广播电视发射台节传自动化3D虚拟呈现技术

于洪涛

内蒙古自治区广播电视传输发射中心奈曼734台 内蒙古 通辽市 028300

1 3D 虚拟技术在台站的应用场景

发射台3D 虚拟呈现技术是基于台站自动化系统平台功能的深度拓展，主要服务于台站自动化系统的信号流监测、数据链监测、设备状态监测、故障判断、故障提示、运维保障等。系统主要突出智能监测、立体观察、所见即所得的监测效果，集合了信号切换、音频监测、环境监测、电力监测、发射机监控逻辑、天线倒换、天调状态等立体化、脉络化显示功能，同时汇聚了物联网功能，可有效对设备的运行状态、参数变量进行远程在线式监测、设置与操控，实现监测系统的虚拟可视及沉浸式操控功能，如图1 所示。

2 3D 虚拟技术的建设意义

发射台3D 虚拟呈现技术的使用，使得用户在发射台的日常维护与监测工作中，能够进一步了解业务的核心和重点，安全播出的保障能力得到强化，其在系统指导、业务培训、远程维护、3D 巡检等方面都有着较大改善。

2.1 系统指导

将监测系统进行3D 建模，全部设备设施都可进行数字虚拟化，并将设备的信息叠加到虚拟设备中，方便用户直观地看到信号链路的走向和状态，同时也有利于用户掌握系统的结构和组成单元，快速认识、掌握并接管平台系统。

2.2 业务培训

在技术培训方面，3D 虚拟呈现技术能够更生动直观地提供虚拟培训平台和虚拟操作流程，帮助用户快速掌握设备功能和系统操作方法，提高培训效率。

2.3 远程维护

3D 虚拟呈现技术远程维护协助平台，能够使工作人员通过网络与异地专业技术人员进行在线交流，缩短系统故障的排除时间，为用户提供高效的技术指导，提高运维效率。

2.4 3D 巡检

3D 虚拟技术的应用，可为巡检人员提供更直观的画面，实现巡检的便捷化。同时系统支持巡检记录追溯，规避巡检过程中因违规操作带来的风险，保证巡检工作顺利进行。

3 3D 监测系统的结构和功能

3.1 3D 监测系统的结构

发射台监测系统的3D 虚拟技术以倾斜摄影技术和人工测绘技术等三维空间数据采集为核心，以台站核心业务网络为框架，目的是为台站的安全播出保障工作服务。3D 监测系统涵盖了设备高精仿真还原、信号立体画面显示、数据统筹归纳、故障智能判断、设备智慧管理、配套设施辅助等功能，使值班人员可以实现沉浸于模拟空间的监测方式。

其系统结构如图2 所示。

在3D 监测系统中，台站所有业务活动、业务流程、空间结构、设备布局、系统逻辑全部可由3D 界面直观表现，将系统的多层维度进行展现。构成3D 监测系统的关键点在于搭建数据的孪生功能，即需将受测设备的真实情况与其数字仿真体之间进行精确映射，如图3 所示。各受测设备的数据采集需要通过不同功能的传感器、采集器、控制器等布置于系统受测设备的前端，保证原始数据的真实性和即时性，确保3D 系统中仿真模型与实体间的数据孪生并切实有效。

图3 硬件监控结构图

此外，由于3D 监测系统中的仿真设备与真实设备之间进行了数据孪生映射，因此也为3D 软件巡检功能的实现创造了条件。当需要对整体设备巡检时，通过软件的3D 建模，值班人员可以采用沉浸式巡机模式对设备进行逐一巡检和系统排查，某种程度上可以分担值班员的巡机工作，具有巡检直观、链路清晰的特点。如遇到设备故障或发生异常状态，可通过3D 软件进行仿真化定位和故障排查，激活实时警报，提醒用户或值班人员进行设备故障处理。

3.2 3D 监测系统与子系统的映射结构

实现监测系统的3D 化，需要不同功能、稳定可靠的前端设备和强大数据处理单元作为技术支撑。通常在整套的3D 监测系统中，硬件构造方面需要由信号监测系统、数据采集系统、环境动力等多个分系统支持，软件方面需要有处理能力强大的数据管理平台，两者相互依存，共同作用才能实现3D系统中映射的全状态功能。

3.2.1 硬件系统的可视化

物理层面上，机房3D 虚拟现实的呈现采用立体“沙盘化”仿真设计，对台站真实结构进行数字化处理，可对应机房真实的设备、机柜等情况，并纳入到平台中，使机房的建造结构，设备布局与台站的真实场景完全一致。在此系统结构下，设备、机柜、摄像头、每个温湿度传感器等，都会呈现真实的数据链路关系，将设备的数据信息衍射到显示前端，借助清晰直观的虚拟图像实时监控台站设备的运行状态。当系统出现问题或故障时，可以快速确定问题发生位置。

3.2.2 软件系统功能

软件系统的数字化包含台内节传发射设备及电力设备的厂家、型号、配置、维修、检修、机房分布、机柜位置、工作原理图、设备线路图等信息，具体监测内容包括发射机的功率、驻波比等诸多指标、同轴开关的状态、电力设备数据、UPS 等台站核心设备的数字信息。

（1）监测功能：可以通过系统观看节传系统中的信源与解调等音频信号显示、发射机发射功率、反射功率、报警信息、室内温度、室内湿度、机房烟感状态、水浸状态等监测信息，由于设备的参数信息与仿真对象进行了设备关联，可以确保监测的立体化、直观性和监测效果。

（2）控制功能：对节传系统中的切换管理器、发射机、天线倒换闸等关键设备可实现动作动态可视化分步处理，比如信源信号切换、发射机开关机、主备发射机倒机、天线遥控倒换等动作，均可依靠可视化动画处理来实现，用户可通过控制提示或工作手册执行，同时便于值班员加深其动作的逻辑与背后知识的了解。

（3）报警及故障处理：当平台监测到故障时，可根据故障的严重程度进行不同级别的报警，报警方式包括文字提示、弹窗报警、声光报警。此外，根据系统数据专家库的成熟度，系统还可提供相应的处置预案建议，处置建议由台站监测系统经过长期运行得到的经验总结。当故障产生时，值班人员可根据处置建议进行比对，并根据建议准确地解决问题。

（4）安全性强化：在系统安全性方面，平台建立了可靠的权限管理认证门户，对于访问者（用户）的确定采用严谨的加密认证，保证系统的安全，防止非法用户擅自访问和入侵监测系统。同时，系统的管理权限也采用权限发放的形式，最高权限账号具有访问、管理、监测的功能。低权限的账号仅赋予访问功能，无法获取操作管理权限，进一步保证了系统的安全性。

（5）数据与知识库管理：3D 软件系统具有强大的数据管理与分析能力，交互界面可以通过数据曲线、音频柱图、百分比饼图等多种形式，对正常数据和报警信息进行形象化展示。同时，系统会对存储于数据库中的各类监测数据进行统一化数据处理，引入搜索引擎功能，为用户提供综合性的数据搜索服务，实现真正意义上的全平台信息汇聚与分享，并增加专家库功能。

3.3 系统综合特点

3.3.1 实现机房与设备的可视化

3D 可视化管理功能采用虚拟仿真技术，实现机房的可视化浏览和智能化虚拟仿真，包括台站建筑和机房设备设施。系统根据楼层的实际建筑结构完成3D 建模，真实展示各机房的信息和设备摆放情况，通过动画式路径进入各个机房进行浏览查看，并浏览设备的详细信息。

3.3.2 实现资产管理的可视化

3D 可视化管理软件采用管理数据与ERP 软件联锁技术手段实现对台站的资产与配置信息的可视化管理，能够与多种IT 资产配置管理数据库集成，也可将ERP 或资产管理表直接导入，以可视化饼图方式进行浏览和管理，提升资产管理数据的真实性和管理效率。

3.3.3 实现设备管理的归一化

3D 可视化管理软件以设备的原始数据为监测对象，通过其数据接口实现设备监测管理的一致性，具有设备接入系统门槛低的特点，任何采用公共协议的设备都可接入3D 监测管理系统，根据用户需求任意调整，扩展性极强。

结语

发射台3D 虚拟监测技术广泛采用数据孪生技术，通过沉浸式台站监测方式，给台站的日常监测和安全播出工作带来了全新的监测视角和应用体验，其在原有的台站自动化监测平台的基础上不仅对传统的监测方式进行了继承，同时解决了信号与数据同平台监测问题，对台站业务水平的提高具有显著的推动作用。