淺談三維圖形技術(shù)在電網(wǎng)通信光纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

張艷 王圣達(dá) 陳聰 叢梨 朱天元 趙亮

摘 ?要：三維圖形技術(shù)在各行各業(yè)中都有所利用，如地形勘探、醫(yī)療等。在電力通信光纜檢測(cè)系統(tǒng)中，將三維圖形技術(shù)引進(jìn)，能夠提升電力通信光纜的安全性。與此同時(shí)，此二者的結(jié)合則是基于OpenGL與光時(shí)域反射儀的光纜監(jiān)控系統(tǒng)。針對(duì)該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，將三維可視化技術(shù)做針對(duì)性講解，并結(jié)合其在電力光纜中的應(yīng)用的必要性做研究。在本研究中，將該系統(tǒng)進(jìn)行整體構(gòu)架搭建，并從硬件以及軟件兩方面進(jìn)行展開。就硬件方面來看，光時(shí)域反射儀的鼓掌測(cè)距原理能夠運(yùn)用到光纜設(shè)備等的鼓掌檢測(cè)定位中;就軟件方面來看，將程控光開關(guān)以及光時(shí)域反射儀的控制流程進(jìn)行分析，并結(jié)合GIS系統(tǒng)對(duì)光纜的故障位置進(jìn)行定位，與此同時(shí)，利用OpenGL軟件系統(tǒng)進(jìn)行可視化分析。最后通過界面展示，進(jìn)行結(jié)果驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：OpenGL軟件;電網(wǎng)通信光纜;光時(shí)域反射儀

1引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與推進(jìn)，光纖通信技術(shù)也隨之有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。近十年里，光纖通信技術(shù)在電力通信行業(yè)的運(yùn)用十分廣泛。光纖通信技術(shù)在電力通信中有較為良好的優(yōu)勢(shì)，如：信息容量大、不受電磁影響以及耐腐蝕等。并且，光纖通信技術(shù)在長距離的通信方面更是有著其他通信技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢(shì)。但是，光纖通信也有其不可抗的缺陷，即光纜十分容易受到外力的破壞，進(jìn)而導(dǎo)致通信質(zhì)量的下降。針對(duì)此光纜問題需要構(gòu)建起一個(gè)完善的光纜檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)。就目前我國已有的光纜檢測(cè)系統(tǒng)來看，大多是針對(duì)局部地區(qū)進(jìn)行檢測(cè)的，并且，檢測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及地理位置等方面的信息展示效果不佳。對(duì)此，針對(duì)性進(jìn)行電網(wǎng)通信光纜檢測(cè)系統(tǒng)的研究，將程控光開關(guān)及光時(shí)域反射儀加入到檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，并在此基礎(chǔ)上展開對(duì)光纜的周期性檢測(cè)以及點(diǎn)名測(cè)試等，將針對(duì)光纜的長度、平均損耗以及反射損耗等方面信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可準(zhǔn)確的對(duì)故障進(jìn)行定位。并且，在三維視圖技術(shù)的幫助下，能夠?yàn)殡娏Σ块T提供更加有利于檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行參考。

2三維可視化技術(shù)

大數(shù)據(jù)時(shí)代，可視化技術(shù)能夠?qū)⒏鞣N數(shù)據(jù)信息以一種刺激人們視覺神經(jīng)的形態(tài)展示出來。與此同時(shí)，豐富的交互手段能夠使得各種數(shù)據(jù)信息更加深入的印刻在用戶思維中，幫助用戶更加直觀的看到各種數(shù)據(jù)信息及其變化等。與傳統(tǒng)的文字以及圖標(biāo)等形式的數(shù)據(jù)相比較，可視化技術(shù)的應(yīng)用將色彩、形態(tài)以及事物體量等內(nèi)容進(jìn)行融合，進(jìn)而將各種信息表達(dá)呈現(xiàn)在用戶眼前[1]。最早的可視化技術(shù)是應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算中，通過圖形、圖表等形式進(jìn)行計(jì)量與計(jì)算的表達(dá)。如此，更加直觀地展示，使得公眾更容易去理解學(xué)科中的變化以及數(shù)據(jù)深層次的聯(lián)系。

在電力領(lǐng)域，測(cè)量、實(shí)驗(yàn)以及數(shù)據(jù)的計(jì)算統(tǒng)計(jì)等工作的工作量巨大。在傳統(tǒng)的技術(shù)下，電力數(shù)據(jù)無法直觀地展示出來，并且在一定程度上會(huì)影響其工作效率。因此，可視化技術(shù)在電力行業(yè)中的應(yīng)用前景巨大。在可視化技術(shù)的幫助下，人們可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、顯示圖形等，并且生成相應(yīng)的圖標(biāo)信息及模型等，能夠有效提高工作人員的工作效率。

3總體設(shè)計(jì)框架

針對(duì)電力通信光纜的檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其硬件主要包括三個(gè)內(nèi)容：光時(shí)域反射儀、計(jì)算機(jī)以及程控光開關(guān)。在該系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)對(duì)光時(shí)域反射儀以及程控光開關(guān)進(jìn)行控制，同時(shí)接收光纜檢測(cè)的數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行分析、生成表格。在可視化技術(shù)的幫助下，將系統(tǒng)硬件收集到的信息展示出來。

4系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1硬件部分設(shè)計(jì)

4.1.1光纜故障測(cè)量選型

在系統(tǒng)硬件中，光時(shí)域反射儀對(duì)電網(wǎng)通信光纜進(jìn)行物理特性以及損耗分布測(cè)量，包括光纖的長度、接頭損耗等內(nèi)容。光時(shí)域反射儀在工作中能夠與計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，具有便捷精準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)，構(gòu)成電網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)故障進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并分析。并且，光時(shí)域反射儀還具有報(bào)警預(yù)警以及故障定位管理等功能。在電網(wǎng)通信光纜檢測(cè)系統(tǒng)的幫助能夠做好實(shí)時(shí)檢測(cè)，隨時(shí)發(fā)現(xiàn)光纜故障，不僅提高了通信的質(zhì)量，同時(shí)減少了許多不必要的損失。

4.1.2工作原理

在電網(wǎng)通信光纜檢測(cè)系統(tǒng)的工作過程中，光纖的折射率發(fā)生細(xì)微的變化都會(huì)產(chǎn)生光的瑞利散射造成光纖斷裂的情況發(fā)生。光纖發(fā)生故障造成了此處的折射率變化進(jìn)而導(dǎo)致菲尼爾反射發(fā)生。檢測(cè)系統(tǒng)正是利用了上述原理進(jìn)行了光纜的故障診斷，進(jìn)而定位出故障位置。光時(shí)域反射儀的工作原理則與激光二極管有關(guān)，利用激光二極管發(fā)出的脈沖信號(hào)定向耦合傳送到電網(wǎng)通信光纜。當(dāng)瑞利散射或菲尼爾反射發(fā)生后，其散射光或折射光又會(huì)通過定向耦合進(jìn)入激光二極管，在APD中被轉(zhuǎn)化成信號(hào)經(jīng)過放大、過濾等操作后變成數(shù)字信息，最終進(jìn)行展示。

4.1.3程控光開關(guān)選型

程控光開關(guān)具有多種型號(hào)，在本次研究中所選用的開關(guān)類型為FSW1×4-SM-B型。在整個(gè)電網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)中，程控開關(guān)的作用是對(duì)多路光檢測(cè)以及光器件的安裝調(diào)試等。

4.2軟件控制設(shè)計(jì)

4.2.1程控開關(guān)的控制

1）周期測(cè)試

將設(shè)備安裝完成并進(jìn)入工作狀態(tài)后，此時(shí)的程控開關(guān)位于第一通道位置，顯示器的顯示數(shù)據(jù)為“01”。在接下來的測(cè)試中，依次對(duì)程控開關(guān)發(fā)送十六進(jìn)制指令，并且發(fā)送頻率應(yīng)當(dāng)具有周期性，內(nèi)容為02、03、04、01輪流進(jìn)行。在指令發(fā)出后，顯示器上的數(shù)字顯示應(yīng)當(dāng)是對(duì)應(yīng)數(shù)字。當(dāng)設(shè)備需要復(fù)位時(shí)，向程控開關(guān)發(fā)送FF指令，設(shè)備便處于復(fù)位狀態(tài)，顯示器顯示數(shù)字為“00”。

2）點(diǎn)名測(cè)試

在點(diǎn)名測(cè)試中，同樣先將設(shè)備安裝完畢并進(jìn)入工作狀態(tài)。利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行程控開關(guān)的指令下發(fā)，將設(shè)備切換到相應(yīng)的設(shè)備上復(fù)位。

4.2.2光時(shí)域反射儀的控制

1）手動(dòng)測(cè)試流程

通過手動(dòng)的方式進(jìn)行光時(shí)域反射儀的測(cè)試，并針對(duì)各參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。首先進(jìn)行波長測(cè)試，對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行手動(dòng)輸入并記錄數(shù)據(jù)的內(nèi)容。

2）自動(dòng)測(cè)試

光時(shí)域反射儀的自動(dòng)測(cè)試需要在測(cè)試波長、測(cè)試量程等方面先進(jìn)行參數(shù)的自動(dòng)設(shè)置，然后在測(cè)試中獲取軌跡曲線進(jìn)而得到最終的測(cè)試結(jié)果。

5關(guān)鍵技術(shù)問題

5.1自動(dòng)測(cè)試與手動(dòng)測(cè)試的選取

自動(dòng)測(cè)試與手動(dòng)測(cè)試各具優(yōu)勢(shì)，自動(dòng)測(cè)試方便快捷，操作簡單;手動(dòng)測(cè)試雖操作繁瑣但勝在靈活性、測(cè)試精準(zhǔn)度高。二者如何選取則需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行判斷。在測(cè)試中已經(jīng)確定了光纖長度以及測(cè)試波長等參數(shù)時(shí)則需要選用手動(dòng)測(cè)試的方法。反之，不確定的光纖長度以及其他測(cè)試參數(shù)時(shí)則選用自動(dòng)測(cè)試更為方便。

6結(jié)束語

在本次研究中即可看出，該檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)不僅需要考慮光纜的故障點(diǎn)定位問題，還需要利用三維建模軟件進(jìn)行可視化分析。通過OpenGL軟件可視化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將光纜的故障點(diǎn)清晰的展示出來，為以后的光纜可視化應(yīng)用做出一定貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] ?張煥域，林密，陳明，洪杰.基于三維圖形化的光纜監(jiān)測(cè)智能綜合運(yùn)維管理設(shè)計(jì)應(yīng)用[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2018，37（11）：64-68.

作者簡介：張艷 1979年7月2日，女，漢族，吉林省長春市朝陽區(qū)，本科，研究方向：電力通信。

王圣達(dá)1979年7月2日，女，漢族，吉林省長春市朝陽區(qū)，本科，研究方向：電力通信。

陳聰1980年12月11日，男，漢族，吉林省長春市朝陽區(qū)，研究生，研究方向：電力通信。

叢梨1984 年 6 月2日，女，漢族，吉林省通化市東昌區(qū)，博士研究生，研究方向：電力通信。

朱天元1991年12月30日，男，漢族，吉林省長春市朝陽區(qū)，本科，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。

趙亮1970年 11月 1日，男，漢族，吉林長春，研究生，研究方向：電力通信。