徐炳文

（建德市融媒體中心，浙江 杭州 311600）

0 引 言

發(fā)射機房是數(shù)字廣播的核心部分，其將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為電磁波，通過發(fā)射天線向外輻射，實現(xiàn)對目標區(qū)域的信號覆蓋。隨著數(shù)字廣播技術(shù)的進步和應用范圍的擴大，數(shù)字廣播發(fā)射機房面臨著信號通路復雜化、設(shè)備多樣化和線路敏感化等問題[1]。運用建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）、大數(shù)據(jù)和智能化等技術(shù)手段，實現(xiàn)數(shù)字廣播發(fā)射機房信號通路的智能運維，以提高信號通路的維護質(zhì)量，是廣播單位亟待解決的難題。

1 數(shù)字廣播發(fā)射機房信號通路維護的需求分析

1.1 保障信號通路的高質(zhì)量和穩(wěn)定性

數(shù)字廣播發(fā)射機房信號通路是從信號源到發(fā)射天線的所有設(shè)備和線路的總稱。保障信號通路的高質(zhì)量和穩(wěn)定性，是數(shù)字廣播發(fā)射機房維護的首要任務(wù)[2]。信號源、設(shè)備、線路是信號通路的主要組成部分。信號源決定了信號通路的基本參數(shù)，如頻率、功率、調(diào)制方式等；設(shè)備負責對信號進行轉(zhuǎn)換、處理、傳輸；線路則將信號從設(shè)備傳送到發(fā)射天線。信號源、設(shè)備及線路三個方面相互影響、相互制約。只有綜合考慮并協(xié)調(diào)好這三個方面，才能實現(xiàn)數(shù)字廣播發(fā)射機房信號通路的高質(zhì)量和穩(wěn)定性。

1.2 提升通路維護的智能度和便捷性

隨著數(shù)字廣播應用領(lǐng)域不斷擴展，大數(shù)據(jù)時代的數(shù)據(jù)呈指數(shù)型趨勢膨脹，信號通路維護工作日益復雜化，維護所需的人力物力逐步增加。提升通路維護的智能度和便捷性，是數(shù)字廣播發(fā)射機房維護的迫切需求。引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將各種設(shè)備、線路、信號源等通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，能夠?qū)崿F(xiàn)信息的交換和共享[3]。通過人工智能技術(shù)，可以實現(xiàn)對信號通路的自動化檢測、診斷和修復，提高通路維護的智能度和靈活性。

1.3 實現(xiàn)通路維護的低能耗和環(huán)保性

隨著綠色環(huán)保概念的深入人心，在運維系統(tǒng)成本不斷激增的情況下，數(shù)字廣播發(fā)射機房通路維護的低能耗和環(huán)保性要求逐漸被重視起來。在實現(xiàn)信號通路維護的過程中，數(shù)字廣播發(fā)射機房面臨著減少能源消耗和減輕環(huán)境負擔的雙重挑戰(zhàn)。這包括采用高效能放大器、處理設(shè)備以及低損耗的傳輸線路。這些設(shè)施的高效運行，可以大大降低能源消耗，從而實現(xiàn)低能耗的運行狀態(tài)。

2 數(shù)字廣播發(fā)射機房信號通路的維護策略

2.1 基于BIM技術(shù)的線路合理布局

BIM技術(shù)是基于三維模型的建筑信息化管理方法，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑物全生命周期的數(shù)字化管理，優(yōu)化發(fā)射機房的空間布局，實現(xiàn)線路的可視化、協(xié)同和優(yōu)化。BIM技術(shù)主要利用BIM軟件獲取、管理設(shè)備和線路的相關(guān)數(shù)據(jù)，如尺寸、連接方式、功耗等，進行三維建模，將其轉(zhuǎn)化為可視化模型，以優(yōu)化線路長度和彎曲度等參數(shù)，從而實現(xiàn)線路的合理布局[4]。BIM技術(shù)具體實現(xiàn)功能包括：

（1）可視化分析，將線路布局以圖形化的方式展示出來，工程師可以直觀地查看線路的走向、連接方式等，從而做出合理的決策；

（2）碰撞檢測，對線路布局進行碰撞檢測，檢測線路是否與其他設(shè)備或結(jié)構(gòu)物發(fā)生沖突，避免線路安裝過程中的問題，提高施工效率；

（3）運行模擬，對線路進行運行模擬，預測不同工況下線路的性能和運行狀態(tài)，提前發(fā)現(xiàn)潛在問題，并進行相應的優(yōu)化和調(diào)整；

（4）數(shù)據(jù)導出，將線路布局方案導出為相應的格式，如計算機輔助設(shè)計（Computer Aided Design，CAD）圖紙、Excel表格等，供施工和維護使用。

2.2 建立設(shè)備及信號源的有效備份機制

數(shù)字廣播發(fā)射機房的備份運維，旨在防止意外災害和不明故障。備份機制主要包括信號源和設(shè)備兩個層面。

信號源備份方面，廣播單位的播控、發(fā)射部門的地理位置相距遙遠，光纖線路信號傳輸效果不盡如人意，因此需進行信號源備份。信號源的備份通常分為熱備份和冷備份兩種方式。熱備份指主信號源和備用信號源同時工作，功分器將主信號源的輸出分成兩路，分別送入發(fā)射天線和功合器，與備用信號源的輸出相合成。冷備份指主信號源和備用信號源交替工作，切換開關(guān)將信號源輸出選擇性地送入發(fā)射天線。相比而言，熱備份方式的成本高，冷備份方式的切換時間長。本文采用云計算與物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）技術(shù)的創(chuàng)新方法，實現(xiàn)了數(shù)字廣播發(fā)射機房中Ku波段信號源的遠程監(jiān)控和管理，從而具備了不同地點、不同環(huán)境、不同網(wǎng)絡(luò)下對設(shè)備進行集中管理和控制的能力。該方案實現(xiàn)跨越地域、跨越網(wǎng)絡(luò)、跨越平臺的信號源切換，同時具備數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化等功能。

在設(shè)備備份方面，合理利用音頻設(shè)備的模擬輸出口和數(shù)字輸出口，實現(xiàn)信號切換、交叉?zhèn)浞莺捅O(jiān)聽等功能。發(fā)射機房通常處于惡劣環(huán)境中，外部電源供應可能受到颶風、雷暴等極端天氣的影響，對信號傳輸造成不利影響。因此，除了保證電源的穩(wěn)定性外，還需引入在線式不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）[5]。在線式UPS可以在電源故障時提供穩(wěn)定的備用電源，保證設(shè)備的正常運行。為了提高廣播發(fā)射機信號傳輸系統(tǒng)的可靠性，同時進行交叉?zhèn)浞?，通過在線式UPS供電設(shè)置衛(wèi)星信號鏈路，直接供電設(shè)置網(wǎng)絡(luò)信號，提高信號傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

2.3 建設(shè)自動化監(jiān)控運維系統(tǒng)

構(gòu)建自動化監(jiān)控運維系統(tǒng)，能減少工作人員負荷并提高實時監(jiān)測精度。系統(tǒng)設(shè)計遵循廣播電視發(fā)射機房自動化管理模式，監(jiān)控系統(tǒng)通過發(fā)射機接口（RS-232/RS-485/RS-422或Ethernet）與數(shù)據(jù)采集控制器連接，每臺發(fā)射機對應一部數(shù)據(jù)采集控制器。整合的Ethernet數(shù)據(jù)接口負責將數(shù)據(jù)傳輸至發(fā)射機監(jiān)測主機，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。自動化監(jiān)控運維系統(tǒng)服務(wù)器還連接多傳感器、聲光報警器、打印機等，如圖1所示，實現(xiàn)多位一體的控制，通過天線倒換控制器，實現(xiàn)同軸開關(guān)的遠程切換功能，以確保信號的連續(xù)傳輸。

圖1 自動化監(jiān)控運維系統(tǒng)

監(jiān)控運維系統(tǒng)需要實現(xiàn)以下功能。

（1）發(fā)射機參數(shù)監(jiān)測。通過與發(fā)射機的物理接口相匹配的通信協(xié)議，實時采集發(fā)射機的各種參數(shù)和狀態(tài)量信息，包括功率、頻率、溫度及電流等。

（2）發(fā)射機控制。發(fā)送指令，實現(xiàn)對發(fā)射機的開/關(guān)操作，以及報警復位等功能。

（3）信源監(jiān)測。利用視頻I幀高精度指標進行監(jiān)測，通過嵌入式Linux監(jiān)測系統(tǒng)硬件架構(gòu)實時報警監(jiān)看，利用可編程邏輯器件（Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA）、高性能數(shù)字信號處理器數(shù)字信號處理（Digital Signal Processing，DSP）組成數(shù)字監(jiān)測處理電路，通過檢測信號接口如串行數(shù)字接口（Serial Digital Interface，SDI）、音視頻（Audio Video，AV）、高清（High Definition，HD）、異步串行接口（Asynchronous Serial Interface，ASI）等對多種信號進行分析，監(jiān)測信源質(zhì)量的廣電標準指標參數(shù)，并通過報警數(shù)據(jù)流回傳到服務(wù)器，記錄并顯示狀態(tài)。

（4）數(shù)據(jù)存儲與分析。將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行存儲，以便進行數(shù)據(jù)分析和故障排查。

2.4 利用大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)規(guī)劃檢修計劃

數(shù)字廣播發(fā)射中心可利用深度學習智能計算網(wǎng)絡(luò)分析系統(tǒng)制定計劃，提升設(shè)備穩(wěn)定性，降低維護成本。系統(tǒng)依據(jù)發(fā)射中心的運行數(shù)據(jù)變動和異常情況生成維護計劃。與發(fā)射中心設(shè)備相連的接口實時收集各類運行數(shù)據(jù)，如發(fā)射機的運行狀態(tài)、功率、溫度、電流等參數(shù)。系統(tǒng)根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)，運用算法和模型檢測設(shè)備異常和趨勢。通過監(jiān)測發(fā)射機功率變化、溫度升高或電流異常等指標，系統(tǒng)能判斷設(shè)備是否存在潛在故障風險。

在數(shù)據(jù)分析的框架下，系統(tǒng)利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在大數(shù)據(jù)環(huán)境中采用人工智能技術(shù)，對設(shè)備運行數(shù)據(jù)進行深度學習和預測分析，最終生成對應的檢修計劃表。檢修計劃內(nèi)容包括人員維修計劃、合理的檢修頻率等。

3 結(jié) 語

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)和人工智能技術(shù)，實現(xiàn)了對數(shù)字廣播發(fā)射機房設(shè)備運行狀態(tài)的智能監(jiān)測和維護。本文將傳統(tǒng)的機械化維護方式轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑S護方式，以數(shù)據(jù)為驅(qū)動，實現(xiàn)了對設(shè)備運行狀態(tài)的實時監(jiān)測和預測分析，從而優(yōu)化了維護計劃的制定和執(zhí)行。利用大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)規(guī)劃檢修計劃，數(shù)字廣播發(fā)射機房能夠?qū)崿F(xiàn)對設(shè)備運行狀態(tài)的智能監(jiān)測和維護，提高設(shè)備的可靠性和工作效率，降低運維成本，并確保廣播信號的穩(wěn)定傳輸。本文研究成果不僅適用于數(shù)字廣播發(fā)射機房，還可以推廣應用于其他領(lǐng)域的設(shè)備維護和運維管理中，如電力、交通、工業(yè)等領(lǐng)域，為實現(xiàn)智慧城市和智能工廠的建設(shè)提供有力支撐。