技术领域

本实用新型涉及广播电台系统自动控制设备领域，更具体的说是一种广播 专家系统。

技术背景

广播电台是一个复杂的系统，成千上万个不同类型的设备连接在一起，即 包括大型设备，如动力供应设备、发射机等，也包括小型设备，如CD、MD音 乐播放机等，还有连接各个设备之间错综复杂的各种连线。这些设备集结在一 起形成一个超大型的整体系统，其目的就是将广播的内容持续不间断的发送至 各个终端。然而这么大型的系统在运行的过程中，难免其中某个设备存在故障 或者是意外的停止工作，从而造成对广播播出质量的影响，甚至是停播。

因此有必要对广播电台的各个设备进行监控和设置预备机，能够及时发现 故障或问题的所在，保证播出质量。现有的监控系统相对独立，而且主要是针 对音频系统的监控。如现有的DSM-800多路音频监控系统，该系统可按用户指 定的周期对每一路输入通道单独设置监控时段，以适应各频道每天不同的播出 时间表。系统实时监控输入的信号，若检测不到输入信号时，系统立即播放报 警提示。

现有的系统只能使值班人员单纯地知道电台音频播出中断，至于在哪个环 节出现问题，引起播出中断的设备是什么，该类设备使用的可靠性和各项历史 数据是什么就无法知道了，而且也忽视了其它的对于安全播出也至关重要的播 出环境以及供配电系统的监控。因此，现有的系统只起到简单的报警提示功能， 对故障的排除无法起到指导性的作用，也无法监控各个设备之间运作的协调性， 跟无从给出设备更换或选用的建议性意见。

人工智能作为21世纪的重大技术，现在以及日趋成熟。专家系统是人工智 能重要的领域，利用智能的计算机程序，运用知识进行推理，解决只有专家才 能解决的复杂问题。将专家系统应用于广播电台中，能够给广播领域的工程技 术人员和管理者的预测和决策提供了快速科学的依据和指引。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺点，提供一种实现播出的自动 化和智能化，给广播领域的工程技术人员和管理者的预测和决策提供了快速科 学的依据和指引的广播专家系统结构。

本实用新型通过以下技术方案实现其实用新型目的。

本实用新型设计了一种广播专家系统，系统结构主要包括：对广播系统检 测和监控的综合监控系统，对综合监控系统的监控数据进行统计和分析的分析 评估系统，对监控数据和分析评估结果进行预测分析和决策参谋的预测参谋系 统，用于存储监控数据和机器设备技术参数的数据库，以及用于人为监控和系 统设置的人机对话系统五大部分。人机对话系统分别与综合监控系统、分析评 估系统、预测参谋系统和数据库连接，分析评估系统和预测参谋系统与数据库 连接。硬件方面综合监控系统、分析评估系统、预测参谋系统和人机对话系统 主要由计算机系统构成，数据库由海量硬盘阵列构成。

系统中综合监控系统实现播出监控的自动化和智能化，是安全播出强有力 的技术保障系统，通过综合监控系统检测到的监控数据，结合设备运行参数和 技术知识库构成网络数据库系统，预测参谋系统通过故障分析、可靠性分析、 投资分析和预测分析等，能够实现快速的科学决策。

安全播出是广播界时刻关心的问题，依靠传统的人工技术保障，难以实现 对广播安全播出更高的要求，同时也造成较大的人力资源浪费。综合监控系统 充分利用了单片机技术、计算机网络技术、通信技术等高新技术而开发的一套 监控系统，利用它可以对各种播出设备、播出链路和播出环境等进行大规模检 测点的监控，是广播专家系统最基础、最重要的一个模块，成为安全播出的强 有力的智能及自动保障系统。系统包括：用于与安装在各种设备上的各种传感 器连接的数据采集模块，用于将采集的原始数据进行分析处理成统计数据的数 据分析处理模块，用于对实时运作的设备进行智能自动控制和切换的智能自动 控制模块，和进行设备运作故障报警的自动报警模块，数据采集模块将原始的 数据通过数据分析处理模块处理之后分别传送至智能自动控制模块、自动报警 模块、数据库和人机对话模块。

所述数据采集模块的硬件主要包括由单片机构成的中心控制器、设有多个 模拟量和数字量的多通道数据采集设备和自动恢复电路三部分。考虑安全播出 的重要性以及播出设备的分散性，数据采集模块的稳定性和灵活性是最为关键 的问题，因此系统采用内置嵌入式系统的单片机作为原始数据采集终端的控制 中心。多通道数据采集设备利用51MCU、以太网络接口芯片、A/D转换器和相 关外围接口电路，采用了模块化的设计方法实现系统的硬件架构，负责对各种 被监控量的原始数据采集和传输，具有多通道(每个采集模块能够实现16个模 拟量、16个数字量的数据采集)、多数据类型和灵活扩充等优点。在通信协议方 面，采集模块同时支持以太网、电话线路和手机短信的数据传输方式，可实现 不同区域的远程实时监控。同时，为提高单片机的稳定性和可靠性，采用了看 门狗自动恢复电路设计，实现采集模块在无人机房的自动恢复功能。多通道数 据采集设备连接工艺系统数据采集设备、动力系统数据采集设备、音频系统数 据采集设备、发射机数据采集设备和环境数据采集设备。环境数据采集设备至 少包括温度传感器、照度传感器、空气清新度传感器、隔声门状态传感器和室 内监控摄像头中的一种或多种。

因为系统的数据采集采用了分布式的数据采集方式，庞大的各类原始数据 必须进行科学的分析处理才能被专家系统给予有效的利用，因此数据分析模块 综合了统计学原理以及可靠性工程原理进行统计和分析，通过长时间的实践， 利用纠错系统建立了可靠的数学分析模型，并与广播工艺紧密结合，根据广播 工艺的每个构成系统的连接方式，可以分析出系统运行的平均故障间隔、故障 率以及可靠度，并以图表的形式直观地反应出来，一方面使技术人员对整个系 统的运行状况有一个全面的了解，同时也为专家系统搭建了最有效的数据平台。 数据分析模块采用在计算机中嵌入筛选软件构成，数据输入端与数据采集模块 连接，通过以下数学方法实现数据的筛选。

首先是信息元的相关性，在考虑综合监控系统的信息元采集中，需要判断 信息元在专家系统中的地位以及信息元间的相关性，即判断其强相关或弱相关， 如(1)式所示。

R＝{Rij |Rij∈R，i，j＝1，2，......n}......(1)

其次是信息元采集系统的数据纠错，在工程中，由于工艺系统、音频系统、 动力系统和人机系统的信息量采集受到各种随机因数(温度、湿度、振动和电 磁场等)的影响，同时也受到信息采集器件参数的不一致性的约束，因此，采 集的数据的真伪将直接影响专家系统的准确性。

实验证明，大量采集器件(传感器)的参数为：

Y1，2＝f(X)+(C±δ)......(2)

X------传感器的输入参数

Y-----传感器的输出参数

当满足：Y＞Y1|t＜τ

Y＜Y2|t＜τ

时，信息元被判断为正确，

当满足：Y＞Y1|t＞τ

Y＜Y2|t＞τ

时，信息元被判断为错误。

其中τ＝n*Δt

Δt为传感器每次数据采样的时间间隔

τ为纠错定义的时间间隔

最后将系统认为正确的数据通过人机对话系统显示出系统实时的运作状 态，传送到智能自动控制模块和自动报警模块作为监控数据，并存入数据库中 作为分析评估系统的统计依据和预测参谋系统预测的依据。

广播系统既要实现安全播出，又要把技术人员解放出来，所以必须有高度 智能自动控制系统。智能自动控制模块的设计目的就是为实现“无人值班、有 人留守、定期维护”的目标，因此在无人值班的情况下，当播出系统出现故障 时能够进行自动切换、自动恢复等功能。智能自动控制模块主要包括音频智能 控制设备、动力智能控制设备、发射机智能控制设备和空调系统智能控制设备， 主要体现在以下几方面的智能自动控制：

对音频信号进行监控，在播出信号出现故障的情况下，系统能够自动切换 到正常的信号进行抢通播出，而且考虑因为主持人的缺席而引起停播的因素， 系统还应具备硬盘音乐抢通功能，确保播出的无间断进行。实现对发射机的远 程监控，解决检修期间的防非法信号干扰的问题，同时实现发射机的远程控制 等。实现对动力系统的智能控制，对整个广播系统的供配电实现无人化管理， 在紧急情况下，如断电，能够采用备用电源自动恢复供应，实现不间断电源供 应。在广播系统中，很多高精度设备对环境的要求十分高，如直播室的录音设 备等，特别是对工作温度的要求，空调系统智能控制设备能够维持各个工作间 在设定的温度范围内。

音频智能控制设备包括主播机、第一备播机、第二备播机、补乐机、调音 台、抢通切换器和监控中心机，所述主播机和第一备播机通过调音台与抢通切 换器连接，第二备播机和补乐机直接与抢通切换器连接，抢通切换器控制端连 接监控中心机，监控中心机信号输入端连接音频系统数据采集设备。第一备播 机作为主播机的第一代替音源，当主播机出问题的时候，第一备播机能够及时 抢通切换器能够及时切换到第一备播机上。第二备播机是在当第一主播机也不 能工作或者是调音台出现故障的时候，作为备用音源使用，此时监控中心机控 制抢通切换器将音源切换到第二备播机上。如果以上三个播放器均无法播放， 则将音源切换到补乐器上，防止广播中出现无声的现象。监控中心机通过音频 系统数据采集设备来判断抢通切换器的切换。实现了广播自动化，使广播播控 无人值班成为现实，保障了广播的安全播出。

智能自动控制模块还预留有多个用于拓展对其他系统进行智能化控制的结 构，用于进一步完善广播专家系统。

所述自动报警模块包括声音报警设备、文字报警设备、远程传呼报警设备 和短信报警设备等多种报警机制。当专家系统发现播出系统或播出设备出现故 障的时候，系统可以同时进行声音、系统文字报警，提示在场工作人员故障发 生和所在位置，以方便技术人员了解故障情况并根据具体情况进行快速抢修。 通过MODEM发送短信传呼第一时间通知相关技术人员，使技术人员能够到位， 对机器和设备进行及时的维修。而且通过手机短信平台把详细的故障情况通过 手机短信息发送给有关人员，主要是各级主管，并可以设定在超过多长时间未 排除故障就通知上一级主管人员，使各级主管能够及时协调工作，并对停机做 出相应的应急策略。

在上述的结构基础上，本实用新型可以通过中心控制系统与综合监控系统、 预测参谋系统、数据库和人机对话系统连接用于控制和协调其他四个系统之间 的工作，并作为数据交换中心。这样的网络结构能够简化整个系统的布线设计， 降低系统的维护成本，并可以设置备用的中心控制系统以提高整个专家系统的 安全性和稳定性。

专家系统在综合监控系统采集到的数据的基础上，结合设备运行参数及技 术知识库，通过分析评估系统综合统计学原理以及可靠性工程原理可以进行各 类的统计和分析，方便技术人员和管理者从各方面了解播出系统的状况。分析 评估系统主要包括与数据库连接的历史数据查询模块、故障查询模块和分析统 计模块，分析统计模块将数据库中的数据进行分析统计后再将分析统计结果存 入数据库。分析评估系统通过软件设计可以实现以下几种形式的查询：

1.历史数据查询统计：系统提供多种方式、多种类型的查询方式，方便技术 人员按照自己的需要对故障数据和历史数据进行查询，并支持查询结果导出 Excel报表的功能。

2.故障查询功能：系统可以以设备、类型、地点或者链路进行查询统计，链 路可以根据实际的需求进行灵活定义，满足不同的工艺需求。

3.多种形式的统计结果：系统可以按功能进行各类的统计分析，包括各种设 备、系统的可靠度、故障率、故障次数和MTBF等，对于与每个分析结果都通 过图表曲线的方式进行显示。

预测参谋系统是广播专家系统的应用核心，通过在计算机上设计各种类型 的数学模型程序，主要包括故障处理指引模块、设备选用建议模块和设备故障 预测模块三个部分。

预测参谋系统通过以下数学模型对系统故障进行分析与预测。专家系统中 的分析、预测能力是系统构建的重要部分，故障率和可靠性是系统分析和预测 的重要项目。其数学描述如下：

平均故障间隔：MTBF

MTBF＝T/r------(3)

其中：T-----T＝∑t  n个相同设备运行的总时间

r------该类型设备运行时出现的故障数；

故障率：λ＝1/MTBF

可靠度：R＝exp(-λt0)

t0------单个设备运行统计时间

在监控数据库平台的基础上，与设备运行系统链接，结合广播的工艺流程， 利用大量的技术知识库进行多级的各种逻辑运算分析，给技术人员和管理者提 供各类的预测分析和决策参谋。

1.给技术人员提供故障处理的最佳指引：

专家系统的设计目的就是给使用者提供最直观、最快速的指引，因此当某 个设备或者某个系统出现故障的时，系统会根据不同的故障情况，通过对技术 知识库的分析，自动给技术维护人员提示解决故障的办法，使系统能够以最快 的速度恢复正常。当设备不可修复时，系统会自动与设备运行系统进行连接， 从库存设备中自动搜索出可以替换的同类型设备，为系统的恢复赢得了时间。

2.给设备选型提供科学的依据：

什么设备比较稳定？选择怎么样的设备比较科学？设备的可靠性如何？等 等这些问题都是每个电台采购设备比较关心的问题，本系统的预测参谋系统为 解决这些问题提供了一个科学有效的依据。系统通过大量的运行数据分析，结 合设备运行系统的维修记录，通过MTBF分析、可靠性分析和设备运行曲线等 综合分析，判断出各类广播设备的性能特性，为技术管理者如何评定及选择合 适的设备提供客观的科学依据。

3.为更换设备提供预测：

当前系统的可靠性如何？设备的寿命如何？何时该考虑设备的更新？每年 用于设备更新的费用多少比较合适？这些都是从事技术和管理者十分关心的问 题。本系统利用设备工程管理的方法，综合设备在线数据、运行数据和故障记 录进行分析，分别对设备、链路及播出系统进行可靠性分析、MTBF分析，对 设备、系统的安全性和可靠性给出科学的评估，对将要出现故障的设备进行预 测，让管理者提前考虑相关设备的更新，以保证整个系统的安全稳定运行。同 时通过设备的可靠性和残值分析曲线，系统为每年的设备投资预算提供科学参 考指引。

所述人机对话系统包括用于验证用户权限的登陆模块，用于设置设备参数 和报警参数的系统设置模块，用于查询历史和分析统计数据的查询模块和用于 查看设备工作状态的状态监控模块，登陆模块分别与系统设置模块、查询模块 和状态监控模块连接。系统设置模块分别与数据库和自动报警模块连接用于设 置设备的工作参数和报警参数，查询模块分别与历史数据查询模块、故障查询 模块和分析统计模块连接用于查询各种数据，状态监控模块分别与数据库、数 据分析处理模块、智能自动控制模块、自动报警模块和预测参谋系统连接用于 接收各个设备的实时运作数据、工作参数和预测数据。

登陆模块主要用于配备给不同用户不同操作权限，保证职能的分工，提高 系统的安全性。查询模块用于接入分析评估系统综合统计学原理以及可靠性工 程原理可以进行各类的统计和分析，方便技术人员和管理者从各方面了解播出 系统的状况。系统设置模块适用于对整个专家系统人工干预，作为一个计算机 系统来说，还有许许多多要进行改良的方面，而且现在尚未有较为完整的历史 数据供予参考，而预测参谋系统在很大程度上又基于对历史数据的分析来做出 预测，因此需要人工干预修改的内容还很多。系统设置模块主要用于对各个设 备的工作参数的调整和修改，以达到最佳工作效率和最高的协调性。状态监控 模块为人机对话系统的一个核心的模块，主要由用于接收各种信息元的计算机 和显示装置构成。通过生动的图形显示各个设备的工作状态、连接状态，通过 指针的指向可以显示各个设备的产品信息、工作参数和预测参谋系统的建议和 提示等等信息。通过状态监控模块可以十分直观的了解整个广播系统的工作情 况，当出现故障的时候能够及时对故障进行判断和定位，提高了故障排除的效 率。系统可以对各类播出设备、调音台矩阵、播出环境和播出机柜及供配电系 统等进行实时监控，并且预留了通用的系统接口，可以方便地对相关系统进行 自动控制。

由于需要监控的设备很多，而且每个监控数据均需要进行记录作为历史参 考，因此需要有大型的数据库来存储这些数据。根据数据类型的不同，可以将 数据库分成用于存储经过数据分析处理模块处理过的数据的监控数据库、用于 存储通过系统设置模块配置的设备运行参数数据库和用于存储各种设备技术参 考数据的技术知识数据库。监控数据库与历史数据查询模块、故障查询模块和 分析统计模块连接用于提供查询和分析数据，设备运行参数数据库、技术知识 数据库与状态监控模块连接用于提供设备说明和运行参数，三个数据库均与预 测参谋系统连接提供预测的综合数据。

广播专家系统充分利用当今先进的技术手段和计算机技术而开发出来的一 套专家系统，其高度的自动化和智能化为安全播出提供强有力的技术手段，在 应用中不断升级完善，给广播技术人员和管理人员提供快速科学的决策和有价 值的管理依据。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的结构示意图；

图2为图1的详细结构示意图；

图3为本实用新型实施例2的结构示意图；

图4为图3的详细结构示意图；

图5为智能自动控制模块的结构示意图；

图6为直播室监控界面示意图。

具体实施方式