电视发射系统远程监控设计与实现

冯利珊

（贵州省广播电视局八四一台，贵州 遵义 563000）

0 引 言

随着科技的不断发展，电视发射系统的规模和复杂性不断增加，传统的监控方式已难以满足现代运维管理的需求。为确保电视发射系统的稳定运行，需要具备实时监测、故障诊断、远程控制等功能。因此，急需设计并实现一个功能强大、性能稳定的远程监控系统。

远程监控技术是一种利用现代通信技术实现对远端设备或系统的实时监测与控制的技术，涉及计算机技术、网络通信、图像处理以及自动控制等，广泛应用于工业自动化、安全监控、环境监测等领域[1]。在远程监控系统中，通常通过各种传感器和执行器收集设备或系统的运行数据，然后通过网络将这些数据传输至远程监控中心。在监控中心，系统对接收的数据进行分析、处理，并通过显示界面将结果呈现给管理员。当设备或系统出现异常时，系统能够触发报警机制，及时通知管理员进行处理。

本研究的目的是设计并实现一种电视发射系统的远程监控方案，解决传统控制方式存在的问题。通过远程控制，操作人员即使在远离发射现场的地方，也可对系统进行监控和管理，提高工作效率，降低操作风险。此外，远程控制还可实现对多个发射站点的集中管理，提高系统的整体运营水平。本研究的意义在于为电视发射系统的智能化发展提供技术支持，推动广播电视行业的现代化进程。

1 电视发射系统概述

电视发射系统是广播电视传输系统的重要组成部分，其主要功能是将已调制好的电视信号转换成适合传输的信号，并通过天线发射出去[2]。电视发射系统主要由发射机、天馈系统、冷却系统以及供配电系统构成。

第一，发射机。发射机是电视发射系统的核心组成部分，主要负责将已调制好的电视信号转换成射频信号。根据不同的传输标准和频段，发射机可分为甚高频发射机和超高频发射机[3]。第二，天馈系统。天馈系统由天线和馈线组成，负责将发射机产生的射频信号转换成电磁波，并通过天线向空中发射。天馈系统的性能直接影响着信号的覆盖范围和信号质量。第三，冷却系统。为确保发射机正常运行，延长其使用寿命，需要适当冷却发射机。常见的冷却方式有风冷和液冷。第四，供配电系统。为保证电视发射系统的正常运行，需要稳定的供配电系统为其提供电力支持。供配电系统通常包括发电机、不间断电源（Uninterruptable Power Supply，UPS）等。

电视台或广播电台的节目信号在经过调制处理后，会被送入发射机。在发射机内，信号经过一系列的放大和激励处理后，转换成射频信号。随后，天馈系统会将射频信号转换成电磁波，并向外辐射。通过调整天线的方向和发射功率，可以控制信号的覆盖范围和质量[4]。

2 现有监控技术的局限性和挑战

随着技术的发展和业务需求的变化，现有的监控技术面临着一些局限性和挑战。

第一，数据准确性和可靠性。监控系统的数据可能受到多种因素的影响，如传感器误差、信号干扰等，导致数据的准确性和可靠性存在一定的不确定性。第二，数据处理与分析能力。随着监控系统产生的数据量不断增加，如何高效地处理和分析这些数据成为一个挑战。为从大量数据中提取有价值的信息，监控技术需要具备强大的计算能力和数据分析算法。第三，隐私和安全问题。监控技术涉及个人隐私和敏感信息，需要确保这些信息的安全，防止数据泄露或非法使用。第四，复杂环境下的监控。在一些复杂的环境中，如恶劣天气、光照条件不佳或电磁干扰严重的场景，监控技术可能会受到限制，影响其使用效果和可靠性。第五，成本和可扩展性。高质量的监控系统通常需要投入较高的成本，特别是在大规模部署时，如何实现系统的可扩展性和成本效益成为一大挑战。第六，人为因素和误判。监控系统的结果可能受人为因素的影响，如操作员疲劳操作、误判等，导致存在错误的决策或行动。第七，技术更新和维护。随着技术的不断发展，需要及时更新和维护监控系统，以适应新的发展需求和挑战

3 远程监控系统的需求分析

3.1 功能性需求

功能性需求指电视发射系统远程监控系统必须具备的功能，包括数据采集、实时监测、报警功能以及远程控制等[5]。

第一，数据采集功能。系统需要实时收集电视发射系统的运行数据，如发射机的信号强度、温度、电压等参数。第二，实时监测。系统需要实时监测电视发射系统的运行状态，及时发现异常情况，并采取相应的处理措施。第三，报警功能。当系统监测到异常情况或故障问题时，要触发相应的报警机制，及时通知管理员进行处理。第四，远程控制。管理员可以通过远程控制功能对电视发射系统进行远程操作和控制，如调整发射机的参数、开关机状态等。

3.2 非功能性需求

非功能性需求指电视发射系统远程监控系统的质量属性需求,如系统性能、可扩展性、安全性以及可用性等。

第一，系统性能。系统需要具备高效的数据处理能力，能够快速完成数据采集、分析及存储等功能[6]。同时，系统需要具有较短的响应时间，确保用户操作的及时性和准确性。第二，可扩展性。随着业务的发展和技术进步，系统需要具备良好的可扩展性，以适应系统规模和功能变化。第三，安全性。系统需要采取必要的安全措施，确保数据的安全性和隐私保护。同时，应具备防范恶意攻击和防止非法访问的能力。第四，可用性。系统应具备良好的用户界面和操作体验，方便管理员进行操作和监控[7]。此外，系统应具备运行稳定性和可靠性，确保能够实现长时间无故障运行。

3.3 维护性需求

维护性需求指监控系统支持在线更新和故障排查功能，便于及时修复漏洞、优化功能，帮助用户快速定位并解决故障问题。同时，供应商应提供完善的技术支持服务，确保用户在使用监控系统的过程中能够得到及时有效的帮助。

4 远程监控系统的设计与实现

4.1 系统架构

文章设计的电视发射系统远程监控系统采用分层分布式架构，每个层次都具有特定的功能和职责。该架构能够降低系统的复杂度，提高可维护性和可扩展性。

文章设计的电视发射系统远程监控系统包括表示层、业务逻辑层、数据访问层以及通信层4个层次[8]。其中，表示层负责与用户进行交互，展示数据和提供用户输入；业务逻辑层负责处理核心业务逻辑，如数据采集、分析和报警处理等；数据访问层负责与数据库进行交互，实现数据的读取、写入和存储等操作；通信层主要负责与其他设备或系统进行通信，如与传感器、发射机等进行数据传输。

分层分布式架构能够提供清晰的系统结构，降低各模块之间的耦合度，便于进行系统维护和扩展。此外，该架构可以更好地支持跨平台和分布式部署，从而有效提高系统的灵活性和可扩展性。

4.2 数据采集与传输

数据采集与传输是远程监控系统中的关键环节，涉及传感器的选择、数据格式和通信协议等内容。首先，传感器选择。根据实际需求选择合适的传感器，如温度传感器、湿度传感器、电压传感器等。传感器应具备精度高、稳定性好、易于安装和维护等特点。其次，确定数据格式。选择合适的数据格式来存储和传输数据。常见的数据格式包括逗号分隔值（Comma-Separated Values，CSV）、JS 对象简谱（JavaScript Object Notation，JSON）、可扩展标记语言（EXtensible Markup Language，XML）等，需要根据实际需求和数据量大小进行选择。最后，选择通信协议。选用合适的通信协议，确保系统内部、系统与其他设备之间能够顺利进行通信。常见的通信协议包括Modbus、控制器局域网总线（Controller Area Network，CAN）、RS-485 总线等，需要根据实际通信需求和设备兼容性进行选择[9]。

4.3 监控中心

监控中心是远程监控系统的核心组成部分，负责数据的处理、存储和展示。

第一，数据处理。在监控中心，需要对各传感器采集的数据进行预处理和分析，以提取有用的信息。数据处理应具备实时性，能够快速处理大量数据。第二，数据存储。选择合适的数据存储方案，如关系型数据库或NoSQL数据库等。同时，数据库应具备高性能、可扩展性和可靠性等特点，能够存储大量的历史数据，并提供快速的数据检索功能。第三，数据展示。通过直观的图表、曲线和仪表板等方式将处理后的数据展示给用户，展示界面应具备良好的交互性，能够提供灵活的数据展示方式，以满足不同用户的需求。

4.4 报警与控制机制

报警与控制机制是远程监控系统中不可或缺的一部分，以及时发现异常情况并采取相应的控制措施。第一，报警阈值设定。根据实际通信需求设定合理的报警阈值，当监测数据超过阈值时触发报警。同时，根据设备的运行状态和环境因素不定时调整报警阈值。第二，触发机制。当监控系统监测到异常情况时，系统能够快速触发报警并通知管理员。此外，触发机制应具备可靠性和及时性，确保管理员能够及时收到报警信息并进行处理[10]。

5 系统实现与测试

5.1 系统集成

发射机监控模块采用集中管理、分散控制的模式。发射机采集器直连发射机，可脱离台站管理系统独立工作，且具备发射机状态存储功能，可以对发射机内部交直流电源、控制电路、放大电路、冷却系统、主备机状态以及入射反射功率进行监控和异态告警。发射机监控模块能够监测发射机的控制模式与故障状态，按每周播出时间表定时自动或随时手动开关机（手动优先）。同时，系统具备遥控升降功率、故障复位功能。例如，针对发射机的各项参数越界、控制指令执行失败、非预期开停机告警以及数据和网络中断等情况，可以发出告警，自动记录监测参数和告警数据。发射机监控系统流程如图1所示。

图1 发射机监控系统流程

5.2 系统性能测试

发射机监控系统能够对发射机内部交直流电源、控制电路、放大电路以及冷却系统的各项参数进行采样监测和异态告警，并按照各模块逻辑结构开发界面，直观显示发射机内部各系统的运行状态和参数。通过模拟发射机出现故障的场景，测试发射机监控系统。当故障信号到达倒备机时，天线控制模块会自动启动，并自主实现主备倒换。同时，模拟遥控升降功率、故障复位操作，并通过手动遥控实现发射机高、中、低功率开机操作等测试。监控系统各性能状态测试结果如图2 所示，各项测试结果都满足国家广播电影电视总局出台的《广播电视安全播出管理规定》（广电总局令第62 号）要求。

图2 监控系统各性能状态测试结果

6 结 论

本研究旨在解决传统监控方式存在的问题，为电视发射系统的智能化发展提供技术支持。通过介绍电视发射系统的构成和工作原理，指出现有监控技术的局限性和挑战。同时，分析远程监控系统的需求，包括功能性需求和非功能性需求，提出了远程监控系统的设计与实现方案。文章设计的系统具有实用性和有效性，为电视发射系统的智能化发展提供了技术支持。