物聯網技術在光纜線路維護中的創新應用

蔡昌毅 欒兵

摘要：介紹了物聯網的基本框架和光纖智能感知傳感技術，分析了光纖智能感知傳感技術在物聯網體系架構中的應用，闡述了物聯網智能感知技術在光纜線路維護檢測中的應用，研究發現光纖傳感物聯網可為光纜線路維護提供更好的保障。

關鍵詞：物聯網;光纜;線路維護

中圖分類號：TN249 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）07-0103-03

物聯網是在計算機、因特網與移動通信之后出現的嶄新信息技術[1-4]。物聯網是在因特網的基礎之上，通過采用各種信息設備，按照約定的規則，把萬事萬物和因特網互聯起來，并進行通信與信息交換的一種網絡。

光纖智能感知傳感技術，是最近幾年迅速發展起來的一種新型技術[5-7]，它在航天、能源、醫療、環境、化工等領域得到了廣泛應用。近年以來，國際上各種特殊功能的光纖感知傳感有源器件和無源器件相繼面世，而且它們的性能有了極大的提升，價格卻有一定程度下降，這些因素必將進一步促進光纖智能感知傳感技術在信息傳輸與感測方面的廣泛應用。

由于光纖通信網絡能承載更高的帶寬，而且非常適合信息的長距離傳輸，因此，光纖通信網絡非常適合對物聯網進行拓展，并被廣泛應用于物聯網的網絡層。物聯網的底層需要用到各式各樣的傳感器，以便為物聯網感知層提供初始信息。

1 物聯網概述

1.1 定義

物聯網的概念在1999年提出，它是“物物相連的互聯網”，英文表示是“internet of things”。然而，物聯網至今都沒有統一的定義。

1.2 體系架構

目前，一般將物聯網的架構分為三層，即應用層、網絡層與感知層，具體見圖1。

物聯網能夠得到快速發展，主要是得益于物聯網的應用層。應用層將要解決信息處理與人機界面的問題。具體講就是采用各種信息系統處理網絡層傳遞過來的數據，并且利用各種設備以便和人交互。應用層通常可以再細分為兩個子層，分別是應用程序層與終端設備層。

網絡層是建立在現有的網絡基礎上，并融合和擴展現有的網絡，從而形成多種異構網絡共存。網絡層的功能主要是傳遞數據，也就是可靠地傳遞感知層獲取的數據。

感知層的功能主要是通過感知底層信息，進而完成對數據的采集以及對設備的控制。感知層是物聯網的基礎，它由兩方面組成，分別是數據采集與短距離傳輸。

1.3 關鍵技術

物聯網技術涉及到信息、通信、傳感器和自動控制等多種技術，一般認為物聯網技術包括應用層兩部分、網絡層兩部分和感知層技術等，如圖2所示。

在應用層中，物聯網的應用層需要對海量信息進行融合、存儲以及對數據進行挖掘等，這些是物聯網應用能夠大規模發展必須要考慮的主要問題。

在網絡層中，我們需要考慮的是如何實現異構網絡的融合，從而有機的把各類無線網絡與有線網絡融合為信息互通的統一網絡。

在感知層中，感知層的技術主要有數據采集技術與短距離通信技術。在數據采集技術中，主要是采用傳感器技術。短距離通信技術主要有RFID技術和Zigbee技術。

1.4 應用

由于物聯網技術能夠實時監控數據，這就為為各行各業帶來了便利。展望未來，物聯網必將使得人們的生活更加趨向智能化，必將會給人類生活帶來更加顛覆性的變革。

2 光纖線路維護

2.1 重要意義

一旦光纖線路損壞，很容易導致大范圍的斷網，這必然會波及到大量用戶，從而造成用戶正在傳輸的數據丟失，這就會導致用戶之間正常的信息交換和數據交換受阻。所以，維護好光纖線路對于用戶之間的通信具有重要意義。

2.2 影響光纜線路故障的主要因素

2.2.1 外部因素

（1）人為挖掘：某些施工單位在施工時，并沒有注意施工路段是否有地下光纜，從而造成挖斷光纜的事故。

（2）車輛掛斷：一些大型車輛的駕駛員在駕駛時，并沒有及時注意到上方的光纜，從而導致光纜被車輛損壞。

（3）自然災害：光纜被臺風、火災或水災等損壞。

（4）偷盜損壞：某些不法分子偷盜損壞光纜等。

2.2.2 內部因素

（1）老化：光纖一般是由玻璃纖維制成，其材質十分脆弱。當光纖使用相當一段時間后，它就會逐步老化，最后導致光纖斷裂。

（2）溫度的影響：當光纖鋪設的地溫度過低時，將會使得接頭盒內遇水結冰，這將會導致光纜護套收縮，進而使光纜微彎，最終可能導致光纜中斷;當溫度過高時，將會損壞光纜護套等材料，這將對光纖的特性產生副作用。

2.3 光纜線路維護的傳統方式和手段

2.3.1 日常性維護

日常性維護的方法如下。

（1）定期定點檢查。在光纜線路沿途設置標石、標志牌和警示牌等標識，對光纜線路上容易被雨水沖刷的地段進行加固以及必要的整修。

（2）保持光纜入孔、地下管線整齊，定期檢查維護光纜標石、標牌和警示牌。

（3）每隔一段時間加固維修架空的光纜線路。

2.3.2 技術性維護

（1）光纜衰減常數。在光纜的使用期限之內，它的總衰減相比與竣工時的總衰減，應該控制在0.1db/km以內。

（2）光纜外保護套的絕緣電阻。在一些特殊的環境里，需要通過在外護套中增加鋼帶來提升光纜的機械特性。不過，為了讓光纜完成信息的正常傳輸，通常要求絕緣電阻小于等于2MΩ/km。

此外，維護人員還需要記錄好每次維護并將其存入檔案。一旦發生緊急事故時，維護人員便可以通過這些記錄縮短處理時間，從而及恢復系統的正常工作。

2.4 智能感知技術的發展概況

自智能感知技術出現以來，它就受到了一些發達國家的異常重視。近年以來，相關國家集中了大量的人力物力財力，開展了廣泛的研究，并取得了顯著的成就。

我國從上世紀70年代逐步展開智能感知傳感器技術的研究。目前，我國關于智能感知傳感器的研究主要由高校與研究所等單位牽頭開展。當前，我國正在不斷擴大與光纖傳感器相關領域的研究，而且已經有部分相關產品進入到市場。

2.5 智能感知技術在光纜線路維護的創新應用

智能感知技術可以被應用到光纜維護之中，具體可應用于如下幾方面。

（1）將斷線、震動、傾斜、水位等傳感器應用到光纜線路的智能標石中，再將物聯網技術與智能標石相結合，從而可以實時監測野外光纜線路的動態情況，再通過系統管理平臺，即可生成動態感知報警數據，最后采用大數據原理可以得到整條線路日常情況的綜合分析。

（2）利用智能感知技術可以實現對野外施工場所進行24小時的全面監控。利用太陽能供電系統，即可實現對野外監控系統持續供電，從而實現對施工場景24小時不間斷錄像。一旦發現有未經允許的野外施工，即可采用遠程語音進行驅趕，從而防止野外施工破壞光纜線路。不難看出，智能感知技術通過錄像取證可以對威脅光纜線路的暴力施工起到威懾作用。

（3）實現光纜線路在地圖上的動態顯示。通過智能感知標石、無線音視頻監控，從而實現對線路走向、標石位置、監控區域位置的坐標定位。一線維護人員利用這些信息即可掌握線路的走向與位置等信息。

此外，還可以在光纜警示帶上采用智能感知技術，以便在警示帶被破壞時進行動態報警。

由于智能感知傳感器具備的優勢，它將會在物聯網中取得應用。一方面，智能感知傳感器可以在不受檢測環境的影響下，實現對各類環境的檢測，從而給物聯網提供更為及時的檢測信息。另一方面，智能感知傳感器能夠提高整個網絡信息檢測的靈敏度，從而可以保證準確可靠地傳遞信息。

針對光纜線路的維護檢測問題，我們構建了一個光纖傳感物聯網。該物聯網系統由智能感知傳感器、云連接平臺、互聯網以及用戶等構成。該系統主要通過智能感知傳感器采集信息，然后通過采集到的信息監測光纜線路的實時狀況。該系統中的云連接平臺的作用是將不同種類的傳感器獲取到的信息轉換為統一的格式。該系統中的互聯網的作用主要是傳遞信息。

3 結語

本文詳細闡述了物聯網智能感知技術在光纜線路維護檢測中的應用。通過本文的研究，不難發現光纖傳感物聯網可以更好地實現對光纜線路的維護。由此，我們可以推斷光纖傳感物聯網將會迎來新的發展。

參考文獻

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