馮利珊

（貴州省廣播電視局八四一臺，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)代運維管理的需求。為確保電視發(fā)射系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，需要具備實時監(jiān)測、故障診斷、遠程控制等功能。因此，急需設(shè)計并實現(xiàn)一個功能強大、性能穩(wěn)定的遠程監(jiān)控系統(tǒng)。

遠程監(jiān)控技術(shù)是一種利用現(xiàn)代通信技術(shù)實現(xiàn)對遠端設(shè)備或系統(tǒng)的實時監(jiān)測與控制的技術(shù)，涉及計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信、圖像處理以及自動控制等，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、安全監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域[1]。在遠程監(jiān)控系統(tǒng)中，通常通過各種傳感器和執(zhí)行器收集設(shè)備或系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，然后通過網(wǎng)絡(luò)將這些數(shù)據(jù)傳輸至遠程監(jiān)控中心。在監(jiān)控中心，系統(tǒng)對接收的數(shù)據(jù)進行分析、處理，并通過顯示界面將結(jié)果呈現(xiàn)給管理員。當(dāng)設(shè)備或系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)能夠觸發(fā)報警機制，及時通知管理員進行處理。

本研究的目的是設(shè)計并實現(xiàn)一種電視發(fā)射系統(tǒng)的遠程監(jiān)控方案，解決傳統(tǒng)控制方式存在的問題。通過遠程控制，操作人員即使在遠離發(fā)射現(xiàn)場的地方，也可對系統(tǒng)進行監(jiān)控和管理，提高工作效率，降低操作風(fēng)險。此外，遠程控制還可實現(xiàn)對多個發(fā)射站點的集中管理，提高系統(tǒng)的整體運營水平。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，推動廣播電視行業(yè)的現(xiàn)代化進程。

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)制好的電視信號轉(zhuǎn)換成適合傳輸?shù)男盘?，并通過天線發(fā)射出去[2]。電視發(fā)射系統(tǒng)主要由發(fā)射機、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。發(fā)射機是電視發(fā)射系統(tǒng)的核心組成部分，主要負責(zé)將已調(diào)制好的電視信號轉(zhuǎn)換成射頻信號。根據(jù)不同的傳輸標(biāo)準(zhǔn)和頻段，發(fā)射機可分為甚高頻發(fā)射機和超高頻發(fā)射機[3]。第二，天饋系統(tǒng)。天饋系統(tǒng)由天線和饋線組成，負責(zé)將發(fā)射機產(chǎn)生的射頻信號轉(zhuǎn)換成電磁波，并通過天線向空中發(fā)射。天饋系統(tǒng)的性能直接影響著信號的覆蓋范圍和信號質(zhì)量。第三，冷卻系統(tǒng)。為確保發(fā)射機正常運行，延長其使用壽命，需要適當(dāng)冷卻發(fā)射機。常見的冷卻方式有風(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、不間斷電源（Uninterruptable Power Supply，UPS）等。

電視臺或廣播電臺的節(jié)目信號在經(jīng)過調(diào)制處理后，會被送入發(fā)射機。在發(fā)射機內(nèi)，信號經(jīng)過一系列的放大和激勵處理后，轉(zhuǎn)換成射頻信號。隨后，天饋系統(tǒng)會將射頻信號轉(zhuǎn)換成電磁波，并向外輻射。通過調(diào)整天線的方向和發(fā)射功率，可以控制信號的覆蓋范圍和質(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)成為一個挑戰(zhàn)。為從大量數(shù)據(jù)中提取有價值的信息，監(jiān)控技術(shù)需要具備強大的計算能力和數(shù)據(jù)分析算法。第三，隱私和安全問題。監(jiān)控技術(shù)涉及個人隱私和敏感信息，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重的場景，監(jiān)控技術(shù)可能會受到限制，影響其使用效果和可靠性。第五，成本和可擴展性。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，如何實現(xiàn)系統(tǒng)的可擴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)致存在錯誤的決策或行動。第七，技術(shù)更新和維護。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，需要及時更新和維護監(jiān)控系統(tǒng)，以適應(yīng)新的發(fā)展需求和挑戰(zhàn)

3 遠程監(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)遠程監(jiān)控系統(tǒng)必須具備的功能，包括數(shù)據(jù)采集、實時監(jiān)測、報警功能以及遠程控制等[5]。

第一，數(shù)據(jù)采集功能。系統(tǒng)需要實時收集電視發(fā)射系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，如發(fā)射機的信號強度、溫度、電壓等參數(shù)。第二，實時監(jiān)測。系統(tǒng)需要實時監(jiān)測電視發(fā)射系統(tǒng)的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)異常情況，并采取相應(yīng)的處理措施。第三，報警功能。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到異常情況或故障問題時，要觸發(fā)相應(yīng)的報警機制，及時通知管理員進行處理。第四，遠程控制。管理員可以通過遠程控制功能對電視發(fā)射系統(tǒng)進行遠程操作和控制，如調(diào)整發(fā)射機的參數(shù)、開關(guān)機狀態(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)遠程監(jiān)控系統(tǒng)的質(zhì)量屬性需求,如系統(tǒng)性能、可擴展性、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、分析及存儲等功能[6]。同時，系統(tǒng)需要具有較短的響應(yīng)時間，確保用戶操作的及時性和準(zhǔn)確性。第二，可擴展性。隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展和技術(shù)進步，系統(tǒng)需要具備良好的可擴展性，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。同時，應(yīng)具備防范惡意攻擊和防止非法訪問的能力。第四，可用性。系統(tǒng)應(yīng)具備良好的用戶界面和操作體驗，方便管理員進行操作和監(jiān)控[7]。此外，系統(tǒng)應(yīng)具備運行穩(wěn)定性和可靠性，確保能夠?qū)崿F(xiàn)長時間無故障運行。

3.3 維護性需求

維護性需求指監(jiān)控系統(tǒng)支持在線更新和故障排查功能，便于及時修復(fù)漏洞、優(yōu)化功能，幫助用戶快速定位并解決故障問題。同時，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)的過程中能夠得到及時有效的幫助。

4 遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)架構(gòu)

文章設(shè)計的電視發(fā)射系統(tǒng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式架構(gòu)，每個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，提高可維護性和可擴展性。

文章設(shè)計的電視發(fā)射系統(tǒng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)包括表示層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層以及通信層4個層次[8]。其中，表示層負責(zé)與用戶進行交互，展示數(shù)據(jù)和提供用戶輸入；業(yè)務(wù)邏輯層負責(zé)處理核心業(yè)務(wù)邏輯，如數(shù)據(jù)采集、分析和報警處理等；數(shù)據(jù)訪問層負責(zé)與數(shù)據(jù)庫進行交互，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取、寫入和存儲等操作；通信層主要負責(zé)與其他設(shè)備或系統(tǒng)進行通信，如與傳感器、發(fā)射機等進行數(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，便于進行系統(tǒng)維護和擴展。此外，該架構(gòu)可以更好地支持跨平臺和分布式部署，從而有效提高系統(tǒng)的靈活性和可擴展性。

4.2 數(shù)據(jù)采集與傳輸

數(shù)據(jù)采集與傳輸是遠程監(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、易于安裝和維護等特點。其次，確定數(shù)據(jù)格式。選擇合適的數(shù)據(jù)格式來存儲和傳輸數(shù)據(jù)。常見的數(shù)據(jù)格式包括逗號分隔值（Comma-Separated Values，CSV）、JS 對象簡譜（JavaScript Object Notation，JSON）、可擴展標(biāo)記語言（EXtensible Markup Language，XML）等，需要根據(jù)實際需求和數(shù)據(jù)量大小進行選擇。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)備之間能夠順利進行通信。常見的通信協(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)實際通信需求和設(shè)備兼容性進行選擇[9]。

4.3 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心是遠程監(jiān)控系統(tǒng)的核心組成部分，負責(zé)數(shù)據(jù)的處理、存儲和展示。

第一，數(shù)據(jù)處理。在監(jiān)控中心，需要對各傳感器采集的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理和分析，以提取有用的信息。數(shù)據(jù)處理應(yīng)具備實時性，能夠快速處理大量數(shù)據(jù)。第二，數(shù)據(jù)存儲。選擇合適的數(shù)據(jù)存儲方案，如關(guān)系型數(shù)據(jù)庫或NoSQL數(shù)據(jù)庫等。同時，數(shù)據(jù)庫應(yīng)具備高性能、可擴展性和可靠性等特點，能夠存儲大量的歷史數(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 報警與控制機制

報警與控制機制是遠程監(jiān)控系統(tǒng)中不可或缺的一部分，以及時發(fā)現(xiàn)異常情況并采取相應(yīng)的控制措施。第一，報警閾值設(shè)定。根據(jù)實際通信需求設(shè)定合理的報警閾值，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)超過閾值時觸發(fā)報警。同時，根據(jù)設(shè)備的運行狀態(tài)和環(huán)境因素不定時調(diào)整報警閾值。第二，觸發(fā)機制。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測到異常情況時，系統(tǒng)能夠快速觸發(fā)報警并通知管理員。此外，觸發(fā)機制應(yīng)具備可靠性和及時性，確保管理員能夠及時收到報警信息并進行處理[10]。

5 系統(tǒng)實現(xiàn)與測試

5.1 系統(tǒng)集成

發(fā)射機監(jiān)控模塊采用集中管理、分散控制的模式。發(fā)射機采集器直連發(fā)射機，可脫離臺站管理系統(tǒng)獨立工作，且具備發(fā)射機狀態(tài)存儲功能，可以對發(fā)射機內(nèi)部交直流電源、控制電路、放大電路、冷卻系統(tǒng)、主備機狀態(tài)以及入射反射功率進行監(jiān)控和異態(tài)告警。發(fā)射機監(jiān)控模塊能夠監(jiān)測發(fā)射機的控制模式與故障狀態(tài)，按每周播出時間表定時自動或隨時手動開關(guān)機（手動優(yōu)先）。同時，系統(tǒng)具備遙控升降功率、故障復(fù)位功能。例如，針對發(fā)射機的各項參數(shù)越界、控制指令執(zhí)行失敗、非預(yù)期開停機告警以及數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)中斷等情況，可以發(fā)出告警，自動記錄監(jiān)測參數(shù)和告警數(shù)據(jù)。發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)流程

5.2 系統(tǒng)性能測試

發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)Πl(fā)射機內(nèi)部交直流電源、控制電路、放大電路以及冷卻系統(tǒng)的各項參數(shù)進行采樣監(jiān)測和異態(tài)告警，并按照各模塊邏輯結(jié)構(gòu)開發(fā)界面，直觀顯示發(fā)射機內(nèi)部各系統(tǒng)的運行狀態(tài)和參數(shù)。通過模擬發(fā)射機出現(xiàn)故障的場景，測試發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)。當(dāng)故障信號到達倒備機時，天線控制模塊會自動啟動，并自主實現(xiàn)主備倒換。同時，模擬遙控升降功率、故障復(fù)位操作，并通過手動遙控實現(xiàn)發(fā)射機高、中、低功率開機操作等測試。監(jiān)控系統(tǒng)各性能狀態(tài)測試結(jié)果如圖2 所示，各項測試結(jié)果都滿足國家廣播電影電視總局出臺的《廣播電視安全播出管理規(guī)定》（廣電總局令第62 號）要求。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)各性能狀態(tài)測試結(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，分析遠程監(jiān)控系統(tǒng)的需求，包括功能性需求和非功能性需求，提出了遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)方案。文章設(shè)計的系統(tǒng)具有實用性和有效性，為電視發(fā)射系統(tǒng)的智能化發(fā)展提供了技術(shù)支持。