孫國強(qiáng)

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司邯鄲市分公司，河北 邯鄲 056000）

0 引 言

當(dāng)前我國無線覆蓋點(diǎn)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，發(fā)射站點(diǎn)數(shù)量越來越多，為工作人員帶來了新的任務(wù)，要求檢查全部的鐵塔并對(duì)其進(jìn)行維護(hù)。如今，關(guān)于鐵塔、天線與饋線最常用的檢查方法是工作人員到鐵塔上方實(shí)施檢查。然而，發(fā)射鐵塔的數(shù)量相對(duì)較多，具備高空作業(yè)資質(zhì)的專業(yè)人員有限，降低了鐵塔檢查的頻率，以致無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)鐵塔、天線、饋線內(nèi)部存在的安全隱患。在無線發(fā)射臺(tái)中，發(fā)射鐵塔是其中最重要的環(huán)節(jié)之一，若出現(xiàn)安全故障，必然會(huì)影響到正常播出。與此同時(shí)，展開高空作業(yè)具有一定的風(fēng)險(xiǎn)，考慮到工作人員的人身安全，要盡可能降低高空作業(yè)頻率。在這一前提下，搭建并應(yīng)用鐵塔遙控巡檢系統(tǒng)成為當(dāng)前發(fā)射鐵塔與饋線檢查的重要手段。

1 無線發(fā)射臺(tái)站鐵塔遙控巡檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

設(shè)計(jì)無線發(fā)射臺(tái)站鐵塔遙控巡檢系統(tǒng)，需要遵循下5點(diǎn)原則。

1.1 先進(jìn)性原則

系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須要具備先進(jìn)性，有利于實(shí)現(xiàn)遙控巡檢的持續(xù)發(fā)展。例如，該巡檢系統(tǒng)中包括云平臺(tái)，那么監(jiān)控系統(tǒng)必須要合理分配、應(yīng)用硬件資源，使無線發(fā)射臺(tái)站巡檢相關(guān)業(yè)務(wù)從原本的垂直化轉(zhuǎn)變?yōu)樗交?，?shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)增長(zhǎng)。另外，在數(shù)字電視、應(yīng)急廣播、監(jiān)控以及數(shù)字調(diào)頻技術(shù)等方面，相關(guān)技術(shù)也得到了廣泛運(yùn)用，是先進(jìn)性原則得以運(yùn)用的體現(xiàn)。

1.2 可靠性原則

遙控巡檢系統(tǒng)必須保證各項(xiàng)設(shè)備自主管理，降低軟件硬件之間的依賴性，以免持續(xù)產(chǎn)生全局故障點(diǎn)。同時(shí)，遵循可靠性原則，延長(zhǎng)無故障運(yùn)行時(shí)間，縮短平均修復(fù)時(shí)間，最大限度地體現(xiàn)出遙控巡檢系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。

1.3 智能性原則

在設(shè)計(jì)遙控巡檢系統(tǒng)過程中運(yùn)用云技術(shù)，為設(shè)備維護(hù)、數(shù)據(jù)處理、故障解決等提供智能化思路。同時(shí)，遵循智能性原則，核心體現(xiàn)在智能化與數(shù)據(jù)化思維方面，按照采集的數(shù)據(jù)制定報(bào)表，應(yīng)用智能化技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)遙控巡檢系統(tǒng)，提高巡檢效率。

1.4 安全性原則

一般廣播電視無線發(fā)射臺(tái)實(shí)施信號(hào)傳輸必須要保證安全性。相關(guān)工作人員需明確各自的操作權(quán)限，滿足信息安全等級(jí)保護(hù)規(guī)定。

1.5 拓展性原則

對(duì)于遙控巡檢系統(tǒng)而言，功能拓展與數(shù)據(jù)拓展十分重要，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要遵循拓展性原則。一方面，按照監(jiān)控功能發(fā)展要求優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)；另一方面，要預(yù)留出充足的拓展性空間，提高遙控巡檢系統(tǒng)的監(jiān)控性能。

2 鐵塔遙控巡檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 飛行平臺(tái)

鐵塔遙控巡檢系統(tǒng)在運(yùn)行期間選擇遙控飛行平臺(tái)，必須滿足以下要求。第一，平臺(tái)升限。因?yàn)殍F塔高度可能會(huì)超過100 m，加之一些臺(tái)站還建立在空氣比較稀薄的高海拔位置，所以飛行器升限與標(biāo)稱高度相比會(huì)在一定程度上降低，因此選擇飛行器升限必須要超過300 m。第二，抗風(fēng)性能。因?yàn)楦呖诊L(fēng)速相對(duì)較大，為了確保最終飛行器停留的穩(wěn)定性，要求控制飛行器在小于5級(jí)風(fēng)速下飛行。第三，負(fù)載性能。因?yàn)檫\(yùn)載平臺(tái)、照相機(jī)等裝置必須同時(shí)運(yùn)行，所以飛行器有效負(fù)荷性能最小為500 g。第四，續(xù)航時(shí)間。根據(jù)巡檢要求，飛行器飛行時(shí)間需要控制在20～30 min以內(nèi)。根據(jù)以上4點(diǎn)要求，并且綜合考慮成本因素，建議采用燃油驅(qū)動(dòng)型遙控單軸直升機(jī)和電能驅(qū)動(dòng)型四軸飛行器這兩種飛行平臺(tái)[1]。

其中，燃油型直升機(jī)設(shè)備運(yùn)用50級(jí)遙控直升機(jī)，參數(shù)設(shè)置要求如下：（1）主旋翼直徑1 250 mm；（2）飛行器長(zhǎng)度1 520 mm；（3）模型機(jī)體高度450 mm；（4）全備重量2 850 g；（5）運(yùn)行燃料選擇甲醇負(fù)載能力2 kg；（6）升限500 m；（7）飛行風(fēng)速要求4～5級(jí)風(fēng)；（8）標(biāo)準(zhǔn)油箱巡航時(shí)間25～30 min[2]。若在設(shè)定參數(shù)環(huán)節(jié)加大油箱，可以延長(zhǎng)飛行器的運(yùn)行時(shí)間。

電動(dòng)型直升機(jī)設(shè)備選擇飛行器以四旋翼微型飛行器為主，動(dòng)力提供來源為鋰電池，通過無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳，并且為其提供運(yùn)行所需要的升力。增設(shè)GPS控制模塊，該模塊內(nèi)部設(shè)置高度計(jì)，作用是實(shí)現(xiàn)直升機(jī)自動(dòng)返回、定點(diǎn)與定高。參數(shù)設(shè)定如下：（1）最大直徑955 mm；（2）高度265 mm；（3）機(jī)身重量950 g，其中不包括接收機(jī)、相機(jī)吊架與電池裝置；（4）最大起飛重量1 800 g；（5）升限300 m；（6）飛行風(fēng)速要求3～4級(jí)風(fēng)；（7）最大巡航時(shí)間15～20 min。

對(duì)比這兩種類型的飛行器，其中四軸飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)化，成本不高，操作與控制簡(jiǎn)單，增設(shè)智能GPS模塊便可以達(dá)到智能飛行的目的。同時(shí)，電動(dòng)四軸驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定性高，不會(huì)帶來較大的震動(dòng)，對(duì)于攝影云臺(tái)的干擾不明顯，能夠獲取清晰的圖像，負(fù)載較低[3]，但是飛行時(shí)間短，一次飛行僅支持局部拍攝。如果檢查對(duì)象為大型鐵塔，必須要重復(fù)飛行才可完成全面檢查。另外，因?yàn)轱w行器動(dòng)力來源為鋰電池，所以完成飛行后必須重新充電，延長(zhǎng)了兩次飛行的時(shí)間間隔。燃油行飛行器負(fù)載較大、升限高、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，時(shí)間間隔相對(duì)較短，但是成本與操作控制難度高，對(duì)工作人員要求嚴(yán)格。燃油發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)下可能會(huì)帶來較大振動(dòng)，為了避免振動(dòng)對(duì)攝影設(shè)備帶來干擾，需要同時(shí)搭配防抖性能好的攝影云臺(tái)，進(jìn)一步增加了鐵塔遙控巡檢系統(tǒng)成本。

對(duì)于飛行器運(yùn)行狀態(tài)下的控制，提出以下要求：（1）遙控器型號(hào)6通道遙控器；（2）控制距離1 500 m；（3）可控制頻段包括35 MHz、41 MHz、75 MHz等；（4）發(fā)射功率要求不大于750 mW；（5）編碼方式采用PPM信號(hào)編碼。因?yàn)轱w行器的運(yùn)行環(huán)境是發(fā)射臺(tái)站，加之電磁環(huán)境具有復(fù)雜性的特點(diǎn)，所以遙控器頻率設(shè)置過程中不能和本地臺(tái)站發(fā)出的調(diào)頻、中短波以及電視發(fā)射頻率存在干擾，避免出現(xiàn)飛行器失控的現(xiàn)象。

2.2 拍攝云臺(tái)

選定飛行臺(tái)并設(shè)定好參數(shù)后，要在飛行器上安裝拍攝云臺(tái)。因?yàn)閿z影設(shè)備只需支持上下、左右方向擺動(dòng)，因此可以選擇雙軸控制航拍架。該類型航拍架和四軸云臺(tái)相比，成本與負(fù)載方面具有極大優(yōu)勢(shì)，也不會(huì)對(duì)攝錄裝置的運(yùn)行帶來干擾，有利于縮短飛行器飛行時(shí)間。為了保證運(yùn)載照相機(jī)最佳控制效果，在選擇遙控云臺(tái)時(shí)要有快門控制開關(guān)。比較常見的控制快門形式，一是利用遙控器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，二是利用定時(shí)開關(guān)提前設(shè)定時(shí)間間隔，隨后展開連續(xù)拍攝。因?yàn)轱w行器內(nèi)部發(fā)動(dòng)機(jī)處在飛行狀態(tài)下會(huì)有震動(dòng)現(xiàn)象，以免震動(dòng)對(duì)拍攝云臺(tái)運(yùn)行帶來干擾，飛行器與云臺(tái)的中間部位建議增設(shè)O型高頻減震圈、阻尼避振器等裝置，規(guī)避機(jī)體振動(dòng)的影響，優(yōu)化最終攝影效果[4]。另外，選擇控制云臺(tái)遙控器要和飛行器遙控器類型一致，遙控距離同樣設(shè)置為1 500 m，可以保證操控范圍相同。但是，在實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)要將兩個(gè)遙控器分別設(shè)置在對(duì)應(yīng)的頻段，避免在相同頻段內(nèi)導(dǎo)致的設(shè)備控制失誤。

2.3 攝影裝備

工作人員針對(duì)遙控飛行器內(nèi)部的飛行設(shè)備進(jìn)行檢查，要掌握飛行器前方設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀，在遙控云臺(tái)上方裝備無線攝像頭，實(shí)時(shí)傳輸動(dòng)態(tài)圖像至地面，解決飛行器設(shè)備故障。選擇無線攝像頭時(shí)，參數(shù)如下：（1）攝像頭類型為1/3″CMOS攝像頭；（2）清晰度380線；（3）動(dòng)力來源鋰電池；（4）運(yùn)行時(shí)間3 h；（5）發(fā)射頻率2.4 GHz；（6）發(fā)射功率500 mW；（7）無障礙傳輸距離500 m；（8）地面接收裝置為手持液晶屏。其中，手持液晶屏內(nèi)部可以放置SD卡，將傳輸信號(hào)錄像、實(shí)時(shí)回放輸出，符合無線發(fā)射臺(tái)站鐵塔巡查要求。

2.4 饋管檢查設(shè)備

發(fā)射機(jī)內(nèi)部共同輸出主要通過饋管實(shí)現(xiàn)，但是饋管是比較容易受損的設(shè)備，需要進(jìn)行重點(diǎn)巡檢。巡檢環(huán)節(jié)不僅要拍攝所有接頭，還要檢查整條饋管的狀況。需要注意的是，一般故障點(diǎn)都會(huì)有異常發(fā)熱現(xiàn)象的存在。按照這一原理，飛行器遙控云臺(tái)上方可以裝備紅外測(cè)溫儀，重點(diǎn)針對(duì)饋管展開溫度檢測(cè)，以了解到饋管內(nèi)部是否存在安全隱患。紅外測(cè)溫儀的選擇要求可以檢測(cè)空氣溫度、紅外物體表面溫度，能夠清晰顯示溫差，以規(guī)避由于環(huán)境溫度變化導(dǎo)致的判斷失誤問題。此外，紅外線測(cè)溫儀也要具備顯示最大/最小值、讀數(shù)鎖定等功能，為后續(xù)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析奠定基礎(chǔ)。

具體在選擇紅外測(cè)溫儀時(shí)，設(shè)定參數(shù)要求如下。第一，表面溫度。量程為-30～300 ℃，分辨率0.1 ℃，精度±2.0 ℃，光學(xué)分辨率6:1。第二，環(huán)境空氣溫度。量程為-10～50 ℃，分辨率：0.1 ℃，精度±0.5 ℃。因?yàn)榧t外測(cè)溫儀運(yùn)行過程中務(wù)必要按住開關(guān)，所以工作人員需要優(yōu)化設(shè)計(jì)開關(guān)線路，增設(shè)固定開關(guān)以延長(zhǎng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間。

3 無線發(fā)射臺(tái)站鐵塔遙控巡檢系統(tǒng)操作建議與實(shí)現(xiàn)

3.1 操作建議

3.1.1 熟練掌握操作規(guī)范

工作人員巡檢無線發(fā)射臺(tái)站鐵塔操作遙控飛行器，為了保證飛行安全性，要求組織所有工作人員參與培訓(xùn)，尤其是燃油型飛行器的操作。它的設(shè)備機(jī)體大，長(zhǎng)度與葉片相對(duì)較長(zhǎng)，如果葉片處在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，很有可能威脅操作人員的人身安全。要求燃油型飛行器的操控必須要嚴(yán)謹(jǐn)，根據(jù)規(guī)范要求展開[5]。另外，工作人員要熟記操作規(guī)范，了解遙控器功能操作的技巧。正式操控前在飛行模擬軟件中練習(xí)，待模擬操作完全熟練后，在寬闊的地區(qū)實(shí)施飛行器試飛，確定各項(xiàng)操作十分熟練后，展開鐵塔的飛行器巡查工作[6]。

3.1.2 提高飛行器操控規(guī)范性

在遙控飛行器操作環(huán)節(jié)，為了保證巡查最佳效果，提出以下建議。第一，開始飛行前要求工作人員嚴(yán)格檢查飛行器所有零部件；第二，提前在寬闊的場(chǎng)地進(jìn)行起飛與降落試驗(yàn)；第三，巡檢前對(duì)鐵塔附近是否存在同頻干擾展開檢查，如果確定存在，要調(diào)整遙控器頻率規(guī)避干擾，將飛行、云臺(tái)的遙控器頻率調(diào)開；第四，開始飛行巡檢前先開啟遙控器，隨后啟動(dòng)飛行器，飛行器落地后按照飛行器、遙控器的順序逐次關(guān)閉，避免飛行器操控失誤現(xiàn)象；第五，鐵塔與天饋線系統(tǒng)在巡查期間需要設(shè)置兩個(gè)工作人員，分別負(fù)責(zé)飛行器和攝影云臺(tái)的操控。因?yàn)楣ぷ魅藛T自身的專業(yè)水平關(guān)系到飛行安全和巡檢工作的效果，所以在選擇操控人員時(shí)要具備專業(yè)性與靈敏性，重復(fù)飛行練習(xí)后提升個(gè)人專業(yè)能力，確保巡檢工作效果，保證無線發(fā)射臺(tái)站最佳運(yùn)行環(huán)境。

3.2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

3.2.1 監(jiān)控播出信號(hào)

信號(hào)播出環(huán)節(jié)要求對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控，保證播出質(zhì)量。為此，遙控巡檢系統(tǒng)可以提前設(shè)定設(shè)備定時(shí)開關(guān)機(jī)、信號(hào)異常等。設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下始終維持最佳工作狀態(tài)，且實(shí)施設(shè)備的實(shí)時(shí)性監(jiān)控。如果在監(jiān)控播出信號(hào)期間發(fā)現(xiàn)信號(hào)源數(shù)據(jù)異常，則要根據(jù)提前設(shè)定流程展開自動(dòng)控制。

3.2.2 多畫面監(jiān)控

無線發(fā)射臺(tái)站需要運(yùn)用視音頻監(jiān)測(cè)儀器，作用是監(jiān)測(cè)電視節(jié)目所有節(jié)點(diǎn)視頻與音頻的信號(hào)質(zhì)量，根據(jù)提前設(shè)定時(shí)間錄像做好信號(hào)異常信息的監(jiān)督管理。對(duì)于多畫面監(jiān)控，一方面需要監(jiān)測(cè)信號(hào)，運(yùn)用信號(hào)監(jiān)測(cè)設(shè)備如音視頻檢測(cè)設(shè)備、音頻輔助監(jiān)測(cè)設(shè)備等發(fā)揮設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，以實(shí)現(xiàn)電視三路信源的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制。另一方面，畫面分割顯示，采用VGA與大屏幕監(jiān)視儀器連接，使大屏幕分割成為若干個(gè)小窗口，更加清晰地顯示節(jié)目信號(hào)，為多畫面監(jiān)控提供條件。

3.2.3 信號(hào)異常檢測(cè)

對(duì)于異常信號(hào)的監(jiān)測(cè)是按照音頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提前設(shè)定數(shù)據(jù)，判斷每段信號(hào)信息，使其能夠始終控制在要求范圍內(nèi)。若發(fā)現(xiàn)信號(hào)異常，那么信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)預(yù)警，通知相關(guān)人員進(jìn)行維護(hù)。

4 結(jié) 論

綜上所述，在展開無線發(fā)射臺(tái)站鐵塔巡檢工作期間，采用遙控巡檢系統(tǒng)可以采集鐵塔運(yùn)行數(shù)據(jù)，支持發(fā)射臺(tái)站的遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過攝影裝備與拍攝云臺(tái)等，完成高海拔位置鐵塔的巡檢工作。一方面可以提高巡檢效率，另一方面能夠通過遙控巡檢系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能巡檢。這是當(dāng)前廣播電視臺(tái)實(shí)施發(fā)射臺(tái)站巡檢工作的重要手段，也是今后技術(shù)方面的重要發(fā)展方向之一。