廣播電視監(jiān)控系統(tǒng)設計與新技術應用

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新一代廣播電視發(fā)射臺自臺監(jiān)控系統(tǒng)，結合當前廣播電視發(fā)射臺模數(shù)過渡期模擬與數(shù)字設備混雜，多類型、多廠家設備共存的現(xiàn)狀，采用了先進的設計理念，應用新型智能多功能數(shù)據(jù)采集器和智能協(xié)議解析監(jiān)控軟件等新技術，通過對發(fā)射臺節(jié)傳設備、發(fā)射設備、環(huán)境及電力設備監(jiān)控的實施，實現(xiàn)了對發(fā)射臺各類運行設備及機房環(huán)境全面直觀地監(jiān)管監(jiān)測，進一步提升了廣播電視發(fā)射臺機房的現(xiàn)代化管理水平。

引言：

隨著發(fā)射臺節(jié)目源及發(fā)射設備的逐步增多，傳統(tǒng)的運維管理方式由于采用人為定時抄表巡機，故障記錄不及時，故障原因查找分析困難。為了保障安全播出，對發(fā)射臺設備實施集中智能化監(jiān)控管理已是必行趨勢。當前，廣播電視發(fā)射臺正處于模數(shù)過渡轉型期，由于各個發(fā)射臺的發(fā)射機類型、廠家各不一樣，通訊協(xié)議也多種多樣，部分老設備甚至沒有通訊接口和協(xié)議，在實施計算機智能化管理過程中造成了很大困難。為解決此類難題，本系統(tǒng)方案從安全播出及全設備監(jiān)管角度考慮，應用新型智能多功能數(shù)據(jù)采集器和智能協(xié)議解析監(jiān)控軟件等新技術，設計部署了包含機房各類節(jié)傳、發(fā)射、電力設備及機房環(huán)境等的全方位監(jiān)控系統(tǒng)，并將設備故障原因自動進行記錄，進而實現(xiàn)設備運行分析、故障分析，達到提前預判故障點，快速分析處理故障，增強了安全播出的可靠性，進一步保障了廣播電視發(fā)射臺的安全播出。

1.自臺監(jiān)控系統(tǒng)設計

1.1總體框架

根據(jù)當前廣播電視發(fā)射機房的現(xiàn)狀與發(fā)展的需求，自臺監(jiān)控系統(tǒng)一般包括信號節(jié)目監(jiān)測和發(fā)射設備及環(huán)境電力監(jiān)控等。節(jié)目監(jiān)控一般由解碼器、節(jié)目調度切換系統(tǒng)和節(jié)目多畫面構成，發(fā)射設備及環(huán)境電力等監(jiān)控由數(shù)據(jù)采集器及機房監(jiān)控系統(tǒng)軟件構成?？傮w構成框圖如圖1所示。

1.2總體功能設計

廣播電視發(fā)射臺自臺監(jiān)控系統(tǒng)主要包括：1、播出信號監(jiān)測系統(tǒng)；2、設備運行監(jiān)控系統(tǒng)；3、電力環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)；4、自動化管理系統(tǒng)；5、大屏顯示系統(tǒng)。工作設備運行監(jiān)控系統(tǒng)，對信號傳輸、發(fā)射設備的狀態(tài)及技術參數(shù)進行監(jiān)控、報警、記錄；電力、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，主要包括對機房的電力供配電設備、環(huán)境溫度、濕度的監(jiān)測以及對煙霧、漏水等狀況的監(jiān)測；播出信號監(jiān)測系統(tǒng)，通過三層監(jiān)測設計對節(jié)目源碼流信號、傳輸切換信號、射頻發(fā)射信號進行監(jiān)測；節(jié)目調度切換管理系統(tǒng)，對多節(jié)目流進行分配、切換等調度管理；自動化管理系統(tǒng)，主要實現(xiàn)監(jiān)控管理、數(shù)據(jù)存儲，監(jiān)聽監(jiān)看調度等功能。大屏多畫面顯示系統(tǒng)作為全臺設備工作狀況和視音頻圖像的顯示系統(tǒng)。

2.運行設備及動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)

2.1系統(tǒng)框圖（圖2）

2.2系統(tǒng)功能設計

2.2.1系統(tǒng)硬件設計（1）先進嵌入式處理器的應用新一代數(shù)據(jù)采集器的設計主要采用了基于ARM構架的多核處理器的主板，集成了12路RS485接口、4路網(wǎng)絡接口以及8路模擬量接口和8路開關量接口，主板為嵌入式多協(xié)議工控主板，采用FreescaleCortexTMA9作為處理器，考慮到高山多雷等因素采用了雙電源熱備份。（2）集成接口電路的設計考慮到不同廠家、不同發(fā)射機接口的不同，硬件數(shù)據(jù)采集器設計了多種接口RS232、RS485、AI/DI模擬數(shù)字量接口、網(wǎng)絡接口等多種形式。（3）無數(shù)據(jù)通訊接口發(fā)射機數(shù)據(jù)采集的設計由于發(fā)射臺站有一些發(fā)射機屬于老舊設備，沒有通訊接口，本系統(tǒng)采用了微型采集器，使用定向耦合器對發(fā)射機的功率進行監(jiān)測采集，對工作電壓、電流、溫度等直接進行A/D轉換進行采集，從而實現(xiàn)了對發(fā)射機新、舊設備的全方位監(jiān)控。（4）防雷及抗電磁干擾的設計新型數(shù)據(jù)采集器在接口電路上使用了防雷設計和防電磁干擾設計，在接口電路上著重采用了防浪涌防雷陶瓷氣體放電管B3D090L-C，用于保護敏感型電子設備，免受中低強度的雷擊感應浪涌和其他電壓瞬變的侵害。（5）環(huán)境、電力監(jiān)控的設計環(huán)境、電力系統(tǒng)也是發(fā)射臺正常運行的基本保障，保證播出安全的重要系統(tǒng)。環(huán)境監(jiān)測主要是對機房及工作環(huán)境溫度、濕度的多點監(jiān)測，并實時記錄，同時對溫度、濕度、煙霧探測、漏水探測等報警信息進行實時探測，發(fā)生故障時進行聲光報警，并進行報警信息記錄。電力監(jiān)測是動環(huán)監(jiān)測重要組成部分，實時記錄市電、配電柜、穩(wěn)壓電源等電力設備的工作值，同時能夠探測各個電力設備的過壓、過流等報警信息，進行聲光報警，同時記錄報警信息。電力監(jiān)測由于發(fā)射臺供配電設備很多都沒有通訊接口，需要進行硬采，在本設計中采用安裝電流互感器及多功能數(shù)字電力表來進行采集通訊。（6）數(shù)據(jù)采集器的設計發(fā)射機是廣播電視發(fā)射臺核心的信號發(fā)射設備，發(fā)射機的安全可靠運行是臺站的核心工作。本設計中主要考慮臺站設備眾多、接口繁雜等因素，有效解決傳統(tǒng)監(jiān)控的施工復雜、使用性差、故障率高等因素，采用了基于ARM構架數(shù)據(jù)采集器及內部嵌入式系統(tǒng)，既兼容了各種接口，同時其多線程處理技術又能保障對多臺發(fā)射機進行實時采集和協(xié)議轉發(fā)處理。系統(tǒng)框圖如圖4所示。

2.2.2系統(tǒng)軟件設計（1）智能協(xié)議解析系統(tǒng)的設計軟件系統(tǒng)建立了以智能協(xié)議解析系統(tǒng)為核心的設計，采用最新的開發(fā)系統(tǒng)RADStudioXE8，可以對不同的廠家協(xié)議建立接口模型、算法模型，用戶建立好模型后自動解析設備數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)方面采用了目前最為流行的MySQL數(shù)據(jù)庫，體積小、安裝簡易、使用靈活等。系統(tǒng)框圖設計如圖5所示。（2）優(yōu)化的3D仿真界面的設計該系統(tǒng)通過核心通信模塊與采集器進行通訊，將得到的數(shù)據(jù)通過核心智能解析系統(tǒng)，進行數(shù)據(jù)解析處理，得到統(tǒng)一的標準數(shù)據(jù)（包括量化數(shù)據(jù)和報警數(shù)據(jù)等），將得到的數(shù)據(jù)根據(jù)系統(tǒng)設置好的的機房信息和設備信息進行進一步處理，輸出到3D顯示多畫面，同時對報警數(shù)據(jù)進行實時聲光報警。MySQL作為數(shù)據(jù)的存儲數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)實時將得到的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，軟件的歷史數(shù)據(jù)進行了分類處理，得到了年、月、日、周、季度等統(tǒng)計報表，方便管理。

3.節(jié)目監(jiān)測系統(tǒng)

3.1系統(tǒng)框圖

3.2系統(tǒng)功能設計

3.2.1大屏多畫面顯示系統(tǒng)設計（1）節(jié)目監(jiān)測軟件系統(tǒng)對發(fā)射臺的信號源、切換系統(tǒng)信號、發(fā)射信號的碼流打包成IP流輸出，通過各個信號的組播地址將碼流解碼到節(jié)目監(jiān)測軟件系統(tǒng)。節(jié)目監(jiān)測軟件系統(tǒng)采用了多畫面自由組合分割模式，可以實現(xiàn)16畫面、24畫面等多種模式。系統(tǒng)除對節(jié)目的畫面顯示外，還可以實現(xiàn)對視音頻信號丟失報警、臺標丟失報警、靜幀報警和硬盤容量不足報警等功能，采用聲音報警方式提醒用戶，并把報警信息紀錄到數(shù)據(jù)庫，用戶可以方便地查詢報警的歷史數(shù)據(jù)。（2）先進LED大屏顯示系統(tǒng)大屏顯示系統(tǒng)由大屏顯示墻、圖像拼接控制器、控制計算機、交換機和控制軟件組成。大屏幕顯示墻由高清液晶屏和LED條屏組成屏幕墻，作為全臺工作狀況和視頻圖像的顯示系統(tǒng)。大屏系統(tǒng)使用了智能多畫面拼接處理器，具有多種不同的畫面分割顯示模式，顯示位置大小數(shù)量可調，各路視頻畫面大小、位置可以任意調整組合。大屏顯示系統(tǒng)分別顯示播出信號監(jiān)測系統(tǒng)、設備運行監(jiān)控系統(tǒng)、電力環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的相關工作軟件控制界面以及各類其他信息，采用圖像拼接控制器和各系統(tǒng)管理終端連接，實現(xiàn)各子系統(tǒng)的畫面顯示和切換。

3.2.2節(jié)目調度系統(tǒng)設計智能多功能信號分配切換器的應用：傳統(tǒng)模式下一般一套節(jié)目采用一臺獨立的切換器，然后再采用一臺獨立的分配器作為節(jié)目管理調度系統(tǒng)使用。但隨著央視及地方數(shù)字電視節(jié)目的覆蓋，節(jié)目越來越多，傳統(tǒng)模式體現(xiàn)出了布線復雜，造價昂貴，管理繁瑣，效率低下等缺點，本系統(tǒng)采用智能多功能切換分配器，是一臺內含多個獨立板卡的多路切換器分配器，支持數(shù)字ASI主備切換卡、視音頻四路切換卡、音頻四路切換卡、視音頻分配卡、音頻分配卡、CDR主備切換卡等多種切換器卡和分配器卡。多路切換器分配器支持主備插拔電源供電，主電源出現(xiàn)故障后，自動切換到備電源供電。多路切換器分配器具有手動和自動兩種切換方式，在自動切換方式下，當?shù)?通道無信號輸入時，設備的主切輸出將自動切換到其他有信號的通道，在第1通道無輸入時，蜂鳴器發(fā)出報警聲提示，從而提高安全播出的預警能力。具有體積小巧（2U機箱），功能多、集成度高等特點。智能多路切換器分配器支持遠程節(jié)目調度軟件，可實現(xiàn)遠程控制切換器的信號切換、狀態(tài)查看、手動自動模式、關閉蜂鳴報警等功能。

4.自動化管理系統(tǒng)

4.1硬件組成

自動化管理系統(tǒng)由交換機、管理服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、存諸服務器、存儲硬盤、監(jiān)聽監(jiān)看調度服務器、客戶端組成，主要實現(xiàn)監(jiān)控管理、數(shù)據(jù)存儲，監(jiān)聽監(jiān)看調度等功能。

4.2監(jiān)控平臺服務系統(tǒng)軟件功能設計

能實現(xiàn)機房設施管理、服務器管理、存儲管理、應用管理等的統(tǒng)一管理。具有監(jiān)控本級管理平臺機房設備故障的能力；能夠實時監(jiān)測顯示各類廣播、電視發(fā)射機的各項運行數(shù)據(jù)參數(shù)；按控制權限的分類，控制發(fā)射機的工作狀態(tài)，開機、關機、升降功率、升降調制度及信號源的切換等控制功能；具備定時自動開關機使能、遙控開關機使能、自動倒機使能功能，用戶可根據(jù)情況選擇相應的功能；具有系統(tǒng)運行日志（發(fā)射機和操作日志），能夠支持每天自動抄表，自動上報發(fā)射機及相關設備運行數(shù)據(jù)，支持手動\自動抄表；具有數(shù)據(jù)查詢及報表統(tǒng)計功能，能自動生成特定的各種報表（日、周、月、季、年播出統(tǒng)計報表、故障統(tǒng)計報表，以及維護、維修、搶修、故障修復統(tǒng)計報表等），此外還預留網(wǎng)絡管理、視頻監(jiān)控管理等多種擴展功能。

5.結束語

廣播電視發(fā)射臺自臺監(jiān)控系統(tǒng)的建設是實現(xiàn)發(fā)射臺安全播出、提高管理效率的重要手段，是發(fā)射臺站技術發(fā)展和進步的必然趨勢。通過應用新一代自臺監(jiān)控系統(tǒng)技術，對于復雜多通道節(jié)目信號源，通過集成調度切換分配技術，對信號進行集中管理調度，終端通過多畫面監(jiān)測主機及LED顯示屏的應用組成多畫面大屏顯示系統(tǒng)，形成了三層信號監(jiān)測體系，包括信號源、切換信號、發(fā)射信號，進而對信號傳輸實施了全面的監(jiān)測。系統(tǒng)選擇支持對不同設備、不同接口協(xié)議的高集成度的數(shù)據(jù)采集器及具有智能協(xié)議解析監(jiān)控管理軟件的設計來實現(xiàn)適應現(xiàn)代廣播電視發(fā)射臺機房管理的實際需求，實現(xiàn)了對發(fā)射臺各類運行設備及機房環(huán)境全面直觀地監(jiān)管監(jiān)測，進一步提升了廣播電視發(fā)射臺機房的現(xiàn)代化管理水平。

作者：韓榮華 單位：山西廣播電視無線管理中心