淺談三維圖形技術在電網通信光纜監測系統中的應用

張艷 王圣達 陳聰 叢梨 朱天元 趙亮

摘 ?要：三維圖形技術在各行各業中都有所利用，如地形勘探、醫療等。在電力通信光纜檢測系統中，將三維圖形技術引進，能夠提升電力通信光纜的安全性。與此同時，此二者的結合則是基于OpenGL與光時域反射儀的光纜監控系統。針對該系統的實現，將三維可視化技術做針對性講解，并結合其在電力光纜中的應用的必要性做研究。在本研究中，將該系統進行整體構架搭建，并從硬件以及軟件兩方面進行展開。就硬件方面來看，光時域反射儀的鼓掌測距原理能夠運用到光纜設備等的鼓掌檢測定位中;就軟件方面來看，將程控光開關以及光時域反射儀的控制流程進行分析，并結合GIS系統對光纜的故障位置進行定位，與此同時，利用OpenGL軟件系統進行可視化分析。最后通過界面展示，進行結果驗證。

關鍵詞：OpenGL軟件;電網通信光纜;光時域反射儀

1引言

隨著科學技術的不斷發展與推進，光纖通信技術也隨之有了突飛猛進的發展。近十年里，光纖通信技術在電力通信行業的運用十分廣泛。光纖通信技術在電力通信中有較為良好的優勢，如：信息容量大、不受電磁影響以及耐腐蝕等。并且，光纖通信技術在長距離的通信方面更是有著其他通信技術不可比擬的優勢。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，進而導致通信質量的下降。針對此光纜問題需要構建起一個完善的光纜檢測系統進行檢測。就目前我國已有的光纜檢測系統來看，大多是針對局部地區進行檢測的，并且，檢測系統的監測數據以及地理位置等方面的信息展示效果不佳。對此，針對性進行電網通信光纜檢測系統的研究，將程控光開關及光時域反射儀加入到檢測系統進行檢測，并在此基礎上展開對光纜的周期性檢測以及點名測試等，將針對光纜的長度、平均損耗以及反射損耗等方面信息進行統計，可準確的對故障進行定位。并且，在三維視圖技術的幫助下，能夠為電力部門提供更加有利于檢測的數據進行參考。

2三維可視化技術

大數據時代，可視化技術能夠將各種數據信息以一種刺激人們視覺神經的形態展示出來。與此同時，豐富的交互手段能夠使得各種數據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據信息及其變化等。與傳統的文字以及圖標等形式的數據相比較，可視化技術的應用將色彩、形態以及事物體量等內容進行融合，進而將各種信息表達呈現在用戶眼前[1]。最早的可視化技術是應用于科學計算中，通過圖形、圖表等形式進行計量與計算的表達。如此，更加直觀地展示，使得公眾更容易去理解學科中的變化以及數據深層次的聯系。

在電力領域，測量、實驗以及數據的計算統計等工作的工作量巨大。在傳統的技術下，電力數據無法直觀地展示出來，并且在一定程度上會影響其工作效率。因此，可視化技術在電力行業中的應用前景巨大。在可視化技術的幫助下，人們可以實時監測、顯示圖形等，并且生成相應的圖標信息及模型等，能夠有效提高工作人員的工作效率。

3總體設計框架

針對電力通信光纜的檢測系統進行設計，其硬件主要包括三個內容：光時域反射儀、計算機以及程控光開關。在該系統中，計算機對光時域反射儀以及程控光開關進行控制，同時接收光纜檢測的數據信息并進行分析、生成表格。在可視化技術的幫助下，將系統硬件收集到的信息展示出來。

4系統設計

4.1硬件部分設計

4.1.1光纜故障測量選型

在系統硬件中，光時域反射儀對電網通信光纜進行物理特性以及損耗分布測量，包括光纖的長度、接頭損耗等內容。光時域反射儀在工作中能夠與計算機監控技術進行結合，具有便捷精準的優點，構成電網檢測系統，對故障進行實時檢測并分析。并且，光時域反射儀還具有報警預警以及故障定位管理等功能。在電網通信光纜檢測系統的幫助能夠做好實時檢測，隨時發現光纜故障，不僅提高了通信的質量，同時減少了許多不必要的損失。

4.1.2工作原理

在電網通信光纜檢測系統的工作過程中，光纖的折射率發生細微的變化都會產生光的瑞利散射造成光纖斷裂的情況發生。光纖發生故障造成了此處的折射率變化進而導致菲尼爾反射發生。檢測系統正是利用了上述原理進行了光纜的故障診斷，進而定位出故障位置。光時域反射儀的工作原理則與激光二極管有關，利用激光二極管發出的脈沖信號定向耦合傳送到電網通信光纜。當瑞利散射或菲尼爾反射發生后，其散射光或折射光又會通過定向耦合進入激光二極管，在APD中被轉化成信號經過放大、過濾等操作后變成數字信息，最終進行展示。

4.1.3程控光開關選型

程控光開關具有多種型號，在本次研究中所選用的開關類型為FSW1×4-SM-B型。在整個電網檢測系統中，程控開關的作用是對多路光檢測以及光器件的安裝調試等。

4.2軟件控制設計

4.2.1程控開關的控制

1）周期測試

將設備安裝完成并進入工作狀態后，此時的程控開關位于第一通道位置，顯示器的顯示數據為“01”。在接下來的測試中，依次對程控開關發送十六進制指令，并且發送頻率應當具有周期性，內容為02、03、04、01輪流進行。在指令發出后，顯示器上的數字顯示應當是對應數字。當設備需要復位時，向程控開關發送FF指令，設備便處于復位狀態，顯示器顯示數字為“00”。

2）點名測試

在點名測試中，同樣先將設備安裝完畢并進入工作狀態。利用計算機進行程控開關的指令下發，將設備切換到相應的設備上復位。

4.2.2光時域反射儀的控制

1）手動測試流程

通過手動的方式進行光時域反射儀的測試，并針對各參數進行數據記錄。首先進行波長測試，對各項參數進行手動輸入并記錄數據的內容。

2）自動測試

光時域反射儀的自動測試需要在測試波長、測試量程等方面先進行參數的自動設置，然后在測試中獲取軌跡曲線進而得到最終的測試結果。

5關鍵技術問題

5.1自動測試與手動測試的選取

自動測試與手動測試各具優勢，自動測試方便快捷，操作簡單;手動測試雖操作繁瑣但勝在靈活性、測試精準度高。二者如何選取則需要根據實際情況進行判斷。在測試中已經確定了光纖長度以及測試波長等參數時則需要選用手動測試的方法。反之，不確定的光纖長度以及其他測試參數時則選用自動測試更為方便。

6結束語

在本次研究中即可看出，該檢測系統的實現不僅需要考慮光纜的故障點定位問題，還需要利用三維建模軟件進行可視化分析。通過OpenGL軟件可視化系統設計，將光纜的故障點清晰的展示出來，為以后的光纜可視化應用做出一定貢獻。

參考文獻

[1] ?張煥域，林密，陳明，洪杰.基于三維圖形化的光纜監測智能綜合運維管理設計應用[J].自動化技術與應用，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，本科，研究方向：電力通信。

王圣達1979年7月2日，女，漢族，吉林省長春市朝陽區，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，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，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，本科，研究方向：電氣工程及其自動化。

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。