广播电视发射塔数字化监测系统的工程构建与数据可视化实现

一、广播电视发射塔数字化监测系统工程构建

（一）硬件选型与部署

1. 传感器选型：针对发射塔不同监测对象选择适配传感器。其中，供电系统监测选用精度达 0.5 级的电压传感器与电流传感器，实时采集供电电压、电流数据，保障供电稳定；发射机监测采用具备高频采样功能的功率传感器与温度传感器，采样频率不低于 1kHz，实时捕捉发射功率、设备温度变化，预防设备过载；环境监测选取防护等级IP65 以上的温湿度传感器、风速风向传感器与振动传感器，适应户外复杂环境，实时监测塔体周边温湿度、风速风向及塔身振动情况，防范极端天气对塔体造成损害。

2. 数据采集设备部署：数据采集设备选用工业级数据采集网关，支持多协议接入，可同时连接多个不同类型传感器。部署时，将数据采集网关安装于发射塔机房内，通过屏蔽线缆与传感器连接，减少电磁干扰对数据传输的影响。

3. 传输设备配置：传输设备采用双链路设计，主链路选用光纤传输，带宽不低于 100Mbps，保障大数据量稳定传输；备用链路采用 4G/5G 无线传输，当光纤链路故障时自动切换，确保数据传输不中断。传输设备部署于机房网络汇聚点，与数据采集网关、后端服务器形成稳定通信链路。

（二）软件架构设计

1. 数据采集层：负责与硬件设备交互，通过驱动程序对接数据采集网关与传感器，按照预设采样周期采集监测数据，并对原始数据进行初步过滤，剔除明显异常数据，确保数据有效性。

2. 数据传输层：采用加密传输协议，将采集层处理后的数据传输至后端服务器，同时实现数据传输状态监测，当出现数据丢失或传输延迟时，自动触发重传机制，保障数据完整性与实时性。此外，该层还具备带宽自适应调节功能，根据网络负载动态调整传输速率，避免网络拥堵。

3. 数据处理层：作为系统核心层，承担数据存储、分析与故障预警功能。数据存储采用“时序数据库 + 关系型数据库”混合存储架构，时序数据库用于存储海量监测时序数据；关系型数据库用于存储设备信息、用户权限等结构化数据。数据处理方面，通过建立数据清洗模型，进一步去除噪声数据；利用机器学习算法对监测数据进行趋势分析与异常检测，当数据超出预设预警阈值时，自动生成故障预警信息。

4. 应用层：面向用户提供多样化功能模块，包括实时监测模块、历史数据查询模块、故障预警模块与报表生成模块。实时监测模块实时展示各监测参数数据；历史数据查询模块支持按时间范围、监测对象查询历史数据；故障预警模块以弹窗、短信等形式推送预警信息；报表生成模块可自动生成日报、周报、月报，为运维决策提供数据支撑。

二、数据可视化实现

（一）可视化工具选型

结合系统需求与数据特点，选用 ECharts 作为前端可视化库，其支持多种图表类型（如折线图、柱状图等），且具备良好的兼容性与交互性，可满足多维度数据展示需求；后端采用 Python 的 Django 框架搭建可视化服务，实现数据查询、图表生成与前端数据交互，确保可视化页面的流畅性与响应速度。

（二）多维度可视化设计

1. 整体运行状态可视化：采用仪表盘式设计，在系统首页展示发射塔整体运行状态。以环形仪表盘展示关键指标达标率，达标率以不同颜色区分（绿色表示达标率 ⩾98% ，黄色表示 95% ≤达标率 <98%，红色表示达标率 <95%）；通过图标闪烁提示故障设备位置，点击图标可查看故障设备详细信息，帮助运维人员快速定位故障。

2. 实时监测数据可视化：针对不同监测对象采用差异化图表展示。供电系统数据采用折线图实时展示电压、电流变化趋势，横轴为时间，纵轴为电压 /电流值，同时标注额定值参考线，便于对比分析；发射机数据采用柱状图展示各发射机功率值，不同发射机以不同颜色区分，直观呈现各设备功率差异；环境数据采用组合图表，以折线图展示温湿度变化，以风向玫瑰图展示风速风向分布，全面呈现环境状况。

3. 历史数据对比可视化：支持按日、周、月、年查询历史数据并进行对比分析。采用双轴折线图展示同一监测参数在不同时间段的变化趋势，通过趋势对比帮助运维人员发现设备运行规律与潜在问题；同时提供数据导出功能，支持将历史数据导出为Excel 格式，便于进一步分析。

4. 地理信息可视化：结合 GIS 技术，在电子地图上标注发射塔位置，以不同颜色标识发射塔运行状态（绿色表示正常，黄色表示预警，红色表示故障）；点击地图上的发射塔图标，可弹出该发射塔的详细监测数据面板，实现发射塔位置与运行状态的直观关联，便于管理人员全局掌控区域内发射塔运行情况。

三、系统测试与应用效果

（一）系统测试

1. 功能测试：对系统各功能模块进行测试，验证实时监测、数据查询、故障预警、报表生成等功能是否正常运行。测试结果显示，系统可实时采集并展示所有监测参数，数据查询响应时间≤ 1s，故障预警准确率≥ 95% ，报表生成完整且数据准确，满足设计需求。

2. 性能测试：模拟1000 个并发用户访问系统，测试系统响应时间与稳定性。结果表明，系统平均响应时间≤ 2s，无数据丢失或系统崩溃情况，具备良好的并发处理能力；在连续72 小时满负载运行测试中，系统运行稳定，各项性能指标无明显下降，满足长期运行需求。

3. 环境适应性测试：将传感器与数据采集设备置于 -20^∘C ~60℃温度范围、湿度 85%RH 的环境中进行测试，设备正常工作，数据采集精度无明显偏差；模拟风速 12 级、振动频率 5Hz 的极端环境，系统仍能稳定采集与传输数据，证明系统具备较强的环境适应性。

（二）应用效果

1. 运维效率提升：取代传统人工巡检模式，运维人员通过系统可实时掌握发射塔运行状态，无需现场巡检，巡检周期由原来的 1 天缩短至 7 天，运维人力成本降低 60% ；故障定位时间由原来的2 小时缩短至10 分钟，故障修复效率提升 90% 。

2. 播出质量保障：通过实时监测与故障预警，有效预防设备故障导致的信号中断问题。系统运行以来，发射塔信号中断时长由原来的年均12 小时降至0.5小时，播出质量显著提升，用户满意度提高至98% 以上。

3. 设备寿命延长：通过对设备运行数据的分析，实现设备精准维护，避免过度维护或维护不足。应用后，发射机平均寿命由原来的 8 年延长至 10 年，设备更换成本降低 25% 。

四、结语

本文通过对广播电视发射塔数字化监测系统工程构建与数据可视化实现的研究，明确了硬件选型部署与软件架构设计的关键要点，提出了多维度数据可视化方案，并通过系统测试与实际应用验证了方案的可行性与有效性。该系统的应用有效提升了发射塔运维效率与播出质量，为广播电视行业基础设施智能化升级提供了实践参考。

参考文献：

[1] 技术在广播电视发射监控中的应用. 王斌. 电脑迷,2017(05)

[2] 浅谈广播电视发射站自动化系统的网络安全与维护. 卢志勇. 青春岁月 ,2011(18)

[3] 浅谈广播电视的发射技术维护. 张鹏. 科学中国人,2015(24)