设备作为物联网模块接入到系统中，统一物联网各环节设备的数据属性和动作属性，根据业务需要进行扩容与缩减，这样便于平台最大化兼容性和扩展性。数据采集端只需完成数据采集工作，最大化保证稳定性，让平台端负责绝大多数数据和信息的处理，即从之前重前端、轻平台逐渐向轻前端、重平台方向转变，以前在采集前端大量堆积设备而平台却没有足够的信息处理能力的现状将得会慢慢得 到改变。

2.2.3 平台内和平台间扩容性

平台的扩容性也是考验平台的核心指标之一。新的信息化平台应有较强的扩容性，在平台内扩容方面无论是日常运维还是台站业务与设备调整，均可在平台中完成，这样保证平台在设备扩展性、业务适应性与系统运维角度，相比于现有自台监测系统要更加先进。在平台间扩容性方面，平台既支持单点台站实施，也应支持多台站部署，能够做到由统一的信息中心进行指挥和管理。

2.3 业务信息化

台站所有业务工作均在业务信息化部分得以呈现，包括机房、机柜、设备部署安装情况，业务流程，设备间逻辑关系，实时数据采集、呈现与监测、报警，以及业务信息的单独查询接口等。其主要有三层维度的平台展现：第一层，物理维度，把台区台貌进行真实的虚拟表达，提供真实机房结构的3D虚拟实景呈现，每一台设备，在哪个机柜里，机柜在哪个房间里，房间的物理结构等，都与真实台站场景完全一致，使用和操作平台时，值班人员就像在机房真实值班一样，可以保证不在机房也能感受到真实的值班体验，也能在运维过程中最快地锁定故障位置；第二层，设备逻辑维度，以最主要的发射环节为组织核心，数据角度从卫星接收机开始一直到发射机，配电角度从高压外电输入开始，一直到发射机，串联起发射机关联的所有上下游设备，这样，结合物理实景，可针对任何设备，向运维人员提供全方位、多维度的认知与定位能力；第三层，设备详情维度，针对某一个设备，将其实景图片、实际型号、厂商信息、运行信息、操作手册、线路图及故障维修记录等可以数字化的内容全部呈现出来，完成一个物联网节点最立体的呈现效果。除此之外，平台需要兼具传统监测业务，即对发射机数据、环境监测数据、配电数据、关键设备等进行实时监测。

2.4 运维信息化

除了业务信息化外，平台应具备运维信息化能力。运维信息化系统最核心的是“交接班”功能，当前平台设备运行信息、设备操作信息、故障处理信息、巡机、抄表工作等都会与交接班动作进行关联，值班人员实行工号管理便可形成一个职工长期立体的工作结果数据呈现，为年度职工考核提供依据，此外，周检、年检、设备维护管理、备品备件固定资产管理、档案管理、人员管理、请假等日常工作以及台站电话/电话录音、工作打卡等均可在平台中完成。

2.5 台站知识库与大数据

一个真正信息化平台的建设，一定少不了对数据进行沉淀与挖掘的能力。平台建成后，通过不断收集台站运维数据，随着信息和数据的不断沉淀积累，便可进行大数据分析，帮助发现台站运行的潜在规律，在故障研判等方面提前预警，提升安全播出保障能力，同时还具备信息检索功能，将各种入库信息包括应急预案、设备使用手册、通知信息、线路图、设备说明书以及每次设备故障的抢修记录等均录入平台并在平台呈现，值班人员可根据需要，输入关键字便可搜索出所需的信息，指导值班人员处理故障，提高台站运维效率。

2.6 数字孪生系统的初步建设

台站智慧化是建设目标，数字孪生技术是实现智慧化目标的具体呈现形式。发射机是无线发射台站最重要的设备，对发射机设备进行初步的孪生模型建设，旨在完成一个数字孪生系统最重要的底层基础性工作。通过三维建模技术，为实体发射机建立一个虚拟的数字设备，精细到发射机各重要部件及其内部重要电子模块，可根据需要对发射机内部重要部件进行分拆，同时建立部件之间的逻辑关系，经过业务处理，在部件中真实呈现发射机的动态，这样便可在运维过程中精确锁定故障位置，减少故障判断时间，缩短停播时长，提高安全播出保 障能力[5]。

3 结语

2018年11 月，国家广播电视总局在推进全国“智慧广电”建设现场会上，对如何加快推进“智慧广电”建设作出重要工作部署，提出要着力构建有线无线卫星智能协同覆盖、共建共享共用，并与互联网互联互通、可管可控、绿色安全的现代传播新格局、新体系，提高广播电视现代化传输传送水平、优质覆盖能力以及末端沟通能力。针对上述要求，为进一步推进“智慧广电”工作在无线发射台站的落地落实，本项目引入数字孪生技术对发射机设备进行精细建模，建立无线发射台站的数字孪生系统，实现广电领域的“数字孪生”，通过搭建统一的信息化平台，实现信息数据互联互通，在不断沉淀积累的真实的大量数据基础上，依托大数据与AI技术，完成技术运维及监测监管的智能化，实现初步的智慧化，为无线发射台站“无人值守”“远程监控”等管理模式提供了一套切实可行的参考模式，是“智慧广电”发展过程中一次全新的探索和实践。