无线发射台站自台监控系统的设计与实现

张鑫斌

【摘  要】 无线发射台站担负着广播电视信号的传输和发射任务，是国家广播电视公共服务的提供者。发射台站自台监控系统能够实时地显示台站设备的状态，并及时地将设备的异常情况反馈给值班人员，是保障安全播出任务的有力工具。文章以某无线发射台站为例，介绍了自台监控系统的设计原则、设计思路及实现方法，希望能供有关工作人员参考借鉴。

【关键词】 自台监控；发射台站；广播电视

一、设计原則

1. 技术先进。系统采用B/S或C/S架构设计，数据的处理、存储都在服务器上自动完成，终端通过浏览器或客户端软件进行数据访问，简便易用。系统通信采用工业以太网技术，传输信号稳定可靠，兼容多种接口，可扩展能力强。

2. 系统稳定。系统的核心功能均在服务器上实现，所有数据信号均通过局域网络传输，所以，需要选择质量可靠的服务器、交换机和网络传输线来保障系统的稳定。软件方面，采用主流的Java语言+ SQL SEVER数据库设计方案，能满足台站的稳定性需求。

3. 系统安全。系统网络与外网实施物理隔离，禁止远程登录系统；服务器端禁止非专业人员进行操作；终端设计多级权限，对值班人员和管理人员进行分级授权，有效避免误操作。

4. 可维护和可扩展。系统采用模块化设计，整体划分为多个功能模块，各模块之间相对独立，既便于维护管理，也便于功能扩展。

5. 易用性。终端采用图形化界面，信息显示简洁明了；告警提示要做到及时、准确；系统后期的升级维护方便。

二、需求分析

（一）台站现状

台站现有调频发射、电视发射两部分播出任务，设置两个机房，即调频发射机房和电视发射机房。

调频发射部分有11套节目，发射主机11部，备机4部，发射机品牌有哈里斯、RVR和北广；电视发射节目12套，发射主机2部，发射机品牌为吉兆。

供配电部分，配电机房有6KV主备两路外电，采用山西山水电气的型号为KYN28A-12的高压配电柜，此柜配有博时达电气的手车式高压真空断路器ZN63。

（二）项目需求

需要实时监测音视频信号源的状态、各部发射机的状态、机房的环境参数（温湿度）、电力情况等，如有异常能够发出声光报警以提醒值班人员；能够记录设备异常状态、告警信息，能够对异态信息和一段时期内的播出任务进行存储，方便对故障进行查询和分析。

三、设计方案

（一）总体设计

台站自动化监控系统功能分为4部分，分别为综合监控系统、广播监控系统、电视监控系统和大屏显示系统。系统整体采用网络管理模式，前端为数据采集设备，各种数据经不同的方式采集后通过统一地处理，然后以网络方式传送至服务器。综合监控系统、广播监控系统和电视监控系统各配置一台服务器进行数据处理，值班人员通过终端电脑访问服务器，对相关数据实时监听监看。整个系统应涵盖台站全部核心设备的实时工作信息，并应建立完善的报警机制，以及开发统计报表功能。

（二）功能设计

1. 综合监控系统

综合监控系统由发射机采集监控系统、信源切换系统、环境监测系统、电力监测系统和报警系统5个子系统组成，由一台服务器统一管理，终端配置一台电脑。

（1）采集监控系统

每台发射机均安装参数采集设备，对发射机的发射功率、反射功率进行实时采集、实时监控，当某一数值超出预设正常范围时引发告警并生成异常信息。

（2）信源切换系统

台站每套节目均有多路信号源，拟为台站配置全新的信源切换器，对机房信号源系统进行统一管理。

（3）环境监测系统

在机房安装温湿度传感器、烟感报警器，在一楼走线的地沟里安装浸水报警器。

（4）电力监测系统

采集两路外电的电压信息以及断路器的工作状态。

（5）报警系统

机房布置声光告警器，由服务器统一管理。当发射机功率异常、电力中断、环境参数异常时，声光告警器报警，同时平台前端也发出告警声音并弹出告警窗口，提醒值班人员及时处理。

2. 广播、电视监控系统

广播、电视监控系统是两个独立的模块，分别配置音频服务器和视频服务器各一台，用于远程监控调频广播和数字电视的信号源以及节目的播出质量。

前端通过新装的信源切换器，将各个节目的主备信源信息回传给服务器；终端通过室内天线对调频广播、数字电视进行接收，经过编码器编码后传至服务器，对播出质量进行监测。对音频信号中断、电视画面静止等异态进行声音告警并记录。

四、系统实现

（一）硬件设备

无线发射台站自台监控系统的硬件部分大致可分为前端采集系统、信源监控系统、节目接收系统和大屏显示系统。

1. 前端采集系统

前端采集设备使用CYK-8005TE发射机采集控制器，其采用嵌入式软硬件处理平台，支持多种发射机协议，具备4个串口，每个串口通信模式均可动态电控配置为232/422/485通信模式；两个RJ45网口，支持以太网（TCP、UDP、HTTP、SNMP）等常用通信接口协议；上行网口可设置IP地址，便于管理；内置时钟，能脱离计算机独立工作，对发射机的正常工作不产生任何影响。

对不支持网络数据传输的两部RVR发射机，可安装两台CYK-8001（S）采集控制器，通过模拟量输入接口直接采集发射机射频信号的模拟量，再进行模数转换，实现发射机的数字化检测。

此采集器采用串行口通信，所以还需要接入一台ARM6B管理器，它是一台串口-以太口管理设备，串口支持RS232、RS422、RS485等三种常用串口模式，系统中的GPS授时器和声光告警器也通过ARM6B管理器与主网络相连。

电力监测方面，采用CYK-DL电力参数采集器。该采集器以智能化电表为核心，可对市电、柴电、稳压器等电力设备的三相电压、三相电流、功率等参数进行采集，并可设置电压报警门限。电力实时数据通过RS-485传输协议传输给CYK-8005TE采集控制器进行统一编码，然后传送到综合监控服务器。

环境监测方面，采用CYK-HJ16环境监测设备，对布置在机房中的温湿度传感器、浸水报警器、烟雾报警器等设备回传的信息进行集中编码处理后，传送至CYK-8005TE采集控制器进行IP编码，然后传送给综合服务器。

2. 信源监控系统

信源监控系统包括广播信源和电视信源两部分。通过采用智能切换设备，不仅能对播出节目的信号源信息进行实时采集，还可对信源进行远程手动切换。

广播信源监控采用CYK-401AS-D多功能音频智能切换器来实现。该设备对模拟音频或AES/EBU数字音频信号都能提供很好的支持，有4路模拟输入接口和4路数字输入接口，还有2路模拟输出口和2路数字输出口；配有太网接口，支持远程遥控切换和实时监测各输入通道音频状态、切换状态等，音频信源信号可编码至网络传输监听监看；自动切换状态下，当主路信源丢失将自动切换到备用信源上，一旦主路信源恢复智能切换器的输出信号将自动切回到主路信源上；内置垫音音频源，当所有输入信号源无输出时自动切换到本机垫音音频源输出；第1、2路输入信号源可断电直通。

电视信源监控采用CYK-TS302多功能音视频智能切换器来实现。此切换器是一款ASI信号切换器，可自动输出第一路信源，也可手动切换需要输出的哪路信号，信号丢失有报警。

3. 节目接收系统

节目接收系统分为调频广播接收和数字电视接收两个部分。使用两台CYK-606A-D多路解调编码器接收调频广播节目信号。该设备可同时接收六路无线电信号，并能显示通道的频率，而且可以自由设置选择需要接收的频道，还有音频编码、指标测量功能，并最终经过以太网接口统一将指标数据、音频数据输出至音频服务器。使用一台ORCHEX-7000数字电视接收解码器接收数字电视节目信号，可同时接收两个频点12套地面数字电视节目，并将数据实时传送给视频服务器。

4. 大屏显示系统

用12块三星46寸拼接屏以4×3的形式组成电视墙，经16路拼接控制器与终端电脑连接，将发射机数据、电力参数、环境参数、音视频节目的实时信息集都投送到拼接屏上进行集中监控。拼接控制器具有强大的图像处理功能，支持最多16个全实时活动视窗，支持图像任意组合拼接、开窗、移动、缩放、跨屏等多种显示功能，可在终端电脑上使用控制软件进行操作。

（二）软件系统

1. 网络配置

无线发射台站自台监控系统采用全网络化通讯及管理，所有数据均通过局域网络进行传输，数据处理则在服务器上进行。因此，合理地对网络进行规划是保障系统安全稳定运行的前提。

系统内共配置3台交换机，均采用华为千兆三层交换机。一楼信源柜内布置24口交换机一台，负责音频切换器、环境采集器和电力采集器的网络接入；由于一楼机房空间紧张，所以将所有的发射机采集器布置到二楼电视发射机房，并在二楼机房布置48口交换机一台，负责发射机采集器及数字电视音视频切换器的网络接入；一楼服务器柜布置48口交換机一台作为主交换机，之前两台交换机通过级联接口接入，另外还接入服务器、终端电脑、广播及电视的节目空收设备。网络传输线采用超6类线缆，保障信号传输的实时性与稳定性。

2. 软件功能

软件部分分为综合监控软件系统、广播监控软件系统和电视监控软件系统。

（1）综合监控软件

综合监控软件采用B/S架构，软件全部部署在服务器上，终端只需要打开浏览器输入服务器地址登录即可使用。终端显示界面按其功能划分为5个区域，分别为显示电力参数、发射机参数、切换器状态、环境参数和告警信息。

电力参数部分，实时显示外电通断状态及电压值，及高压柜断路器的状态；发射机参数部分，以条状图形方式显示发射机的发射功率和反射功率，直观易读；实时显示切换器的通道状态，当前使用通道高亮显示，可远程操作切换器进行自动或手动切换；实时显示机房环境温湿度，对烟感、浸水等报警器以图形化形式显示其状态（绿色为正常、红色为异常）；告警信息部分，按日期显示以往的告警信息列表，如有告警信息，系统会在终端显示的界面上弹出红色的警示对话框，并伴有语音通知告警内容。

（2）广播、电视监控软件

由于音视频节目有很强的实时性，为了保证系统的运行速度，也为了方便值班人员在客户端进行监听、回放等复杂操作，广播、电视监控软件系统采用C/S结构，在服务器端和客户端均部署相应的软件。

广播监控软件的客户端以音频柱形图的方式来显示信号的状态，包括两路信源信号、1路入机信号和1路空收信号，鼠标左键点击某个音柱，即可对当前信号进行实时监听，再次点击则取消监听；在鼠标右键菜单中，可以进行循环监听，查询某一路音频信号的回放，也可查看报警信息等等。如果某一路信号的电平值低于设置阈值一段时间后，软件会发出弹窗及声音告警提示信号丢失。

电视监控软件的客户端采用4×3的形式同时显示12路数字电视节目，每一路节目的画面右侧显示音频柱，这样对音、视频都可以直观显示；双击某一画面可全屏观看，同时播放此节目的声音；如果有音频丢失、画面静帧、画面黑屏等异态，软件会发出告警声音。

监控软件的服务器端负责对各路节目信号进行存储及对告警信息的判断和处理。

参考文献：

［1］ 王天柱. 1125台自台监控系统设计分析［J］. 广播电视信息，2020（05）：85-88.

［2］ 王鹿. 广播电视发射台监控管理系统设计［J］. 山西电子技术，2015（01）：83-84+87.

［3］ 韩荣华. 新一代广播电视发射台自台监控系统设计与新技术应用实践［J］. 电子世界，2019（22）：120-122.