基于GIS的電力系統光纜故障快速定位研究

胡圣青

摘要：文章從地理信息收集、數據存儲、方法實現等方面闡述了一種電力系統的光纜故障定位方法。這種方案能夠有效地提高光纜定位的精度，精簡定位的操作過程，大大縮短定位所需的時間，從而提高光纜故障檢修的效率。另外，結合GIS技術和OTDR技術，創新性地提出了一種不同于現有研究的故障定位算法，并編程實現。

關鍵詞：電力系統；光纜故障；GIS；光時域反射儀；故障定位 文獻標識碼：A

中圖分類號：TN818 文章編號：1009-2374（2016）35-0007-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.35.004

隨著電網自動化和通信行業的不斷發展，電力專用通信系統在電網運行中開始占據越來越重要的地位。眾多保證電網安全運行的實時業務，都承載在電力通信網絡上。而在這個網絡中，扮演著傳輸者這一重要角色的，便是連接各個骨干網和局域網的通信光纜。通信光纜由于自然或人為等多方原因，會遭受外力或內損而造成損壞中斷，如不及時定位中斷點并進行搶修，將會對電力系統的穩定性和安全性造成重大影響。然而，傳統的光纜故障定位方法存在耗時長、效率低、人工成本高等弊端，因此，如何快速、高效地定位光纜故障的中斷點便成為了電力通信人所面臨的一項新挑戰。

1 基于GIS的光纜故障定位背景介紹

1.1 光時域反射儀（OTDR）

光時域反射儀（OTDR）是一個集光、電、計算機于一體的系統。它的工作方式與雷達相似，在原理和技術層面上，都依賴于瑞利散射和菲涅耳散射這兩種光學現象。常被用于光纜線路的施工、維護之中，可以進行光纜長度、光纖的傳輸衰減、接頭衰減和光纜故障定位等的測量。

在日常的光纜維護中，OTDR的使用一般分為三個步驟：首先是設置參數，一般是對波長、脈沖和測量范圍進行設置；接著是數據的獲取，在讀取數據時，必須等待設定的測試時間結束后才進行儀表數據的讀取；最后是對曲線和數據進行分析，正常情況下，OTDR測試得到的光纖衰減曲線是緩慢下降的。

1.2 地理信息系統（GIS）

地理信息系統（GIS）是一個用來捕捉、存儲、處理、分析、管理和提供所有類型空間或地理信息的系統。它被廣泛應用在管理、運輸、物流、保險、電信、商業等多個領域中，為用戶提供基礎的定位功能和可視化的地理信息分析服務。其應用允許用戶創建互動式查詢、分析空間信息、在數字地圖上編輯信息，并最終為用戶呈現所有這些操作的結果。

GIS系統一般由四個部分組成，分別是計算機硬件、計算機軟件、地理數字化信息和管理操作人員。其中計算機軟件和地理數字化信息是最為重要的兩個部分。計算機軟件為用戶提供可視化的操作界面、決策分析系統、數據運算系統等多個功能模塊，而地理數字化信息則作為以上這些模塊的基礎操作元素。這四個部分有機結合而成的GIS系統，其優點便是能為用戶提供更好的決策、改進企業的數據綜合分析能力、數字化地圖的制作和高可操作性的數字地圖。

2 光纜沿線地圖數字化

GIS系統的基礎是數字化的地理信息，這些地理信息可以包括GPS坐標、海拔高度、環境要素、地貌輪廓等，而對于光纜地理信息，最重要的要素是其GPS坐標及沿線走向。本文所研究的光纜故障快速定位方法，首先解決的便是如何把光纜沿線地圖數字化，這大致分為以下的兩個步驟：光纜地理信息的采樣、樣本數據的存儲。

2.1 光纜地理信息采樣

地理空間數據是GIS系統的處理對象，其數量及質量很大程度上決定了GIS系統顯示、分析、統計等功能的準確性和使用性，因此使用正確并適合的地理信息采樣方法對基于GIS的應用至關重要。本文要解決的問題是如何快速定位光纜故障點的地理位置，而地理位置與其GPS坐標有著密切聯系，或者說，GPS坐標是地理位置在數字化系統的表征。因此，為了解決所研究的問題，首先要對光纜沿線各點的GPS坐標進行采樣。然而，一條光纜由無數個點組成，為了經濟性和可操作性，本文特選取固定長度為間隔，對目標光纜進行分點采樣。采樣間隔的粒度選取在每隔d米對光纜進行一次GPS坐標的采樣。對于不足d米或者d米內存在折點的光纜段，則對首、尾或者折點進行測量。

2.2 數據存儲

數據存儲指的是數據以某種組織形式存儲在計算機內部或者外部的存儲介質中，以便系統根據自身需要來進行數據調用。本文出于目標數據的特性和經濟性方面的考慮，選用了常用的關系數據庫MY SQL作為存儲方案的基礎。MY SQL數據庫能夠通過長二字節型和面向對象技術，把圖形要素作為數據庫記錄的字段保存起來，結合空間結構化查詢等技術，將圖形數據和屬性數據實現無縫管理，使所有數據實現統一的用戶、安全和共享管理。本文要解決的問題是對光纜故障點的定位，需提供故障點的GPS坐標、路名、所屬光纜等信息。為了滿足需求，分別設計了光纜表、GPS坐標表和光纜分段表三張表，構成了數據庫主要的數據結構。

3 光纜故障快速定位實現

3.1 基于GIS的光纜故障定位系統

系統主要實現光纜相關信息的查詢以及故障分析結果，以可視化的方式展現在用戶面前。因此系統應具備以下四個功能：（1）光纜及其相關信息可視化展示；（2）實現圖形數據和光纜屬性的統一存儲、統計和分析；（3）光纜數據可更新及實時反映更新結果；（4）光纜故障定位自動化、可視化。

系統的UML用例圖如圖1所示：

系統采用java編程，設計采用面向對象的設計方法，在邏輯層次上分為三層：數據層、處理層和交互層。數據層主要負責數據的存儲，它與處理層有一個數據交互接口，處理層通過這個接口來實現數據的讀、寫。處理層負責信息的運算，最主要的功能定位光纜故障點的位置便在這層進行運算分析。交互層負責數據信息的可視化和接受用戶的操作，交互層與處理層有若干接口，分別負責接受用戶的操作和信息的反饋。

3.2 故障定位算法

在搶修過程中，我們選擇光纜的第一個節點所在的站點進行OTDR距離測量，得出斷點離目前測量點的距離S。另外，在每條光纜節點的存儲方案中，表Optical cable section table記錄了這個節點開始位置離光纜第一個節點的距離，因此斷點必然會落在某一分節區間中，記這段區間的開始位置至第一個節點的距離為S1，結束位置至第一個節點的距離為S2，那么必然有：

4 結語

本文提出了基于GIS系統的光纜故障快速定位方法，利用GIS系統將OTDR中測得的光纜故障點至測量點的距離，轉換成具體的可視化坐標信息，為檢修人員提供了快速、可靠、準確的光纜故障定位。相比起傳統的手工方法，這種定位將中間最為繁瑣的人工計算故障點和信息傳遞兩個部分交由系統自動完成，效率由以往的幾十分鐘甚至幾個小時提高到短短的幾秒鐘內完成，大大節約了人工成本，為光纜故障搶修爭取了寶貴的時間。

5 展望

由于現代移動智能設備的高速發展，以智能手機為首的智能移動終端的計算性能已經不斷逼近臺式PC端，并且其自身所具備的GPS定位等功能更是移動終端的一大突破，基于該功能興起了許多LBS應用，并受到廣泛歡迎。而鑒于光纜故障點的定位作業也是需要到站端中作業，無法在調度室完成，因此，在未來中可以結合智能終端的定位工作和計算性能開發基于GIS的光纜故障定位移動作業應用，提供更加便捷、使用的光纜故障定位服務。

參考文獻

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（責任編輯：黃銀芳）