物聯(lián)網(wǎng)支持下的廣電發(fā)射臺智能防雷監(jiān)測系統(tǒng)

武志英

（錫林郭勒盟東烏旗732電臺，內(nèi)蒙古 錫林郭勒 026300）

0 引 言

廣播電視發(fā)射臺作為信息傳輸?shù)年P(guān)鍵環(huán)節(jié)，面臨雷電等自然災(zāi)害帶來的風(fēng)險。物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）技術(shù)的迅速發(fā)展，推動了廣播電視發(fā)射臺智能防雷監(jiān)測技術(shù)的迭代升級。本文旨在探討物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在廣電發(fā)射臺智能防雷監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用，以提升設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概念

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一種通過互聯(lián)網(wǎng)連接和交互的方式，將各種物理設(shè)備、傳感器和對象互相聯(lián)系，實現(xiàn)信息的采集、傳輸、處理和控制的技術(shù)。它使得物體能夠共享數(shù)據(jù)、智能化地交互，促進(jìn)了智能城市、工業(yè)自動化、健康監(jiān)測等領(lǐng)域的發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過無線通信、云計算和大數(shù)據(jù)分析等手段，實現(xiàn)了物體間的實時連接，為各行各業(yè)帶來了更高效、智能的解決方案[1]。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)展，正在改變著人們的生活和各行各業(yè)的運(yùn)作方式。物聯(lián)網(wǎng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、城市管理、健康醫(yī)療及智能家居等領(lǐng)域。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)幫助實現(xiàn)了智能制造、設(shè)備監(jiān)測、預(yù)測性維護(hù)等，提高了生產(chǎn)效率。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)使農(nóng)民能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控農(nóng)田、精準(zhǔn)施肥，提高了農(nóng)作物產(chǎn)量。物聯(lián)網(wǎng)需要處理龐大的數(shù)據(jù)量，云計算為其提供了存儲和計算能力，大數(shù)據(jù)分析則幫助從數(shù)據(jù)中提取有價值的信息，支持決策制定。物聯(lián)網(wǎng)在城市管理中發(fā)揮著重要作用。智能交通、智能停車、環(huán)境監(jiān)測等方面的應(yīng)用，有望提高城市的可持續(xù)性和生活質(zhì)量。隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量不斷增加，邊緣計算允許數(shù)據(jù)在設(shè)備本身進(jìn)行處理，減少了數(shù)據(jù)傳輸延遲，提高了響應(yīng)速度。總的來說，物聯(lián)網(wǎng)正逐漸從概念走向?qū)嶋H應(yīng)用，不斷拓展著其在各個領(lǐng)域的影響力，未來仍將持續(xù)創(chuàng)新和發(fā)展[2]。

2 廣電發(fā)射臺防雷概述

2.1 雷電對廣電發(fā)射臺的危害

雷電對廣播電視發(fā)射臺造成嚴(yán)重危害。雷電擊中發(fā)射塔或其他設(shè)備，可能導(dǎo)致設(shè)備損壞、系統(tǒng)故障甚至停播，影響節(jié)目傳輸。電磁脈沖產(chǎn)生的電磁輻射可能影響信號質(zhì)量。雷擊還可能引發(fā)火災(zāi)，威脅人員安全。此外，雷擊會導(dǎo)致地面電位差，引發(fā)設(shè)備之間電壓差，導(dǎo)致設(shè)備損毀。

2.2 發(fā)射臺現(xiàn)有防雷措施

廣播電視發(fā)射臺的防雷措施是確保設(shè)備和運(yùn)營安全的關(guān)鍵措施之一。目前，廣播電視發(fā)射臺一般采取多種防雷措施來減輕雷電對設(shè)備的危害，具體如下。第一，避雷針系統(tǒng)。發(fā)射塔等高聳結(jié)構(gòu)安裝避雷針，通過將雷電引向避雷針，將雷電電荷分散到大地，降低雷擊危險。第二，避雷接地系統(tǒng)。發(fā)射設(shè)備通過合適的接地系統(tǒng)將雷擊產(chǎn)生的電流引導(dǎo)到地面，減少電氣設(shè)備損害風(fēng)險。第三，避雷器。避雷器（Surge Protection Device，SPD）用于限制過電壓，保護(hù)設(shè)備免受雷擊和電氣干擾。第四，設(shè)備內(nèi)部保護(hù)。在設(shè)備內(nèi)部使用避雷器、繼電器和隔離裝置等設(shè)備，以保護(hù)關(guān)鍵元件免受雷擊影響。第五，監(jiān)測系統(tǒng)。定期檢查設(shè)備，確保避雷系統(tǒng)和接地系統(tǒng)的有效性，使用環(huán)境監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測雷電活動[3]。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)智能防雷監(jiān)測系統(tǒng)概述

物聯(lián)網(wǎng)智能防雷系統(tǒng)以云物聯(lián)、智能傳感、移動物聯(lián)等物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)為基礎(chǔ)，以互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)智能硬件+數(shù)據(jù)中心的模式構(gòu)建。此模式以智能云平臺為主要管理系統(tǒng)，不需要建設(shè)機(jī)房，能夠有效降低廣播電視單位的建設(shè)成本。物聯(lián)網(wǎng)智能防雷系統(tǒng)支持PC端、手機(jī)端或其他移動終端等多種登錄模式，用戶通過多樣化的登錄渠道完成設(shè)備的集中監(jiān)控、運(yùn)營維護(hù)、數(shù)據(jù)管理等工作。物聯(lián)網(wǎng)智能防雷系統(tǒng)支持對直擊雷、感應(yīng)雷、電涌保護(hù)器、接地電阻及雷電環(huán)境等的監(jiān)測功能，憑借移動物聯(lián)網(wǎng)和云物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)分散多地的無人站點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控與管理。

2.4 物聯(lián)網(wǎng)智能防雷監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

物聯(lián)網(wǎng)智能防雷監(jiān)測系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn)：第一，它實現(xiàn)了實時雷電監(jiān)測和預(yù)警，通過感應(yīng)設(shè)備捕捉雷電活動，及時向運(yùn)維人員發(fā)送預(yù)警信息，使運(yùn)維人員得以提前采取保護(hù)措施，降低設(shè)備損害風(fēng)險；第二，該系統(tǒng)提供了多種監(jiān)測功能，包括智能雷電預(yù)警、直擊雷監(jiān)測、感應(yīng)雷監(jiān)測等，使發(fā)射臺可以全面掌握雷電情況；第三，系統(tǒng)還可以監(jiān)測發(fā)射塔、建筑物和機(jī)房的接地電阻，確保設(shè)備的有效接地，從而減少雷擊危害。物聯(lián)網(wǎng)智能防雷監(jiān)測系統(tǒng)還具備遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理能力，運(yùn)維人員可以通過云平臺遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)和雷電信息。系統(tǒng)可自動記錄數(shù)據(jù)，支持?jǐn)?shù)據(jù)分析，有助于了解雷電分布規(guī)律，優(yōu)化防雷策略[4]。

3 物聯(lián)網(wǎng)支持下的廣電發(fā)射臺智能防雷監(jiān)測系統(tǒng)

3.1 發(fā)射臺物聯(lián)網(wǎng)智能防雷監(jiān)測系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)支持下的廣電發(fā)射臺物聯(lián)網(wǎng)智能防雷監(jiān)測系統(tǒng)以移動物聯(lián)網(wǎng)智能防雷監(jiān)測系統(tǒng)作為管理中心，下設(shè)智能雷電預(yù)警、直擊雷監(jiān)測、智能防雷箱、智能接地電阻監(jiān)測、感應(yīng)雷監(jiān)測、智能SPD監(jiān)測以及智能管理平臺，架構(gòu)如圖1所示。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)智能防雷監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能

3.2.1 智能雷電預(yù)警

智能雷電預(yù)警包括雷電預(yù)警電場探測傳感器和智能監(jiān)測模塊。智能監(jiān)測模塊配備傳感器等感應(yīng)設(shè)備，將電場、電磁場等信息采集后傳輸至智能云平臺，相關(guān)數(shù)據(jù)會傳輸至監(jiān)控中心。運(yùn)維人員針對不同的預(yù)警信息采取針對性策略，以減少安全隱患與安全事故。智能雷電預(yù)警電場探測傳感器采用國內(nèi)自主研發(fā)的微機(jī)電系統(tǒng)（Micro Electro Mechanical System，MEMS）技術(shù)。該技術(shù)具有靈敏度高、功耗低、抗靜電干擾、環(huán)境溫濕度適應(yīng)力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，代表企業(yè)包括歌爾股份、瑞聲科技、美新半導(dǎo)體、深迪半導(dǎo)體、美泰科技、邁瑞微以及敏芯微電子等。

當(dāng)前，市場上主流的雷電預(yù)警電場探測傳感器性能指標(biāo)如下：測量范圍-50～50 kV·m-1，電場值分辨率≤0.02 kV·m-1，雷電預(yù)警范圍≤20 km，預(yù)警時間≤30 min，響應(yīng)時間1 s。通過雷電預(yù)警電場探測傳感器及時探測出本地及遠(yuǎn)程的雷電的形成與發(fā)展情況，提前給出預(yù)警信號，便于管理人員做好防雷電準(zhǔn)備工作[5]。

智能雷電預(yù)警具備以下特點(diǎn)和優(yōu)勢。第一，實時監(jiān)測。傳感器分布在不同地點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確感應(yīng)雷電活動，捕捉雷電電場、電流等信息，確保實時監(jiān)測。第二，數(shù)據(jù)分析。通過采集的雷電數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能夠分析雷電的分布、頻率、強(qiáng)度等特征，預(yù)測可能發(fā)生的雷擊情況。第三，預(yù)警通知。一旦系統(tǒng)監(jiān)測到潛在的雷電風(fēng)險，它會立即發(fā)送預(yù)警通知給相關(guān)運(yùn)維人員，讓他們能夠迅速采取必要的措施。第四，自動化決策支持。系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)測的雷電情況，自動觸發(fā)防雷設(shè)備的工作，如關(guān)閉關(guān)鍵設(shè)備、斷電，從而降低設(shè)備損害風(fēng)險。第五，降低停播風(fēng)險。智能雷電預(yù)警系統(tǒng)的及時性有助于減少因雷電引發(fā)的設(shè)備故障或損壞，從而避免節(jié)目中斷和停播。

3.2.2 直擊雷監(jiān)測

直擊雷監(jiān)測系統(tǒng)由柔性羅氏線圈傳感器和智能電流監(jiān)測模塊組成。該系統(tǒng)最多支持監(jiān)測4路直擊雷電流，并將傳感器采集的數(shù)據(jù)上傳到智能云平臺管理系統(tǒng)。當(dāng)接閃器或線路遭受雷擊入侵時，柔性羅氏線圈傳感器立即采集雷電流信息。當(dāng)前市場主流的智能電流監(jiān)測儀性能指標(biāo)如下：測量精度±10%，采集范圍1～50 kA，電流傳感器為羅氏線圈。通過直擊雷監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測雷電流峰值、極性、時間、次數(shù)等，并將這些數(shù)據(jù)上傳至智能云平臺管理系統(tǒng)，使得所有監(jiān)測數(shù)據(jù)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程管理。直擊雷監(jiān)測系統(tǒng)在臺站防雷電工作中意義重大。第一次發(fā)生雷暴事故時，雷電流監(jiān)測模塊將雷擊數(shù)據(jù)迅速上傳至監(jiān)控中心。監(jiān)控中心的運(yùn)維人員一旦接收到雷擊事故信息，能夠立即采取相應(yīng)措施，確保設(shè)施的安全穩(wěn)定運(yùn)行。這種集成了傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)上傳和實時響應(yīng)的系統(tǒng)，有效提升了直擊雷監(jiān)測的效率和準(zhǔn)確性，為設(shè)備的防護(hù)提供了重要保障[6]。

3.2.3 感應(yīng)雷監(jiān)測

感應(yīng)雷監(jiān)測系統(tǒng)由柔性或剛性羅氏線圈傳感器以及智能流監(jiān)測模塊組成。系統(tǒng)最多支持監(jiān)測4路感應(yīng)雷電流峰值，并將傳感器捕獲的數(shù)據(jù)上傳至智能云平臺管理系統(tǒng)。感應(yīng)雷電流峰值的采集與直擊雷在線監(jiān)測相似，在其基礎(chǔ)上，采用柔性或剛性羅氏線圈進(jìn)行監(jiān)測。這些線圈安裝在電涌入地匯集點(diǎn)，使電涌峰值的采集變得簡單且高效。感應(yīng)雷監(jiān)測系統(tǒng)配備了智能防雷箱、在線防雷監(jiān)控器等設(shè)備，通過感應(yīng)雷監(jiān)測，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確獲取雷電活動的電涌峰值，從而及時預(yù)警，臺站能夠采取針對性的措施，保護(hù)廣播電視發(fā)射臺設(shè)備免受雷擊的影響。感應(yīng)雷監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至智能云平臺管理系統(tǒng)，使得運(yùn)維人員能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控、分析和管理數(shù)據(jù)，從而更好地應(yīng)對雷電風(fēng)險。

3.2.4 智能SPD監(jiān)測

智能SPD監(jiān)測是物聯(lián)網(wǎng)智能防雷監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部分。SPD是一種用于保護(hù)設(shè)備免受電涌沖擊的裝置。智能SPD監(jiān)測功能通過實時監(jiān)測SPD的電流變化，實時監(jiān)測SPD的工作狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)故障或損壞情況，確保其正常運(yùn)行。監(jiān)測SPD的電流變化，有助于預(yù)測電涌活動，使系統(tǒng)能夠在電涌來臨之前做出反應(yīng)，保護(hù)設(shè)備免受電涌影響。智能SPD監(jiān)測還能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。將SPD監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至智能云平臺管理系統(tǒng)，運(yùn)維人員可以遠(yuǎn)程查看設(shè)備狀態(tài)、電流變化等信息，及時進(jìn)行維護(hù)和干預(yù)。這種實時監(jiān)測和遠(yuǎn)程管理的能力大大提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，降低了因電涌引起的損害風(fēng)險。

3.2.5 發(fā)射塔、建筑物和機(jī)房接地電阻監(jiān)測

發(fā)射塔、建筑物和機(jī)房的接地電阻監(jiān)測是物聯(lián)網(wǎng)智能防雷監(jiān)測系統(tǒng)的重要功能之一。通過監(jiān)測這些結(jié)構(gòu)的接地電阻，系統(tǒng)能夠?qū)崟r了解接地系統(tǒng)的狀態(tài)。接地電阻是確保設(shè)備運(yùn)行安全的關(guān)鍵參數(shù)之一。監(jiān)測接地電阻，可以幫助檢測是否存在不良接地、腐蝕等問題，防止電氣設(shè)備因接地不良而引發(fā)的安全隱患。系統(tǒng)可以實時監(jiān)測接地電阻值的變化。一旦發(fā)現(xiàn)接地電阻值超出安全范圍，系統(tǒng)會發(fā)出警報，通知運(yùn)維人員進(jìn)行檢修和維護(hù)，從而避免設(shè)備由于不良接地而受到雷擊沖擊。監(jiān)測數(shù)據(jù)會上傳至智能云平臺管理系統(tǒng)，運(yùn)維人員可以遠(yuǎn)程查看結(jié)構(gòu)的接地狀況，進(jìn)行實時監(jiān)控和管理。這種能力有助于快速發(fā)現(xiàn)和解決問題，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。

3.3 智能云平臺管理系統(tǒng)

智能云平臺管理系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，基于邊云融合物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，具備高性能、可擴(kuò)展的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，擁有時空物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理能力，提供高性能物聯(lián)網(wǎng)時序數(shù)據(jù)和時空數(shù)據(jù)的存儲、查詢、分析能力，支撐時空數(shù)據(jù)的共享與應(yīng)用；支持人工智能物聯(lián)網(wǎng)（Artificial Intelligence & Internet of Things，AIoT）智慧管理，應(yīng)用云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)邊緣等新技術(shù)，構(gòu)建智慧管理體系。授權(quán)用戶可以管理相應(yīng)的智能硬件，通過不同等級用戶權(quán)限對操作員或者設(shè)備進(jìn)行直接管理。智能云平臺管理系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)智能防雷監(jiān)測系統(tǒng)的核心組件之一。該系統(tǒng)用于集中管理、分析和展示從各個監(jiān)測模塊獲取的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：第一，智能云平臺能夠接收來自各個監(jiān)測模塊的實時數(shù)據(jù)，包括雷電預(yù)警、直擊雷監(jiān)測、感應(yīng)雷監(jiān)測、浪涌保護(hù)器（Surge Protection Device，SPD）狀態(tài)等信息；第二，系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)分析和處理，能夠生成各種報告和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，為運(yùn)維人員提供設(shè)備狀態(tài)、雷電活動、接地電阻變化等方面的信息；第三，云平臺提供了直觀的數(shù)據(jù)可視化界面，以圖表、圖像等形式展示監(jiān)測數(shù)據(jù)，使運(yùn)維人員能夠快速了解系統(tǒng)狀態(tài)，做出準(zhǔn)確決策；第四，系統(tǒng)支持遠(yuǎn)程控制和配置，運(yùn)維人員可以通過云平臺遠(yuǎn)程設(shè)置監(jiān)測參數(shù)、調(diào)整警報閾值等。

4 結(jié) 語

本文對物聯(lián)網(wǎng)支持下的廣電發(fā)射臺智能防雷監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，深刻認(rèn)識到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在廣播電視領(lǐng)域的重要作用。智能防雷監(jiān)測系統(tǒng)通過實時監(jiān)測、預(yù)警和數(shù)據(jù)管理，有效降低了雷電對設(shè)備的危害，提升了廣播電視發(fā)射臺的穩(wěn)定性和可靠性。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為設(shè)備防護(hù)提供了強(qiáng)大支持，也為未來智能化發(fā)展提供了新的思路。