中波发射台智能一体化监控平台的设计与实现

杨正东

【摘要】随着中波广播发射台监测技术的不断完善，安全播出监控系统越来越复杂，监测系统建设不断向人工智能、大数据、云计算、互联网迈进，原有的监测手段已显得越来越力不从心。本文介绍了智能一体化平台的设计方案，结合电台实际情况分析了平台的实现方法，总结了平台带来的优势，为读者提供借鉴。

【关键词】中波发射台；大数据；数据库；系统架构；智能一体化

中图分类号：TN929                           文献标识码：A                             DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2023.12.013

中波台站发射系统主要包括电源系统、信号源系统、发射机、天馈系统、辅助系统等，各个模块分工协作，共同完成中波广播发射工作；任何一个系统运行不稳定都会影响中波广播发射信号的质量，如果出现故障，甚至有可能出现停播；同时，气候、温度、湿度、消防、安保等因素与安全播出也息息相关。为实现高质量、不间断，既经济又安全的播出要求，对各个模块工作状态实时监测，因此需要搭建智能一体化监控平台实行集中统一监控。

1. 系统设计

1.1 智能一体化监控平台需求

功能性需求主要有四个方面：数据采集需求、数据处理需求、数据展示需求、异常报警需求；数据采集需求包括硬件需求和软件需求，硬件需求主要有CPU的性能、内存的大小、采集器的性能、传输线路的抗干扰能力、网卡的读写速度；软件要求包括系统的稳定度、可靠性、反应速度。數据处理需求主要包括数据库的可靠性、数据处理的稳定性和速率、智能搜索引擎的准确性、对外接口的可扩展性；数据展示需求主要包括数据展示的直观性和简洁性、数据搜索的准确性、异常信息显示的醒目性；异常报警需求包括异常报警的多样性、准确性、及时性、灵活性、连续性，确保报警信息准确无误地送达维护人员手中。

非功能性需求：非功能性需求有接口设计应遵循简洁、规范、灵活、使用方便、扩展性好等要求；系统应具有较强的兼容性，应支持Windows、Linux、Unix、AIX等操作系统；系统应具备可扩展性，具备升级加装子系统的功能，各子系统相互独立，互不干扰，层次清晰，通俗易懂等特点。

数据存储需求：对重要监测数据（发射机监测系统、信号源监测系统）存储时间要求在一年以上，其他系统监测数据存储时间要求半年以上，当数据存储时间超过设定时间时系统会自动清理过期数据，进行数据更新。对异常数据应保存两年以上，当异常数据到期需要清理时应以短信的形式提醒管理员，管理员通过短信确认清理。

1.2 智能一体化监控平台逻辑架构

结合我台实际需求，自能一体化监控平台以先进性、安全可靠性和方便实用性为原则，遵循“高模块化、高集成化+高冗余”、各系统相互独立又高度集成、单独控制又集中监测、N+M（N表示有N个子系统，M表示有M个冗余）的设计思路，能够实现不断扩容、不断完善的设计需求。

智能一体化监控平台系统主要由数据采集层、数据处理层和数据展示层构成，其构成框架设计如图1所示。

数据采集层是通过各种采集装置（各种传感器）将各个监控实体的各项性能数据通过数据采集接收器向数据处理层汇总。由于监控实体各项性能的动态性和不确定性，数据采集器一般选择循环采集器。

数据处理层是智能一体化监控平台监控系统的核心组成部分，主要功能是将数据采集层传输过来的数据进行汇总、分析、量化和处理，对各项数据进行实时分析，并制定各项数据对应的规则，通过智能控制引擎将异常数据通过短信、语音、邮件等方式告知运行维护人员。数据处理层还应提供对外API接口，支持后期其他子系统的集成。

数据展示层是将各监控实体的各项性能、状态以图片、文字、数字、光柱等直观方式展现出来，展示层还应具备查询功能。

1.3 智能一体化监控平台系统安全要求

基于广播电视发射系统的敏感性和特殊性，本系统必须采用符合国家标准的设备。

本系统是CYK-HJ16循环采集器将放置在各处的信号采集装置（各种传感器）采集到的信号进行加工、处理和分析后传送给处理器统一处理，最后以直观、简洁的形式显示出来；所有传送线路与外网之间均设立防火墙，以保证数据的绝对安全。

2. 基于云计算技术的智能一体化监控平台系统的实现方法

2.1 数据采集层构架

数据采集层构架如图2所示。

2.1.1 电源监测系统架构

电源系统包含隔离变压器、稳压器、UPS、配电柜等电力设备；电源系统是整个中波台的运行保障，对电源系统的监测必须全面、准确。

电源系统主要由两路外电、发电机和UPS组成，通过CYK-DL电力参数采集器分别对外电一路、外电二路、发电机、UPS的电压和电流进行采集，通过光纤传输到处理器；通过显示器可以清楚直观地观察各路电力的电压和电流，实时掌握电力系统的情况；当某一路电源故障时系统会报警提醒值班员并自动切换到正常的电源工作。

2.1.2 信号源监测系统架构

信号源系统是中波台的信号来源，是播出信号质量的保证，对信号源的监测应当实行重点监测为主，全面监测为辅。

信号源系统主要由卫星信号接收机（主、备）、光纤信号接收机（主、备）、音频处理器（主、备）、音频应急切换器（主、备）等设备组成；通过音频信号采集器分别对卫星信号接收机（主、备）、光纤信号接收机（主、备）、音频处理器（主、备）、音频处应急切换器（主、备）进行信号采集、处理，最后通过光纤将处理好的信号传送给主机，通过显示器直观显示出给采集点的音频光柱，实时监控信号源的情况；当一路信号或者一个设备故障时相应的光柱高度会停留在零刻度位置并报警提示值班员，由于所有设备都具有直通功能，所以并不影响播出，值班员可以进行维修。

2.1.3 发射机监测系统架构

发射机是中波台的心脏，是整个中波台工作的核心保障，对发射机的监测应当全面监测为主，重点监测为辅。

对发射机的监测主要监测发射机的入射功率、反射功率和调幅度，通过从发射机的对外接口板上用CYK-8001（M）发射机采集控制器采集发射机的工作功率、调幅度等参数，进行处理后传送给主机；通过显示器以光柱的形式显示出来，到达直观、简洁的效果；当在设定的时段发射机的功率低于10Kw或者无功率输出时，系统会报警并弹出功率故障窗口，提醒值班员调整发射机功率。

2.1.4 天馈系统监测架构

天馈系统是中波台的发射装置，是所有工作的最后环节，安全发射信号是中波台的工作目的，对天馈系统的监测应以结果监测为主，其他监测为辅。

对天馈系统的监测目前主要是监测天线倒换开关（真空继电器）和馈线接头温度；天线倒换开关的监测是从倒换开关（真空继电器）处取样，通过监测驻波是否通过馈线传送给天线来实现，当倒换开关故障时系统会提示值班员，值班员可以通过手动方式进行倒换，防止通过假负载播出。馈线接头温度是通过温度传感器（热敏电阻）来实现，当温度变化时电阻随之变化来实现对温度的监控，当温度达到某一设定值时系统会报警提醒值班员处理，另外通过显示器显示温度数值，达到实时监控的目的。

天调室安装两个温感摄像头，对天调室温度进行全方位监测，当某一点温度明显高于其他点时系统发出报警信息提醒值班人员；后期将加装天调网络阻抗实时监测系统，铁塔倾斜度监测系统、拉线拉力监测系统、地面沉降监测系统。

2.1.5 环境监测系统架构

环境监测主要包括发射机房温度、湿度、烟感和浸水监测；

在发射机房、配电房、发电机房值班室以矩阵形式布置温度传感器和湿度传感器，在发射机房的每一面外墙和屋顶上分别以矩阵形式布置十六湿度传感器来监测是否浸水，将每个传感器采集到的信号处理为光电信号后传送到服务器，以立体空间的形式通过显示器显示出来，当某一区域的温度或者湿度异常时该区域显示出来的颜色会变化，从而实现对整个空间的三维立体监测，当某一区域出现问题时电脑自动弹出故障提示窗口。

2.1.6 消防安全监测架构

消防监测系统主要由烟雾传感器和温度传感器配合实现。在发射机房、配电房、发电机房、实验机房、值班室、办公室和办公楼道分别安装了烟雾传感器。发射机房、配电房、发电机房、值班室烟雾传感器配合温度传感器使用。当烟雾监测装置监测到烟雾时报警提示值班员和保卫室立即处理，在设定时间内没有处理启动自动灭火装置；当烟雾监测装置监测到有烟雾，同时温度监测装置监测到温度升高时立即关闭门窗并启动自动灭火装置。

环境安保监测由高压脉冲电子围栏和高清视频监控组成。高清摄像头对台区和天调室全方位实时监控，任何人或动物进入监控区域，高清视频自动锁定移动物体，进行循环录像，如触碰到电子围栏将会发出声光报警，以防非法入侵，确保发射设施免遭破坏。

2.2 数据处理层架构

2.2.1 服务器

采用支持x64体系架构DELL R5300 G4服务器，配备支持VT-D和VT-C技术Intel（R）Xeon（R）E-2224 3.4GHz CPU（8核），由X64体系处理器内存（256G）管理单元对相关内存进行管理；配置5+10个500Mbps网口满足数据传输需求；配置500GB+1TB硬盘，满足数据存储需求。

2.2.2 交换机

交换机均采用FutureMatrix S1730S-S24T4S-A1，采用双电源配置，支持42Mpps转发率，配备24个100BASE-T以太网端口，4个千兆SFP，交换容量为336Gbps。

2.2.3 存储单元

音频数据存储采用Western Digital SATA HUS722T1TAL604，视频数据存储采用Western Digital SATA HUS721010AL5204，其他数据存储采用Western Digital SATA HUS722T2TAL604，其内存冗余均在百分之四十以上；服务器与存储单元之间采用全相应映射发射实现数据高速读写。

2.3 数据展现层架构

2.3.1 音频监测

由于我台为单一广播发射台，音频监测为我台重点监测对象，故设置为单独监测模块；音频监测主要针对“音频丢失”“音频超上限”“音频低于下限”三个指标进行实时监测，由数据处理单元将异常数据处理并传输到异常信息存储中心，最后通过声光报警和短信的形式通知值班人员。

2.3.2 值班室展示系统

值班室展示系统：值班室通过BS架构访问数据库，通过软件系统将数据库信息以量化的形式展示出来，供值班人员观察、分析、控制整个系统。

异态信息展示模块：异态信息以窗口形式弹出；便于值班人员及时发现异常情况并加以处理，提升处理故障的效率和精准度，更加有效地保证节目安全播出。

语音报警模块：当语音报警系统收到数据处理中心传送过来的异常信息时，立即从数据库调取预置好的语音数据，将节目的异常信息进行语音播报；方便值班员精准判断故障点并进行处理，提高故障的处理效率。

实时监测模块：实时监测模块采用BS架构，利用IE浏览器实时访问系统数据库的形式实现，通过页面操作可以实现单点观测、多点观测、全面观测，监测各数据码流以及各系统的运行狀态；同时可以在页面操作控制整个播出系统。

查询模块：查询模块采用BS架构，通过IE浏览器访问数据库来实现，系统可以根据需求精准查询各项数据（包括正常数据和异常数据），方便了解整个系统的运行情况，精准判断出故障高发点；为系统维护提供数据支撑。

3. 智能一体化监控系统的优势

智能一体化监控系统是集电力监测、发射机监测、信号源监测、环境监测于一体的监测系统，高度模块化和高度集成化是其最大的特点，各子系统相互独立又高度统一；当某一子系统故障时不影响其他系统的工作，可以实现边维护边工作的效果。该系统预留足够多的冗余，可以进行完善和升级改造。

智能一体化监控平台采用BS架构，通过管理员授权，支持相应用户远程访问，通过对监测系统数据库的数据配置，可以在移动端对系统参数、设备参数、采样数据、报警信息数据进行综合配置，可以实现远程查询、统计、分析工作，以及自动生成报表、导出报表功能。

智能一体化监控平台具有应急演练功能，值班人员可以根据需求进行模拟演练，模拟演练不影响系统正常工作，因此演练可以在不停机情况下进行，有效解决演练时间不足的问题；应急演练系统具有信号源、供配电、倒换发射机、消防、非法破坏五个模块，每个模块配备相应的理论题库和模拟故障处理两种试题，理论试题主要考核广播发射台设备的重要参数、指标，模拟故障处理主要考察故障的处理能力以及应对故障的反应能力；模拟演练功能对提升值班人员的应急处置能力、提高工作效率、提升工作水平和工作质量有着不可替代的作用。

智能一体化监控平台采用高度智能化、模块化的设计思路，有效解决广播发射台值班员工作量大、复杂的问题，避免经常东奔西跑，高效保障廣播节目的安全播出。

4. 结束语

安全播出是中波广播发射台的头等大事，随着大数据、人工智能、云计算技术的兴起，如何利用高新技术对广播发射台的监测成为广播监测研究的重点方向，同时也为广播发射台的监测提供更多的技术手段。本文通过大数据、云计算技术以高度模块化、集成化的方式对中波广播发射台监测进行研究，为将来云计算、大数据、人工智能在广播发射台监测系统中的大规模使用提供参考。

参考文献：

[1]边巴旺堆.中波广播发射台自动化监控系统的应用与维护[J].西部广播电视，2020，41（17）：226-228.

[2]王祥，舒杰磊，李立瑛.中波发射台全业务信息化平台设计与实现[J].广播与电视技术，2020，47（1）：81-84.

[3]骆昌赓，朱本善.广播电视发射台站孪生系统的设计与实现[J].电视技术，2022，46（12）：35-38.