廣播電視發射臺節傳自動化3D虛擬呈現技術

于洪濤

內蒙古自治區廣播電視傳輸發射中心奈曼734臺 內蒙古 通遼市 028300

1 3D 虛擬技術在臺站的應用場景

發射臺3D 虛擬呈現技術是基于臺站自動化系統平臺功能的深度拓展，主要服務于臺站自動化系統的信號流監測、數據鏈監測、設備狀態監測、故障判斷、故障提示、運維保障等。系統主要突出智能監測、立體觀察、所見即所得的監測效果，集合了信號切換、音頻監測、環境監測、電力監測、發射機監控邏輯、天線倒換、天調狀態等立體化、脈絡化顯示功能，同時匯聚了物聯網功能，可有效對設備的運行狀態、參數變量進行遠程在線式監測、設置與操控，實現監測系統的虛擬可視及沉浸式操控功能，如圖1 所示。

2 3D 虛擬技術的建設意義

發射臺3D 虛擬呈現技術的使用，使得用戶在發射臺的日常維護與監測工作中，能夠進一步了解業務的核心和重點，安全播出的保障能力得到強化，其在系統指導、業務培訓、遠程維護、3D 巡檢等方面都有著較大改善。

2.1 系統指導

將監測系統進行3D 建模，全部設備設施都可進行數字虛擬化，并將設備的信息疊加到虛擬設備中，方便用戶直觀地看到信號鏈路的走向和狀態，同時也有利于用戶掌握系統的結構和組成單元，快速認識、掌握并接管平臺系統。

2.2 業務培訓

在技術培訓方面，3D 虛擬呈現技術能夠更生動直觀地提供虛擬培訓平臺和虛擬操作流程，幫助用戶快速掌握設備功能和系統操作方法，提高培訓效率。

2.3 遠程維護

3D 虛擬呈現技術遠程維護協助平臺，能夠使工作人員通過網絡與異地專業技術人員進行在線交流，縮短系統故障的排除時間，為用戶提供高效的技術指導，提高運維效率。

2.4 3D 巡檢

3D 虛擬技術的應用，可為巡檢人員提供更直觀的畫面，實現巡檢的便捷化。同時系統支持巡檢記錄追溯，規避巡檢過程中因違規操作帶來的風險，保證巡檢工作順利進行。

3 3D 監測系統的結構和功能

3.1 3D 監測系統的結構

發射臺監測系統的3D 虛擬技術以傾斜攝影技術和人工測繪技術等三維空間數據采集為核心，以臺站核心業務網絡為框架，目的是為臺站的安全播出保障工作服務。3D 監測系統涵蓋了設備高精仿真還原、信號立體畫面顯示、數據統籌歸納、故障智能判斷、設備智慧管理、配套設施輔助等功能，使值班人員可以實現沉浸于模擬空間的監測方式。

其系統結構如圖2 所示。

在3D 監測系統中，臺站所有業務活動、業務流程、空間結構、設備布局、系統邏輯全部可由3D 界面直觀表現，將系統的多層維度進行展現。構成3D 監測系統的關鍵點在于搭建數據的孿生功能，即需將受測設備的真實情況與其數字仿真體之間進行精確映射，如圖3 所示。各受測設備的數據采集需要通過不同功能的傳感器、采集器、控制器等布置于系統受測設備的前端，保證原始數據的真實性和即時性，確保3D 系統中仿真模型與實體間的數據孿生并切實有效。

圖3 硬件監控結構圖

此外，由于3D 監測系統中的仿真設備與真實設備之間進行了數據孿生映射，因此也為3D 軟件巡檢功能的實現創造了條件。當需要對整體設備巡檢時，通過軟件的3D 建模，值班人員可以采用沉浸式巡機模式對設備進行逐一巡檢和系統排查，某種程度上可以分擔值班員的巡機工作，具有巡檢直觀、鏈路清晰的特點。如遇到設備故障或發生異常狀態，可通過3D 軟件進行仿真化定位和故障排查，激活實時警報，提醒用戶或值班人員進行設備故障處理。

3.2 3D 監測系統與子系統的映射結構

實現監測系統的3D 化，需要不同功能、穩定可靠的前端設備和強大數據處理單元作為技術支撐。通常在整套的3D 監測系統中，硬件構造方面需要由信號監測系統、數據采集系統、環境動力等多個分系統支持，軟件方面需要有處理能力強大的數據管理平臺，兩者相互依存，共同作用才能實現3D系統中映射的全狀態功能。

3.2.1 硬件系統的可視化

物理層面上，機房3D 虛擬現實的呈現采用立體“沙盤化”仿真設計，對臺站真實結構進行數字化處理，可對應機房真實的設備、機柜等情況，并納入到平臺中，使機房的建造結構，設備布局與臺站的真實場景完全一致。在此系統結構下，設備、機柜、攝像頭、每個溫濕度傳感器等，都會呈現真實的數據鏈路關系，將設備的數據信息衍射到顯示前端，借助清晰直觀的虛擬圖像實時監控臺站設備的運行狀態。當系統出現問題或故障時，可以快速確定問題發生位置。

3.2.2 軟件系統功能

軟件系統的數字化包含臺內節傳發射設備及電力設備的廠家、型號、配置、維修、檢修、機房分布、機柜位置、工作原理圖、設備線路圖等信息，具體監測內容包括發射機的功率、駐波比等諸多指標、同軸開關的狀態、電力設備數據、UPS 等臺站核心設備的數字信息。

（1）監測功能：可以通過系統觀看節傳系統中的信源與解調等音頻信號顯示、發射機發射功率、反射功率、報警信息、室內溫度、室內濕度、機房煙感狀態、水浸狀態等監測信息，由于設備的參數信息與仿真對象進行了設備關聯，可以確保監測的立體化、直觀性和監測效果。

（2）控制功能：對節傳系統中的切換管理器、發射機、天線倒換閘等關鍵設備可實現動作動態可視化分步處理，比如信源信號切換、發射機開關機、主備發射機倒機、天線遙控倒換等動作，均可依靠可視化動畫處理來實現，用戶可通過控制提示或工作手冊執行，同時便于值班員加深其動作的邏輯與背后知識的了解。

（3）報警及故障處理：當平臺監測到故障時，可根據故障的嚴重程度進行不同級別的報警，報警方式包括文字提示、彈窗報警、聲光報警。此外，根據系統數據專家庫的成熟度，系統還可提供相應的處置預案建議，處置建議由臺站監測系統經過長期運行得到的經驗總結。當故障產生時，值班人員可根據處置建議進行比對，并根據建議準確地解決問題。

（4）安全性強化：在系統安全性方面，平臺建立了可靠的權限管理認證門戶，對于訪問者（用戶）的確定采用嚴謹的加密認證，保證系統的安全，防止非法用戶擅自訪問和入侵監測系統。同時，系統的管理權限也采用權限發放的形式，最高權限賬號具有訪問、管理、監測的功能。低權限的賬號僅賦予訪問功能，無法獲取操作管理權限，進一步保證了系統的安全性。

（5）數據與知識庫管理：3D 軟件系統具有強大的數據管理與分析能力，交互界面可以通過數據曲線、音頻柱圖、百分比餅圖等多種形式，對正常數據和報警信息進行形象化展示。同時，系統會對存儲于數據庫中的各類監測數據進行統一化數據處理，引入搜索引擎功能，為用戶提供綜合性的數據搜索服務，實現真正意義上的全平臺信息匯聚與分享，并增加專家庫功能。

3.3 系統綜合特點

3.3.1 實現機房與設備的可視化

3D 可視化管理功能采用虛擬仿真技術，實現機房的可視化瀏覽和智能化虛擬仿真，包括臺站建筑和機房設備設施。系統根據樓層的實際建筑結構完成3D 建模，真實展示各機房的信息和設備擺放情況，通過動畫式路徑進入各個機房進行瀏覽查看，并瀏覽設備的詳細信息。

3.3.2 實現資產管理的可視化

3D 可視化管理軟件采用管理數據與ERP 軟件聯鎖技術手段實現對臺站的資產與配置信息的可視化管理，能夠與多種IT 資產配置管理數據庫集成，也可將ERP 或資產管理表直接導入，以可視化餅圖方式進行瀏覽和管理，提升資產管理數據的真實性和管理效率。

3.3.3 實現設備管理的歸一化

3D 可視化管理軟件以設備的原始數據為監測對象，通過其數據接口實現設備監測管理的一致性，具有設備接入系統門檻低的特點，任何采用公共協議的設備都可接入3D 監測管理系統，根據用戶需求任意調整，擴展性極強。

結語

發射臺3D 虛擬監測技術廣泛采用數據孿生技術，通過沉浸式臺站監測方式，給臺站的日常監測和安全播出工作帶來了全新的監測視角和應用體驗，其在原有的臺站自動化監測平臺的基礎上不僅對傳統的監測方式進行了繼承，同時解決了信號與數據同平臺監測問題，對臺站業務水平的提高具有顯著的推動作用。