電視發(fā)射系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

馮利珊

（貴州省廣播電視局八四一臺(tái)，貴州 遵義 563000）

0 引 言

隨著科技的不斷發(fā)展，電視發(fā)射系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜性不斷增加，傳統(tǒng)的監(jiān)控方式已難以滿足現(xiàn)代運(yùn)維管理的需求。為確保電視發(fā)射系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，需要具備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、故障診斷、遠(yuǎn)程控制等功能。因此，急需設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)是一種利用現(xiàn)代通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)端設(shè)備或系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制的技術(shù)，涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信、圖像處理以及自動(dòng)控制等，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、安全監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域[1]。在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，通常通過(guò)各種傳感器和執(zhí)行器收集設(shè)備或系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將這些數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。在監(jiān)控中心，系統(tǒng)對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，并通過(guò)顯示界面將結(jié)果呈現(xiàn)給管理員。當(dāng)設(shè)備或系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)能夠觸發(fā)報(bào)警機(jī)制，及時(shí)通知管理員進(jìn)行處理。

本研究的目的是設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種電視發(fā)射系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控方案，解決傳統(tǒng)控制方式存在的問(wèn)題。通過(guò)遠(yuǎn)程控制，操作人員即使在遠(yuǎn)離發(fā)射現(xiàn)場(chǎng)的地方，也可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和管理，提高工作效率，降低操作風(fēng)險(xiǎn)。此外，遠(yuǎn)程控制還可實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)發(fā)射站點(diǎn)的集中管理，提高系統(tǒng)的整體運(yùn)營(yíng)水平。本研究的意義在于為電視發(fā)射系統(tǒng)的智能化發(fā)展提供技術(shù)支持，推動(dòng)廣播電視行業(yè)的現(xiàn)代化進(jìn)程。

1 電視發(fā)射系統(tǒng)概述

電視發(fā)射系統(tǒng)是廣播電視傳輸系統(tǒng)的重要組成部分，其主要功能是將已調(diào)制好的電視信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合傳輸?shù)男盘?hào)，并通過(guò)天線發(fā)射出去[2]。電視發(fā)射系統(tǒng)主要由發(fā)射機(jī)、天饋系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)以及供配電系統(tǒng)構(gòu)成。

第一，發(fā)射機(jī)。發(fā)射機(jī)是電視發(fā)射系統(tǒng)的核心組成部分，主要負(fù)責(zé)將已調(diào)制好的電視信號(hào)轉(zhuǎn)換成射頻信號(hào)。根據(jù)不同的傳輸標(biāo)準(zhǔn)和頻段，發(fā)射機(jī)可分為甚高頻發(fā)射機(jī)和超高頻發(fā)射機(jī)[3]。第二，天饋系統(tǒng)。天饋系統(tǒng)由天線和饋線組成，負(fù)責(zé)將發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成電磁波，并通過(guò)天線向空中發(fā)射。天饋系統(tǒng)的性能直接影響著信號(hào)的覆蓋范圍和信號(hào)質(zhì)量。第三，冷卻系統(tǒng)。為確保發(fā)射機(jī)正常運(yùn)行，延長(zhǎng)其使用壽命，需要適當(dāng)冷卻發(fā)射機(jī)。常見(jiàn)的冷卻方式有風(fēng)冷和液冷。第四，供配電系統(tǒng)。為保證電視發(fā)射系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需要穩(wěn)定的供配電系統(tǒng)為其提供電力支持。供配電系統(tǒng)通常包括發(fā)電機(jī)、不間斷電源（Uninterruptable Power Supply，UPS）等。

電視臺(tái)或廣播電臺(tái)的節(jié)目信號(hào)在經(jīng)過(guò)調(diào)制處理后，會(huì)被送入發(fā)射機(jī)。在發(fā)射機(jī)內(nèi)，信號(hào)經(jīng)過(guò)一系列的放大和激勵(lì)處理后，轉(zhuǎn)換成射頻信號(hào)。隨后，天饋系統(tǒng)會(huì)將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成電磁波，并向外輻射。通過(guò)調(diào)整天線的方向和發(fā)射功率，可以控制信號(hào)的覆蓋范圍和質(zhì)量[4]。

2 現(xiàn)有監(jiān)控技術(shù)的局限性和挑戰(zhàn)

隨著技術(shù)的發(fā)展和業(yè)務(wù)需求的變化，現(xiàn)有的監(jiān)控技術(shù)面臨著一些局限性和挑戰(zhàn)。

第一，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和可靠性。監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可能受到多種因素的影響，如傳感器誤差、信號(hào)干擾等，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性存在一定的不確定性。第二，數(shù)據(jù)處理與分析能力。隨著監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量不斷增加，如何高效地處理和分析這些數(shù)據(jù)成為一個(gè)挑戰(zhàn)。為從大量數(shù)據(jù)中提取有價(jià)值的信息，監(jiān)控技術(shù)需要具備強(qiáng)大的計(jì)算能力和數(shù)據(jù)分析算法。第三，隱私和安全問(wèn)題。監(jiān)控技術(shù)涉及個(gè)人隱私和敏感信息，需要確保這些信息的安全，防止數(shù)據(jù)泄露或非法使用。第四，復(fù)雜環(huán)境下的監(jiān)控。在一些復(fù)雜的環(huán)境中，如惡劣天氣、光照條件不佳或電磁干擾嚴(yán)重的場(chǎng)景，監(jiān)控技術(shù)可能會(huì)受到限制，影響其使用效果和可靠性。第五，成本和可擴(kuò)展性。高質(zhì)量的監(jiān)控系統(tǒng)通常需要投入較高的成本，特別是在大規(guī)模部署時(shí)，如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和成本效益成為一大挑戰(zhàn)。第六，人為因素和誤判。監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)果可能受人為因素的影響，如操作員疲勞操作、誤判等，導(dǎo)致存在錯(cuò)誤的決策或行動(dòng)。第七，技術(shù)更新和維護(hù)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，需要及時(shí)更新和維護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)，以適應(yīng)新的發(fā)展需求和挑戰(zhàn)

3 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的需求分析

3.1 功能性需求

功能性需求指電視發(fā)射系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)必須具備的功能，包括數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、報(bào)警功能以及遠(yuǎn)程控制等[5]。

第一，數(shù)據(jù)采集功能。系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)收集電視發(fā)射系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，如發(fā)射機(jī)的信號(hào)強(qiáng)度、溫度、電壓等參數(shù)。第二，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電視發(fā)射系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，并采取相應(yīng)的處理措施。第三，報(bào)警功能。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到異常情況或故障問(wèn)題時(shí)，要觸發(fā)相應(yīng)的報(bào)警機(jī)制，及時(shí)通知管理員進(jìn)行處理。第四，遠(yuǎn)程控制。管理員可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制功能對(duì)電視發(fā)射系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作和控制，如調(diào)整發(fā)射機(jī)的參數(shù)、開(kāi)關(guān)機(jī)狀態(tài)等。

3.2 非功能性需求

非功能性需求指電視發(fā)射系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的質(zhì)量屬性需求,如系統(tǒng)性能、可擴(kuò)展性、安全性以及可用性等。

第一，系統(tǒng)性能。系統(tǒng)需要具備高效的數(shù)據(jù)處理能力，能夠快速完成數(shù)據(jù)采集、分析及存儲(chǔ)等功能[6]。同時(shí)，系統(tǒng)需要具有較短的響應(yīng)時(shí)間，確保用戶操作的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。第二，可擴(kuò)展性。隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，系統(tǒng)需要具備良好的可擴(kuò)展性，以適應(yīng)系統(tǒng)規(guī)模和功能變化。第三，安全性。系統(tǒng)需要采取必要的安全措施，確保數(shù)據(jù)的安全性和隱私保護(hù)。同時(shí)，應(yīng)具備防范惡意攻擊和防止非法訪問(wèn)的能力。第四，可用性。系統(tǒng)應(yīng)具備良好的用戶界面和操作體驗(yàn)，方便管理員進(jìn)行操作和監(jiān)控[7]。此外，系統(tǒng)應(yīng)具備運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性，確保能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)故障運(yùn)行。

3.3 維護(hù)性需求

維護(hù)性需求指監(jiān)控系統(tǒng)支持在線更新和故障排查功能，便于及時(shí)修復(fù)漏洞、優(yōu)化功能，幫助用戶快速定位并解決故障問(wèn)題。同時(shí)，供應(yīng)商應(yīng)提供完善的技術(shù)支持服務(wù)，確保用戶在使用監(jiān)控系統(tǒng)的過(guò)程中能夠得到及時(shí)有效的幫助。

4 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)架構(gòu)

文章設(shè)計(jì)的電視發(fā)射系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式架構(gòu)，每個(gè)層次都具有特定的功能和職責(zé)。該架構(gòu)能夠降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，提高可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。

文章設(shè)計(jì)的電視發(fā)射系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)包括表示層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層以及通信層4個(gè)層次[8]。其中，表示層負(fù)責(zé)與用戶進(jìn)行交互，展示數(shù)據(jù)和提供用戶輸入；業(yè)務(wù)邏輯層負(fù)責(zé)處理核心業(yè)務(wù)邏輯，如數(shù)據(jù)采集、分析和報(bào)警處理等；數(shù)據(jù)訪問(wèn)層負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取、寫(xiě)入和存儲(chǔ)等操作；通信層主要負(fù)責(zé)與其他設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行通信，如與傳感器、發(fā)射機(jī)等進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

分層分布式架構(gòu)能夠提供清晰的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低各模塊之間的耦合度，便于進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)和擴(kuò)展。此外，該架構(gòu)可以更好地支持跨平臺(tái)和分布式部署，從而有效提高系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。

4.2 數(shù)據(jù)采集與傳輸

數(shù)據(jù)采集與傳輸是遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，涉及傳感器的選擇、數(shù)據(jù)格式和通信協(xié)議等內(nèi)容。首先，傳感器選擇。根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的傳感器，如溫度傳感器、濕度傳感器、電壓傳感器等。傳感器應(yīng)具備精度高、穩(wěn)定性好、易于安裝和維護(hù)等特點(diǎn)。其次，確定數(shù)據(jù)格式。選擇合適的數(shù)據(jù)格式來(lái)存儲(chǔ)和傳輸數(shù)據(jù)。常見(jiàn)的數(shù)據(jù)格式包括逗號(hào)分隔值（Comma-Separated Values，CSV）、JS 對(duì)象簡(jiǎn)譜（JavaScript Object Notation，JSON）、可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言（EXtensible Markup Language，XML）等，需要根據(jù)實(shí)際需求和數(shù)據(jù)量大小進(jìn)行選擇。最后，選擇通信協(xié)議。選用合適的通信協(xié)議，確保系統(tǒng)內(nèi)部、系統(tǒng)與其他設(shè)備之間能夠順利進(jìn)行通信。常見(jiàn)的通信協(xié)議包括Modbus、控制器局域網(wǎng)總線（Controller Area Network，CAN）、RS-485 總線等，需要根據(jù)實(shí)際通信需求和設(shè)備兼容性進(jìn)行選擇[9]。

4.3 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心是遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的核心組成部分，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)和展示。

第一，數(shù)據(jù)處理。在監(jiān)控中心，需要對(duì)各傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和分析，以提取有用的信息。數(shù)據(jù)處理應(yīng)具備實(shí)時(shí)性，能夠快速處理大量數(shù)據(jù)。第二，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。選擇合適的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案，如關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)或NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)等。同時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)具備高性能、可擴(kuò)展性和可靠性等特點(diǎn)，能夠存儲(chǔ)大量的歷史數(shù)據(jù)，并提供快速的數(shù)據(jù)檢索功能。第三，數(shù)據(jù)展示。通過(guò)直觀的圖表、曲線和儀表板等方式將處理后的數(shù)據(jù)展示給用戶，展示界面應(yīng)具備良好的交互性，能夠提供靈活的數(shù)據(jù)展示方式，以滿足不同用戶的需求。

4.4 報(bào)警與控制機(jī)制

報(bào)警與控制機(jī)制是遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中不可或缺的一部分，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并采取相應(yīng)的控制措施。第一，報(bào)警閾值設(shè)定。根據(jù)實(shí)際通信需求設(shè)定合理的報(bào)警閾值，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)閾值時(shí)觸發(fā)報(bào)警。同時(shí)，根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境因素不定時(shí)調(diào)整報(bào)警閾值。第二，觸發(fā)機(jī)制。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到異常情況時(shí)，系統(tǒng)能夠快速觸發(fā)報(bào)警并通知管理員。此外，觸發(fā)機(jī)制應(yīng)具備可靠性和及時(shí)性，確保管理員能夠及時(shí)收到報(bào)警信息并進(jìn)行處理[10]。

5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與測(cè)試

5.1 系統(tǒng)集成

發(fā)射機(jī)監(jiān)控模塊采用集中管理、分散控制的模式。發(fā)射機(jī)采集器直連發(fā)射機(jī)，可脫離臺(tái)站管理系統(tǒng)獨(dú)立工作，且具備發(fā)射機(jī)狀態(tài)存儲(chǔ)功能，可以對(duì)發(fā)射機(jī)內(nèi)部交直流電源、控制電路、放大電路、冷卻系統(tǒng)、主備機(jī)狀態(tài)以及入射反射功率進(jìn)行監(jiān)控和異態(tài)告警。發(fā)射機(jī)監(jiān)控模塊能夠監(jiān)測(cè)發(fā)射機(jī)的控制模式與故障狀態(tài)，按每周播出時(shí)間表定時(shí)自動(dòng)或隨時(shí)手動(dòng)開(kāi)關(guān)機(jī)（手動(dòng)優(yōu)先）。同時(shí)，系統(tǒng)具備遙控升降功率、故障復(fù)位功能。例如，針對(duì)發(fā)射機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)越界、控制指令執(zhí)行失敗、非預(yù)期開(kāi)停機(jī)告警以及數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)中斷等情況，可以發(fā)出告警，自動(dòng)記錄監(jiān)測(cè)參數(shù)和告警數(shù)據(jù)。發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)流程

5.2 系統(tǒng)性能測(cè)試

發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)Πl(fā)射機(jī)內(nèi)部交直流電源、控制電路、放大電路以及冷卻系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行采樣監(jiān)測(cè)和異態(tài)告警，并按照各模塊邏輯結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)界面，直觀顯示發(fā)射機(jī)內(nèi)部各系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)。通過(guò)模擬發(fā)射機(jī)出現(xiàn)故障的場(chǎng)景，測(cè)試發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。當(dāng)故障信號(hào)到達(dá)倒備機(jī)時(shí)，天線控制模塊會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，并自主實(shí)現(xiàn)主備倒換。同時(shí)，模擬遙控升降功率、故障復(fù)位操作，并通過(guò)手動(dòng)遙控實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)高、中、低功率開(kāi)機(jī)操作等測(cè)試。監(jiān)控系統(tǒng)各性能狀態(tài)測(cè)試結(jié)果如圖2 所示，各項(xiàng)測(cè)試結(jié)果都滿足國(guó)家廣播電影電視總局出臺(tái)的《廣播電視安全播出管理規(guī)定》（廣電總局令第62 號(hào)）要求。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)各性能狀態(tài)測(cè)試結(jié)果

6 結(jié) 論

本研究旨在解決傳統(tǒng)監(jiān)控方式存在的問(wèn)題，為電視發(fā)射系統(tǒng)的智能化發(fā)展提供技術(shù)支持。通過(guò)介紹電視發(fā)射系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理，指出現(xiàn)有監(jiān)控技術(shù)的局限性和挑戰(zhàn)。同時(shí)，分析遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的需求，包括功能性需求和非功能性需求，提出了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案。文章設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有實(shí)用性和有效性，為電視發(fā)射系統(tǒng)的智能化發(fā)展提供了技術(shù)支持。