數字孿生技術在高山無線發射臺站的探索及實踐

楊 雷

（文山電視調頻骨干轉播臺，云南 文山 663000）

0 引言

近年來，在國家和行業主管部門的大力支持和推動下，“智慧廣電”已然成為廣電行業建設發展的趨勢和方向。建設“智慧廣電”成為時代和國家賦予廣電行業的歷史責任，同時也是新的發展理念和高質量發展戰略得以落實的關鍵舉措。無線發射臺站作為廣播電視安全傳輸鏈路的重要環節，在國家廣播電視總局有線、無線、衛星智能協同覆蓋規劃中發揮著重要作用，也是智慧廣電戰略布局的重要組成部分。現階段，為了更好地發揮廣播電視無線發射臺的重要作用，以適應智慧廣電建設要求，文山電視調頻骨干轉播臺在現有廣播電視監測系統的基礎上進行智慧化建設探索，以建立臺站統一的信息化平臺為目標，以“物聯網”思維對臺站進行全面的數字化建設，引入數字孿生技術對發射機進行細致的三維建模，以期通過新技術提高臺站智慧化水平，最終提升臺站的運維能力和安全播出保障能力[1]。

1 臺站現有自臺監測系統現狀

文山電視調頻骨干轉播臺近年來陸續進行了一些信息化改造，主要集中在自臺監測系統的搭建。目前臺站有一套集播出節目監測、發射機運行狀態監測、供配電系統狀態監測、信號源傳輸系統監測以及安防監控等功能于一體的廣播電視安全播出監測平臺，可實時顯示和記錄播出系統各重要環節的運行狀態。但在“智慧廣電”的行業發展背景下，這一系統已經不能適應臺站更高的發展需求，主要體現在：一是采集的信息少，系統功能單一，系統學習、使用成本高，交互體驗和友好度低；二是系統較陳舊，升級得不到較好的支持，一些新的想法和需求不能被滿足；三是結構復雜，系統采用傳統的下位機方式，是針對早期信息化技術還不成熟時的方案，現在臺站設備的整體語境發生了變化，設備更穩定、協議更全面，這種下位機方案帶來的運維復雜、維護困難、成本高昂的弊端就慢慢凸顯出來了；四是現有系統只局限在業務功能上，建立之初就只把重心放在是否能滿足各種功能上，而各功能系統之間相互獨立，各司其職，重前端而輕平臺，數據與結果都不能共享，也不能沉淀，對于從數據中發現規律、優化工作、預判問題、提升臺站運營能力等工作目標，沒有辦法實現。

2 智慧化改造的目標

2.1 全面數字化建設

在目前自臺監測系統已有的發射機數據采集、監測、發射機開關機、主備機倒換以及配電、環境、安防監測外，要提升臺站的智慧化水平和能力，就要進行全面的數字化建設，為臺站真正的信息化平臺建設打好基礎。真正的數字化，要達到真實臺站的虛擬化目標，除了對設備的信息采集、管控外，還需要將日常工作經驗，比如故障處理經驗、設備使用手冊、設備操作心得、工作流程、設備邏輯關系、應急預案乃至臺站機房結構、相關法律、法規、通知以及員工交接班動作、月檢、年檢等都進行數字化，最終搭建出一個虛擬化的真實臺站，在信息化平臺中，把虛擬化的臺站當做真實臺站來看待，絕大部分運維工作均在平臺中實現。主要的發射機情況監看、發射機常規操作執行以及工作交接班、抄表、巡機等，都通過新的手段在信息化平臺上完成[2]。這樣，通過平臺長時間運行積累的大量數據，利用大數據功能便可直接指導業務，發現規律，預判問題，還可以用來指導運維以及臺站管理，比如在平臺上可以看到哪些設備容易出問題，哪些重要環節經常有漏洞，可以指導運維人員及時購買備品備件、調整庫存。除此之外，還可以通過對職工平時工作數據進行評估，對職工工作情況進行量化考核，為年度考核提供參考依據等[3]。

2.2 搭建臺站統一的信息化平臺

臺站建立統一的信息化平臺，應該做到數據的統一、系統管理與接口的統一、輸出與呈現的統一以及運維的統一等等。前面提到，現有的自臺監測系統中各功能系統之間是相互獨立的，各司其職，數據與結果都不能共享，也不能沉淀，進行全面的數字化后，要搭建一個臺站全業務信息化平臺，涵蓋臺站所有環節，將各功能系統統一起來納入一個整體平臺中，做到系統之間互聯互通、數據共享[4]。

2.2.1 兼容已有設備和功能

臺站在近幾年的項目建設過程中積累下部分設備，為了避免重復投資，要保留絕大部分現有自臺監測系統設備，新的平臺支持對其兼容處理，將其納入統一的信息化平臺中，同時保留播出節目質量監測、傳統發射機數據監測、發射機的開關機、主備機倒換及供配電系統監測、信號源系統監測、安防監測等功能。

2.2.2 物聯網化與內部云化平臺

在“智慧廣電”大背景下，建立統一的信息化平臺，要采用“物聯網”思維，把臺站各個環節設備作為物聯網模塊接入到系統中，統一物聯網各環節設備的數據屬性和動作屬性，根據業務需要進行擴容與縮減，這樣便于平臺最大化兼容性和擴展性。數據采集端只需完成數據采集工作，最大化保證穩定性，讓平臺端負責絕大多數數據和信息的處理，即從之前重前端、輕平臺逐漸向輕前端、重平臺方向轉變，以前在采集前端大量堆積設備而平臺卻沒有足夠的信息處理能力的現狀將得會慢慢得 到改變。

2.2.3 平臺內和平臺間擴容性

平臺的擴容性也是考驗平臺的核心指標之一。新的信息化平臺應有較強的擴容性，在平臺內擴容方面無論是日常運維還是臺站業務與設備調整，均可在平臺中完成，這樣保證平臺在設備擴展性、業務適應性與系統運維角度，相比于現有自臺監測系統要更加先進。在平臺間擴容性方面，平臺既支持單點臺站實施，也應支持多臺站部署，能夠做到由統一的信息中心進行指揮和管理。

2.3 業務信息化

臺站所有業務工作均在業務信息化部分得以呈現，包括機房、機柜、設備部署安裝情況，業務流程，設備間邏輯關系，實時數據采集、呈現與監測、報警，以及業務信息的單獨查詢接口等。其主要有三層維度的平臺展現：第一層，物理維度，把臺區臺貌進行真實的虛擬表達，提供真實機房結構的3D虛擬實景呈現，每一臺設備，在哪個機柜里，機柜在哪個房間里，房間的物理結構等，都與真實臺站場景完全一致，使用和操作平臺時，值班人員就像在機房真實值班一樣，可以保證不在機房也能感受到真實的值班體驗，也能在運維過程中最快地鎖定故障位置；第二層，設備邏輯維度，以最主要的發射環節為組織核心，數據角度從衛星接收機開始一直到發射機，配電角度從高壓外電輸入開始，一直到發射機，串聯起發射機關聯的所有上下游設備，這樣，結合物理實景，可針對任何設備，向運維人員提供全方位、多維度的認知與定位能力；第三層，設備詳情維度，針對某一個設備，將其實景圖片、實際型號、廠商信息、運行信息、操作手冊、線路圖及故障維修記錄等可以數字化的內容全部呈現出來，完成一個物聯網節點最立體的呈現效果。除此之外，平臺需要兼具傳統監測業務，即對發射機數據、環境監測數據、配電數據、關鍵設備等進行實時監測。

2.4 運維信息化

除了業務信息化外，平臺應具備運維信息化能力。運維信息化系統最核心的是“交接班”功能，當前平臺設備運行信息、設備操作信息、故障處理信息、巡機、抄表工作等都會與交接班動作進行關聯，值班人員實行工號管理便可形成一個職工長期立體的工作結果數據呈現，為年度職工考核提供依據，此外，周檢、年檢、設備維護管理、備品備件固定資產管理、檔案管理、人員管理、請假等日常工作以及臺站電話/電話錄音、工作打卡等均可在平臺中完成。

2.5 臺站知識庫與大數據

一個真正信息化平臺的建設，一定少不了對數據進行沉淀與挖掘的能力。平臺建成后，通過不斷收集臺站運維數據，隨著信息和數據的不斷沉淀積累，便可進行大數據分析，幫助發現臺站運行的潛在規律，在故障研判等方面提前預警，提升安全播出保障能力，同時還具備信息檢索功能，將各種入庫信息包括應急預案、設備使用手冊、通知信息、線路圖、設備說明書以及每次設備故障的搶修記錄等均錄入平臺并在平臺呈現，值班人員可根據需要，輸入關鍵字便可搜索出所需的信息，指導值班人員處理故障，提高臺站運維效率。

2.6 數字孿生系統的初步建設

臺站智慧化是建設目標，數字孿生技術是實現智慧化目標的具體呈現形式。發射機是無線發射臺站最重要的設備，對發射機設備進行初步的孿生模型建設，旨在完成一個數字孿生系統最重要的底層基礎性工作。通過三維建模技術，為實體發射機建立一個虛擬的數字設備，精細到發射機各重要部件及其內部重要電子模塊，可根據需要對發射機內部重要部件進行分拆，同時建立部件之間的邏輯關系，經過業務處理，在部件中真實呈現發射機的動態，這樣便可在運維過程中精確鎖定故障位置，減少故障判斷時間，縮短停播時長，提高安全播出保 障能力[5]。

3 結語

2018年11 月，國家廣播電視總局在推進全國“智慧廣電”建設現場會上，對如何加快推進“智慧廣電”建設作出重要工作部署，提出要著力構建有線無線衛星智能協同覆蓋、共建共享共用，并與互聯網互聯互通、可管可控、綠色安全的現代傳播新格局、新體系，提高廣播電視現代化傳輸傳送水平、優質覆蓋能力以及末端溝通能力。針對上述要求，為進一步推進“智慧廣電”工作在無線發射臺站的落地落實，本項目引入數字孿生技術對發射機設備進行精細建模，建立無線發射臺站的數字孿生系統，實現廣電領域的“數字孿生”，通過搭建統一的信息化平臺，實現信息數據互聯互通，在不斷沉淀積累的真實的大量數據基礎上，依托大數據與AI技術，完成技術運維及監測監管的智能化，實現初步的智慧化，為無線發射臺站“無人值守”“遠程監控”等管理模式提供了一套切實可行的參考模式，是“智慧廣電”發展過程中一次全新的探索和實踐。