基于物联网技术的发射机房动力和环境监控系统设计

邸斌

【摘要】为了提高广播电视节目的播出质量，并降低潜在风险，本文采用物联网传感器和监控设备，安装在发射机房中，用于实时监测动力系统、温度、湿度、气体浓度等环境参数。通过应用物联网技术的应用，成功实现了对发射机房的实时监控和智能化管理，动力系统的稳定性也得到了提高，環境参数也保持在安全范围内。这使得广播电视节目的安全播出得以保障，减少了意外故障和停播时间。

【关键词】发射机房；物联网；动力环境监控

中图分类号：TN929                           文献标识码：A                             DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.01.018

近年来，随着国民经济的高速增长，广播电视事业取得了突飞猛进的跨越式发展。安全优质播出是广播电视的立足之本，发射机房的安全稳定运行是前提保证。发射机房是需要24小时不间断运转的重要设施，而在每个机房都安排专人值守是不现实的，因此对发射机房的设备、动力、环境、消防的自动化监控必不可少[1]。开发一套发射机房动力和环境监控系统以保证良好的机房运行环境势在必行。本研究证明了物联网技术在发射机房动力和环境监控中的重要性。通过远程监控和智能管理，可以提高发射机房设备的稳定性和可靠性，从而确保广播电视节目的安全播出。这对于广播电视行业具有重要意义，也为其他领域的设备监控提供了有益经验。

1. 基于物联网技术的发射机房动力和环境监控系统特点

1.1 可扩展性强

基于物联网技术的发射机房动力和环境监控系统具有多项显著特点，其中之一是其强大的可扩展性。该系统采用了模块化结构，这意味着各个子系统都经过了精心设计，以便在未来进行扩展和扩容。这种模块性的架构使系统能够轻松地适应不断增长的需求和新的监控要求，而无需对现有系统进行根本性的更改。通过简单地添加新的模块或子系统，用户可以快速扩展系统的功能，从而更好地适应不断变化的运营环境。除了系统的扩展性，这种模块化结构还使系统更容易进行升级。即使在升级系统时，也不会对原有的系统造成影响[2]。这一特点保证了系统的高度灵活性，可以根据需要进行持续改进，以适应新的技术和监控标准。这种能力对于长期运行和可持续性非常重要，因为技术和监控要求通常会随着时间的推移而发生变化。物联网技术的发射机房监控系统凭借其卓越的可扩展性，为用户提供了强大的监控和管理工具，以满足不断发展的需求。

1.2 高可靠性保证

为了确保系统的高可靠性，发射机房动力和环境监控系统采用了双机/多机热备方案。这一设计意味着系统中的关键组件和子系统都可以实现热备份，以应对可能出现的故障或突发事件。当一个子系统或组件发生故障时，备用系统将自动接管，确保监控系统的连续性和稳定性。这种冗余设计有助于系统保持高度的可用性，即使在不可预测的情况下，也能保持监控的连续性，不会因单点故障而中断监测。特殊应用领域对系统的可靠性要求尤为严格，而这种高可靠性保证方案能够满足这些特殊应用的需求，让用户在没有后顾之忧的情况下应对各种情况。不论是在极端气候条件下还是在高风险环境中，系统的双机/多机热备方案都提供了可靠的保障，确保系统在最关键的时刻能够继续正常运行。这种高度的可靠性保证对于各种关键应用领域，如通信基站、电力设备监控等，都至关重要，能够确保系统的稳定性和数据的完整性。

1.3 采用“集中管理，分散控制”模式

系统采用了一种高效“集中管理，分散控制”的模式，以确保对各个机房设备和环境数据的有效管理和监控。在这一模式下，每个机房都配备了本地服务器，这些本地服务器负责管理和监控本地机房内的所有设备和环境数据。这种本地管理保证了对各个机房的即时响应和本地决策制定的能力[3]。

与此同时，远程控制端负责对分布在不同区域的本地服务器进行集中管控。这种集中控制允许管理员远程实时访问和监控各个机房以及它们的设备和环境数据。这个模式将集中管理和分散控制相结合，有效提高了系统的可操作性和管理效率。管理员可以轻松查看整个网络中的状态，及时做出决策和采取措施，以确保系统的安全性和高效性。这一模式的采用使得发射机房动力和环境监控系统更具可扩展性和灵活性，能够适应不同规模和需求的应用场景。

2. 系统硬件设计及主要构成

2.1 数据采集设备

（1）智能电力仪表，是用于中低压智能化控制系统的设备，具备原始电能数据采集、自动测量、自动计量、实时监测、双向通信、数据存储及处理、远程断送电控制、信息交互等功能的电能表。支持TCP/IP、RS232/485/422、MODBUS等各种标准化协议和接口与计算机监控系统连接。实时测量三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、电能、频率、功率因数、四路开关量输入（DI），两路开关量输出（D0）等参数。被广泛用在变配电自动化系统、智能开关柜、能源管理系统、工业自动化系统以及工厂电量考核管理系统。（2）温湿度传感器，是装有热敏元件和湿敏元件的装置，用来测量环境中的温度和湿度，将采集来的信号经过内部传感器处理和放大电路运算之后，转换成线性关系的电信号（例如：4-20mA或1-5V；0-10mA或0-5V等）或数字信号输出，也可以直接通过主控芯片进行485或232等接口输出。温湿度传感器体积小，性能稳定，被广泛应用在生产生活的各个领域[4]。（3）烟雾探测器，是通过监测烟雾的浓度来实现防范火灾的报警器。其内部采用离子式烟雾传感，它在电离室内含有放射性物质，电离产生的正、负离子，以电离室空气为导体，在电场作用下向正负电极移动，形成离子流。正常情况下电离室的电流是稳定的，当烟雾粒子进入电离化区域时，由于烟雾粒子与离子相结合，降低了空气的导电性，形成离子移动的减弱，电流、电压改变，破坏电离室之间平衡，当导电性低于预期值时，探测器发出报警信号，将报警信息传递给监控主机。现阶段烟雾探测器被广泛运用到各种消防报警系统之中。（4）水浸传感器，基于液体导电原理，用电极探测是否有水存在，并将检测转换为电信号输出的传感器。水浸传感器用于检测管道、容器等物体是否发生漏水情况，一旦漏水发生，立刻发出告警信息，防止漏水事故造成危险和损失，还可用于监测水箱、池塘等蓄水容器的水位变化情况。人类生产活动空间（机房、教室、图书馆、起居室、办公室等），一切需要防水的场所，都有水浸传感器的应用。（5）机房精密空调，是为现代电子设备机房需求，应运而生的专业空调，其工作精度和稳定可靠性高于普通空调。机房精密空调的高效能，可精准地控制机房温度及相对湿度，从而显著提高了设备的工作稳定性及使用寿命。（6）视频监控，是指利用摄像机、传输线缆、视频监控平台等设备技术，对指定区域监视设防，实时显示、记录现场图像，检索和回放历史图像的网络系统。视频监控平台就是系统的控制主机，摄像机捕捉实时画面，采集视音频信号，通过网络线缆或者视频电缆将图像信号、视音频信号传输到控制主机，控制主机再把图像、视音频信号分配到每个监视器以及刻录设备。视频监控系统一般由摄像、传输、控制、显示、存储几部分组成。操作人员通过控制主机发出指令，控制摄像机云台的上、下、左、右的动作，对摄像机镜头进行调焦变倍操作，通过视频矩阵切换多路摄像机。操作人员按身份识别，可以对存储数据进行调出、回放、录入、下载等操作[5]。（7）入侵防盗系统，是利用前端探测器和报警控制器，探测并指示设防区域的非法进入行为，同时发出报警信息并实时处理报警信息的电子网络系统。

2.2 本地工作站

本地工作站（服务器）通过各种网络与现场数据采集设备通信，交换数据，实时分析、处理、存储、输出各种数据信息。显示现场实时数据、报警信息、监控画面和视频内容，实现子系统之间联动，接受远程控制端各种请求和操作。

2.3 遠程控制端

远程控制端（客户机）采用C/S或B/S架构，操作人员利用IE浏览器方式或者客户机端运行的软件程序方式访问本地工作站，监视控制发射机房内各个子系统实时运行情况，浏览查看报警信息、日志信息、操作信息，统计打印报表信息等历史数据，并对本地工作站进行远程控制管理[6]。系统机构图如图1所示。

3. 基于物联网技术的发射机房动力和环境监控系统实施

3.1 动力监控

（1）配电柜：实时监测并保存配电柜总进线的监测参数的数值，包括整个机房的无功功率、电能、有功功率、频率、三相电流、功率因数、三相电压等电气参数和配电柜四路开关量输入（DI），两路开关量输出（D0）的开关状态。每相电压设置高、低限值，每相电流设置高限值，当监测的电流或电压超出高限值时，触发系统超限报警；当监测的电压低于低限值时，触发系统缺相报警，监控系统发出报警信息并在紧急情况下远程操控断开市电[7]。（2）UPS：监测UPS内部整流器、逆变器、电池、旁路、负载等运行状态以及其他负载保护、在线模式、负载过载等状态。监测输入电压、输入电流、电池电压、输出电压、输出电流、电量百分比等参数。实时显示输入越限报警、输出过载报警、电池异常报警、整流器故障报警、逆变器故障报警等信息。（3）柴油发电机：监测发电机工作时的水温、三相电流、油压、三相电压、输出功率等参数，实时显示水温、油压越限报警等信息，并远程控制发电机的启动和关机。监控系统运行图如图2所示。

3.2 环境监控

环境监控主要包括机房温度、湿度、烟感、水浸、空调等现场信息。数据采集通过各类传感器和I/O采集模块实现。（1）温湿度：监测机房主要部位的温度、湿度情况，可设置温湿度的三级警戒，当偏高或偏低时发出预警，当温度和湿度超出安全范围时发出报警。（2）精密空调：监控系统能够全面掌握空调运行状况，例如压缩机、风机、滤网、去湿器等参数，并能够修改空调设置参数（温度、湿度、温度上下限、湿度上下限等），空调机组即便有微小的故障（压缩机高压故障、过滤网阻塞等）也能实时报警提示，并可以本地服务器和远程控制端来控制空调的启停[8]。（3）水浸：监控系统对机房内可能渗水的部位进行监测，发生水情时发出告警信息，通知相关人员进行处理。（4）烟感：检测烟感控制器运行状态，突发紧急情况时启动消防控制系统。（5）消防控制器：检测消防联动控制器运行状态，突发紧急情况时启动消防控制系统，发出报警声响，自动弹出现场视频画面。

3.3 安保监控

（1）门禁管理：监测机房人员进出情况，并进行记录，能够方便地修改特定人员的进出权限，支持远程开门操作。（2）视频监控：采集机房重点区域的视频图像。监视、录像、回放、传输能同步进行，通过硬盘录像机将视频图像保存一个月以上，方便回放、调取、下载、存储，为事后调查取证提供依据。每个用户设置访问、操作权限。系统登录会验证身份，保证访问系统人员隐私和录像资料安全。（3）入侵防盗：监测机房的非法入侵情况，有紧急情况时向管理员发出报警信息。

4. 系统实现功能分析

4.1 数据显示

监控系统采用可视化图形界面，可以数字、报表、图形、曲线等形式直观显示机房内各个子系统的实时数据信息，并可以方便地操作控制每项数据。

4.2 数据管理

监控系统将机房现场的设备、环境数据信息传输到本地服务器，并以*.tmp、*.std、*.ev三种形式记录数据。*.tmp为临时的数据文件；*.std为压缩的原始数据文件；*.ev为进行了数据处理的特征值文件，供监控软件历史趋势曲线调用。此外监控软件能够和其他外部数据库（支持ODBC访问接口）之间传输数据。本地服务器将各个子系统的运行信息、操作信息、报警信息进行完整的记录，并统计、生成报表，方便用户查询和分析。

4.3 报警处理

监控系统为每项报警设置级别，按级别等级优先处理，支持队列机制，不漏报报警信息，支持文字、语音、动态图像、短信等多种报警方式[9]。报警窗口如图3所示。

4.4 远程访问

监控系统不仅支持本地服务器实时监控的工作方式，而且支持远程客户端通过有线方式或者无线方式运行管理，操作人员可以随时随地掌握机房设备的运行情况。

4.5 安全管理

当被监控系统控制的设备与监控主机通讯中断时，系统会自动发出告警，通知相关操作人员，具备自我诊断功能；操作人员的错误操作，不会使系统崩溃，具有容错机制；系统给每个用户分配访问权限和操作权限，防止恶意操作和误操作，最大限度地保证系统的安全性。

5. 结束语

随着信息科技产业的发展本研究了综合运用物联网传感器、云计算、数据分析技术等，构建了智能监控系统，实现了实时数据采集、分析、报警和远程操作。本研究还采用智能算法预测潜在问题并采取相应的措施，以确保设备安全运行。通过本研究，期望能够设计出一种高度智能化的发射机房监控系统，从而提高广播电视节目的播出安全性和可靠性。此外，还将探讨未来发展方向，包括更广泛的应用领域和更高的服务质量。这对于广电工程的发展具有重要意义，也为其他领域的设备监控提供了有益的经验。

参考文献：

[1]尚飞宏，李洁.基于物联网技术实现变电站机房设备智能运监的研究与应用[J].长江信息通信，2023，36（07）：220-222.

[2]张亚南，吴旭波.物联网技术在黄河防汛机房中的研究应用[C]//中国水利学会减灾专业委员会.第十三届防汛抗旱信息化论坛论文集，中国水利学会减灾专业委员会：中国水利学会减灾专业委员会，2023：5.

[3]李苗，史怀利，吴建辉.基于物联网技术的机房动力环境监测系统的研究与应用[J].技术与市场，2022，29（04）：119-120.

[4]牛作领.物联网技术在计算机机房维护中的应用[J].无线互联科技，2021，18（20）：72-73.

[5]陈秀梅.基于物联网技术的机房环控系统[J].电视技术，2021，45（08）：59-62.

[6]齐心，赵泽.基于物联网技术的博物馆机房动环监测系统[C]//北京数字科普协会.数字技术拓展博物馆服务——2021年北京数字博物馆研讨会论文集，北京数字科普协会：北京数字科普协会，2021：10.

[7]陈帅.物联网技术在中波发射台"智慧机房"建设中的应用[J].西部广播电视，2018（21）：187，189.

[8]刘冰阳，陈静玮.探究物联网技术在发射机房仓库管理中的运用[J].东南传播，2017（10）：160-162.

[9]黄庆.物联网技术在机房动力环境监控系统中的应用设想[J].科技创新与应用，2013（06）：46.