基于光纖傳感技術(shù)的路由勘察系統(tǒng)

郭舉富，盛興隆，王尉軍，劉 鵬，羅正實(shí)

（貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽(yáng) 550013）

0 引 言

隨著城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)在各個(gè)城市不斷完善壯大，已形成了密集的光纖通信網(wǎng)絡(luò)。然而，由于城市建設(shè)等因素，經(jīng)常出現(xiàn)施工機(jī)械在光纜附近施工導(dǎo)致通信光纜故障等問(wèn)題。為保障光纜通信的正常運(yùn)行，運(yùn)營(yíng)商需要安排人員參照路由圖紙進(jìn)行日常線路巡視，以便在發(fā)現(xiàn)光纜附近有施工時(shí)及時(shí)進(jìn)行安全處理。由于巡線人員不足等因素，很多施工并沒(méi)有在運(yùn)維人員巡線時(shí)被發(fā)現(xiàn)，且其中很多是施工方野蠻施工，事前沒(méi)有報(bào)備，事后又不及時(shí)上報(bào)。對(duì)于這些故障，運(yùn)維人員只能根據(jù)光纜故障皮長(zhǎng)，參照光纜路由圖尋找故障點(diǎn)并進(jìn)行處理。由于城市中的光纜多次割接和施工導(dǎo)致光纜走向改變、共用管廊等，部分處在城市郊區(qū)的直埋光纜由于修路、建橋等，有些光纜標(biāo)識(shí)無(wú)法找到。光纜路由圖沒(méi)有及時(shí)更新，傳統(tǒng)方式運(yùn)維人員不能精準(zhǔn)定位，尋找光纜故障點(diǎn)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，給光纜運(yùn)維工作帶來(lái)了很大困難[1-2]。

針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，本系統(tǒng)將主要探索如何在繁雜的光纜線路準(zhǔn)確區(qū)分出每條光纜的走向，準(zhǔn)確找到光纜皮長(zhǎng)和地理位置之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并繪制一條精確的符合實(shí)際情況的光纜路由圖，減少運(yùn)維人員的工作負(fù)擔(dān)，提升線路運(yùn)維效率。

1 基于光纖傳感技術(shù)的路由勘察系統(tǒng)

基于光纖傳感技術(shù)的路由勘察系統(tǒng)，主要由監(jiān)測(cè)裝置、采集卡、數(shù)據(jù)處理單元、井蓋、振動(dòng)器、待測(cè)光纜以及服務(wù)器等組成。當(dāng)振動(dòng)器在井蓋上方振動(dòng)時(shí)，監(jiān)測(cè)裝置可以監(jiān)測(cè)光纜上的振動(dòng)情況，通過(guò)采集卡采集振動(dòng)數(shù)據(jù)。采集卡將信息傳遞給數(shù)據(jù)處理單元，經(jīng)過(guò)計(jì)算和判斷后，將處理的結(jié)果發(fā)送至服務(wù)器，然后通過(guò)手機(jī)/電腦等方式將結(jié)果發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)工作人員。

監(jiān)測(cè)裝置、采集卡、數(shù)據(jù)處理單元安裝在通信機(jī)房，系統(tǒng)硬件安裝在600×600的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜內(nèi)，占6U空間。硬件安裝入柜后，只需用光跳線從ODF架上引監(jiān)測(cè)光纜一芯空閑光纖至光學(xué)主機(jī)，不需要額外占用通信通道，且支持220 V交流供電或48 V直流供電。

與待測(cè)光纜相連接。當(dāng)路由勘察工作開(kāi)始時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)工作人員通過(guò)操作振動(dòng)器和控制終端，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整條待測(cè)光纜的路由勘察。系統(tǒng)不用開(kāi)啟井蓋，可以針對(duì)振動(dòng)器信號(hào)單獨(dú)建立數(shù)學(xué)模型。振動(dòng)器可以有效模擬光纜外界干擾信號(hào)，且不會(huì)對(duì)光纜和勘察點(diǎn)路面造成破壞，不影響光輸系統(tǒng)的傳輸性能和現(xiàn)實(shí)服務(wù)，保證使用時(shí)不影響正常工作[3]。

2 系統(tǒng)原理

圖1為基于光纖傳感技術(shù)的路由勘察系統(tǒng)的原理圖。勘察人員將振動(dòng)器1在井蓋2上方振動(dòng)時(shí)，待測(cè)光纜3產(chǎn)生振動(dòng)。根據(jù)光的后向散射原理，監(jiān)測(cè)裝置4不斷向光纖內(nèi)部發(fā)射激光脈沖，由于光纖本身的不均勻性，光纖每個(gè)點(diǎn)都有一個(gè)后向散射光，對(duì)后向散射光進(jìn)行解析，可以監(jiān)測(cè)到待測(cè)光纜3每個(gè)點(diǎn)的光信號(hào)發(fā)生改變。監(jiān)測(cè)裝置4可以監(jiān)測(cè)待測(cè)光纜3上的振動(dòng)情況，將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)傳遞給采集卡5。采集卡5將信息傳遞給數(shù)據(jù)處理單元6，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理單元6的模式識(shí)別計(jì)算和判斷后，主機(jī)前的工作人員發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理單元6解析后的信號(hào)中是否有明顯的振動(dòng)信號(hào)，并將處理后的結(jié)果發(fā)送至服務(wù)器7，通過(guò)3G、4G、WiFi等方式將結(jié)果通知持有控制終端8的現(xiàn)場(chǎng)工作人員。

圖1 基于光纖傳感技術(shù)的路由勘察系統(tǒng)的原理示意圖

3 系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)用

圖2為光纜線路勘察中的振動(dòng)波形，橫軸是光纜皮長(zhǎng)，縱軸是信號(hào)強(qiáng)度。當(dāng)振動(dòng)器振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)點(diǎn)會(huì)有很強(qiáng)的波動(dòng)信號(hào)。

本系統(tǒng)硬件安裝在600×600的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜內(nèi)，占6U空間。

硬件安裝入柜后，只需用光跳線從ODF架上引監(jiān)測(cè)光纜一芯空閑光纖至光學(xué)主機(jī)即可，不需要額外占用通信通道。支持220 V交流供電或48 V直流供電。

圖2 光纜線路勘察中振動(dòng)波形

勘察人員將振動(dòng)器在井蓋上方振動(dòng)時(shí)，待測(cè)光纜產(chǎn)生振動(dòng)，根據(jù)光的后向散射原理，對(duì)后向散射光進(jìn)行解析，可以監(jiān)測(cè)到待測(cè)光纜中的光信號(hào)強(qiáng)度發(fā)生改變，監(jiān)測(cè)裝置可以監(jiān)測(cè)待測(cè)光纜上的振動(dòng)情況，監(jiān)測(cè)裝置將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)傳遞給采集卡，采集卡5將信息傳遞給數(shù)據(jù)處理單元，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理單元的模式識(shí)別計(jì)算和判斷后，由于針對(duì)振動(dòng)器信號(hào)單獨(dú)建立數(shù)學(xué)模型，大大增強(qiáng)了此信號(hào)的可識(shí)別性[4]。若主機(jī)前的工作人員發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理單元解析后的信號(hào)中有明顯的振動(dòng)信號(hào)，如圖2所示，信號(hào)圖有明顯波峰，判斷井蓋下的待測(cè)光3是要查找的光纜，路由勘察正確，并將處理后的結(jié)果發(fā)送至服務(wù)器，通過(guò)3G、4G、WiFi等方式將結(jié)果通知持有控制終端的現(xiàn)場(chǎng)工作人員，并且記錄此時(shí)的光纜皮長(zhǎng)。這時(shí)勘察人員可記錄此地的GPS定位，采集該勘察點(diǎn)地理位置的定位數(shù)據(jù)[5]。

若主機(jī)前的工作人員發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理單元解析后的信號(hào)中沒(méi)有明顯的振動(dòng)信號(hào)，則表明待測(cè)光纜不是要查找的光纜，通過(guò)服務(wù)器用3G、4G、WiFi等方式將結(jié)果通知現(xiàn)場(chǎng)工作人員，更換地方繼續(xù)開(kāi)啟振動(dòng)器，直到出現(xiàn)數(shù)據(jù)處理單元解析后的信號(hào)中有明顯的振動(dòng)信號(hào)為止[6]。

整條光纜線路勘察完成后，整理路由勘察結(jié)果。將記錄的各個(gè)勘察點(diǎn)GPS定位坐標(biāo)和該點(diǎn)的地理位置名稱導(dǎo)入GIS系統(tǒng)，繪制相應(yīng)的路由走向圖，并編制光纜皮長(zhǎng)與地理位置對(duì)應(yīng)關(guān)系表。

4 結(jié) 論

本系統(tǒng)不用開(kāi)啟井蓋，簡(jiǎn)單易操作。路由勘察系統(tǒng)能夠幫助運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行路由勘察，能夠輔助巡線人員找到線路的準(zhǔn)確走向；基于光纖后向散射技術(shù)，系統(tǒng)不會(huì)對(duì)同光纜內(nèi)的其他業(yè)務(wù)光纖產(chǎn)生影響；可以有效構(gòu)建光纜皮長(zhǎng)與地理位置之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；能夠根據(jù)GPS定位坐標(biāo)，準(zhǔn)確繪制路由走向線路圖。在該路由勘察系統(tǒng)的幫助下，巡線人員能夠在光纜故障時(shí)快速找到故障點(diǎn)并進(jìn)行安全處理，能夠幫助運(yùn)營(yíng)商有效降低線路運(yùn)維成本，使線路運(yùn)維更加簡(jiǎn)單高效。