無線發射臺站鐵塔遙控巡檢系統研究

孫國強

（中國聯合網絡通信有限公司邯鄲市分公司，河北 邯鄲 056000）

0 引 言

當前我國無線覆蓋點規模逐漸擴大，發射站點數量越來越多，為工作人員帶來了新的任務，要求檢查全部的鐵塔并對其進行維護。如今，關于鐵塔、天線與饋線最常用的檢查方法是工作人員到鐵塔上方實施檢查。然而，發射鐵塔的數量相對較多，具備高空作業資質的專業人員有限，降低了鐵塔檢查的頻率，以致無法及時發現鐵塔、天線、饋線內部存在的安全隱患。在無線發射臺中，發射鐵塔是其中最重要的環節之一，若出現安全故障，必然會影響到正常播出。與此同時，展開高空作業具有一定的風險，考慮到工作人員的人身安全，要盡可能降低高空作業頻率。在這一前提下，搭建并應用鐵塔遙控巡檢系統成為當前發射鐵塔與饋線檢查的重要手段。

1 無線發射臺站鐵塔遙控巡檢系統設計原則

設計無線發射臺站鐵塔遙控巡檢系統，需要遵循下5點原則。

1.1 先進性原則

系統設計必須要具備先進性，有利于實現遙控巡檢的持續發展。例如，該巡檢系統中包括云平臺，那么監控系統必須要合理分配、應用硬件資源，使無線發射臺站巡檢相關業務從原本的垂直化轉變為水平化，實現業務增長。另外，在數字電視、應急廣播、監控以及數字調頻技術等方面，相關技術也得到了廣泛運用，是先進性原則得以運用的體現。

1.2 可靠性原則

遙控巡檢系統必須保證各項設備自主管理，降低軟件硬件之間的依賴性，以免持續產生全局故障點。同時，遵循可靠性原則，延長無故障運行時間，縮短平均修復時間，最大限度地體現出遙控巡檢系統的優勢。

1.3 智能性原則

在設計遙控巡檢系統過程中運用云技術，為設備維護、數據處理、故障解決等提供智能化思路。同時，遵循智能性原則，核心體現在智能化與數據化思維方面，按照采集的數據制定報表，應用智能化技術優化設計遙控巡檢系統，提高巡檢效率。

1.4 安全性原則

一般廣播電視無線發射臺實施信號傳輸必須要保證安全性。相關工作人員需明確各自的操作權限，滿足信息安全等級保護規定。

1.5 拓展性原則

對于遙控巡檢系統而言，功能拓展與數據拓展十分重要，系統設計時需要遵循拓展性原則。一方面，按照監控功能發展要求優化設計軟件系統；另一方面，要預留出充足的拓展性空間，提高遙控巡檢系統的監控性能。

2 鐵塔遙控巡檢系統結構

2.1 飛行平臺

鐵塔遙控巡檢系統在運行期間選擇遙控飛行平臺，必須滿足以下要求。第一，平臺升限。因為鐵塔高度可能會超過100 m，加之一些臺站還建立在空氣比較稀薄的高海拔位置，所以飛行器升限與標稱高度相比會在一定程度上降低，因此選擇飛行器升限必須要超過300 m。第二，抗風性能。因為高空風速相對較大，為了確保最終飛行器停留的穩定性，要求控制飛行器在小于5級風速下飛行。第三，負載性能。因為運載平臺、照相機等裝置必須同時運行，所以飛行器有效負荷性能最小為500 g。第四，續航時間。根據巡檢要求，飛行器飛行時間需要控制在20～30 min以內。根據以上4點要求，并且綜合考慮成本因素，建議采用燃油驅動型遙控單軸直升機和電能驅動型四軸飛行器這兩種飛行平臺[1]。

其中，燃油型直升機設備運用50級遙控直升機，參數設置要求如下：（1）主旋翼直徑1 250 mm；（2）飛行器長度1 520 mm；（3）模型機體高度450 mm；（4）全備重量2 850 g；（5）運行燃料選擇甲醇負載能力2 kg；（6）升限500 m；（7）飛行風速要求4～5級風；（8）標準油箱巡航時間25～30 min[2]。若在設定參數環節加大油箱，可以延長飛行器的運行時間。

電動型直升機設備選擇飛行器以四旋翼微型飛行器為主，動力提供來源為鋰電池，通過無刷電機驅動螺旋槳，并且為其提供運行所需要的升力。增設GPS控制模塊，該模塊內部設置高度計，作用是實現直升機自動返回、定點與定高。參數設定如下：（1）最大直徑955 mm；（2）高度265 mm；（3）機身重量950 g，其中不包括接收機、相機吊架與電池裝置；（4）最大起飛重量1 800 g；（5）升限300 m；（6）飛行風速要求3～4級風；（7）最大巡航時間15～20 min。

對比這兩種類型的飛行器，其中四軸飛行器結構設計更簡化，成本不高，操作與控制簡單，增設智能GPS模塊便可以達到智能飛行的目的。同時，電動四軸驅動穩定性高，不會帶來較大的震動，對于攝影云臺的干擾不明顯，能夠獲取清晰的圖像，負載較低[3]，但是飛行時間短，一次飛行僅支持局部拍攝。如果檢查對象為大型鐵塔，必須要重復飛行才可完成全面檢查。另外，因為飛行器動力來源為鋰電池，所以完成飛行后必須重新充電，延長了兩次飛行的時間間隔。燃油行飛行器負載較大、升限高、續航時間長，時間間隔相對較短，但是成本與操作控制難度高，對工作人員要求嚴格。燃油發動機在運行狀態下可能會帶來較大振動，為了避免振動對攝影設備帶來干擾，需要同時搭配防抖性能好的攝影云臺，進一步增加了鐵塔遙控巡檢系統成本。

對于飛行器運行狀態下的控制，提出以下要求：（1）遙控器型號6通道遙控器；（2）控制距離1 500 m；（3）可控制頻段包括35 MHz、41 MHz、75 MHz等；（4）發射功率要求不大于750 mW；（5）編碼方式采用PPM信號編碼。因為飛行器的運行環境是發射臺站，加之電磁環境具有復雜性的特點，所以遙控器頻率設置過程中不能和本地臺站發出的調頻、中短波以及電視發射頻率存在干擾，避免出現飛行器失控的現象。

2.2 拍攝云臺

選定飛行臺并設定好參數后，要在飛行器上安裝拍攝云臺。因為攝影設備只需支持上下、左右方向擺動，因此可以選擇雙軸控制航拍架。該類型航拍架和四軸云臺相比，成本與負載方面具有極大優勢，也不會對攝錄裝置的運行帶來干擾，有利于縮短飛行器飛行時間。為了保證運載照相機最佳控制效果，在選擇遙控云臺時要有快門控制開關。比較常見的控制快門形式，一是利用遙控器進行遠程控制，二是利用定時開關提前設定時間間隔，隨后展開連續拍攝。因為飛行器內部發動機處在飛行狀態下會有震動現象，以免震動對拍攝云臺運行帶來干擾，飛行器與云臺的中間部位建議增設O型高頻減震圈、阻尼避振器等裝置，規避機體振動的影響，優化最終攝影效果[4]。另外，選擇控制云臺遙控器要和飛行器遙控器類型一致，遙控距離同樣設置為1 500 m，可以保證操控范圍相同。但是，在實際應用環節要將兩個遙控器分別設置在對應的頻段，避免在相同頻段內導致的設備控制失誤。

2.3 攝影裝備

工作人員針對遙控飛行器內部的飛行設備進行檢查，要掌握飛行器前方設備運行現狀，在遙控云臺上方裝備無線攝像頭，實時傳輸動態圖像至地面，解決飛行器設備故障。選擇無線攝像頭時，參數如下：（1）攝像頭類型為1/3″CMOS攝像頭；（2）清晰度380線；（3）動力來源鋰電池；（4）運行時間3 h；（5）發射頻率2.4 GHz；（6）發射功率500 mW；（7）無障礙傳輸距離500 m；（8）地面接收裝置為手持液晶屏。其中，手持液晶屏內部可以放置SD卡，將傳輸信號錄像、實時回放輸出，符合無線發射臺站鐵塔巡查要求。

2.4 饋管檢查設備

發射機內部共同輸出主要通過饋管實現，但是饋管是比較容易受損的設備，需要進行重點巡檢。巡檢環節不僅要拍攝所有接頭，還要檢查整條饋管的狀況。需要注意的是，一般故障點都會有異常發熱現象的存在。按照這一原理，飛行器遙控云臺上方可以裝備紅外測溫儀，重點針對饋管展開溫度檢測，以了解到饋管內部是否存在安全隱患。紅外測溫儀的選擇要求可以檢測空氣溫度、紅外物體表面溫度，能夠清晰顯示溫差，以規避由于環境溫度變化導致的判斷失誤問題。此外，紅外線測溫儀也要具備顯示最大/最小值、讀數鎖定等功能，為后續檢測數據分析奠定基礎。

具體在選擇紅外測溫儀時，設定參數要求如下。第一，表面溫度。量程為-30～300 ℃，分辨率0.1 ℃，精度±2.0 ℃，光學分辨率6:1。第二，環境空氣溫度。量程為-10～50 ℃，分辨率：0.1 ℃，精度±0.5 ℃。因為紅外測溫儀運行過程中務必要按住開關，所以工作人員需要優化設計開關線路，增設固定開關以延長設備運行時間。

3 無線發射臺站鐵塔遙控巡檢系統操作建議與實現

3.1 操作建議

3.1.1 熟練掌握操作規范

工作人員巡檢無線發射臺站鐵塔操作遙控飛行器，為了保證飛行安全性，要求組織所有工作人員參與培訓，尤其是燃油型飛行器的操作。它的設備機體大，長度與葉片相對較長，如果葉片處在高速旋轉狀態下，很有可能威脅操作人員的人身安全。要求燃油型飛行器的操控必須要嚴謹，根據規范要求展開[5]。另外，工作人員要熟記操作規范，了解遙控器功能操作的技巧。正式操控前在飛行模擬軟件中練習，待模擬操作完全熟練后，在寬闊的地區實施飛行器試飛，確定各項操作十分熟練后，展開鐵塔的飛行器巡查工作[6]。

3.1.2 提高飛行器操控規范性

在遙控飛行器操作環節，為了保證巡查最佳效果，提出以下建議。第一，開始飛行前要求工作人員嚴格檢查飛行器所有零部件；第二，提前在寬闊的場地進行起飛與降落試驗；第三，巡檢前對鐵塔附近是否存在同頻干擾展開檢查，如果確定存在，要調整遙控器頻率規避干擾，將飛行、云臺的遙控器頻率調開；第四，開始飛行巡檢前先開啟遙控器，隨后啟動飛行器，飛行器落地后按照飛行器、遙控器的順序逐次關閉，避免飛行器操控失誤現象；第五，鐵塔與天饋線系統在巡查期間需要設置兩個工作人員，分別負責飛行器和攝影云臺的操控。因為工作人員自身的專業水平關系到飛行安全和巡檢工作的效果，所以在選擇操控人員時要具備專業性與靈敏性，重復飛行練習后提升個人專業能力，確保巡檢工作效果，保證無線發射臺站最佳運行環境。

3.2 系統功能實現

3.2.1 監控播出信號

信號播出環節要求對其進行監控，保證播出質量。為此，遙控巡檢系統可以提前設定設備定時開關機、信號異常等。設備運行狀態下始終維持最佳工作狀態，且實施設備的實時性監控。如果在監控播出信號期間發現信號源數據異常，則要根據提前設定流程展開自動控制。

3.2.2 多畫面監控

無線發射臺站需要運用視音頻監測儀器，作用是監測電視節目所有節點視頻與音頻的信號質量，根據提前設定時間錄像做好信號異常信息的監督管理。對于多畫面監控，一方面需要監測信號，運用信號監測設備如音視頻檢測設備、音頻輔助監測設備等發揮設備的優勢，以實現電視三路信源的實時監測與控制。另一方面，畫面分割顯示，采用VGA與大屏幕監視儀器連接，使大屏幕分割成為若干個小窗口，更加清晰地顯示節目信號，為多畫面監控提供條件。

3.2.3 信號異常檢測

對于異常信號的監測是按照音頻監測系統提前設定數據，判斷每段信號信息，使其能夠始終控制在要求范圍內。若發現信號異常，那么信號監測系統便會自動預警，通知相關人員進行維護。

4 結 論

綜上所述，在展開無線發射臺站鐵塔巡檢工作期間，采用遙控巡檢系統可以采集鐵塔運行數據，支持發射臺站的遠程監控。通過攝影裝備與拍攝云臺等，完成高海拔位置鐵塔的巡檢工作。一方面可以提高巡檢效率，另一方面能夠通過遙控巡檢系統實現智能巡檢。這是當前廣播電視臺實施發射臺站巡檢工作的重要手段，也是今后技術方面的重要發展方向之一。