中波天饋線自動(dòng)巡檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

鐘明　習(xí)玄輝

摘要：針對(duì)中波天饋線人工巡檢的缺陷和日常運(yùn)行維護(hù)中存在的安全隱患，開發(fā)了中波天饋線自動(dòng)巡檢系統(tǒng)。系統(tǒng)在發(fā)射機(jī)房到天線的線路上、調(diào)配室等處安裝一系列紅外熱成像測(cè)溫監(jiān)控頭，實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)線路和設(shè)備的在線監(jiān)視，并通過現(xiàn)有相應(yīng)的光纖網(wǎng)絡(luò)通道把熱圖像和測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳至機(jī)房和遠(yuǎn)端，并通過自動(dòng)巡線監(jiān)控軟件--配套紅外圖像處理和溫度數(shù)據(jù)分析處理軟件系統(tǒng)的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)目標(biāo)溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量與分析，降低由帶電運(yùn)行線路和設(shè)備熱故障而引發(fā)的事故，從而保障天饋線系統(tǒng)安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：中波天饋線；自動(dòng)巡檢；紅外熱成像；故障診斷

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）14-0101-03

501臺(tái)中波天線為8塔強(qiáng)定向天線，天線場(chǎng)區(qū)離機(jī)房約1km，天饋線傳輸線路長(zhǎng)，高頻節(jié)點(diǎn)接頭繁多，有1個(gè)主調(diào)室、4個(gè)分調(diào)室、4個(gè)反調(diào)室，調(diào)配元件多，其中真空電容、交換開關(guān)是故障多發(fā)隱患點(diǎn)。其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生異常情況都能導(dǎo)致停播，而查找、確定故障點(diǎn)的時(shí)間很長(zhǎng)，更換元器件困難，極易造成大停播。中波發(fā)射機(jī)均為固定頻率，無法實(shí)現(xiàn)臺(tái)際代播，天線系統(tǒng)故障情況下，即使本臺(tái)有備機(jī)，也無法實(shí)現(xiàn)代播。確保安全播出是電臺(tái)的生命線，要求日常的維護(hù)工作預(yù)防為主，發(fā)生故障時(shí)能快速恢復(fù)。天饋線系統(tǒng)長(zhǎng)期在大功率、高電壓下工作，即使是優(yōu)良的器件也會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)期的問題而導(dǎo)致事故，絕大部分事故的原因就是器件老化、失效產(chǎn)生的，其外觀表現(xiàn)為：在故障出現(xiàn)之前數(shù)小時(shí)都比正常工作時(shí)發(fā)熱多許多。而發(fā)射臺(tái)天饋線傳統(tǒng)的檢查方式，主要靠人工巡檢，及時(shí)性、可靠性差，花費(fèi)人工較多，存在較大的巡視過程風(fēng)險(xiǎn)，巡視效率低下。中波天饋線自動(dòng)巡檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，就是為了準(zhǔn)確的在事故之前得知天饋線系統(tǒng)各設(shè)備的溫度分布情況，掌控發(fā)射設(shè)備天線線路的運(yùn)行狀況，快速找到故障點(diǎn)，保障安全播出工作。

1 中波天饋線自動(dòng)巡檢系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

天饋線系統(tǒng)故障與溫度密切相關(guān)，因此利用紅外熱成像對(duì)天饋線系統(tǒng)的故障易發(fā)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，了解和掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，能及早發(fā)現(xiàn)問題，并確定故障點(diǎn)，對(duì)保證安全播出具有重要意義。非接觸紅外線熱像機(jī)可以從安全的距離測(cè)量一個(gè)元件、連接點(diǎn)和線路的表面溫度，以實(shí)時(shí)圖像表達(dá)出來，配合后臺(tái)圖像處理和識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)線路設(shè)備的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，天饋線設(shè)施發(fā)生事故前都有一個(gè)明顯的共同特征， 就是事故前的發(fā)熱征兆， 一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)熱溫度超過其允許值，及時(shí)采取處理措施，就可避免燒壞、燒斷等現(xiàn)象，提高保障安全播出能力。

中波天饋線自動(dòng)巡檢系統(tǒng)可分為三個(gè)部分，圖像采集前端、光纖通信和網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控中心機(jī)房設(shè)備和軟件。系統(tǒng)總體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示，在中波天線場(chǎng)區(qū)，通過安裝紅外熱像監(jiān)視或視頻紅外雙模式監(jiān)控測(cè)溫、配合中心計(jì)算機(jī)和監(jiān)控圖像處理軟件系統(tǒng)，建立天饋線系統(tǒng)自動(dòng)巡線管理平臺(tái)，將天饋設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)信息、視頻圖像信息、測(cè)溫信息進(jìn)行整合和集成，實(shí)現(xiàn)天饋線系統(tǒng)巡線工作的可視化、智能化，從而達(dá)到及早發(fā)現(xiàn)問題、取代人工巡檢的目的。實(shí)現(xiàn)線路和調(diào)配室現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備遠(yuǎn)程可視化，能按照事先設(shè)定的巡視順序，值班人員在監(jiān)視中心可查看各攝像頭自動(dòng)旋轉(zhuǎn)巡檢的信息，具備自動(dòng)和手動(dòng)巡視功能，夜間巡視自動(dòng)開啟照明燈?？梢来尾榭锤鞅O(jiān)測(cè)點(diǎn)的圖像和溫度數(shù)據(jù)。利用視頻和紅外測(cè)溫系統(tǒng)開展巡查，查看設(shè)備是否存在放電、發(fā)熱現(xiàn)象，具備超標(biāo)數(shù)據(jù)的自動(dòng)報(bào)警功能。

1.2 圖像采集前端設(shè)計(jì)

1） 調(diào)配室紅外熱像監(jiān)測(cè)：主調(diào)室設(shè)置2臺(tái)固定方位的紅外熱像監(jiān)測(cè)點(diǎn)， 4個(gè)分調(diào)室分別設(shè)置1 臺(tái)固定方位的紅外熱像監(jiān)測(cè)點(diǎn)，主要監(jiān)測(cè)對(duì)象是真空電容、交換開關(guān)，電感線圈。調(diào)配室紅外前端配置如圖2所示。

2） 天饋線線路監(jiān)測(cè)：天饋線路由監(jiān)測(cè)，建設(shè)3個(gè)固定方位的紅外熱像加視頻雙槍監(jiān)測(cè)點(diǎn)。主要監(jiān)測(cè)對(duì)象是饋線線路和接點(diǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)線路上的過熱點(diǎn)和吱火點(diǎn)。門桿線路雙槍監(jiān)測(cè)前端配置如圖3所示。

3）天線區(qū)全場(chǎng)監(jiān)測(cè)：1個(gè)點(diǎn)。在主調(diào)室和分調(diào)室之間室外設(shè)置一具有云臺(tái)控制的紅外熱像加視頻雙槍監(jiān)測(cè)點(diǎn)，視場(chǎng)能覆蓋天線區(qū)全場(chǎng)。通過云臺(tái)控制監(jiān)視角度，實(shí)現(xiàn)對(duì)天線全場(chǎng)區(qū)域的視頻加紅外熱像監(jiān)視。攝像頭可按照設(shè)定的次序和速率自動(dòng)巡航。

1.3 光纖通信和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

由于發(fā)射臺(tái)特殊的電磁環(huán)境特點(diǎn)，特別是在天線調(diào)配室內(nèi)，強(qiáng)電磁場(chǎng)致使常規(guī)的無線、有線系統(tǒng)不能抗拒信號(hào)干擾。系統(tǒng)采用的探測(cè)器身需具備有效抵御抗電磁干擾準(zhǔn)確測(cè)溫，其次，需考慮采用光纖作為傳輸介質(zhì)有效的避免信號(hào)干擾問題。達(dá)到：從監(jiān)控點(diǎn)到主機(jī)的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)數(shù)字圖像傳輸，圖像信號(hào)不受現(xiàn)場(chǎng)電磁場(chǎng)干擾，圖像傳送實(shí)時(shí)性、可靠性高?？梢暬缑?，操作控制一目了然。因此系統(tǒng)的通信和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)主要是建立各節(jié)點(diǎn)設(shè)備到主機(jī)房的光纖網(wǎng)絡(luò)連接線路，在各節(jié)點(diǎn)安裝光電轉(zhuǎn)換（光端機(jī)或光纖收發(fā)器）和通信（網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)）設(shè)備。

1.4 監(jiān)控中心設(shè)計(jì)

監(jiān)控中心機(jī)房系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、控制臺(tái)、監(jiān)視屏、視頻錄像和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，光纖收發(fā)器等組成，主要功能有采集所屬電臺(tái)發(fā)射臺(tái)站的線路和設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件業(yè)務(wù)功能、提供監(jiān)測(cè)報(bào)告和預(yù)警、告警信息。能設(shè)置監(jiān)測(cè)任務(wù)（時(shí)間、點(diǎn)、區(qū)域、溫度）；執(zhí)行監(jiān)測(cè)任務(wù)（定時(shí)、定點(diǎn)、人工）；控制監(jiān)測(cè)器（調(diào)焦、校溫、移動(dòng)）；監(jiān)測(cè)報(bào)警（聲、光、報(bào)告）；監(jiān)測(cè)記錄（錄像、報(bào)告、日志等）；向監(jiān)控服務(wù)器發(fā)送報(bào)警圖像、數(shù)據(jù)、報(bào)告；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證和分析（趨勢(shì)圖，報(bào)警核實(shí)）。

1.5 核心硬件技術(shù)指標(biāo)及軟件功能

1.5.1 核心硬件技術(shù)指標(biāo)

中波天饋線自動(dòng)巡檢系統(tǒng)的核心硬件包括紅外測(cè)溫?zé)嵯駜x、CCD攝像機(jī)和云臺(tái)模塊，采用高性能非制冷探測(cè)器，配合一體化設(shè)計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)，運(yùn)用IP技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接入。具有在線溫度測(cè)量、目標(biāo)溫度測(cè)量、高溫目標(biāo)報(bào)警，可進(jìn)行多預(yù)置位的定點(diǎn)巡航、多目標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)控。其中：

1）熱像儀：

光譜范圍：7.5～13.5um；

探測(cè)器：324×256 非制冷氧化釩；

視場(chǎng)：13.3°×10.5°（配f35mm紅外鏡頭）；

NETD： 不大于60mK；

測(cè)溫范圍：-20℃～+300℃；

2）CCD攝像機(jī)：

類型：低照度彩色黑白一體化攝像機(jī)；

變焦：18倍光學(xué)變焦（f4.1mm～73.8mm）；

清晰度：450線；

最低照度：0.7lux；

具備白平衡/寬動(dòng)態(tài)/背光補(bǔ)償；

3）云臺(tái)：

速度：可變速，水平0.1～80?/s 垂直0.1～40?/s；

水平旋轉(zhuǎn)范圍：0～360°；

俯仰旋轉(zhuǎn)范圍：±90°；

4）輸入輸出接口：

輸入：直流24V；

輸出：RJ45；

5）環(huán)境適應(yīng)性：

工作溫度：-20℃～+55℃；

濕度：≤95%；

防護(hù)等級(jí)：IP66；

電磁兼容性：滿足GJB151A-1997中RE102、RS103、CS114、CS115、CS116 、CE102、CS106項(xiàng)中對(duì)地面設(shè)備的要求。

1.5.2 軟件功能

系統(tǒng)軟件功能從視頻顯示功能、自動(dòng)巡線功能、紅外測(cè)溫與分析功能、圖像儲(chǔ)存回放功能、報(bào)警功能和安全管理功能6方面設(shè)計(jì)。

1）視頻顯示功能

①支持紅外視頻圖像和可見光圖像同屏實(shí)時(shí)監(jiān)視，紅外和可見光幀率不低于15幀/s。

②紅外圖像分辨率324×256。

③支持原始紅外溫度熱像圖和可見光圖像的傳輸。

④紅外圖像支持灰度和偽彩顯示。

⑤支持多畫面預(yù)覽，支持多路紅外視頻和多路可見光視頻同屏顯示；在一臺(tái)工作站的顯示器上能實(shí)時(shí)同時(shí)顯示多路紅外以及多路可見光圖像，并且不改變圖像的原始分辨率。同時(shí)，用戶也可以通過對(duì)多臺(tái)紅外熱像位與可見光攝像機(jī)的全分辨率圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、操作與溫度數(shù)據(jù)分析。

⑥支持預(yù)覽分組切換、手動(dòng)切換

2）自動(dòng)巡線功能

①系統(tǒng)具備視頻和紅外自動(dòng)巡視功能，在可設(shè)定的間隔時(shí)間內(nèi)對(duì)全站的監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行圖像巡檢，參與輪檢的對(duì)象可以任意設(shè)定，間隔時(shí)間可設(shè)置；

②實(shí)時(shí)圖像自動(dòng)復(fù)位，即可對(duì)的紅外熱像儀設(shè)定默認(rèn)監(jiān)控位置，正常狀態(tài)下攝像機(jī)保持默認(rèn)位置，在控制完成的可設(shè)定的時(shí)間段內(nèi)恢復(fù)默認(rèn)監(jiān)控位置。

3）巡線控制功能

①紅外鏡頭為定焦鏡頭。

②可見光鏡頭支持變焦控制。

③云臺(tái)支持上、下、左、右移動(dòng)及步長(zhǎng)、速度控制，云臺(tái)停止。

④可以設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)攝像機(jī)，包括設(shè)置預(yù)置位、預(yù)置設(shè)置部位名稱、測(cè)溫位置等。

4）紅外測(cè)溫與分析功能

①測(cè)溫精度由設(shè)備指標(biāo)決定。

②全屏幕多點(diǎn)同時(shí)測(cè)溫。

③可以自動(dòng)全屏捕捉最高溫與最低溫。

④各類偽彩顯示，并可將屏幕上任意溫度區(qū)域以醒目顏色顯示。

⑤可以根據(jù)需要自動(dòng)/手動(dòng)調(diào)節(jié)亮度和對(duì)比度。

⑥根據(jù)對(duì)云臺(tái)和紅外熱像儀的初始設(shè)置，系統(tǒng)自動(dòng)控制紅外熱像儀，對(duì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)進(jìn)行拍攝，采集紅外圖像，并根據(jù)用戶設(shè)定的閾值，進(jìn)行初步的診斷分析。

⑦可對(duì)圖像指定區(qū)域進(jìn)行測(cè)溫分析，對(duì)測(cè)溫區(qū)溫度超限可自動(dòng)識(shí)別并報(bào)警。可以設(shè)置溫度閾值，當(dāng)設(shè)備溫度異常時(shí)產(chǎn)生告警。

⑧可以根據(jù)設(shè)備對(duì)象的紅外發(fā)射率和測(cè)溫距離進(jìn)行測(cè)溫校正；（電容表面銀質(zhì)與線路的紅外發(fā)射率不同）。

⑨為了更便于定位故障點(diǎn)，原始紅外溫度熱像圖應(yīng)存儲(chǔ)。

5）圖像儲(chǔ)存回放功能

①對(duì)于記錄下來的所有數(shù)據(jù)的信息，都存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中。

②針對(duì)紅外圖像和可見光視頻，可以進(jìn)行存儲(chǔ)，在需要的情況下，可以根據(jù)查詢條件，回放視頻錄像。紅外圖像和可見光視頻存儲(chǔ)1個(gè)月，故障告警時(shí)圖像永久保存。

③支持按通道號(hào)、錄像類型、文件類型、起止時(shí)間等條件進(jìn)行錄像資料的檢索和回放。

④支持錄像文件回放，紅外原始視頻文件可以回放和全屏測(cè)溫。

⑤支持回放時(shí)的暫停、快放、慢放、單幀放、拖曳、暫停等功能。

6）報(bào)警功能

①觸發(fā)超溫自動(dòng)報(bào)警時(shí)，報(bào)警信號(hào)、內(nèi)容等可在監(jiān)控畫面自動(dòng)顯示；

②報(bào)警類別是：畫面變化報(bào)警、溫度異常報(bào)警。報(bào)警可根據(jù)需要進(jìn)行分級(jí)，報(bào)警信號(hào)、報(bào)警內(nèi)容可在任何畫面自動(dòng)顯示；當(dāng)發(fā)生報(bào)警時(shí)，紅外視頻服務(wù)器能自動(dòng)進(jìn)行存盤錄像，同時(shí)傳送報(bào)警信息和相關(guān)圖像。

③報(bào)警信息儲(chǔ)存管理，實(shí)現(xiàn)報(bào)警聯(lián)動(dòng)錄像，具備長(zhǎng)延時(shí)錄像和慢速回放功能?？梢远喾N方式查詢報(bào)警信息。

④報(bào)警信息可以區(qū)分該報(bào)警信息是否已被用戶檢查確認(rèn)；如用戶未確認(rèn)，則在設(shè)定時(shí)間內(nèi)重發(fā)報(bào)警。

⑤重發(fā)報(bào)警時(shí)間間隔可設(shè)定。

⑥設(shè)備檢測(cè)溫度報(bào)警閾值可設(shè)置。

⑦所有報(bào)警信息報(bào)告自動(dòng)保存，所有報(bào)警信息均可查詢，有需要時(shí)可打印輸出。

7）安全管理功能

①系統(tǒng)保存自動(dòng)生成的重要數(shù)據(jù)，包括用戶信息、報(bào)警信息、操作記錄、日志等。

②對(duì)自動(dòng)生成的系統(tǒng)運(yùn)行日志、運(yùn)行曲線報(bào)告、超溫報(bào)警報(bào)告，可查詢及打印輸出。

③系統(tǒng)具有較強(qiáng)的容錯(cuò)性，不會(huì)因誤操作等原因而導(dǎo)致系統(tǒng)出錯(cuò)和崩潰。

2 結(jié)束語

為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡檢，遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)的監(jiān)控是系統(tǒng)安全運(yùn)作的必備條件。傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)又基本上是以環(huán)境監(jiān)視、安全防盜為主，不能夠直接反映線路運(yùn)行狀況的溫度及溫度分布。紅外熱像診斷技術(shù)是對(duì)設(shè)備表面輻射的紅外光像進(jìn)行非接觸、遠(yuǎn)距離熱成像檢測(cè)，不受電場(chǎng)干擾，因此具有直觀、準(zhǔn)確、靈敏度高、快速、安全、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，能從根本上改變?nèi)斯ぱ矙z運(yùn)行設(shè)備的故障隱患診斷方式。應(yīng)用紅外診斷技術(shù)可以大大減少發(fā)射傳輸線路運(yùn)行時(shí)的故障和人員在危險(xiǎn)作業(yè)區(qū)作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)性，可大大減少人員檢修的勞動(dòng)力支持，提高維護(hù)效率。紅外熱像儀結(jié)合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)而成的在線監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控，這對(duì)于提高巡線可靠性與有效性，降低停播率有重要意義。

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