广西广播电视发射台远程监控系统的设计

2011-06-25黄斌全

电视技术 2011年22期

聂雄，黄斌全

(1.广西大学计算机与电子信息学院，广西南宁 530004;2.广西广播电视学校，广西南宁 530031)

0 引言

随着我国广电事业的发展，广电发射设备和网络规模越来越大，机房值班工作量和设备的维护难度也相应增加。为适应形势的需要，近年来各地广电部门都在加快建设远程监控系统［1－2］，通常采用 RS－232 或 RS－485 方式实现台内设备互联，这种通信方式结构简单，但很容易受到台内发射机大功率发射机信号的干扰，从而影响系统的稳定性和安全性。笔者提出采用以太网结构实现设备互联，并研发了一系列具有以太网接口的前端信号处理设备。以太网的TCP/IP协议具有多重的校验机制和错误自动重发机制，可以保证通信的可靠性和安全性。广西作为试点省份之一，于2006年5月启动了广西广播电视远程监控系统项目建设，历经2年的研究与开发，2008年在河池、梧州、防城、隆安等地完成了5个无线发射台站远程监控系统的联网试运行，效果良好。2009年开始进行监控设备批量生产和软件完善工作，并在广西全区各广播电视无线发射台站推广应用。

1 系统的设计目标

系统的设计目标主要有以下方面:

1)通过智能化、数字化、网络化的管理，最大程度地降低人为因素影响，提高发射机工作的可靠性、数据处理的准确性和事故处理的时效性。

2)以计算机管理系统为核心，通过自动化控制技术、信息数字化技术、网络传输技术等信息工程技术的应用，实现对各发射机及其配套设备的运行状况以及发射台的环境、安全等进行远程异地实时监测、监控，能够及时记录、查询和自动快速报警。

3)省中心通过以发射台为核心的综合业务管理网，实现对各发射台的工作状况监控、安全环境监测、实时报警显示、数据处理自动化和其他功能。

4)发射台通过以计算机监控系统为核心的监控管理网，实现对发射机工作状况的实时监控、故障事故的及时处理、设备开关机、倒备机的自动管理、安全环境监测、数据处理自动化和其他功能。

5)通过远程网络监控技术，实现发射台“无人值班，有人值守”和监控中心“运筹帷幄，远程管理”的工作目标。通过数据的实时传输和汇总，实现对直属发射台的综合量化考核。

2 系统结构

本系统由技术中心、各分中心和台站这3个层次构成，如图1所示。远程监控系统在台站端以无人职守为目标设计，实现台站自动化，并在省中心第一级平台、分中心第二级平台、台站端第三级平台等任意平台能够显示和操控所管辖台站的设备。在任何能够连接互连网的地方都能通过相应权限显示和查询对应台站的运行情况。对不通光纤的台站通过CDMA无线路由或ADSL宽带用互联网方式进行监控。对发射台站发射的音频三大指标进行远程自动测试和上报。真正实现全区所有无线发射台站进行网络化管理，实时监控发射台站各种运行状态，定时测试发射效果。整个监控平台依托广西广电的SDH网络，以分布式工业以太网为系统的数据总线，全网采用以太网技术，以TCP/IP协议作为各类数据流交互的基础。对全网各类监控设备统一进行IP地址规划，方便进行维护和远程管理。

图1 系统拓扑结构

在图1中，台站系统主要完成台内信号源子系统、发射机子系统、电力子系统等台内设备的监控和管理，各子系统有独立的智能化主控软件运行于台站的主控设备上，在没有外部控制及台站外部网络通信有故障的情况下可自我监控、自我管理，提高了系统的可靠性和稳定性。系统采用模块化设计，各模块可自独立运行也可以相互通信，可以根据实际情况对系统进行添加删减功能、维护方便、系统扩展十分容易。同时，台站内的监控设备以自主开发的产品为主，这些产品直接根据远程监控系统的需要有针对性地进行开发，均具有智能化、网络化和可远程遥控等特点。目前已经完成开发正在使用的设备有音频智能切换处理器、视频智能切换处理器、多路音频视频功率报警控制器［3］、多路信号采集控制器、多路调频调幅调谐报警器、多路电视调谐报警器、嵌入式主控器等。

各分中心主通过以太网来实现和本地区内各台站主控的连接，由监控终端、数据服务器和电话语音查询系统等组成。分中心和台站主控之间基于C/S结构，数据通信和控制是点对点进行的，不经过服务器，服务器在这里的功能是保存数据，客户端需要运行专用软件，采用TCP/IP协议，且没有通过服务器中转，时实性好。各分中心用户登录到监控终端软件界面后，在具备相应管理权限时，可以切换到各台站工作界面，然后对下属台站进行远程监控管理。

技术中心是面向全区的集总管理平台，由监控终端、数据库服务器、Web服务器和电话语音查询系统等组成。功能上与各分中心类似，可以对全区内所有台站进行实现远程监控。另外，还具有Web服务功能，可以通过Internet远程查询系统的运行状态，考虑安全播出需要，Web服务器只能查询一些主要的状态数据，而不开放对台站设备的控制功能。

系统采用分散采集数据和统一管理方式。采用分散和统一、远程辅助管理监控的工作模式，监控方式灵活，不论是技术中心、各分中心，还是台站内只要连接上网络且安装相应的客户端软件就可以实现监控。网络系统中增加了防火墙、IP过滤、端口过滤等多种形式的防止攻击措施。系统管理采用用户帐号及管理密码登陆，用户有不同的等级权限，不同的权限有相应的操作限制，防止误操作。

3 系统功能

系统的功能由以下4个部分构成:

1)实现台站端各系统的自我管理

采用人性化的发射机系统的主备机自动倒换和自动开关机机制，实现发射机N+1系统的多次自动倒换;信号源系统的信号具有自动切换，还可扩展到错播、插播的自动识别;电力系统外电与油机的自动倒换;环境系统对偷盗、烟火等异常情况的自动报警与联动摄像记录;智能化的数据传送方式。台站与外部的光缆中断时，不会影响台站各系统的运行，其各种参数仍保存在台站端，光缆恢复通信后，数据会自动传回分中心和省中心，保证系统数据的完整性。

2)实现功能强大的各种远程控制功能

省中心和分中心可以实时遥控发射机的开关机、主备机倒换;实时遥控信号源的切换、调制度的调整及各种设置项的设置;遥控机房空调、照明的开关及环境系统的各项设置;遥控柴油发电机组的开关，并对台站电力系统的参数实时监测;实时浏览各台发射机的内部参数，实时监控各类发射机(中波、电视、调频)的播出效果。即远程监控台内信号源和发射的音视频，并可循环监听、监视各种信号;远程遥控调谐和设置台站端的多路调频、调幅、电视调谐器，使监听、监视更加方便灵活;实时浏览台站的环境视频情况和环境温湿度、明火、烟雾、浸水、红外等参数;也可回放视频录像;可对台站端的网络设备进行远程复位和软件升级。

3)多级完善的报警功能

台站各子系统监测到故障或异常，系统根据事故级别迅速反馈到相应地点和人员(台站端、分中心端、省中心端人员)。报警方式分为3种形式:短信报警，通过GSM短信模块向预设的手机号码发送报警信息;电话语音报警，通过拨打预设的手机或座机号码进行语音报警;界面报警，用客户端监控时，界面自动跳到相应的子系统，并加上语音、文字报警信息。

4)完善的数据管理统计功能

省中心和分中心可以统计所辖区域内发射机的工作情况参数，以报表形式存储，存储容量大于3年。省中心和分中心可以查询浏览台站端已发射的音视频和台内环境报警的场地视频，音视频存储容量为1个月。自动生成播出情况的日、月、季、年形式的报表，统计台站短信息量、油机耗油量、台站用电量等有关信息。

4 发射台站系统

发射台站系统处在监控系统的最前端，是系统中最为重要的一个组成部分，只有其具有足够的可靠性和安全性，才能保证无线台站系统的正常运转和播出安全。发射台站系统由信号源系统、发射机系统、电力系统、环境安防系统、报警系统和监控终端等部分组成，如图2所示，各部分通过以太网交换机实现互联。各子系统具有独立运行的主控程序，根据成本要求可以同时运行于一台主控机或分别运行在独立的主控机。

1)信号源系统由音视频智能切换器处理器、音频智能切换器处理器、音视频网络服务器等硬件设备构成。其主要功能有:实现信号有无的自动切换、监测节目信号严重失真、错播［4］等故障;实现远程调制度的调整;实现远程切换操作和工作状态的远程设置;实现远程监听、监视各路信号源和发射信号;对发射的节目信号录音、录像，并可回放;上报告警信息等。

2)发射机系统的监控由信号采集控制器、功率检波器等部分构成。发射机系统可根据不同台站要求按不同结构进行配置，其结构模式有调频N+1系统、电视1+1系统、中波1+1系统等不同类型。受篇幅限制，本文仅给出调频发射机N+1系统的结构图(见图3)。

全区台站的发射机情况是已经完成固态化改造，但机型多，仍有一部分机器没有提供通信协议，或部分通信不可靠。在系统设计时，本着保证可靠性、功能达到要求、易于扩展和适用不同机型和不同规模的台站的基础上，尽可能降低系统建设成本。根据不同的台站采用相适应的方式。分为以下几种方式:

功率等级在1 kW以上的调频N+1系统，此类型的台站主要分布在技术中心管辖的10个高山台和南宁236台、104台，少部分分布在89个无线覆盖点，总共约70部发射机。此类型的发射机已经固态化改造多年，发射机协议有的没有提供，机型差异较大，功率等级较高，广播覆盖面大，要求可靠性较高。调频N+1发射机监控系统的结构如图4所示，对此类型的台站除了用发射机本身的协议监控外，必须每部发射机增加1块采集控制板，当与发射机的通信出现故障或发射机本身的主控器故障而无法开机时(根据多年的值班经验)，采集控制器起到强制开机和倒换天线作用，实现三重安全控制(本机通信故障时，采集控制器按发射机开机键，通过发射机主控器开机;发射机主控器故障时，采集控制器代替主控器强制控制开风机、功放、激励等)。

(1)功率等级在1 kW以下的调频N+1系统，此类型的台站主要分布在89个无线覆盖点。总共约90部发射机，采用独立天线系统，因此不用考虑切换天线，但要考虑功率互锁。此类型的发射机提供完整的通信协议，机型少，功率等级低，故障率较低，广播覆盖面小，但此台站一般为无人职守，且交通不便，一旦出故障，则停播时间较长，所以设计要求可靠性也较高。除了用发射机本身的协议监控外，须增加1块采集控制板，用于当与发射机的通信出现故障而无法开机时，采集控制器强制开关机，实现二重安全控制。

(2)电视1+1系统，全区目前具有备份电视发射机的台站较少，约有112部，但在设计上必须兼容有无备机情况，同样采用三重安全控制方式。主控软件采用一套节目对应一个独立程序方式。这样既可靠又易于扩展。

(3)中波1+1系统，全区主要有两种中波机型，即明珠和正泰。正泰机有160多部，此机型只能从串口读取参数，不能控制开关机，所以须加采集控制板。

3)电力系统的监控由电压电流传感器、信号采集控制器、嵌入式主控器等部分构成。主要功能是实时监测发电机组、稳压器和配电柜等的运行情况，在外电不正常时，能及时启动各用的柴油发电机进行供电。对于具备有通信接口的发电机、配电柜、稳压器等，可以直接变换成以太网接口，通过电力主控获得数据。对于没有通信接口的电力设备采用外加采集控制器和传感器的方式，最少需要的采集点有外电三相电压电流、配电柜总输出三相电压电流、ATS开关状态。一般还要求远程设置包括外电、发电机、配电柜各参数监测的门限和是否启动该项监测，设置告警延时时间等各种灵活的设置项。

4)环境安防系统由温湿度传感器、烟雾传感器、明火传感器、浸水传感器、红外传感器、门禁报警器、视频摄像头、视频服务器等部分构成。图4为发射台环境安防系统的结构。其工作过程为数据采集控制器负责采集各传感器输出信号，处理后发送给环境主控机，环境主控机将各传感器状态与预先设定的门限参数进行比较后，产生报警信息，并存储在报警信息数据库中，提供给各级监控平台查询。网络视频服务器则对来自摄像头的视频信号进行压缩和存储，以广播的方式向网络传送实时数据视频内容，提供给远程监控终端查看。

图4 发射台环境安防系统的结构图

5)报警系统。台站各子系统监测到故障或异常，系统根据事故级别迅速反馈到相应地点和人员(台站端、分中心端、省中心端人员)。报警方式分为短信报警、电话语音报警和监控软件界面报警3种方式。报警信息分级分类处理，将紧急故障如信号源中断、发射机停播、停电、发生烟火、安防检测到非法入侵等设为红色告警;将暂时为形成严重事故，但接近或存在隐患的情况如各种参数接近设定门限、各台设备及网络通信链路的通信故障等设为橙色告警。系统将对不同级别的告警进行人性化处理，如采用声光报警等。