分布式光纖傳感技術助力通信線路維護智能化

□曹玉考

一、分布式光纖傳感技術

分布式光纖傳感是利用光纖作為傳感介質，光纖作為傳感傳輸二合一的器件，通過對承載物如管道、光纜等的跟蹤等行為，將觸及光纖的振動信息傳遞進行持續和實時的監控，對傳感光纖中高相干度瑞利背向散射光的相位信息進行解調分析，高保真還原振動事件的位置、幅度和頻率，從而實現對傳感光纖周邊微擾動、振動等監測。

該技術經多年研究，在石油、天然氣、污水管等上方敷設監測光纜，利用分布式光纖傳感技術，通過光纖來保護管道，發揮了很好的預警作用，成功預防了多次外力破壞事件。

(一)技術原理。光纖傳感系統光電部分主要由光源、傳輸光纖、光電探測器和信號處理部分等組成。其基本原理是將來自光源的光經過光纖送入傳感頭(調制器)，使待測量參數與進入調制區的光相互作用后，導致光的光學性質(如光的強度、波長、頻率、相位和偏振態等)發生變化，成為被調制的信號光，經光電探測器信號處理后還原出被測物理量變化，如圖1所示。

圖1 光感監測信號

(二)系統功能。

1.數據采集。在長達40～80公里光纖的長度上，任意一點都是“傳感器”，可有效采集線路的數據。

2.數據分析。對光信號相位改變進行探測、處理，通過大數據模式分析、判別是否觸發“事件”。

3.線路自動學習。分區域線路自動學習能力，對各種干擾類型實地采集、識別的樣本庫分析，處理判斷出不同的干擾類型，分段設置不同閾值減少系統的誤報、漏報。

(三)技術特點。一是單芯光纖單端監測，設備占用空間小；二是光纖連續探測測量信息，實時監測；三是光纖抗電磁干擾、防雷；四是測量距離遠，適于遠程監控，無需中繼的情況下可實現八十公里的遠程監測，精確度±50米；五是靈敏度高，測量精度高，系統成熟度高。行業應用3年以上，產品成熟，后臺積累大量數據模型，誤報降低至5%以下；六是壽命長，施工簡單，維護方便。

二、通信線路傳統維護模式

通信線路是通信網絡的主要組成部分，目前以光纜為主。保持光纜線路設備、設施良好，預防障礙并盡快排除障礙是線路維護的主要任務。

傳統線路維護方式有：基于人為主的“人工防護”模式，實行包線維護制度，線路定期巡回。防障是線路維護永恒的主題，多數故障由外界因素破壞造成，包線員巡回或車巡的次數和時間有限，只能發現巡回遇到的且可見的外力隱患。很多外力故障是被動的，甚至光纜阻斷才知道現場有外力施工，傳統維護也無法預防到突發、隱蔽的隱患，人防為主的維護模式工作量大、效率低、線路故障多。

目前在用的光纜監測系統，為分光監測在用光纖方式和空纖監測方式，只能在光纜受侵發生斷纖或衰耗較大時預警，而線路周邊有外力隱患時，無法提前感知并予以預防。

三、分布式光纖傳感技術在通信線路維護方面應用

為提升通信線路維護防障能力，降低維護成本，實現傳統維護的“人工防護”模式向“技術防護”模式轉變，將分布式光纖傳感技術在通信線路維護中擴展應用，實現線路周邊監測的防障，提升技術維護能力。

石家莊電信選擇石家莊太原干線光纜試用，監測中繼段為石家莊-井陘，線路全長58km，敷設方式有管道、直埋和架空，現場環境復雜，分布式光纖傳感設備安裝在井陘干線機房(單端安裝)，采取的是防區式管理，監測21km線路，共分了17個防區。如圖2所示。

圖2 石太干線監測段防區設置及線路示意圖

試用實例：試用期間，一次短信告警，維護技術員根據告警信息去現場查看，現場發現拖拉機正在耕地，耕地下方是管道光纜，管道及光纜埋深1.2米，因耕地振動引起管道光纜振動告警，現場排除故障隱患，也驗證了設備監測靈敏度和運行穩定可靠。

分布式光纖傳感技術應用于通信線路維護，是通信線路維護從傳統維護方式向智能化維護發展的重要轉折，防障從“巡回”、“三盯”看護轉向傳感監控防護，可有效提升線路維護技術水平，且通信網中有空余光纖用于監測，無需像石油管道監測那樣新建光纜，投資少；實時在線監測，提前預警進行預防線路周邊侵擾；通信網中同路由多條光纜可同時監測,減少巡線人員，降低維護成本；防障能力提高，線路故障率下降，隱患發現、定位及時，故障處置判斷快，通過敲擊線纜可輔助找到故障線路；斷纖告警可告知故障位置，減少搶修去機房測試時間，修障快速；分布式光纖傳感技術屬于尖端技術，應用范圍尚窄，設備目前造價偏高，通信光纜量大、分支多、網絡復雜，廣泛推廣有難度；直埋或管道敷設方式經驗借鑒較多，架空方式需實踐中不斷摸索。

四、結語

隨著科技的發展，“分布式光纖傳感技術”、“大數據智能算法”的完善和成熟，光纖傳感技術在通信線路維護中延伸應用，可提升線路外力隱患預警效率，降低故障率，減少因光纜故障而造成的直接間接經濟損失，降低維護成本，提升客戶感知，實現了線路維護的“人防”向“技防”轉變，助力通信線路維護從傳統模式向智能化維護發展。