無線發(fā)射臺站自臺監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

張鑫斌

【摘? 要】 無線發(fā)射臺站擔(dān)負著廣播電視信號的傳輸和發(fā)射任務(wù)，是國家廣播電視公共服務(wù)的提供者。發(fā)射臺站自臺監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r地顯示臺站設(shè)備的狀態(tài)，并及時地將設(shè)備的異常情況反饋給值班人員，是保障安全播出任務(wù)的有力工具。文章以某無線發(fā)射臺站為例，介紹了自臺監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計原則、設(shè)計思路及實現(xiàn)方法，希望能供有關(guān)工作人員參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】 自臺監(jiān)控；發(fā)射臺站；廣播電視

一、設(shè)計原則

1. 技術(shù)先進。系統(tǒng)采用B/S或C/S架構(gòu)設(shè)計，數(shù)據(jù)的處理、存儲都在服務(wù)器上自動完成，終端通過瀏覽器或客戶端軟件進行數(shù)據(jù)訪問，簡便易用。系統(tǒng)通信采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，傳輸信號穩(wěn)定可靠，兼容多種接口，可擴展能力強。

2. 系統(tǒng)穩(wěn)定。系統(tǒng)的核心功能均在服務(wù)器上實現(xiàn)，所有數(shù)據(jù)信號均通過局域網(wǎng)絡(luò)傳輸，所以，需要選擇質(zhì)量可靠的服務(wù)器、交換機和網(wǎng)絡(luò)傳輸線來保障系統(tǒng)的穩(wěn)定。軟件方面，采用主流的Java語言+ SQL SEVER數(shù)據(jù)庫設(shè)計方案，能滿足臺站的穩(wěn)定性需求。

3. 系統(tǒng)安全。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與外網(wǎng)實施物理隔離，禁止遠程登錄系統(tǒng)；服務(wù)器端禁止非專業(yè)人員進行操作；終端設(shè)計多級權(quán)限，對值班人員和管理人員進行分級授權(quán)，有效避免誤操作。

4. 可維護和可擴展。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，整體劃分為多個功能模塊，各模塊之間相對獨立，既便于維護管理，也便于功能擴展。

5. 易用性。終端采用圖形化界面，信息顯示簡潔明了；告警提示要做到及時、準確；系統(tǒng)后期的升級維護方便。

二、需求分析

（一）臺站現(xiàn)狀

臺站現(xiàn)有調(diào)頻發(fā)射、電視發(fā)射兩部分播出任務(wù)，設(shè)置兩個機房，即調(diào)頻發(fā)射機房和電視發(fā)射機房。

調(diào)頻發(fā)射部分有11套節(jié)目，發(fā)射主機11部，備機4部，發(fā)射機品牌有哈里斯、RVR和北廣；電視發(fā)射節(jié)目12套，發(fā)射主機2部，發(fā)射機品牌為吉兆。

供配電部分，配電機房有6KV主備兩路外電，采用山西山水電氣的型號為KYN28A-12的高壓配電柜，此柜配有博時達電氣的手車式高壓真空斷路器ZN63。

（二）項目需求

需要實時監(jiān)測音視頻信號源的狀態(tài)、各部發(fā)射機的狀態(tài)、機房的環(huán)境參數(shù)（溫濕度）、電力情況等，如有異常能夠發(fā)出聲光報警以提醒值班人員；能夠記錄設(shè)備異常狀態(tài)、告警信息，能夠?qū)Ξ悜B(tài)信息和一段時期內(nèi)的播出任務(wù)進行存儲，方便對故障進行查詢和分析。

三、設(shè)計方案

（一）總體設(shè)計

臺站自動化監(jiān)控系統(tǒng)功能分為4部分，分別為綜合監(jiān)控系統(tǒng)、廣播監(jiān)控系統(tǒng)、電視監(jiān)控系統(tǒng)和大屏顯示系統(tǒng)。系統(tǒng)整體采用網(wǎng)絡(luò)管理模式，前端為數(shù)據(jù)采集設(shè)備，各種數(shù)據(jù)經(jīng)不同的方式采集后通過統(tǒng)一地處理，然后以網(wǎng)絡(luò)方式傳送至服務(wù)器。綜合監(jiān)控系統(tǒng)、廣播監(jiān)控系統(tǒng)和電視監(jiān)控系統(tǒng)各配置一臺服務(wù)器進行數(shù)據(jù)處理，值班人員通過終端電腦訪問服務(wù)器，對相關(guān)數(shù)據(jù)實時監(jiān)聽監(jiān)看。整個系統(tǒng)應(yīng)涵蓋臺站全部核心設(shè)備的實時工作信息，并應(yīng)建立完善的報警機制，以及開發(fā)統(tǒng)計報表功能。

（二）功能設(shè)計

1. 綜合監(jiān)控系統(tǒng)

綜合監(jiān)控系統(tǒng)由發(fā)射機采集監(jiān)控系統(tǒng)、信源切換系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、電力監(jiān)測系統(tǒng)和報警系統(tǒng)5個子系統(tǒng)組成，由一臺服務(wù)器統(tǒng)一管理，終端配置一臺電腦。

（1）采集監(jiān)控系統(tǒng)

每臺發(fā)射機均安裝參數(shù)采集設(shè)備，對發(fā)射機的發(fā)射功率、反射功率進行實時采集、實時監(jiān)控，當(dāng)某一數(shù)值超出預(yù)設(shè)正常范圍時引發(fā)告警并生成異常信息。

（2）信源切換系統(tǒng)

臺站每套節(jié)目均有多路信號源，擬為臺站配置全新的信源切換器，對機房信號源系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理。

（3）環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

在機房安裝溫濕度傳感器、煙感報警器，在一樓走線的地溝里安裝浸水報警器。

（4）電力監(jiān)測系統(tǒng)

采集兩路外電的電壓信息以及斷路器的工作狀態(tài)。

（5）報警系統(tǒng)

機房布置聲光告警器，由服務(wù)器統(tǒng)一管理。當(dāng)發(fā)射機功率異常、電力中斷、環(huán)境參數(shù)異常時，聲光告警器報警，同時平臺前端也發(fā)出告警聲音并彈出告警窗口，提醒值班人員及時處理。

2. 廣播、電視監(jiān)控系統(tǒng)

廣播、電視監(jiān)控系統(tǒng)是兩個獨立的模塊，分別配置音頻服務(wù)器和視頻服務(wù)器各一臺，用于遠程監(jiān)控調(diào)頻廣播和數(shù)字電視的信號源以及節(jié)目的播出質(zhì)量。

前端通過新裝的信源切換器，將各個節(jié)目的主備信源信息回傳給服務(wù)器；終端通過室內(nèi)天線對調(diào)頻廣播、數(shù)字電視進行接收，經(jīng)過編碼器編碼后傳至服務(wù)器，對播出質(zhì)量進行監(jiān)測。對音頻信號中斷、電視畫面靜止等異態(tài)進行聲音告警并記錄。

四、系統(tǒng)實現(xiàn)

（一）硬件設(shè)備

無線發(fā)射臺站自臺監(jiān)控系統(tǒng)的硬件部分大致可分為前端采集系統(tǒng)、信源監(jiān)控系統(tǒng)、節(jié)目接收系統(tǒng)和大屏顯示系統(tǒng)。

1. 前端采集系統(tǒng)

前端采集設(shè)備使用CYK-8005TE發(fā)射機采集控制器，其采用嵌入式軟硬件處理平臺，支持多種發(fā)射機協(xié)議，具備4個串口，每個串口通信模式均可動態(tài)電控配置為232/422/485通信模式；兩個RJ45網(wǎng)口，支持以太網(wǎng)（TCP、UDP、HTTP、SNMP）等常用通信接口協(xié)議；上行網(wǎng)口可設(shè)置IP地址，便于管理；內(nèi)置時鐘，能脫離計算機獨立工作，對發(fā)射機的正常工作不產(chǎn)生任何影響。

對不支持網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬刹縍VR發(fā)射機，可安裝兩臺CYK-8001（S）采集控制器，通過模擬量輸入接口直接采集發(fā)射機射頻信號的模擬量，再進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)發(fā)射機的數(shù)字化檢測。

此采集器采用串行口通信，所以還需要接入一臺ARM6B管理器，它是一臺串口-以太口管理設(shè)備，串口支持RS232、RS422、RS485等三種常用串口模式，系統(tǒng)中的GPS授時器和聲光告警器也通過ARM6B管理器與主網(wǎng)絡(luò)相連。

電力監(jiān)測方面，采用CYK-DL電力參數(shù)采集器。該采集器以智能化電表為核心，可對市電、柴電、穩(wěn)壓器等電力設(shè)備的三相電壓、三相電流、功率等參數(shù)進行采集，并可設(shè)置電壓報警門限。電力實時數(shù)據(jù)通過RS-485傳輸協(xié)議傳輸給CYK-8005TE采集控制器進行統(tǒng)一編碼，然后傳送到綜合監(jiān)控服務(wù)器。

環(huán)境監(jiān)測方面，采用CYK-HJ16環(huán)境監(jiān)測設(shè)備，對布置在機房中的溫濕度傳感器、浸水報警器、煙霧報警器等設(shè)備回傳的信息進行集中編碼處理后，傳送至CYK-8005TE采集控制器進行IP編碼，然后傳送給綜合服務(wù)器。

2. 信源監(jiān)控系統(tǒng)

信源監(jiān)控系統(tǒng)包括廣播信源和電視信源兩部分。通過采用智能切換設(shè)備，不僅能對播出節(jié)目的信號源信息進行實時采集，還可對信源進行遠程手動切換。

廣播信源監(jiān)控采用CYK-401AS-D多功能音頻智能切換器來實現(xiàn)。該設(shè)備對模擬音頻或AES/EBU數(shù)字音頻信號都能提供很好的支持，有4路模擬輸入接口和4路數(shù)字輸入接口，還有2路模擬輸出口和2路數(shù)字輸出口；配有太網(wǎng)接口，支持遠程遙控切換和實時監(jiān)測各輸入通道音頻狀態(tài)、切換狀態(tài)等，音頻信源信號可編碼至網(wǎng)絡(luò)傳輸監(jiān)聽監(jiān)看；自動切換狀態(tài)下，當(dāng)主路信源丟失將自動切換到備用信源上，一旦主路信源恢復(fù)智能切換器的輸出信號將自動切回到主路信源上；內(nèi)置墊音音頻源，當(dāng)所有輸入信號源無輸出時自動切換到本機墊音音頻源輸出；第1、2路輸入信號源可斷電直通。

電視信源監(jiān)控采用CYK-TS302多功能音視頻智能切換器來實現(xiàn)。此切換器是一款A(yù)SI信號切換器，可自動輸出第一路信源，也可手動切換需要輸出的哪路信號，信號丟失有報警。

3. 節(jié)目接收系統(tǒng)

節(jié)目接收系統(tǒng)分為調(diào)頻廣播接收和數(shù)字電視接收兩個部分。使用兩臺CYK-606A-D多路解調(diào)編碼器接收調(diào)頻廣播節(jié)目信號。該設(shè)備可同時接收六路無線電信號，并能顯示通道的頻率，而且可以自由設(shè)置選擇需要接收的頻道，還有音頻編碼、指標測量功能，并最終經(jīng)過以太網(wǎng)接口統(tǒng)一將指標數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)輸出至音頻服務(wù)器。使用一臺ORCHEX-7000數(shù)字電視接收解碼器接收數(shù)字電視節(jié)目信號，可同時接收兩個頻點12套地面數(shù)字電視節(jié)目，并將數(shù)據(jù)實時傳送給視頻服務(wù)器。

4. 大屏顯示系統(tǒng)

用12塊三星46寸拼接屏以4×3的形式組成電視墻，經(jīng)16路拼接控制器與終端電腦連接，將發(fā)射機數(shù)據(jù)、電力參數(shù)、環(huán)境參數(shù)、音視頻節(jié)目的實時信息集都投送到拼接屏上進行集中監(jiān)控。拼接控制器具有強大的圖像處理功能，支持最多16個全實時活動視窗，支持圖像任意組合拼接、開窗、移動、縮放、跨屏等多種顯示功能，可在終端電腦上使用控制軟件進行操作。

（二）軟件系統(tǒng)

1. 網(wǎng)絡(luò)配置

無線發(fā)射臺站自臺監(jiān)控系統(tǒng)采用全網(wǎng)絡(luò)化通訊及管理，所有數(shù)據(jù)均通過局域網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，數(shù)據(jù)處理則在服務(wù)器上進行。因此，合理地對網(wǎng)絡(luò)進行規(guī)劃是保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的前提。

系統(tǒng)內(nèi)共配置3臺交換機，均采用華為千兆三層交換機。一樓信源柜內(nèi)布置24口交換機一臺，負責(zé)音頻切換器、環(huán)境采集器和電力采集器的網(wǎng)絡(luò)接入；由于一樓機房空間緊張，所以將所有的發(fā)射機采集器布置到二樓電視發(fā)射機房，并在二樓機房布置48口交換機一臺，負責(zé)發(fā)射機采集器及數(shù)字電視音視頻切換器的網(wǎng)絡(luò)接入；一樓服務(wù)器柜布置48口交換機一臺作為主交換機，之前兩臺交換機通過級聯(lián)接口接入，另外還接入服務(wù)器、終端電腦、廣播及電視的節(jié)目空收設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)傳輸線采用超6類線纜，保障信號傳輸?shù)膶崟r性與穩(wěn)定性。

2. 軟件功能

軟件部分分為綜合監(jiān)控軟件系統(tǒng)、廣播監(jiān)控軟件系統(tǒng)和電視監(jiān)控軟件系統(tǒng)。

（1）綜合監(jiān)控軟件

綜合監(jiān)控軟件采用B/S架構(gòu)，軟件全部部署在服務(wù)器上，終端只需要打開瀏覽器輸入服務(wù)器地址登錄即可使用。終端顯示界面按其功能劃分為5個區(qū)域，分別為顯示電力參數(shù)、發(fā)射機參數(shù)、切換器狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)和告警信息。

電力參數(shù)部分，實時顯示外電通斷狀態(tài)及電壓值，及高壓柜斷路器的狀態(tài)；發(fā)射機參數(shù)部分，以條狀圖形方式顯示發(fā)射機的發(fā)射功率和反射功率，直觀易讀；實時顯示切換器的通道狀態(tài)，當(dāng)前使用通道高亮顯示，可遠程操作切換器進行自動或手動切換；實時顯示機房環(huán)境溫濕度，對煙感、浸水等報警器以圖形化形式顯示其狀態(tài)（綠色為正常、紅色為異常）；告警信息部分，按日期顯示以往的告警信息列表，如有告警信息，系統(tǒng)會在終端顯示的界面上彈出紅色的警示對話框，并伴有語音通知告警內(nèi)容。

（2）廣播、電視監(jiān)控軟件

由于音視頻節(jié)目有很強的實時性，為了保證系統(tǒng)的運行速度，也為了方便值班人員在客戶端進行監(jiān)聽、回放等復(fù)雜操作，廣播、電視監(jiān)控軟件系統(tǒng)采用C/S結(jié)構(gòu)，在服務(wù)器端和客戶端均部署相應(yīng)的軟件。

廣播監(jiān)控軟件的客戶端以音頻柱形圖的方式來顯示信號的狀態(tài)，包括兩路信源信號、1路入機信號和1路空收信號，鼠標左鍵點擊某個音柱，即可對當(dāng)前信號進行實時監(jiān)聽，再次點擊則取消監(jiān)聽；在鼠標右鍵菜單中，可以進行循環(huán)監(jiān)聽，查詢某一路音頻信號的回放，也可查看報警信息等等。如果某一路信號的電平值低于設(shè)置閾值一段時間后，軟件會發(fā)出彈窗及聲音告警提示信號丟失。

電視監(jiān)控軟件的客戶端采用4×3的形式同時顯示12路數(shù)字電視節(jié)目，每一路節(jié)目的畫面右側(cè)顯示音頻柱，這樣對音、視頻都可以直觀顯示；雙擊某一畫面可全屏觀看，同時播放此節(jié)目的聲音；如果有音頻丟失、畫面靜幀、畫面黑屏等異態(tài)，軟件會發(fā)出告警聲音。

監(jiān)控軟件的服務(wù)器端負責(zé)對各路節(jié)目信號進行存儲及對告警信息的判斷和處理。

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