物聯網支持下的廣電發射臺智能防雷監測系統

武志英

（錫林郭勒盟東烏旗732電臺，內蒙古 錫林郭勒 026300）

0 引 言

廣播電視發射臺作為信息傳輸的關鍵環節，面臨雷電等自然災害帶來的風險。物聯網（Internet of Things，IoT）技術的迅速發展，推動了廣播電視發射臺智能防雷監測技術的迭代升級。本文旨在探討物聯網技術在廣電發射臺智能防雷監測系統中的應用，以提升設備的穩定性和安全性。

1 物聯網技術概述

1.1 物聯網技術的概念

物聯網技術是一種通過互聯網連接和交互的方式，將各種物理設備、傳感器和對象互相聯系，實現信息的采集、傳輸、處理和控制的技術。它使得物體能夠共享數據、智能化地交互，促進了智能城市、工業自動化、健康監測等領域的發展。物聯網技術通過無線通信、云計算和大數據分析等手段，實現了物體間的實時連接，為各行各業帶來了更高效、智能的解決方案[1]。

1.2 物聯網發展現狀

物聯網的發展已經取得了巨大的進展，正在改變著人們的生活和各行各業的運作方式。物聯網已廣泛應用于工業、農業、城市管理、健康醫療及智能家居等領域。工業物聯網幫助實現了智能制造、設備監測、預測性維護等，提高了生產效率。農業物聯網使農民能夠遠程監控農田、精準施肥，提高了農作物產量。物聯網需要處理龐大的數據量，云計算為其提供了存儲和計算能力，大數據分析則幫助從數據中提取有價值的信息，支持決策制定。物聯網在城市管理中發揮著重要作用。智能交通、智能停車、環境監測等方面的應用，有望提高城市的可持續性和生活質量。隨著物聯網設備數量不斷增加，邊緣計算允許數據在設備本身進行處理，減少了數據傳輸延遲，提高了響應速度。總的來說，物聯網正逐漸從概念走向實際應用，不斷拓展著其在各個領域的影響力，未來仍將持續創新和發展[2]。

2 廣電發射臺防雷概述

2.1 雷電對廣電發射臺的危害

雷電對廣播電視發射臺造成嚴重危害。雷電擊中發射塔或其他設備，可能導致設備損壞、系統故障甚至停播，影響節目傳輸。電磁脈沖產生的電磁輻射可能影響信號質量。雷擊還可能引發火災，威脅人員安全。此外，雷擊會導致地面電位差，引發設備之間電壓差，導致設備損毀。

2.2 發射臺現有防雷措施

廣播電視發射臺的防雷措施是確保設備和運營安全的關鍵措施之一。目前，廣播電視發射臺一般采取多種防雷措施來減輕雷電對設備的危害，具體如下。第一，避雷針系統。發射塔等高聳結構安裝避雷針，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。發射設備通過合適的接地系統將雷擊產生的電流引導到地面，減少電氣設備損害風險。第三，避雷器。避雷器（Surge Protection Device，SPD）用于限制過電壓，保護設備免受雷擊和電氣干擾。第四，設備內部保護。在設備內部使用避雷器、繼電器和隔離裝置等設備，以保護關鍵元件免受雷擊影響。第五，監測系統。定期檢查設備，確保避雷系統和接地系統的有效性，使用環境監測設備監測雷電活動[3]。

2.3 物聯網智能防雷監測系統概述

物聯網智能防雷系統以云物聯、智能傳感、移動物聯等物聯網核心技術為基礎，以互聯網+物聯網智能硬件+數據中心的模式構建。此模式以智能云平臺為主要管理系統，不需要建設機房，能夠有效降低廣播電視單位的建設成本。物聯網智能防雷系統支持PC端、手機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備的集中監控、運營維護、數據管理等工作。物聯網智能防雷系統支持對直擊雷、感應雷、電涌保護器、接地電阻及雷電環境等的監測功能，憑借移動物聯網和云物聯網實現分散多地的無人站點聯網監控與管理。

2.4 物聯網智能防雷監測系統的優點

物聯網智能防雷監測系統具有許多優點：第一，它實現了實時雷電監測和預警，通過感應設備捕捉雷電活動，及時向運維人員發送預警信息，使運維人員得以提前采取保護措施，降低設備損害風險；第二，該系統提供了多種監測功能，包括智能雷電預警、直擊雷監測、感應雷監測等，使發射臺可以全面掌握雷電情況；第三，系統還可以監測發射塔、建筑物和機房的接地電阻，確保設備的有效接地，從而減少雷擊危害。物聯網智能防雷監測系統還具備遠程監控和管理能力，運維人員可以通過云平臺遠程監控設備狀態和雷電信息。系統可自動記錄數據，支持數據分析，有助于了解雷電分布規律，優化防雷策略[4]。

3 物聯網支持下的廣電發射臺智能防雷監測系統

3.1 發射臺物聯網智能防雷監測系統

物聯網支持下的廣電發射臺物聯網智能防雷監測系統以移動物聯網智能防雷監測系統作為管理中心，下設智能雷電預警、直擊雷監測、智能防雷箱、智能接地電阻監測、感應雷監測、智能SPD監測以及智能管理平臺，架構如圖1所示。

3.2 物聯網智能防雷監測系統的主要功能

3.2.1 智能雷電預警

智能雷電預警包括雷電預警電場探測傳感器和智能監測模塊。智能監測模塊配備傳感器等感應設備，將電場、電磁場等信息采集后傳輸至智能云平臺，相關數據會傳輸至監控中心。運維人員針對不同的預警信息采取針對性策略，以減少安全隱患與安全事故。智能雷電預警電場探測傳感器采用國內自主研發的微機電系統（Micro Electro Mechanical System，MEMS）技術。該技術具有靈敏度高、功耗低、抗靜電干擾、環境溫濕度適應力強等優點，代表企業包括歌爾股份、瑞聲科技、美新半導體、深迪半導體、美泰科技、邁瑞微以及敏芯微電子等。

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

智能雷電預警具備以下特點和優勢。第一，實時監測。傳感器分布在不同地點，能夠準確感應雷電活動，捕捉雷電電場、電流等信息，確保實時監測。第二，數據分析。通過采集的雷電數據，系統能夠分析雷電的分布、頻率、強度等特征，預測可能發生的雷擊情況。第三，預警通知。一旦系統監測到潛在的雷電風險，它會立即發送預警通知給相關運維人員，讓他們能夠迅速采取必要的措施。第四，自動化決策支持。系統可以根據預測的雷電情況，自動觸發防雷設備的工作，如關閉關鍵設備、斷電，從而降低設備損害風險。第五，降低停播風險。智能雷電預警系統的及時性有助于減少因雷電引發的設備故障或損壞，從而避免節目中斷和停播。

3.2.2 直擊雷監測

直擊雷監測系統由柔性羅氏線圈傳感器和智能電流監測模塊組成。該系統最多支持監測4路直擊雷電流，并將傳感器采集的數據上傳到智能云平臺管理系統。當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。當前市場主流的智能電流監測儀性能指標如下：測量精度±10%，采集范圍1～50 kA，電流傳感器為羅氏線圈。通過直擊雷監測系統監測雷電流峰值、極性、時間、次數等，并將這些數據上傳至智能云平臺管理系統，使得所有監測數據可以進行遠程管理。直擊雷監測系統在臺站防雷電工作中意義重大。第一次發生雷暴事故時，雷電流監測模塊將雷擊數據迅速上傳至監控中心。監控中心的運維人員一旦接收到雷擊事故信息，能夠立即采取相應措施，確保設施的安全穩定運行。這種集成了傳感技術、數據上傳和實時響應的系統，有效提升了直擊雷監測的效率和準確性，為設備的防護提供了重要保障[6]。

3.2.3 感應雷監測

感應雷監測系統由柔性或剛性羅氏線圈傳感器以及智能流監測模塊組成。系統最多支持監測4路感應雷電流峰值，并將傳感器捕獲的數據上傳至智能云平臺管理系統。感應雷電流峰值的采集與直擊雷在線監測相似，在其基礎上，采用柔性或剛性羅氏線圈進行監測。這些線圈安裝在電涌入地匯集點，使電涌峰值的采集變得簡單且高效。感應雷監測系統配備了智能防雷箱、在線防雷監控器等設備，通過感應雷監測，系統能夠準確獲取雷電活動的電涌峰值，從而及時預警，臺站能夠采取針對性的措施，保護廣播電視發射臺設備免受雷擊的影響。感應雷監測系統監測數據上傳至智能云平臺管理系統，使得運維人員能夠遠程監控、分析和管理數據，從而更好地應對雷電風險。

3.2.4 智能SPD監測

智能SPD監測是物聯網智能防雷監測系統的重要組成部分。SPD是一種用于保護設備免受電涌沖擊的裝置。智能SPD監測功能通過實時監測SPD的電流變化，實時監測SPD的工作狀態，及時發現故障或損壞情況，確保其正常運行。監測SPD的電流變化，有助于預測電涌活動，使系統能夠在電涌來臨之前做出反應，保護設備免受電涌影響。智能SPD監測還能夠實現遠程監控和管理。將SPD監測數據上傳至智能云平臺管理系統，運維人員可以遠程查看設備狀態、電流變化等信息，及時進行維護和干預。這種實時監測和遠程管理的能力大大提高了設備的穩定性和可靠性，降低了因電涌引起的損害風險。

3.2.5 發射塔、建筑物和機房接地電阻監測

發射塔、建筑物和機房的接地電阻監測是物聯網智能防雷監測系統的重要功能之一。通過監測這些結構的接地電阻，系統能夠實時了解接地系統的狀態。接地電阻是確保設備運行安全的關鍵參數之一。監測接地電阻，可以幫助檢測是否存在不良接地、腐蝕等問題，防止電氣設備因接地不良而引發的安全隱患。系統可以實時監測接地電阻值的變化。一旦發現接地電阻值超出安全范圍，系統會發出警報，通知運維人員進行檢修和維護，從而避免設備由于不良接地而受到雷擊沖擊。監測數據會上傳至智能云平臺管理系統，運維人員可以遠程查看結構的接地狀況，進行實時監控和管理。這種能力有助于快速發現和解決問題，提高了設備的穩定性和可靠性。

3.3 智能云平臺管理系統

智能云平臺管理系統以物聯網技術為基礎，基于邊云融合物聯網基礎設施，具備高性能、可擴展的物聯網架構，擁有時空物聯網數據管理能力，提供高性能物聯網時序數據和時空數據的存儲、查詢、分析能力，支撐時空數據的共享與應用；支持人工智能物聯網（Artificial Intelligence & Internet of Things，AIoT）智慧管理，應用云計算、大數據、人工智能、物聯網邊緣等新技術，構建智慧管理體系。授權用戶可以管理相應的智能硬件，通過不同等級用戶權限對操作員或者設備進行直接管理。智能云平臺管理系統是物聯網智能防雷監測系統的核心組件之一。該系統用于集中管理、分析和展示從各個監測模塊獲取的數據。系統具有以下特點：第一，智能云平臺能夠接收來自各個監測模塊的實時數據，包括雷電預警、直擊雷監測、感應雷監測、浪涌保護器（Surge Protection Device，SPD）狀態等信息；第二，系統通過數據分析和處理，能夠生成各種報告和統計數據，為運維人員提供設備狀態、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據可視化界面，以圖表、圖像等形式展示監測數據，使運維人員能夠快速了解系統狀態，做出準確決策；第四，系統支持遠程控制和配置，運維人員可以通過云平臺遠程設置監測參數、調整警報閾值等。

4 結 語

本文對物聯網支持下的廣電發射臺智能防雷監測系統進行深入研究，深刻認識到物聯網技術在廣播電視領域的重要作用。智能防雷監測系統通過實時監測、預警和數據管理，有效降低了雷電對設備的危害，提升了廣播電視發射臺的穩定性和可靠性。物聯網技術為設備防護提供了強大支持，也為未來智能化發展提供了新的思路。