于海泉 吳金友 梁秀文

（作者單位：1.哈爾濱廣播器材有限責(zé)任公司；2.四川省廣播電視局520 臺(tái)；3.四川省廣播電視新聞與傳播研究所）

廣播電視發(fā)射機(jī)故障隱患大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)是基于大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的一種應(yīng)用系統(tǒng)，旨在對(duì)廣播電視發(fā)射機(jī)的故障隱患進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析和預(yù)判，以提高系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和維護(hù)效率。

采用大數(shù)據(jù)分析方法，依據(jù)發(fā)射機(jī)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息和日常維護(hù)積累的維護(hù)知識(shí)、故障隱患處理經(jīng)驗(yàn)，按照運(yùn)行態(tài)勢(shì)邏輯思維規(guī)則，運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析方法，生成故障隱患排除處理建議，從而解決復(fù)雜的系統(tǒng)故障診斷問題。按照系統(tǒng)生成的故障隱患排查建議，維護(hù)人員快速找到故障源及故障點(diǎn)，極大方便故障隱患的預(yù)防診斷和快速排查，縮短了診斷時(shí)間，提高了對(duì)故障處理效率，最大限度避免因故障所造成的安全播出風(fēng)險(xiǎn)，降低維護(hù)人員的工作強(qiáng)度，提高相關(guān)維護(hù)人員的實(shí)際維護(hù)水平，為臺(tái)站安全播出、發(fā)射機(jī)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行、故障隱患的快速排除提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

1 廣播電視發(fā)射機(jī)故障隱患大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)概述

廣播電視發(fā)射機(jī)是廣播電視系統(tǒng)中的重要組成部分，負(fù)責(zé)將信號(hào)轉(zhuǎn)換為電磁波進(jìn)行傳輸。然而，由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行、環(huán)境變化、設(shè)備老化等原因，發(fā)射機(jī)可能存在各種隱患和故障。為了提高廣播電視系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，發(fā)射機(jī)故障的及時(shí)診斷識(shí)別和排除建議尤為重要。

該系統(tǒng)通過采集廣播電視發(fā)射機(jī)的實(shí)時(shí)狀態(tài)和性能參數(shù)數(shù)據(jù)，并應(yīng)用數(shù)據(jù)預(yù)處理、特征預(yù)判等技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和提取，構(gòu)建相應(yīng)的模型進(jìn)行故障預(yù)估、故障診斷和隱患分析。發(fā)射機(jī)故障診斷系統(tǒng)采用大數(shù)據(jù)分析方法，結(jié)合廣播系統(tǒng)專家多年積累的經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)解析發(fā)射機(jī)工作原理，總結(jié)發(fā)射機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)的故障，建立發(fā)射機(jī)故障診斷知識(shí)庫，對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和搜索策略進(jìn)行優(yōu)化分析。該系統(tǒng)沉淀發(fā)射機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行而積累下來的特征點(diǎn)，結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)，建立長(zhǎng)期有效的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫，并采用粗糙集和故障樹數(shù)據(jù)分析診斷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射機(jī)實(shí)時(shí)故障診斷。結(jié)合適應(yīng)故障數(shù)據(jù)庫，在故障發(fā)生的第一時(shí)間判斷故障點(diǎn)位，生成解決方案，提高故障判斷時(shí)效性，為廣播電視系統(tǒng)運(yùn)行提供強(qiáng)有力的安全保障。

2 廣播電視發(fā)射機(jī)故障隱患大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

2.1 故障診斷

大數(shù)據(jù)分析在廣播電視發(fā)射機(jī)故障診斷與排除中的應(yīng)用，可以幫助快速、準(zhǔn)確地識(shí)別和解決發(fā)射機(jī)故障，提高故障排除效率和廣播電視運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2.1.1 數(shù)據(jù)收集與存儲(chǔ)

建立一個(gè)完善的大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，首先需要收集和存儲(chǔ)廣播電視發(fā)射機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括但不限于發(fā)射機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、溫度、電流、電壓等參數(shù)，以及故障發(fā)生時(shí)的報(bào)警記錄和維修記錄。通過合理的數(shù)據(jù)采集設(shè)備和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案，可以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。

2.1.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理與特征提取

從收集到的大量數(shù)據(jù)中提取有用特征，通過數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)，如數(shù)據(jù)清洗、去噪、歸一化，消除數(shù)據(jù)中的噪聲和異常值，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。利用特征提取方法，如主成分分析、小波變換等，將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為具有代表性的特征向量，以便故障診斷和分析。

2.1.3 故障預(yù)測(cè)與診斷

基于收集到的數(shù)據(jù)和提取的特征，采用機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘算法，進(jìn)行故障預(yù)測(cè)和診斷。通過對(duì)歷史故障數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)和模型訓(xùn)練，識(shí)別潛在的故障隱患，并提供故障預(yù)測(cè)和診斷結(jié)果。

2.2 故障隱患排查

2.2.1 隱患分析與優(yōu)化建議

大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)通過對(duì)大量發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)的分析和比對(duì)，找出異常行為和參數(shù)偏離特征，判斷是否存在潛在隱患。根據(jù)分析結(jié)果生成詳細(xì)的運(yùn)維建議。

2.2.2 故障預(yù)測(cè)和預(yù)警

通過沉淀大量的發(fā)射機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)和故障記錄，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)建立故障趨勢(shì)模型?；跉v史數(shù)據(jù)和故障模式分析，預(yù)判故障可能發(fā)生的時(shí)間和類型，并提前發(fā)出預(yù)警信息，減少故障帶來的影響和損失。

2.2.3 異常檢測(cè)與診斷

通過對(duì)發(fā)射機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和大數(shù)據(jù)分析，檢測(cè)出發(fā)射機(jī)異常數(shù)據(jù)。識(shí)別異常模式和異常趨勢(shì)，定位故障的位置和原因。運(yùn)行維護(hù)人員根據(jù)異常檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行故障診斷和排查。當(dāng)發(fā)射機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)能夠?qū)收线M(jìn)行智能診斷，通過分析實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，辨別故障類型和定位故障位置，快速發(fā)現(xiàn)故障原因，縮短故障排除的時(shí)間。

2.2.4 故障原因分析

利用運(yùn)行態(tài)勢(shì)大數(shù)據(jù)分析方法，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)和故障模型數(shù)據(jù)，可以對(duì)發(fā)射機(jī)故障信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，找出故障發(fā)出的根本原因。通過分析發(fā)射機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)等，確定故障發(fā)生的關(guān)聯(lián)因素，得出故障源最大概率故障的點(diǎn)位，生成解決故障隱患的最佳建議。

2.2.5 隱患分析

系統(tǒng)通過對(duì)廣播電視發(fā)射機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，識(shí)別潛在的隱患和問題，如頻繁出現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)、性能波動(dòng)、設(shè)備老化等，提供詳細(xì)的隱患分析報(bào)告和建議，幫助維護(hù)人員進(jìn)行相應(yīng)的處理和改進(jìn)。

2.2.6 智能故障排除建議

通過分析大量的故障數(shù)據(jù)和解決方案，建立故障與解決方案的關(guān)聯(lián)模型。當(dāng)發(fā)射機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)匹配相似的故障案例，并推薦相應(yīng)的解決方案，幫助運(yùn)行維護(hù)人員快速解決故障。

3 廣播電視發(fā)射機(jī)故障隱患大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)

采用傳感器、監(jiān)測(cè)設(shè)備或其他數(shù)據(jù)源，采集廣播電視發(fā)射機(jī)實(shí)時(shí)狀態(tài)和性能參數(shù)數(shù)據(jù)；將采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中，如關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)或大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)。

3.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

對(duì)采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)清洗、去噪、異常值處理和數(shù)據(jù)歸一化等，有助于提高數(shù)據(jù)質(zhì)量和準(zhǔn)確性，以便后續(xù)分析和建模。

3.3 特征建模

進(jìn)行特征提取與故障隱患相關(guān)的特征選擇。包括選擇適當(dāng)特征、進(jìn)行特征轉(zhuǎn)換和構(gòu)建新特征。特征建模有助于提取數(shù)據(jù)中的關(guān)鍵信息。

3.4 模型訓(xùn)練與分析

應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，使用歷史數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行訓(xùn)練和建模。常用的算法包括支持向量機(jī)、決策樹、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、聚類分析等。通過訓(xùn)練和分析，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)故障預(yù)估、故障診斷和隱患分析等。

3.5 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與報(bào)警

對(duì)廣播電視發(fā)射機(jī)的狀態(tài)和性能指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并設(shè)置閾值。當(dāng)指標(biāo)超過設(shè)定的閾值或出現(xiàn)異常情況時(shí)，系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)出報(bào)警通知，以便相關(guān)人員采取相應(yīng)措施。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警可以通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流處理和事件處理來實(shí)現(xiàn)。

4 廣播電視發(fā)射機(jī)故障隱患大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)架構(gòu)

4.1 數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層的功能主要是采集廣播電視發(fā)射機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過傳感器、監(jiān)測(cè)設(shè)備或數(shù)據(jù)源來獲取發(fā)射機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)、性能參數(shù)以及故障報(bào)警信息等。數(shù)據(jù)采集通過傳統(tǒng)的物理連接或者無線通信方式進(jìn)行。

4.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層

將采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以備后續(xù)的分析和處理。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層，可以選擇使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)或者大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，根據(jù)數(shù)據(jù)量和實(shí)時(shí)性要求來決定合適的存儲(chǔ)方案。

4.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理層

對(duì)采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以提高數(shù)據(jù)質(zhì)量和準(zhǔn)確性。預(yù)處理包括數(shù)據(jù)清洗、去噪、異常值檢測(cè)和數(shù)據(jù)歸一化等。此外，還可以進(jìn)行故障隱患相關(guān)特征的提取，為模型訓(xùn)練和分析提供數(shù)據(jù)。

4.4 數(shù)據(jù)分析與挖掘?qū)?/h3>

利用大數(shù)據(jù)分析和挖掘算法來進(jìn)行發(fā)射機(jī)故障隱患的預(yù)測(cè)、診斷以及性能優(yōu)化。常用的算法包括機(jī)器學(xué)習(xí)算法（如支持向量機(jī)、決策樹、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）和統(tǒng)計(jì)分析方法。通過訓(xùn)練模型和對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)故障預(yù)測(cè)、隱患分析和性能優(yōu)化等功能。

4.5 可視化與應(yīng)用層

將分析結(jié)果可視化呈現(xiàn)，以便用戶能夠直觀地理解和使用系統(tǒng)。通過儀表盤、圖表、報(bào)表等方式，用戶可以查看發(fā)射機(jī)的狀態(tài)、故障預(yù)測(cè)結(jié)果、診斷報(bào)告和優(yōu)化建議。

廣播電視發(fā)射機(jī)故障隱患大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)架構(gòu)圖，如圖1 所示：

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

5 廣播電視發(fā)射機(jī)故障隱患大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)原理

故障診斷模塊是故障診斷子系統(tǒng)工作的診斷核心，通過診斷核心，可對(duì)發(fā)射機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷，并將符合診斷規(guī)則的故障進(jìn)行時(shí)間檢測(cè)。當(dāng)本故障持續(xù)發(fā)生時(shí)間超過閾值時(shí)，則將此故障輸出，生成故障源的具體位置和故障原因，并判斷出故障的嚴(yán)重程度及故障修復(fù)的具體措施建議，供運(yùn)行維護(hù)人員進(jìn)行故障檢測(cè)，采取措施處理故障，最大限度地減少故障對(duì)發(fā)射機(jī)所造成的影響。

發(fā)射機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)采集控制器采集并傳輸給故障診斷模塊，故障診斷模塊由故障理論知識(shí)庫模塊、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)知識(shí)庫模塊、數(shù)據(jù)邏輯推理模塊、數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)模塊、數(shù)據(jù)挖掘模塊、建議自動(dòng)生成模塊組成。故障理論知識(shí)庫模塊含有發(fā)射機(jī)故障隱患診斷需要的數(shù)據(jù)分析相關(guān)規(guī)則，分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)規(guī)則庫和自定義數(shù)據(jù)規(guī)則庫?；A(chǔ)數(shù)據(jù)規(guī)則庫內(nèi)事先存儲(chǔ)相關(guān)通用的發(fā)射機(jī)故障隱患排查的相關(guān)規(guī)則；自定義規(guī)則數(shù)據(jù)庫是維護(hù)人員和技術(shù)專家根據(jù)故障排查現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行規(guī)則填補(bǔ)和完善?；A(chǔ)規(guī)則數(shù)據(jù)庫和自定義數(shù)據(jù)規(guī)則庫可自動(dòng)選擇啟用。當(dāng)發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)滿足相應(yīng)故障隱患設(shè)定的閾值規(guī)則時(shí)，數(shù)據(jù)邏輯推理模塊根據(jù)故障隱患規(guī)則的類型、持續(xù)的時(shí)間進(jìn)行故障判斷，甄別出偶發(fā)故障隱患的可能性，當(dāng)發(fā)射機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)故障數(shù)據(jù)規(guī)則全部滿足故障狀態(tài)的相關(guān)閾值時(shí)進(jìn)行故障推送，滿足部分相關(guān)故障隱患閾值時(shí)進(jìn)行預(yù)警推送。推送信息通過信息解釋模塊進(jìn)行相應(yīng)的可視化呈現(xiàn)，故障可視化顯示模塊顯示故障現(xiàn)象、故障原因、故障概率點(diǎn)位、故障處理預(yù)案和處理建議；告警顯示模塊根據(jù)預(yù)設(shè)進(jìn)行相關(guān)告警觸發(fā)，包括聲、光、短信告警等多種方式；故障存儲(chǔ)模塊將相應(yīng)的故障信息存儲(chǔ)到故障隱患數(shù)據(jù)庫，以備歷史查詢追溯。發(fā)射機(jī)故障診斷系統(tǒng)原理如圖2 所示：

圖2 邏輯分析原理

6 廣播電視發(fā)射機(jī)故障隱患大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法

（1）傳感器監(jiān)測(cè)。通過部署合適的傳感器設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)。傳感器將采集到的數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析和比對(duì)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況和故障。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障檢測(cè)是保障設(shè)備正常運(yùn)行和及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障的重要手段。

（2）狀態(tài)監(jiān)測(cè)。通過監(jiān)測(cè)設(shè)備的狀態(tài)信息，如開關(guān)狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)等，判斷設(shè)備是否正常工作。例如，在廣播電視發(fā)射機(jī)中，可以監(jiān)測(cè)發(fā)射機(jī)的功率輸出、信號(hào)質(zhì)量等狀態(tài)參數(shù)，以判斷發(fā)射機(jī)是否存在故障。

（3）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其適應(yīng)分析任務(wù)的需求。

（4）特征選擇。從原始數(shù)據(jù)中選擇最具有代表性和相關(guān)性的特征?？梢允褂媒y(tǒng)計(jì)方法或機(jī)器學(xué)習(xí)方法進(jìn)行特征選擇，排除冗余和無關(guān)的特征，減少特征空間的維度。

（5）特征建模。通過對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行組合、轉(zhuǎn)換和衍生，構(gòu)建新特征。例如，通過數(shù)學(xué)運(yùn)算、聚類、分箱等方式創(chuàng)建新的特征，以捕捉數(shù)據(jù)中更高級(jí)別的信息和關(guān)系。

（6）特征編碼。將原始數(shù)據(jù)中的類別型特征轉(zhuǎn)換為數(shù)值型特征，使得模型能夠處理這些特征；對(duì)高維數(shù)據(jù)進(jìn)行降維，減少特征的數(shù)量，同時(shí)保留數(shù)據(jù)主要信息。

（7）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析。通過對(duì)設(shè)備產(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，利用數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，檢測(cè)設(shè)備的異常行為和故障模式。例如，可以通過建立故障診斷模型，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，發(fā)現(xiàn)潛在的故障跡象。

（8）預(yù)警系統(tǒng)。建立預(yù)警系統(tǒng)，通過設(shè)定合理的閾值和規(guī)則，監(jiān)測(cè)設(shè)備參數(shù)的變化情況，并及時(shí)發(fā)出警報(bào)。當(dāng)設(shè)備參數(shù)超過預(yù)設(shè)的閾值或出現(xiàn)異常行為時(shí)，預(yù)警系統(tǒng)可以發(fā)送警報(bào)信息給相關(guān)人員，以便及時(shí)采取措施。

（9）故障診斷與識(shí)別。利用專業(yè)的故障診斷工具和算法，對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障診斷和故障模式識(shí)別。通過分析設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)、故障特征和運(yùn)行狀態(tài)，可以快速準(zhǔn)確地定位故障原因，并提供相應(yīng)的故障修復(fù)方案。

7 結(jié)語

廣播電視發(fā)射機(jī)故障隱患大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的應(yīng)用具有重要意義和潛在價(jià)值。充分利用大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，能夠?qū)V播電視發(fā)射機(jī)故障隱患進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析和預(yù)測(cè)，為系統(tǒng)的可靠性和維護(hù)效率提供有力支持。對(duì)設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與正常運(yùn)行時(shí)的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，判斷系統(tǒng)是否存在故障。若存在故障，則進(jìn)一步給出故障發(fā)生源的位置、產(chǎn)生原因，生成相對(duì)應(yīng)的應(yīng)急措施和處理建議。廣播電視發(fā)射機(jī)故障隱患大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，對(duì)確保發(fā)射機(jī)安全運(yùn)行具有較高的實(shí)用價(jià)值，對(duì)智慧廣電的建設(shè)和發(fā)展具有積極意義。

注釋：

①主要參考安徽匯鑫電子有限公司資料。