广播电视发射台站远程监控系统

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【摘 要】为促进当前广播电视无线发射台站进一步发展，根据“无人值班，有人留守”的工作方式发展趋势，广播电视设备必须自动化控制，并能实现远程操作。为实现这一目标，本文讨论关于广播电视发射台站远程监控系统，它是基于计算机综合应用，结合网络通信等相关知识的应用得以实现。系统主要依托广电SDH网，全网采用工业以太网技术，数据交换采取TCP/IP为协议的形式。客户段端监控平台采用IE浏览器以网页的方式进行访问和操作。

【关键词】网络通信 SDH网 TCP/IP

一、发射机远程监控需求背景

国家广电总局多次要求广播电视发射机要实现全固态化，积极倡导发射台机房“无人值班，有人留守”的工作方式，推进发射台播出的自动化、智能化进程。目前在计算机技术和电子技术飞速发展的条件下，利用这些先进技术进行自动监测和控制已经变得很现实。为进一步提高广播电视节目无线覆盖的信号质量，实现发射台站播出自动化、智能化工程的规范管理，广播电视无线发射台站正在积极而有成效地开展发射机远程监控的开发和应用。

广播电视发射机是一个综合的电子系统。正常工作时，除了必须保证发射机自身的若干运行指标处于正常范围，还必须保证它的工作条件亦处于正常范围（如供电电压、环境温度等）。早期的系统都是由人工定时监测，手工记录，这样做不仅工作量大，而且由于疲劳等因素的影响，很可能造成差错甚至发生停播、误播等事故。发射机的自动监测和控制，是利用先进的计算机技术对一定距离范围内的智能化电视或广播发射机统一在监控室进行控制。但是，首先发射机必须是采用了先进的单片机技术对各工作单元进行监控的智能化发射机，并且，还要通过通信电缆与安装了专用监控软件的计算机连接起来，然后实现用计算机对发射机的各部分进行实时监测和控制。

二、发射机的监控系统技术分析

本文将以笔架山电视转播台（发射台）为例，进行分析和整体构思。笔架山电视转播台近年来新进的同方吉兆1KW全固态彩色电视发射机和陕西数字广播3KW调频发射机等都属于智能化固态化发射机，已具有发射机的内部控制系统，并且提供了通信端口。监控系统由遥测、遥控部分和本机测控系统两部分组成。遥测、遥控部分采用机房监控主机做主监控服务器；远程客户机通过网络访问监控主机，实现遥控遥测。发射机都通过主控单元的RS485接口与机房监控主机相连。发射机本机测控系统由主控单元、激励器测控模块、电控单元（包括电控模块和功放电源测控模块）及功放数据采集模块组成。

（一）发射机智能化

激励器智能化：激励器是发射机的核心，是它控制着整个发射机的运行。智能激励器完成它的控制功能是用微处理器，而且实现了上电自检、主备和工作状态自动转换、数据采集传送、故障检测和相应的处理与保护功能。电源及冷却系统（机架测控模块）的智能化：电源及冷却系统向主控单元发送功放电源电流数据和电源及风机的工作状况。能接受面板按键或上级PC机的指令可以自动开关机，如果电源或风机工作状态出现异常，主控单元就会报警。

（二）发射机自身测控系统

发射机自身的测控系统主要由几部分组成：主控单元、激励器测控模块、电源及冷却系统测控模块和功放数据采集板。发射机主控单元是整个监控系统的核心，它负责指挥各测控单元的工作，进行数据存储、显示和分析判断。它还负责和上级PC机的通信，上传所收集到的数据并接收其控制指令，起指令传送的作用。除了主控单元，其他各个功能单元都有自己的测试模块，负责本单元各参数的测量和上传给主控单元。激励器和电源及冷却系统测控模块还有控制的作用，能根据主控单元或上级PC机的指令做出相应的回答。这些数据由主控单元统一管理。各测控模块之间都是用RS485接口进行通信的。

（三）上级测控系统

发射机的上级测控系统包括机房监控主机的监控和远程（省中心或市中心）客户机的遥控遥测。发射机由主控单元的RS485接口连接本地服务器。本地服务器向其他发射机的传输距离最远是2000米，可以对整个发射台的集中控制，而远程客户机可通过连接本地服务器进行遥控，达到了和本地服务器一样的功能。

三、系统结构

计算机辅助广播电视监控系统进行分级分工管理，快速管理发射台，形成省中心的统筹管理，县级监控点的个别管理，发射台站故障的自动处理三级管理体系。

省中心主要是面向每个发射台的统筹监控和管理，可以随时掌控每个发射台和设备的运行参数，负责发射台的业务指导管理、运营指挥调度、数据报表统计、故障处理的监督管理、报警信息的分级分类处理等工作。

县级监控点主要管理管辖区域内发射台站的运行和维护，监控各台站运营的情况，如：发射设备，信源设备，电力设备，环境参数等，如有异常立即到现场应急抢修。

发射台站内自动化系统的建设核心是“分布式”监控系统，智能监控单元做为基础，对各个与发射环节相关的信源系统、监控系统、发射机系统、供电系统、环境安防系统、视频监视系统多个环节进行监控，发射流程中任何一环节出现故障，监控设备都会自动监测并切换主备设备、马上报警。

四、网络结构及组网形式

计算机辅助广播电视监控系统依托广电SDH网为核心将每个发射台有机地联系在一起，达到数字视频，数字音频，实时数据等多种媒体数据及时准确地传输，各级各类控制命令安全迅速地下达。由于广电网络是以专网形式运行，不与公网有交互，从发射台的重要性来看网络安全尤为重要。同时广电网络可以为发射台监控系统提供有效的带宽保障。由于多数无线发射台位于高山上，假如光纤暂时无法连通的高山台站，则采用GPRS无线通信的方式作为整个网络系统的补充，它担负着发射台向县、省系统提供监控数据，生活区监控点获取监控数据的任务。

采用以太网技术，以TCP/IP协议做为各类数据流交互的基础。统一采用TCP/IP协议，为以IP为基础的各类业务实现互联互通奠定了基础，通过发射台数字监控管理平台可以将与发射设备有关的自动化监控业务，各类视音频信号的监视、监听业务，甚至可以可以把未来拓展的环境视频监视业务以及台内各项办公业务“一网打尽”。

省中心、县级级监控点及发射台的结构及关系 广播电视监控系统采用三级管理体制，即省中心的统筹管理，县级监控点的具体管理，发射台端的应急处理。发射台监控系统是整个远程监控系统的数据提供以及命令执行环节，台站内所有的监控设备分别与省中心以及县监控点独立建立SOCKET连接，省中心和县级监控点从发射台获得数据，他们之间是相互独立、互不影响的；省中心与县级监控点把BS架构当作监控平台，他们之间的关系又是相互渗透、相互支持的。在省中心服务器出现故障时，其监控平台瘫痪，客户端能够通过网络浏览县级监控点的服务器来监控发射台。同样县级服务器瘫痪时，可以浏览省中心服务器管理管辖发射台。采用CS架构，可以节省带宽省中心、县级监控点与发射台的数据交互。正是由于CS架构请求访问式的工作模式，可人为地控制网络带宽，这也符合节省网络资源的大原则。

五、发射台站自动化监控系统

（一）系统的组成及特点

发射台站自动化监控系统采用分布式工业以太网技术，该技术是源于集散控制理论，所谓集散控制系统（DCS）也称为分布式控制系统，其核心思想是集中管理、分散控制，即管理与控制相分离。上位机用于集中监视管理功能，下位机分散下放到现场的各个设备，实施分布式控制，上、下位机之间，下位机与下位机之间以高速通讯总线相互连接传递信息。因此，这种分布式的控制系统体系有力地克服了直接控制系统对控制器处理能力和可靠性要求高的缺陷。工业以太网，一般来讲是指技术上和商用以太网（即IEEE802.3标准）兼容，但产品设计时时候，能够满足其在工业现场选用的材质、产品的适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性和本质安全等方面的需要。发射台站采用工业以太网技术，符合当今网络世界的主流技术，也符合骨干网对技术的要求，不存在网络融合的问题，分布式的结构化分处理了发射台的各个工作环节，很大程度地回避了系统的风险。

功能比较专一的智能化监控设备组成了发射台监控系统，他们用积木的结构组建监控网络，系统据此可大可小，功能也可以繁杂可以简单，监控设备间既保持独立，又可通过网络相互交换自己的信息。从整个发射台的工作职能上可分为信源自动控制子系统，发射机自动控制子系统，数字监视监听子系统，电力监控子系统，报警子系统，环境安防监控子系统，数字视频监视子系统。

（二）信源自动控制及监视监听

发射台站的每套节目都有两路信号源。以光缆（数字微波）信号为主用，卫星信号为备用。广播电视监控系统为每套节目预留了四路信源输入通道，现在发射台信源主要是光纤（数字微波）、卫星主备两路信号。主通道信源为发射机优先选择信号，智能切换器实时判别主备两路信源的状态。监视监听系统通过分配器来提供信号，而且信源处理系统同时支持远程数字遥控和本地手/自动的切换。

1.调频信源处理

检测是否有信源信号需要两个必须的条件，一是随时判别音频信号的电平值，万一低于设定阈值则条件满足，二是时间条件，在设定的时间内必须保持第一个条件持续满足，那么第二个条件就成立。这时我们认为该通道音频信源丢失，立体声的双声道音频分别检测判断。主路信源没有的话，就会自动切换到备用信源，主路信源一恢复，智能切换器的输出信号将自动切回到主路信源上，同时具有主路信源可任意设定以及断电主路直通的功能。

2.调频信源的本地及远程监听

调频节目监听分为本地监听和远程数字监听两种方式，监听的信号包括每套节目的光纤（数字微波）信号、卫星信号、发射机输入信号、无线解调信号。本地监听是通过选择切换器用音箱监听不同节目不同信源的信号，远端监控系统可以用数字的切换来命令并选择监听的信号。切换器支持远程切换指令，接受命令后输出的信号输入到音频编码器进行音频收集、编序、缩放以音频流的方式传送到远端监控中心的工作站，通过软件解压还原后进行监听。

3.电视信源视音频信号的处理

视频信号的判别是依靠对同步信号的检测以及对RGB信号数字化后的分析判别，一旦检测不到同步信号马上做视频信号丢失处理，RGB量化后的数据通过特定的公式计算出亮度参考值，如低于设定的阈值则认为是图像黑场，进入延时判断，一旦在一段时间持续为黑场的情况则认为视频丢失。

音频信号的判别需要两个必要条件，第一实时判别音频信号的电平值，一旦发现低于设定阈值则此条件满足，第二个为时间条件，也就是说在设定的时间段内第一个条件持续满足，那么第二个条件就成立。当两个条件同时满足时这时我们认为该通道音频信源丢失。

主路信源丢失将自动切换到备用信源上，一旦主路信源恢复智能切换器的输出信号将自动切回到主路信源上，同时具有主路信源可任意设定以及断电主路直通的功能。

4.电视信号本地及远程监视监听

电视节目信号监视监听分为两种形式，本地监视监听、远程数字监视监听，监视监听的信号包括每套节目的光纤（数字微波）信号、卫星信号、发射机输入信号、无线解调信号，本地监视监听用多画面分割器对不同节目、不同信源的画面进行集中监视，通过切换多画面切换器可以随时选择单个画面或多个画面的来进行监视监听。

远程监视监听是将发射台多画面分割器的信号进行数字化处理，然后通过网络传送给远端客户端工作站，用数字解调技术监视视频画面、监听其中的声音。远程监视监听系统中视音频多画面切换器以及视频数字编码服务器就是其核心设备。运用一路MPEG4带宽传送多个视频画面，为了使画面更加清晰，我们采用HALF DI画面分辨率，因此为远端解调画面的拉伸放大奠定了基础。多画面的远程传输为的就是在一个画面内同时监测多个环节的视频画面，远端的监视软件可以根据需要独立显示多个画面中的任一个画面图像，同时播放该画面的伴音。远端的监视软件在显示多画面方式时也可以根据远程选择监听多个画面中任一路的伴音。

（三）电力监控子系统

电力监控主要是通过数字接口对交流稳压器进行采集控制，通过数字接口对智能电表实时采集电压，电流，用电等参数，通过数字接口实时采集监控UPS的参数，采集本系统UPS信息包括停电信息。

（四）报警系统

台内报警分为两种形式，第一种以警铃的形式，一旦有报警信息则警铃鸣叫，第二种为短信报警方式，用户可以预设接收人的手机号码，用户可以设置报警信息的文字内容，一旦有报警信息，报警器将按预设的手机号码顺序逐个发送。（报警的内容包括：发射机故障报警、信源故障报警、停电报警等）。

六、监控客户端系统

监控平台要求能够有效管理并控制多个系统，从而减轻操作人员的劳动。用户只要在客户端进行监控，就可以实现对上百个通道的同时监管。

在客户端能看到多个活动视频、音量数据、图像载波电平、伴音载波电平数据的图形化显示和报警信息。控制主机的监测频道表、监测选项的设置、控制主机监测任务的启动/停止，可以在客户端上进行设置并修改；前端系统的历史记录、故障记录、录像记录并回放录像可以通过远程查询和监管，当前多通道的视音频场强数据也可以远程访问。同一客户端操作平台可以同时控制、监视监听多套广播电视监控系统。客户端操作平台将以网页的形式实现，通过IE浏览器进行登陆，服务器的数据库采用MySQL。

本文系统地讨论了计算机远程实时监控系统在广播电视发射无线发射领域的应用。 从监控系统的结构、系统的组网形式到系统的工作原理和做了具体的阐述，，重要的特点是将计算机技术应用到广播电视监控中从而减轻操作人员的工作强度和减少人为责任事故，降低运行成本，为广播电视的安全优质播出奠定了坚实的基础。由于工作繁忙，时间紧凑，文中还有很多不足之处，还有很多设想中的功能有待去设计，但我认为整体的效果还是显现出来了，初步达到了设计的整体构想。

参考文献：

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[2]缪亮.《Dreamweaver网页制作实用教程》[M]北京： 清华大学出版社，2008.1

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