鐘明　習玄輝

摘要：針對中波天饋線人工巡檢的缺陷和日常運行維護中存在的安全隱患，開發(fā)了中波天饋線自動巡檢系統(tǒng)。系統(tǒng)在發(fā)射機房到天線的線路上、調(diào)配室等處安裝一系列紅外熱成像測溫監(jiān)控頭，實現(xiàn)對重點線路和設備的在線監(jiān)視，并通過現(xiàn)有相應的光纖網(wǎng)絡通道把熱圖像和測溫數(shù)據(jù)實時傳至機房和遠端，并通過自動巡線監(jiān)控軟件--配套紅外圖像處理和溫度數(shù)據(jù)分析處理軟件系統(tǒng)的開發(fā)，實現(xiàn)對檢測目標溫度的實時測量與分析，降低由帶電運行線路和設備熱故障而引發(fā)的事故，從而保障天饋線系統(tǒng)安全運行。

關鍵詞：中波天饋線；自動巡檢；紅外熱成像；故障診斷

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）14-0101-03

501臺中波天線為8塔強定向天線，天線場區(qū)離機房約1km，天饋線傳輸線路長，高頻節(jié)點接頭繁多，有1個主調(diào)室、4個分調(diào)室、4個反調(diào)室，調(diào)配元件多，其中真空電容、交換開關是故障多發(fā)隱患點。其中任何一個環(huán)節(jié)發(fā)生異常情況都能導致停播，而查找、確定故障點的時間很長，更換元器件困難，極易造成大停播。中波發(fā)射機均為固定頻率，無法實現(xiàn)臺際代播，天線系統(tǒng)故障情況下，即使本臺有備機，也無法實現(xiàn)代播。確保安全播出是電臺的生命線，要求日常的維護工作預防為主，發(fā)生故障時能快速恢復。天饋線系統(tǒng)長期在大功率、高電壓下工作，即使是優(yōu)良的器件也會出現(xiàn)不可預期的問題而導致事故，絕大部分事故的原因就是器件老化、失效產(chǎn)生的，其外觀表現(xiàn)為：在故障出現(xiàn)之前數(shù)小時都比正常工作時發(fā)熱多許多。而發(fā)射臺天饋線傳統(tǒng)的檢查方式，主要靠人工巡檢，及時性、可靠性差，花費人工較多，存在較大的巡視過程風險，巡視效率低下。中波天饋線自動巡檢系統(tǒng)的設計，就是為了準確的在事故之前得知天饋線系統(tǒng)各設備的溫度分布情況，掌控發(fā)射設備天線線路的運行狀況，快速找到故障點，保障安全播出工作。

1 中波天饋線自動巡檢系統(tǒng)詳細設計

1.1 系統(tǒng)架構設計

天饋線系統(tǒng)故障與溫度密切相關，因此利用紅外熱成像對天饋線系統(tǒng)的故障易發(fā)點進行實時檢測，了解和掌握設備運行狀態(tài)，能及早發(fā)現(xiàn)問題，并確定故障點，對保證安全播出具有重要意義。非接觸紅外線熱像機可以從安全的距離測量一個元件、連接點和線路的表面溫度，以實時圖像表達出來，配合后臺圖像處理和識別技術，實現(xiàn)對線路設備的在線實時監(jiān)測，天饋線設施發(fā)生事故前都有一個明顯的共同特征， 就是事故前的發(fā)熱征兆， 一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)熱溫度超過其允許值，及時采取處理措施，就可避免燒壞、燒斷等現(xiàn)象，提高保障安全播出能力。

中波天饋線自動巡檢系統(tǒng)可分為三個部分，圖像采集前端、光纖通信和網(wǎng)絡、監(jiān)控中心機房設備和軟件。系統(tǒng)總體網(wǎng)絡結構設計如圖1所示，在中波天線場區(qū)，通過安裝紅外熱像監(jiān)視或視頻紅外雙模式監(jiān)控測溫、配合中心計算機和監(jiān)控圖像處理軟件系統(tǒng)，建立天饋線系統(tǒng)自動巡線管理平臺，將天饋設備運行的狀態(tài)信息、視頻圖像信息、測溫信息進行整合和集成，實現(xiàn)天饋線系統(tǒng)巡線工作的可視化、智能化，從而達到及早發(fā)現(xiàn)問題、取代人工巡檢的目的。實現(xiàn)線路和調(diào)配室現(xiàn)場設備遠程可視化，能按照事先設定的巡視順序，值班人員在監(jiān)視中心可查看各攝像頭自動旋轉(zhuǎn)巡檢的信息，具備自動和手動巡視功能，夜間巡視自動開啟照明燈?？梢来尾榭锤鞅O(jiān)測點的圖像和溫度數(shù)據(jù)。利用視頻和紅外測溫系統(tǒng)開展巡查，查看設備是否存在放電、發(fā)熱現(xiàn)象，具備超標數(shù)據(jù)的自動報警功能。

1.2 圖像采集前端設計

1） 調(diào)配室紅外熱像監(jiān)測：主調(diào)室設置2臺固定方位的紅外熱像監(jiān)測點， 4個分調(diào)室分別設置1 臺固定方位的紅外熱像監(jiān)測點，主要監(jiān)測對象是真空電容、交換開關，電感線圈。調(diào)配室紅外前端配置如圖2所示。

2） 天饋線線路監(jiān)測：天饋線路由監(jiān)測，建設3個固定方位的紅外熱像加視頻雙槍監(jiān)測點。主要監(jiān)測對象是饋線線路和接點，及時發(fā)現(xiàn)線路上的過熱點和吱火點。門桿線路雙槍監(jiān)測前端配置如圖3所示。

3）天線區(qū)全場監(jiān)測：1個點。在主調(diào)室和分調(diào)室之間室外設置一具有云臺控制的紅外熱像加視頻雙槍監(jiān)測點，視場能覆蓋天線區(qū)全場。通過云臺控制監(jiān)視角度，實現(xiàn)對天線全場區(qū)域的視頻加紅外熱像監(jiān)視。攝像頭可按照設定的次序和速率自動巡航。

1.3 光纖通信和網(wǎng)絡設計

由于發(fā)射臺特殊的電磁環(huán)境特點，特別是在天線調(diào)配室內(nèi)，強電磁場致使常規(guī)的無線、有線系統(tǒng)不能抗拒信號干擾。系統(tǒng)采用的探測器身需具備有效抵御抗電磁干擾準確測溫，其次，需考慮采用光纖作為傳輸介質(zhì)有效的避免信號干擾問題。達到：從監(jiān)控點到主機的實時網(wǎng)絡數(shù)字圖像傳輸，圖像信號不受現(xiàn)場電磁場干擾，圖像傳送實時性、可靠性高。可視化界面，操作控制一目了然。因此系統(tǒng)的通信和網(wǎng)絡設計主要是建立各節(jié)點設備到主機房的光纖網(wǎng)絡連接線路，在各節(jié)點安裝光電轉(zhuǎn)換（光端機或光纖收發(fā)器）和通信（網(wǎng)絡交換機）設備。

1.4 監(jiān)控中心設計

監(jiān)控中心機房系統(tǒng)由監(jiān)測數(shù)據(jù)服務器、數(shù)據(jù)庫、控制臺、監(jiān)視屏、視頻錄像和數(shù)據(jù)存儲器、打印機、網(wǎng)絡交換機，光纖收發(fā)器等組成，主要功能有采集所屬電臺發(fā)射臺站的線路和設備監(jiān)測數(shù)據(jù)、實現(xiàn)監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)軟件業(yè)務功能、提供監(jiān)測報告和預警、告警信息。能設置監(jiān)測任務（時間、點、區(qū)域、溫度）；執(zhí)行監(jiān)測任務（定時、定點、人工）；控制監(jiān)測器（調(diào)焦、校溫、移動）；監(jiān)測報警（聲、光、報告）；監(jiān)測記錄（錄像、報告、日志等）；向監(jiān)控服務器發(fā)送報警圖像、數(shù)據(jù)、報告；監(jiān)測數(shù)據(jù)驗證和分析（趨勢圖，報警核實）。

1.5 核心硬件技術指標及軟件功能

1.5.1 核心硬件技術指標

中波天饋線自動巡檢系統(tǒng)的核心硬件包括紅外測溫熱像儀、CCD攝像機和云臺模塊，采用高性能非制冷探測器，配合一體化設計的光學系統(tǒng)，運用IP技術，實現(xiàn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡接入。具有在線溫度測量、目標溫度測量、高溫目標報警，可進行多預置位的定點巡航、多目標實時監(jiān)控。其中：

1）熱像儀：

光譜范圍：7.5～13.5um；

探測器：324×256 非制冷氧化釩；

視場：13.3°×10.5°（配f35mm紅外鏡頭）；

NETD： 不大于60mK；

測溫范圍：-20℃～+300℃；

2）CCD攝像機：

類型：低照度彩色黑白一體化攝像機；

變焦：18倍光學變焦（f4.1mm～73.8mm）；

清晰度：450線；

最低照度：0.7lux；

具備白平衡/寬動態(tài)/背光補償；

3）云臺：

速度：可變速，水平0.1～80?/s 垂直0.1～40?/s；

水平旋轉(zhuǎn)范圍：0～360°；

俯仰旋轉(zhuǎn)范圍：±90°；

4）輸入輸出接口：

輸入：直流24V；

輸出：RJ45；

5）環(huán)境適應性：

工作溫度：-20℃～+55℃；

濕度：≤95%；

防護等級：IP66；

電磁兼容性：滿足GJB151A-1997中RE102、RS103、CS114、CS115、CS116 、CE102、CS106項中對地面設備的要求。

1.5.2 軟件功能

系統(tǒng)軟件功能從視頻顯示功能、自動巡線功能、紅外測溫與分析功能、圖像儲存回放功能、報警功能和安全管理功能6方面設計。

1）視頻顯示功能

①支持紅外視頻圖像和可見光圖像同屏實時監(jiān)視，紅外和可見光幀率不低于15幀/s。

②紅外圖像分辨率324×256。

③支持原始紅外溫度熱像圖和可見光圖像的傳輸。

④紅外圖像支持灰度和偽彩顯示。

⑤支持多畫面預覽，支持多路紅外視頻和多路可見光視頻同屏顯示；在一臺工作站的顯示器上能實時同時顯示多路紅外以及多路可見光圖像，并且不改變圖像的原始分辨率。同時，用戶也可以通過對多臺紅外熱像位與可見光攝像機的全分辨率圖像進行實時顯示、操作與溫度數(shù)據(jù)分析。

⑥支持預覽分組切換、手動切換

2）自動巡線功能

①系統(tǒng)具備視頻和紅外自動巡視功能，在可設定的間隔時間內(nèi)對全站的監(jiān)控點進行圖像巡檢，參與輪檢的對象可以任意設定，間隔時間可設置；

②實時圖像自動復位，即可對的紅外熱像儀設定默認監(jiān)控位置，正常狀態(tài)下攝像機保持默認位置，在控制完成的可設定的時間段內(nèi)恢復默認監(jiān)控位置。

3）巡線控制功能

①紅外鏡頭為定焦鏡頭。

②可見光鏡頭支持變焦控制。

③云臺支持上、下、左、右移動及步長、速度控制，云臺停止。

④可以設置現(xiàn)場攝像機，包括設置預置位、預置設置部位名稱、測溫位置等。

4）紅外測溫與分析功能

①測溫精度由設備指標決定。

②全屏幕多點同時測溫。

③可以自動全屏捕捉最高溫與最低溫。

④各類偽彩顯示，并可將屏幕上任意溫度區(qū)域以醒目顏色顯示。

⑤可以根據(jù)需要自動/手動調(diào)節(jié)亮度和對比度。

⑥根據(jù)對云臺和紅外熱像儀的初始設置，系統(tǒng)自動控制紅外熱像儀，對監(jiān)測目標進行拍攝，采集紅外圖像，并根據(jù)用戶設定的閾值，進行初步的診斷分析。

⑦可對圖像指定區(qū)域進行測溫分析，對測溫區(qū)溫度超限可自動識別并報警?？梢栽O置溫度閾值，當設備溫度異常時產(chǎn)生告警。

⑧可以根據(jù)設備對象的紅外發(fā)射率和測溫距離進行測溫校正；（電容表面銀質(zhì)與線路的紅外發(fā)射率不同）。

⑨為了更便于定位故障點，原始紅外溫度熱像圖應存儲。

5）圖像儲存回放功能

①對于記錄下來的所有數(shù)據(jù)的信息，都存儲在數(shù)據(jù)庫中。

②針對紅外圖像和可見光視頻，可以進行存儲，在需要的情況下，可以根據(jù)查詢條件，回放視頻錄像。紅外圖像和可見光視頻存儲1個月，故障告警時圖像永久保存。

③支持按通道號、錄像類型、文件類型、起止時間等條件進行錄像資料的檢索和回放。

④支持錄像文件回放，紅外原始視頻文件可以回放和全屏測溫。

⑤支持回放時的暫停、快放、慢放、單幀放、拖曳、暫停等功能。

6）報警功能

①觸發(fā)超溫自動報警時，報警信號、內(nèi)容等可在監(jiān)控畫面自動顯示；

②報警類別是：畫面變化報警、溫度異常報警。報警可根據(jù)需要進行分級，報警信號、報警內(nèi)容可在任何畫面自動顯示；當發(fā)生報警時，紅外視頻服務器能自動進行存盤錄像，同時傳送報警信息和相關圖像。

③報警信息儲存管理，實現(xiàn)報警聯(lián)動錄像，具備長延時錄像和慢速回放功能?？梢远喾N方式查詢報警信息。

④報警信息可以區(qū)分該報警信息是否已被用戶檢查確認；如用戶未確認，則在設定時間內(nèi)重發(fā)報警。

⑤重發(fā)報警時間間隔可設定。

⑥設備檢測溫度報警閾值可設置。

⑦所有報警信息報告自動保存，所有報警信息均可查詢，有需要時可打印輸出。

7）安全管理功能

①系統(tǒng)保存自動生成的重要數(shù)據(jù)，包括用戶信息、報警信息、操作記錄、日志等。

②對自動生成的系統(tǒng)運行日志、運行曲線報告、超溫報警報告，可查詢及打印輸出。

③系統(tǒng)具有較強的容錯性，不會因誤操作等原因而導致系統(tǒng)出錯和崩潰。

2 結束語

為了實現(xiàn)自動巡檢，遠程、實時的監(jiān)控是系統(tǒng)安全運作的必備條件。傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控功能實現(xiàn)又基本上是以環(huán)境監(jiān)視、安全防盜為主，不能夠直接反映線路運行狀況的溫度及溫度分布。紅外熱像診斷技術是對設備表面輻射的紅外光像進行非接觸、遠距離熱成像檢測，不受電場干擾，因此具有直觀、準確、靈敏度高、快速、安全、應用范圍廣等特點，能從根本上改變?nèi)斯ぱ矙z運行設備的故障隱患診斷方式。應用紅外診斷技術可以大大減少發(fā)射傳輸線路運行時的故障和人員在危險作業(yè)區(qū)作業(yè)的風險性，可大大減少人員檢修的勞動力支持，提高維護效率。紅外熱像儀結合計算機網(wǎng)絡技術而成的在線監(jiān)控系統(tǒng)能實現(xiàn)全自動實時狀態(tài)監(jiān)控，這對于提高巡線可靠性與有效性，降低停播率有重要意義。

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