中波天饋線自動巡檢系統的設計

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，開發了中波天饋線自動巡檢系統。系統在發射機房到天線的線路上、調配室等處安裝一系列紅外熱成像測溫監控頭，實現對重點線路和設備的在線監視，并通過現有相應的光纖網絡通道把熱圖像和測溫數據實時傳至機房和遠端，并通過自動巡線監控軟件--配套紅外圖像處理和溫度數據分析處理軟件系統的開發，實現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的事故，從而保障天饋線系統安全運行。

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，天線場區離機房約1km，天饋線傳輸線路長，高頻節點接頭繁多，有1個主調室、4個分調室、4個反調室，調配元件多，其中真空電容、交換開關是故障多發隱患點。其中任何一個環節發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。中波發射機均為固定頻率，無法實現臺際代播，天線系統故障情況下，即使本臺有備機，也無法實現代播。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，發生故障時能快速恢復。天饋線系統長期在大功率、高電壓下工作，即使是優良的器件也會出現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、失效產生的，其外觀表現為：在故障出現之前數小時都比正常工作時發熱多許多。而發射臺天饋線傳統的檢查方式，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的設計，就是為了準確的在事故之前得知天饋線系統各設備的溫度分布情況，掌控發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詳細設計

1.1 系統架構設計

天饋線系統故障與溫度密切相關，因此利用紅外熱成像對天饋線系統的故障易發點進行實時檢測，了解和掌握設備運行狀態，能及早發現問題，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，實現對線路設備的在線實時監測，天饋線設施發生事故前都有一個明顯的共同特征， 就是事故前的發熱征兆， 一旦發現發熱溫度超過其允許值，及時采取處理措施，就可避免燒壞、燒斷等現象，提高保障安全播出能力。

中波天饋線自動巡檢系統可分為三個部分，圖像采集前端、光纖通信和網絡、監控中心機房設備和軟件。系統總體網絡結構設計如圖1所示，在中波天線場區，通過安裝紅外熱像監視或視頻紅外雙模式監控測溫、配合中心計算機和監控圖像處理軟件系統，建立天饋線系統自動巡線管理平臺，將天饋設備運行的狀態信息、視頻圖像信息、測溫信息進行整合和集成，實現天饋線系統巡線工作的可視化、智能化，從而達到及早發現問題、取代人工巡檢的目的。實現線路和調配室現場設備遠程可視化，能按照事先設定的巡視順序，值班人員在監視中心可查看各攝像頭自動旋轉巡檢的信息，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測點的圖像和溫度數據。利用視頻和紅外測溫系統開展巡查，查看設備是否存在放電、發熱現象，具備超標數據的自動報警功能。

1.2 圖像采集前端設計

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

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

3）天線區全場監測：1個點。在主調室和分調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測點，視場能覆蓋天線區全場。通過云臺控制監視角度，實現對天線全場區域的視頻加紅外熱像監視。攝像頭可按照設定的次序和速率自動巡航。

1.3 光纖通信和網絡設計

由于發射臺特殊的電磁環境特點，特別是在天線調配室內，強電磁場致使常規的無線、有線系統不能抗拒信號干擾。系統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有效的避免信號干擾問題。達到：從監控點到主機的實時網絡數字圖像傳輸，圖像信號不受現場電磁場干擾，圖像傳送實時性、可靠性高?？梢暬缑妫僮骺刂埔荒苛巳?。因此系統的通信和網絡設計主要是建立各節點設備到主機房的光纖網絡連接線路，在各節點安裝光電轉換（光端機或光纖收發器）和通信（網絡交換機）設備。

1.4 監控中心設計

監控中心機房系統由監測數據服務器、數據庫、控制臺、監視屏、視頻錄像和數據存儲器、打印機、網絡交換機，光纖收發器等組成，主要功能有采集所屬電臺發射臺站的線路和設備監測數據、實現監控監測系統軟件業務功能、提供監測報告和預警、告警信息。能設置監測任務（時間、點、區域、溫度）；執行監測任務（定時、定點、人工）；控制監測器（調焦、校溫、移動）；監測報警（聲、光、報告）；監測記錄（錄像、報告、日志等）；向監控服務器發送報警圖像、數據、報告；監測數據驗證和分析（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，運用IP技術，實現系統的網絡接入。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/背光補償；

3）云臺：

速度：可變速，水平0.1～80?/s 垂直0.1～40?/s；

水平旋轉范圍：0～360°；

俯仰旋轉范圍：±90°；

4）輸入輸出接口：

輸入：直流24V；

輸出：RJ45；

5）環境適應性：

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、操作與溫度數據分析。

⑥支持預覽分組切換、手動切換

2）自動巡線功能

①系統具備視頻和紅外自動巡視功能，在可設定的間隔時間內對全站的監控點進行圖像巡檢，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控位置，正常狀態下攝像機保持默認位置，在控制完成的可設定的時間段內恢復默認監控位置。

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域以醒目顏色顯示。

⑤可以根據需要自動/手動調節亮度和對比度。

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

⑦可對圖像指定區域進行測溫分析，對測溫區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生告警。

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

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據的信息，都存儲在數據庫中。

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觸發超溫自動報警時，報警信號、內容等可在監控畫面自動顯示；

②報警類別是：畫面變化報警、溫度異常報警。報警可根據需要進行分級，報警信號、報警內容可在任何畫面自動顯示；當發生報警時，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，實現報警聯動錄像，具備長延時錄像和慢速回放功能。可以多種方式查詢報警信息。

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

⑤重發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系統保存自動生成的重要數據，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系統具有較強的容錯性，不會因誤操作等原因而導致系統出錯和崩潰。

2 結束語

為了實現自動巡檢，遠程、實時的監控是系統安全運作的必備條件。傳統的視頻監控功能實現又基本上是以環境監視、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，能從根本上改變人工巡檢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射傳輸線路運行時的故障和人員在危險作業區作業的風險性，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絡技術而成的在線監控系統能實現全自動實時狀態監控，這對于提高巡線可靠性與有效性，降低停播率有重要意義。

參考文獻：

[1] 潘宏，煤礦人員安全管理系統的設計與實現[D].電子科技大學， 2013.

[2] 李博，基于ActiViz.NET的三維地質體可視化系統設計與實現[D]. 云南大學， 2013.

[3] 劉昱博，油藏可視化系統的設計與實現[D].電子科技大學， 2013.

[4] 程敬敬，基于車載相機采集圖像的大規模城市街景重建[D]. 哈爾濱工業大學， 2013.

[5] 謝小艷，基于Terra Explorer三維地質環境信息系統的設計與實現[D].電子科技大學， 2012.

[6] 趙冬雪，基于紅外多點觸摸的地理信息系統[D]. 西安電子科技大學， 2013.

[7] 習玄輝， 發射臺機房運行監控系統的設計和應用[J].廣播與電視技術， 2013，40（1）：91-93.