基于提高光纜故障點定位精度的方法研究

孟 佳，蔡永軍，馬云賓，姚 玢

（中國石油管道科技研究中心，河北 廊坊 065000）

明確具體光纜故障點位置，是有效解決光纜故障問題的根本前提。因此探究影響光纜故障點定位精度的原因，尋找切實有效的提升光纜故障點定位精度的方法，對于實現(xiàn)光纜故障點精準定位，順利解決各種光纜故障問題，維護通信傳輸質(zhì)量均有著十分重要的幫助作用。因此本文具有較高的研究價值與現(xiàn)實意義。

1 影響光纜故障點定位精度的主要原因分析

1.1 自然因素

影響光纜故障點定位精度的另一大重要原因即為自然因素。例如受到地震、臺風、雷暴天氣等自然災害、極端惡劣天氣的影響，導致通信光纜存在破損、斷裂等情況，將會使得工作人員無法從路由器中精準獲取光纜故障點信息。此時需要工作人員重新、全面檢測故障點距離測試點間的線路，準確獲取相關(guān)測試信息數(shù)據(jù)，以此為基礎(chǔ)實現(xiàn)光纜故障點精準定位。

1.2 人為因素

人為因素同樣也是影響光纜故障點定位精度的重要因素之一。例如在鋪設(shè)光纜時，由于相關(guān)工作人員未能嚴格按照規(guī)定標準要求進行規(guī)范操作，且在完成光纜鋪設(shè)作業(yè)后未能及時對其進行全面嚴格的檢查，均會導致光纜故障點定位失準。如果在記錄光纜及其相關(guān)設(shè)備時，工作人員未能及時將各項檢測數(shù)據(jù)進行準確、真實記錄，同樣也會影響其對光纜故障點位置的精準判斷。

2 提高光纜故障點定位精度的有效方法分析

雖然以適當彎折光纜和工作人員在機房端進行光纜故障點測試，獲取相應OTDR曲線及對應故障點為代表的傳統(tǒng)定位方式，確實可以在一定程度上達到對光纜故障點進行定位的效果。但其往往存在精度較小、操作難度較大、易對光纜造成二次損失等各種局限性，因此有必要探索更多可以有效提升光纜故障點定位精度的方法。

2.1 光纜故障追蹤儀

（1）應用原理。本文在提升光纜故障點定位精度，有效規(guī)避外力因素與人文因素對光纜故障點定位精度所造成的不利影響過程中，認為可以選用以偏振敏感的OTDR技術(shù)為核心技術(shù)的光纜故障追蹤儀。該追綜儀在定位過程中主要依賴光纜中，光的傳輸溫度與應力，并通過實時檢測光傳輸形態(tài)變化及受其影響的偏振態(tài)變化，達到精準定位光纜故障點的效果。在光纜故障追蹤儀當中，通過將起偏器增設(shè)在脈沖激光器中，用以獲取線偏振光[1]。并將檢偏器增設(shè)在探測器前，用以獲取偏振敏感信號。在連續(xù)對兩條OTDR曲線進行測試時，如果未有外部因素影響靜止狀態(tài)下的被測光纜，在相同位置上光纜偏振態(tài)保持固定，此時所獲得的兩條曲線也保持固定。如果一旦某一位置受外部因素影響，如光纜形態(tài)出現(xiàn)彎曲，則與該點相對應的位置處，偏振態(tài)也將發(fā)生改變，受此影響直接改變光纜偏振態(tài)。通過將兩條測試曲線相減，工作人員即可精準獲取光纜故障點具體位置。

（2）應用優(yōu)勢。在運用光纜故障追蹤儀對故障點進行精準定位時，首先需要在確保光纜固定不動的前提下，借助該儀器先對一條曲線進行測試，將該曲線作為模板曲線即比較基準。而后在另一位置處進行光纜操作，例如對光纜進行人工彎曲使之成為直徑為0.5m的半圓，再運用光纜故障追蹤儀對變化后曲線即操作曲線進行測試。最后令操作曲線減去模板曲線，并將末端后噪聲帶一并去除，即可獲得最終測試曲線。此時曲線突然發(fā)生變化的拐點位置即為光纜故障點的實際位置。有研究人員采用實驗分析的方式，對使用光纜故障追蹤儀測定故障點進行實驗，其在隨機選擇一盤20km光纖作為實驗對象后，向在其末端位置處彎曲大約1cm的光纖，而后進行OTDR測試得到該處距離約為19.835km。在對該處光纖進行重新恢復后使用光纜故障追蹤儀，同樣將光纖末端位置處進行彎曲，使之成為半徑為0.5m的半圓，根據(jù)最終得到的測試結(jié)果顯示，所有測試中，根據(jù)環(huán)境的變化光纜會產(chǎn)生輕微振動，從而使得操作點位置處的偏振相位也會隨之出現(xiàn)相應改變。為此，研究人員通過將偏振控制器增設(shè)在儀表后，再重新對光纜進行測試，所有測試結(jié)果雖并不完全一致，但均與近者最佳原則相符合，其平均值為19.828km。實驗證明，使用光纜故障追蹤儀可以在短時間內(nèi)完成對光纜故障點的有效定位，且定位精度相對較高。對于控制故障點定位成本，提升其定位效率等均有著良好的積極效用。

2.2 智能故障定位系統(tǒng)

（1）基本架構(gòu)。

為了能夠更好地完成光纜故障點精準定位工作，工作人員還可以結(jié)合實際情況，在認真遵循相關(guān)標準要求下，利用計算機系統(tǒng)并主動將GIS技術(shù)、相干OTDR技術(shù)等先進技術(shù)引入其中，共同搭建起覆蓋整個光纜網(wǎng)絡(luò)的智能故障定位系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，GIS系統(tǒng)主要負責對通信光纜及其四周的空間、地理分布信息等進行全面收集整理，從而為后續(xù)準確定位光纜故障點提供真實可靠的參考依據(jù)。相干OTDR技術(shù)即光時域反射儀技術(shù)，通過窄線寬激光脈沖以特定的周期注入待測光纖，由于光纖的主要組成部分為石英晶體，光纖中各點折射率存在非均勻性的特征，后向散射光將呈現(xiàn)相干性。當光纖未被擾動時，探測整條鏈路中的光強分布曲線作為基準，當光纖發(fā)生故障時，故障點的光強會驟然降低，此時通過OTDR技術(shù)可以尋找到故障點對應的光纖長度。而本文設(shè)計的光纜故障智能定位系統(tǒng)，不僅能夠獲得光纖故障點對應的光纖長度，還可獲得故障點對應的地表位置。

在本文設(shè)計的光纜故障點智能定位系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。

圖1 光纖故障智能定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

其主要組成部分包括地光發(fā)射模塊、光調(diào)制模塊、探測模塊以及信號采集和處理模塊。

（2）實現(xiàn)方式。一旦光纜出現(xiàn)斷路等故障情況，在其故障點位置處的光信號將會迅速出現(xiàn)較大衰減，此時該智能故障點定位系統(tǒng)通過對光信號衰減進行實時檢測，即可獲得相應的OTDR測試曲線。通過人為在地表施加擾動，讀取光纖故障智能定位系統(tǒng)檢測到的擾動位置，使其逐步靠近OTDR測試曲線的光纖故障點，最終達到一致，此時在地表對應位置進行開挖，即可找到光纖故障點。不僅如此，該系統(tǒng)中還可以聯(lián)動視頻監(jiān)測模塊，視頻監(jiān)測模塊被安裝在故障率相對較高的光纜點的四周，以可視化形式向工作人員實時展示光纜故障點周圍情況，并真實反映與之相對應的地理空間數(shù)據(jù)，進而使得工作人員能夠更加清晰、直觀地明確光纜故障點具體位置，掌握最真實的光纜故障情況，有針對性地制定相應的故障處理方案。

3 結(jié)束語

綜上所述，人為因素以及自然因素是導致光纜故障點定位失準的主要因素。為了能夠有效提升光纜故障點定位精度，相關(guān)工作人員需要在充分結(jié)合實際情況與定位要求的基礎(chǔ)上，將包括光纜故障追蹤儀在內(nèi)的各項先進技術(shù)手段及相關(guān)設(shè)備引入其中，積極搭建起智能化的故障定位系統(tǒng)，進而更加快速、精準地完成光纜故障點定位，為后續(xù)故障問題的順利解決奠定堅實基礎(chǔ)。