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摘要：天馈线是广播发射机安全播音的重要环节之一，该文以中波发射机天馈线为例，探讨天馈线传统维护工作中的不足，提出用先进设备和软件分析的方法实现远程、实时监控天馈线系统的运行状况，既能大大减少人工巡检维护的工作量，又能提高可靠性和有效性，并能及时发现异态或故障点进行快速处理，确保不间断高质量的安全播音。
关键词：天馈线；自动巡检；异态；故障；报警
中图分类号： TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）13-0069-03
广播发射台中波天线的天线场区大多离机房较远，少则几百米，多则上千米。由于天馈线传输线路长，所以高频节点接头繁多，而且调配室调配元件也较多，其中真空电容、交换开关是故障多发隐患点。其中任何一个环节发生异常都会导致停播，而查找、确定故障点的时间较长，更换元器件困难，极易造成大停播。确保安全播出是电台的生命线，要求日常的维护工作以预防为主，提前发现异态及时解决，发生故障时能快速处理。天馈线系统长期在大功率、高电压下工作，即使是优良的器件也会出现不可预期的问题而导致事故，绝大部分事故的原因就是器件老化、接触不良产生的，其主要表现为：在故障发生前数小时出现吱火、温度升高等现象。因此，如果能准确的在事故之前得知天馈线系统各设备的温度分布和变化情况，也就掌控了天馈线线路、调配网络的运行状况，根据运行状态的变化，做到异态和故障的预知预判，并且能快速找到异态或故障点进行及时处理，也就能确保不间断高质量的安全播音。
1 天馈线自动巡检的必要性
目前，广播发射台天馈线的维护以人工巡检为主，天线组每天目检巡视方式次数有限，不能保障第一时间发现安全隐患，及时做好预防措施和应急处理。另外，人工巡检受人员的生理、心理素质、责任心、外部工作环境、工作经验、技能技术水平的影响较大，存在漏巡，缺陷漏发现的可能性。且对于设备内部的缺陷，通过简单的巡视是难以发现的，比如设备、线路特殊部位发热、绝缘不合格等缺陷。巡视人员巡视设备时需要站在离设备较近的地方，对巡视人员的人身安全也有一定的威胁，特别是在异常现象查看、恶劣天气特巡，事故原因查找时危险性更大。综上所述，天馈线系统的人工巡检存在及时性、可靠性差，花费人工较多，存在较大的巡视过程风险，巡视效率低下。而且天线场区的天线、调配室远离机房和办公区，防火、防盗、防破坏等隐患也是不容忽视的安全播出隐患。
红外热像诊断技术是对设备表面辐射的红外光像进行非接触、远距离热成像检测，不受电场干扰，因此具有直观、准确、灵敏度高、快速、安全、应用范围广等特点，能从根本上改变人工巡检运行设备的故障隐患诊断方式。红外热像仪结合计算机网络技术可以大大减少发射传输线路运行时的故障和人员在危险作业区作业的风险性，可大大减少人员检修的劳动力支持，提高巡检可靠性与有效性，对保障安全播出有重要意义。
2 系统分析
在中波天线场区，通过安装红外热像监视或视频红外双模式监控测温，配合中心计算机和监控图像处理软件系统，建立天馈线系统自动巡检管理平台，将天馈设备运行的状态信息、视频图像信息、测温信息进行整合和集成，实现天馈线系统巡检工作的可视化、智能化，从而达到及早发现问题、取代人工巡检的目的。实现线路和调配室现场设备远程可视化，能按照事先设定的巡视顺序，值班人员在监视中心可查看各摄像头自动旋转巡检的信息，具备自动和手动巡视功能，夜间巡视自动开启照明灯。可依次查看各监测点的图像和温度数据。利用视频和红外测温系统开展巡查，查看设备是否存在放电、发热现象，具备超标数据的自动报警功能。
2.1 系统设计分析
1）系统可靠性：选择硬件均为先进、成熟、可靠产品，且能在强电磁环境下稳定运行。
2）系统先进性：采用目前最先进的软硬件组合，使系统兼容性、升级、扩展更容易，并采取模块结构，维护简单化。
3）系统实时性：信号实时上传，真正做到实时性。
4）可扩容性：可根据需要方便地进行网络逐级汇接，增减前端设备等。
2.2 系统需求分析
1）自动预警：发现目标温度异常自动报警，提示人员具体位置状况信息，以便马上排除故障。
2）准确化：尽可能达到最高的精度要求和最好的成像效果。通过软件开发实现热成像良好的可视化应用界面，并保证测量结果数据可信。
3）高速化：系统组成应用现在先进的计算机控制技术集中控制，探测器系统与计算机系统之间传输信息的传输率要求高；保证自动化状态下，减少巡检时间，提高巡检效率。
4）数据保存和查询：对监测视频数据保存1个月， 对报警数据前后时段视频永久保存，对温度监测数据永久保存。
5）自动报表：系统应具备定期报表（按预置行程），及发现过热故障的应急报表功能。
3 系统网络结构设计
针对天馈线线路较长并且在室外的特点，本方案采用多监控点接力的方式覆盖整条线路。前端监控点云台按预置位进行不间断扫描，红外、CCD传感器实时获取线路场景视频、温度信息，并回传至后端监控室。各监控点预设IP地址，后端监控软件通过IP地址区分监控区段、访问前端监控设备。
室外监控点采用双路视频监控，红外、CCD视频实时回传；在线测温，温度信息实时回传；按预置位不间断扫描；
室内监控点采用单路视频监控，红外视频实时回传；在线测温，温度信息实时回传；
室外线路根据实际长度布设若干个双视监控点位，覆盖所有馈线路由。每个调配室室内布设1～2个红外监控点位，覆盖所有调配室内原件。
3.1 图像采集前端
1）调配室红外热像监测：主调室设置2台固定方位的红外热像监测点， 分调室分别设置1 台固定方位的红外热像监测点，主要监测对象是真空电容、交换开关，电感线圈。 2）天馈线线路监测：天馈线路由监测，建设3个固定方位的红外热像加视频双枪监测点。主要监测对象是馈线线路和接点，及时发现线路上的过热点和吱火点。
3）天线区全场监测：1个点。在主调室和分调室之间室外设置一具有云台控制的红外热像加视频双枪监测点，视场能覆盖天线区全场。通过云台控制监视角度，实现对天线全场区域的视频加红外热像监视。摄像头可按照设定的次序和速率自动巡航。
3.2 光纤通信和网络
1）建立各节点设备到主机房的光纤网络连接线路。
2）建立各节点设备的光电转换（光端机或光纤收发器）和通信（网络交换机）等。
3.3 监控中心机房设备和软件
1）通过网络视频录像设备（NVR）进行监视图像的记录。
2）建立数据服务器作为数据存储，故障监测软件和工作业务的硬件平台。
3）完成后台图像自动识别和监测应用软件的开发。实现热成像良好的可视化应用界面和功能，并将监测数据及红外图像自动进行保存。
4 软件主要功能
系统软件功能从视频显示功能、自动巡线功能、巡线控制功能、红外测温与分析功能、图像储存回放功能、报警功能和安全管理功能7方面设计。
1）视频显示功能
① 支持红外视频图像和可见光图像同屏实时监视，红外和可见光帧率不低于15帧/s。
② 红外图像分辨率324×256，红外图像支持灰度和伪彩显示。
③ 支持原始红外温度热像图和可见光图像的传输。
④ 支持多画面预览，支持多路红外视频和多路可见光视频同屏显示；在一台工作站的显示器上能实时同时显示多路红外以及多路可见光图像，并且不改变图像的原始分辨率。同时，用户也可以通过对多台红外热像位与可见光摄像机的全分辨率图像进行实时显示、操作与温度数据分析。支持预览分组切换、手动切换。
2）自动巡检功能
① 系统具备视频和红外自动巡视功能，在可设定的间隔时间内对全站的监控点进行图像巡检，参与轮检的对象可以任意设定，间隔时间可设置。
② 实时图像自动复位，即可对的红外热像仪设定默认监控位置，正常状态下摄像机保持默认位置，在控制完成的可设定的时间段内恢复默认监控位置。
3）巡线控制功能
① 红外镜头为定焦镜头。可以设置现场摄像机，包括设置预置位、预置设置部位名称、测温位置等。
② 可见光镜头支持变焦控制，云台支持上、下、左、右移动及步长、速度控制，云台停止。
4）红外测温与分析功能
① 测温精度由设备指标决定，全屏幕多点同时测温，可以自动全屏捕捉最高温与最低温。
② 各类伪彩显示，并可将屏幕上任意温度区域以醒目颜色显示。
③ 根据对云台和红外热像仪的初始设置，系统自动控制红外热像仪，对监测目标进行拍摄，采集红外图像，并根据用户设定的阈值，进行初步的诊断分析。
④ 可对图像指定区域进行测温分析，对测温区温度超限可自动识别并报警。可以设置温度阈值，当设备温度异常时产生告警。
⑤ 可以根据设备对象的红外发射率和测温距离进行测温校正；（电容表面银质与线路的红外发射率不同）。
5）图像储存回放功能
① 针对红外图像和可见光视频，可以进行存储，在需要的情况下，可以根据查询条件，回放视频录像。红外图像和可见光视频存储1个月，故障告警时图像永久保存。
② 支持按通道号、录像类型、文件类型、起止时间等条件进行录像资料的检索和回放。
③ 支持录像文件回放，红外原始视频文件可以回放和全屏测温。
6）报警功能
① 触发超温自动报警时，报警信号、内容等可在监控画面自动显示；
② 报警类别是：画面变化报警、温度异常报警。报警可根据需要进行分级，报警信号、报警内容可在任何画面自动显示；当发生报警时，红外视频服务器能自动进行存盘录像，同时传送报警信息和相关图像。
③ 报警信息储存管理，实现报警联动录像，具备长延时录像和慢速回放功能。可以多种方式查询报警信息。
④ 报警信息可以区分该报警信息是否已被用户检查确认；如用户未确认，则在设定时间内重发报警。
⑤ 重发报警时间间隔可设定。设备检测温度报警阈值可设置。
7）安全管理功能
① 系统保存自动生成的重要数据，包括用户信息、报警信息、操作记录、日志等。
② 对自动生成的系统运行日志、运行曲线报告、超温报警报告，可查询及打印输出。
③ 系统具有较强的容错性，不会因误操作等原因而导致系统出错和崩溃。
5 结束语
利用红外加可视监控摄像头，采用严格的电磁防护技术措施，利用光纤传输，抗干扰效果好。应用红外非接触方式监测温度，不影响天馈线系统正常运行，又可保证监测系统设备安全，经软件进行图像对比、温度分析等数据处理后，能够及时发出异态告警，提醒值班、维护人员及时处理，提高了发射机安全播出的保障能力。
参考文献：
[1] 张学田. 广播电视技术手册第六分册-发射技术[M]. 北京： 国防工业出版社， 2000.
[2] 林昌禄. 天线工程手册[M]. 北京： 电子工业出版社， 2002.
[3] 朱宇. 计算机网络硬件建设若干问题及其维护办法[J]. 计算机光盘软件与应用， 2012（17）.
[4] 程建， 杨杰. 一种基于均值移位的红外目标跟踪新方法[J]. 红外与毫米波学报， 2005（3）.
关键词：天馈线；自动巡检；异态；故障；报警
中图分类号： TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）13-0069-03
广播发射台中波天线的天线场区大多离机房较远，少则几百米，多则上千米。由于天馈线传输线路长，所以高频节点接头繁多，而且调配室调配元件也较多，其中真空电容、交换开关是故障多发隐患点。其中任何一个环节发生异常都会导致停播，而查找、确定故障点的时间较长，更换元器件困难，极易造成大停播。确保安全播出是电台的生命线，要求日常的维护工作以预防为主，提前发现异态及时解决，发生故障时能快速处理。天馈线系统长期在大功率、高电压下工作，即使是优良的器件也会出现不可预期的问题而导致事故，绝大部分事故的原因就是器件老化、接触不良产生的，其主要表现为：在故障发生前数小时出现吱火、温度升高等现象。因此，如果能准确的在事故之前得知天馈线系统各设备的温度分布和变化情况，也就掌控了天馈线线路、调配网络的运行状况，根据运行状态的变化，做到异态和故障的预知预判，并且能快速找到异态或故障点进行及时处理，也就能确保不间断高质量的安全播音。
1 天馈线自动巡检的必要性
目前，广播发射台天馈线的维护以人工巡检为主，天线组每天目检巡视方式次数有限，不能保障第一时间发现安全隐患，及时做好预防措施和应急处理。另外，人工巡检受人员的生理、心理素质、责任心、外部工作环境、工作经验、技能技术水平的影响较大，存在漏巡，缺陷漏发现的可能性。且对于设备内部的缺陷，通过简单的巡视是难以发现的，比如设备、线路特殊部位发热、绝缘不合格等缺陷。巡视人员巡视设备时需要站在离设备较近的地方，对巡视人员的人身安全也有一定的威胁，特别是在异常现象查看、恶劣天气特巡，事故原因查找时危险性更大。综上所述，天馈线系统的人工巡检存在及时性、可靠性差，花费人工较多，存在较大的巡视过程风险，巡视效率低下。而且天线场区的天线、调配室远离机房和办公区，防火、防盗、防破坏等隐患也是不容忽视的安全播出隐患。
红外热像诊断技术是对设备表面辐射的红外光像进行非接触、远距离热成像检测，不受电场干扰，因此具有直观、准确、灵敏度高、快速、安全、应用范围广等特点，能从根本上改变人工巡检运行设备的故障隐患诊断方式。红外热像仪结合计算机网络技术可以大大减少发射传输线路运行时的故障和人员在危险作业区作业的风险性，可大大减少人员检修的劳动力支持，提高巡检可靠性与有效性，对保障安全播出有重要意义。
2 系统分析
在中波天线场区，通过安装红外热像监视或视频红外双模式监控测温，配合中心计算机和监控图像处理软件系统，建立天馈线系统自动巡检管理平台，将天馈设备运行的状态信息、视频图像信息、测温信息进行整合和集成，实现天馈线系统巡检工作的可视化、智能化，从而达到及早发现问题、取代人工巡检的目的。实现线路和调配室现场设备远程可视化，能按照事先设定的巡视顺序，值班人员在监视中心可查看各摄像头自动旋转巡检的信息，具备自动和手动巡视功能，夜间巡视自动开启照明灯。可依次查看各监测点的图像和温度数据。利用视频和红外测温系统开展巡查，查看设备是否存在放电、发热现象，具备超标数据的自动报警功能。
2.1 系统设计分析
1）系统可靠性：选择硬件均为先进、成熟、可靠产品，且能在强电磁环境下稳定运行。
2）系统先进性：采用目前最先进的软硬件组合，使系统兼容性、升级、扩展更容易，并采取模块结构，维护简单化。
3）系统实时性：信号实时上传，真正做到实时性。
4）可扩容性：可根据需要方便地进行网络逐级汇接，增减前端设备等。
2.2 系统需求分析
1）自动预警：发现目标温度异常自动报警，提示人员具体位置状况信息，以便马上排除故障。
2）准确化：尽可能达到最高的精度要求和最好的成像效果。通过软件开发实现热成像良好的可视化应用界面，并保证测量结果数据可信。
3）高速化：系统组成应用现在先进的计算机控制技术集中控制，探测器系统与计算机系统之间传输信息的传输率要求高；保证自动化状态下，减少巡检时间，提高巡检效率。
4）数据保存和查询：对监测视频数据保存1个月， 对报警数据前后时段视频永久保存，对温度监测数据永久保存。
5）自动报表：系统应具备定期报表（按预置行程），及发现过热故障的应急报表功能。
3 系统网络结构设计
针对天馈线线路较长并且在室外的特点，本方案采用多监控点接力的方式覆盖整条线路。前端监控点云台按预置位进行不间断扫描，红外、CCD传感器实时获取线路场景视频、温度信息，并回传至后端监控室。各监控点预设IP地址，后端监控软件通过IP地址区分监控区段、访问前端监控设备。
室外监控点采用双路视频监控，红外、CCD视频实时回传；在线测温，温度信息实时回传；按预置位不间断扫描；
室内监控点采用单路视频监控，红外视频实时回传；在线测温，温度信息实时回传；
室外线路根据实际长度布设若干个双视监控点位，覆盖所有馈线路由。每个调配室室内布设1～2个红外监控点位，覆盖所有调配室内原件。
3.1 图像采集前端
1）调配室红外热像监测：主调室设置2台固定方位的红外热像监测点， 分调室分别设置1 台固定方位的红外热像监测点，主要监测对象是真空电容、交换开关，电感线圈。 2）天馈线线路监测：天馈线路由监测，建设3个固定方位的红外热像加视频双枪监测点。主要监测对象是馈线线路和接点，及时发现线路上的过热点和吱火点。
3）天线区全场监测：1个点。在主调室和分调室之间室外设置一具有云台控制的红外热像加视频双枪监测点，视场能覆盖天线区全场。通过云台控制监视角度，实现对天线全场区域的视频加红外热像监视。摄像头可按照设定的次序和速率自动巡航。
3.2 光纤通信和网络
1）建立各节点设备到主机房的光纤网络连接线路。
2）建立各节点设备的光电转换（光端机或光纤收发器）和通信（网络交换机）等。
3.3 监控中心机房设备和软件
1）通过网络视频录像设备（NVR）进行监视图像的记录。
2）建立数据服务器作为数据存储，故障监测软件和工作业务的硬件平台。
3）完成后台图像自动识别和监测应用软件的开发。实现热成像良好的可视化应用界面和功能，并将监测数据及红外图像自动进行保存。
4 软件主要功能
系统软件功能从视频显示功能、自动巡线功能、巡线控制功能、红外测温与分析功能、图像储存回放功能、报警功能和安全管理功能7方面设计。
1）视频显示功能
① 支持红外视频图像和可见光图像同屏实时监视，红外和可见光帧率不低于15帧/s。
② 红外图像分辨率324×256，红外图像支持灰度和伪彩显示。
③ 支持原始红外温度热像图和可见光图像的传输。
④ 支持多画面预览，支持多路红外视频和多路可见光视频同屏显示；在一台工作站的显示器上能实时同时显示多路红外以及多路可见光图像，并且不改变图像的原始分辨率。同时，用户也可以通过对多台红外热像位与可见光摄像机的全分辨率图像进行实时显示、操作与温度数据分析。支持预览分组切换、手动切换。
2）自动巡检功能
① 系统具备视频和红外自动巡视功能，在可设定的间隔时间内对全站的监控点进行图像巡检，参与轮检的对象可以任意设定，间隔时间可设置。
② 实时图像自动复位，即可对的红外热像仪设定默认监控位置，正常状态下摄像机保持默认位置，在控制完成的可设定的时间段内恢复默认监控位置。
3）巡线控制功能
① 红外镜头为定焦镜头。可以设置现场摄像机，包括设置预置位、预置设置部位名称、测温位置等。
② 可见光镜头支持变焦控制，云台支持上、下、左、右移动及步长、速度控制，云台停止。
4）红外测温与分析功能
① 测温精度由设备指标决定，全屏幕多点同时测温，可以自动全屏捕捉最高温与最低温。
② 各类伪彩显示，并可将屏幕上任意温度区域以醒目颜色显示。
③ 根据对云台和红外热像仪的初始设置，系统自动控制红外热像仪，对监测目标进行拍摄，采集红外图像，并根据用户设定的阈值，进行初步的诊断分析。
④ 可对图像指定区域进行测温分析，对测温区温度超限可自动识别并报警。可以设置温度阈值，当设备温度异常时产生告警。
⑤ 可以根据设备对象的红外发射率和测温距离进行测温校正；（电容表面银质与线路的红外发射率不同）。
5）图像储存回放功能
① 针对红外图像和可见光视频，可以进行存储，在需要的情况下，可以根据查询条件，回放视频录像。红外图像和可见光视频存储1个月，故障告警时图像永久保存。
② 支持按通道号、录像类型、文件类型、起止时间等条件进行录像资料的检索和回放。
③ 支持录像文件回放，红外原始视频文件可以回放和全屏测温。
6）报警功能
① 触发超温自动报警时，报警信号、内容等可在监控画面自动显示；
② 报警类别是：画面变化报警、温度异常报警。报警可根据需要进行分级，报警信号、报警内容可在任何画面自动显示；当发生报警时，红外视频服务器能自动进行存盘录像，同时传送报警信息和相关图像。
③ 报警信息储存管理，实现报警联动录像，具备长延时录像和慢速回放功能。可以多种方式查询报警信息。
④ 报警信息可以区分该报警信息是否已被用户检查确认；如用户未确认，则在设定时间内重发报警。
⑤ 重发报警时间间隔可设定。设备检测温度报警阈值可设置。
7）安全管理功能
① 系统保存自动生成的重要数据，包括用户信息、报警信息、操作记录、日志等。
② 对自动生成的系统运行日志、运行曲线报告、超温报警报告，可查询及打印输出。
③ 系统具有较强的容错性，不会因误操作等原因而导致系统出错和崩溃。
5 结束语
利用红外加可视监控摄像头，采用严格的电磁防护技术措施，利用光纤传输，抗干扰效果好。应用红外非接触方式监测温度，不影响天馈线系统正常运行，又可保证监测系统设备安全，经软件进行图像对比、温度分析等数据处理后，能够及时发出异态告警，提醒值班、维护人员及时处理，提高了发射机安全播出的保障能力。
参考文献：
[1] 张学田. 广播电视技术手册第六分册-发射技术[M]. 北京： 国防工业出版社， 2000.
[2] 林昌禄. 天线工程手册[M]. 北京： 电子工业出版社， 2002.
[3] 朱宇. 计算机网络硬件建设若干问题及其维护办法[J]. 计算机光盘软件与应用， 2012（17）.
[4] 程建， 杨杰. 一种基于均值移位的红外目标跟踪新方法[J]. 红外与毫米波学报， 2005（3）.