高寒高海拔環境對光纖傳輸系統的影響及應對策略分析

朱 川，黃 璽

（63787部隊，新疆 石河子 832000）

0 引言

我國的高寒高海拔環境主要存在于新疆和西藏，海拔4 000米以上的地區占到國土面積的10%以上，這些地區的發展較東南沿海地區的經濟還有很大的發展空間。目前，中東部地區已經基本完成了5G的覆蓋，而西部地區由于其特殊的地理環境因素5G覆蓋才剛剛開始，光纖通信技術作為5G發展的重要傳輸通道，在高寒高海拔地區還有許多問題需要克服。因此，高寒高海拔地區特殊環境下的光纖通信設備的穩定問題亟待解決，對這些地區通信的發展具有重要的意義[1]。

1 光纖傳輸系統線路的勘察設計規劃

高寒高海拔地區自然條件惡劣人煙稀少，除個別人員聚集區以外，幾乎沒有人煙。海拔高，常年低溫，凍土常年不化，氣候復雜多變是這里的常見現象，特別是西藏及新疆的山地地區，氣候更是變化無常。在施工時為了確保線路的后期維護，開設更多的業務，就必須對光纜規劃進行預留，再加上高寒高海拔地區特殊的環境氣候使得晝夜溫差較大，光纜線路普遍較內陸地區要長，維護難度也更高。因此只有制定最完善最合理的建設方案，把所有的突發情況考慮進去，充分做好一切的預防措施，才能確保光纜網絡安全穩定的運行，進一步提高光纖傳輸系統的穩定性[2]。

2 光纖傳輸系統在高海拔高寒地區存在的困難

2.1 光纜的敷設

高寒高海拔地區的特殊氣候，寒冷而干燥，氣候多變，四季不分明，有些地方的冰凍期長達200天以上，光纜敷設必定要穿越高山、河谷等特殊地形，地質結構復雜多變，尤其是低溫形成的凍土層嚴重地影響著施工的進度及質量。而凍土層又根據含冰量分為少冰凍土、多冰凍土、富冰凍土、飽冰凍土和含土冰層五種類型。五種類型所對應了五種不同的施工難度，尤其是天氣轉暖時所形成的融區更是增加了施工的難度。融區因為有其不確定性加之邊遠地區氣象資料的收集不足，使其成為最大的不確定因素。高山雪水融化所形成的洪災對于線路的影響也很大，多變的氣候使高山融雪形成的河流時大時小變化無常，導致施工的標準無法確定，增加了施工的難度也增加了施工成本[3]。

經查最近幾年的在高寒高海拔地區的光纜故障，除去公路施工人員造成的人為事故以及山體滑坡等自然災害引起的故障外，無一例外都是出現在光纜過河路段。深秋入冬季節，永凍層往上凍，河水往下凍，中間形成一段不穩定層，正好是光纜深埋的地段，如是碰到了土質容易變化的地段，光纜容易遭受絞力，致使光纜變形，光纖受力，最嚴重時光纜將形成一個折疊彎，光纜中的光纖全部折斷。當天氣轉暖的時候，河流冰層解凍，其形成的冰凌能把跨河的光纜切斷。夏季高山融雪所形成的泥石流和洪水，對過河光纜也是極大地威脅[4]。

2.2 光纜線路的維護

高寒及高海拔地區較之平原地區維護難度成倍增加。高寒及高海拔地區大多山高坡陡，雪深路滑，荒無人煙，一旦出現線路中斷要及時地修復，所用的時間也將成倍增加。車輛是線路維護的主要工具，但是在高寒高海拔地區能夠正常通行的道路路況不佳，車輛又因海拔高，空氣中氧氣少，燃油燃燒不充分，功率減小，氣壓低，沸點低，不能對發動機進行有效降溫，使車輛經常出現故障，又因人煙稀少得不到及時維修，通信器材維修裝備及人員不能及時送達故障點，使得維修效率大大降低。

光纜中的光纖是很容易折斷的，尤其是在高寒高海拔地區冷熱交替的季節。光纜的熱脹冷縮使光纜承受了巨大的張力，而傳輸線路又過長，這就很容易導致光纜中斷。黑龍江牡丹江至佳木斯的某中心的束管式光纜，中心束管跟外護層都從接頭盒里縮出來，導致發生多次故障，致使所在線路接頭盒更換了60%的接頭盒。西藏拉薩至阿里的某段束管式光纜也因中心束管跟外護層都從接頭盒里縮出來，導致多次通信故障，致使所在線路更換了所有的接頭盒。大量的故障致使光纜線路的維護難度急劇增加。

高寒及高海拔地區特殊的環境對線路維護人員的人身健康造成威脅。由于線路較長，中間補給點較少，路況不佳，當出現緊急情況時不能夠及時的處置。高原反應和凍傷是線路維護人員面臨的主要威脅。某站線路維護人員在西藏阿里線路維修時，因施工車輛故障，施工人員在施工現場不能及時取暖，造成三人嚴重凍傷。新疆慕士塔格某施工路段因人員高原反應辛虧搶救及時沒有造成人員傷亡。

2.3 光纖傳輸設備的保養維護

高寒高海拔地區晝夜溫差大且日照普遍較內地要長，紫外線對于設備的影響也會加大。在這種特殊情況的影響下，傳輸設備的使用壽命必然會縮短加快老化速度，并且在使用的過程中還會存在其他方面的問題。現有傳輸設備對環境要求比較高，而惡劣環境條件卻是高寒高海拔最基本的特征。由于高寒高海拔大氣壓力和空氣密度小，導致外絕緣強度降低，海拔每升高1 000米，外絕緣強度降低10%左右。對于傳輸設備而言其出廠標準已經固定，隨著空氣壓力的降低，也導致了擊穿電壓的下降，對于接地電阻的要求的標準也更高，提高了成本。

光傳輸設備的各種儀表都是精密的電子線路和傳感器的集合體。大氣壓力和溫度等環境因素的變化會使儀表的測試數據產生誤差，普遍表現為精度降低、重復性差、漂移抖動嚴重、誤碼率升高等。

UPS是光傳輸系統中重要組成部分，其蓄電池對于溫度變化最為敏感。正常情況下蓄電池放電時，極板上會形成硫酸鉛，充電過程中還原為二氧化鉛和純鉛。但是，若是溫度變化快，使用不當會導致蓄電池還原不充分。高寒高海拔環境下，晝夜溫差較大。一旦蓄電池處于充電不足的狀態，就會導致出現極板硫化現象，導致蓄電池容量降低，內阻增大，設備在使用UPS供電時，使用時間縮短甚至中斷。

3 高寒高海拔環境對光纖傳輸系統設備存在的影響的解決對策

3.1 光纖傳輸系統線路的勘察設計規劃要合理

高寒高海拔環境特殊的氣象地理環境要求我們要重視勘察設計規劃線路的合理性。選擇勘探線路路由時，要盡量避開河道處，如果實在無法避免，要對過河技術進行綜合的考慮。從選纜、埋深、密封、雙路由保護等多方面進行考慮。對線纜所過之處加強氣象地理數據的收集，進行有針對性的規劃。對于光纜選擇要嚴格把關，加嚴檢驗項目為束管拉力測試，判斷標準是單位長度束管拉力要大于30牛每米。其主要作用就是應對熱脹冷縮氣溫變化時，光纜冷縮，造成光纖從接頭盒里面拔出折斷造成通信中斷。光纜桿要使用油木桿，避免水泥桿在天氣溫度變化時風化老化過快，造成倒桿。

3.2 光纜的敷設要嚴把質量關

特殊情況特殊對待，選纜應選適應高寒高海拔地區的特殊用纜。加強盤纜測試。當光纜被運輸到指定倉庫時，工作人員必須對光纜質量進行嚴格測試，確保沒有任何的質量問題，確認是高原高海拔專用光纜。光纜的好壞直接影響到整個光纖傳輸系統的傳輸質量，應對其進行詳細的測試，對光纜盤的生產廠家、型號、長度、出場時間、油膏飽滿度、加強件強度、光信號衰耗等方面進行一一測試，確保其能真正滿足工程需要。其中光信號的衰減是重中之重，也是最容易出現問題的地方，如果衰耗大于設計要求應立刻更換，保留測試數據，以便為日后的管理提供有效的依據。

光纖接續工程必須認真細致處理。選擇光纖熔接機必須滿足高原工作的需要，盡量避免在大風、雨天等天氣情況下熔接，避免灰塵及其他雜質污染光纖接頭造成較大的衰耗，無法真正實現遠距離傳輸。在實際的操作中，施工人員一定注意對熔接機進行測試，使其保持良好狀態，在光纜開剝時，注意把握力度，小心謹慎，避免光纜受到損壞。

高寒高海拔地帶光纖傳輸系統受氣候影響大，反映在光纜線路上的故障點主要就是接頭盒問題。比如地埋接頭盒強度標準不一，當經過冬季的嚴寒，會出現擠壓變形，盒中進水，光纖受力引起衰耗增大。架空接頭盒在冬季經常出現光纜外漏的現象，天氣轉暖時受熱膨脹，非常容易把光纜終端盒里的尾纖頂斷或者彎曲度變大使光信號傳輸損耗增大或者中斷。所以在高寒高海拔地區選擇光纜終端盒非常重要，其應滿足一般要求之外應當還應注意到以下幾點。第一，光纜接頭盒必須外殼強度要高，能夠應對熱脹冷縮的影響；第二，光纜加強芯和光纜接頭盒的固定位置能夠承受較大的拉力而不變形；第三，光纜接頭盒必須選擇密封性能好產品，能夠承受住70度的溫差變化而始終保持良好的密封性；第四，盤纖盒選擇的直徑要大，避免因光纖收縮而使光纖受力增大導致斷纖；第五，應選擇維護方便的光纜接頭盒，便于維護和重復使用。

3.3 光纜線路的維護要及時準確

光纜線路維護的主要任務就是保持設備完整良好、傳輸質量良好、預防障礙并盡快排除故障，本著“預防為主，防搶結合”的原則，維護工作要做到精心細致，并且要結合實際采用科學合理的管理方式，才能為光纖傳輸系統提供穩定、優質和大容量的傳輸線路。高原高海拔地區線路維護較內地難度大，要達到線路維護的高標準對線路維護人員的要求較高，為達到線路通暢的標準要做到以下幾點：（1）加強監測，尤其是每年在冷暖交替的時候，對隱患地帶和多發故障區域加強數據監測，及時發現和解決問題；（2）對搶修線路所用工具要經常保養維護，使其處在最佳工作狀態，以便隨時能夠對線路進行搶修；（3）配備好冬季搶修開槽的工具；（4）及時配備高原特別改裝車輛，保證車輛處于能夠隨時出動的狀態；（5）對于經常發生故障的過河處，盡量使用雙路由保護，在河邊做好人井，備好線桿和架空纜，一旦出現故障能夠立即處理，縮短搶修時間；（6）對高原冰土溶層地區的光纜桿進行加固；（7）在設計之初就把無人中繼站選址放在施工人員能夠容易到達的地方，方便后期維護；（8）對光纜線路的防雷措施及時檢查，雖然光纜中的纖芯是非金屬材料，但是光纜中的加強芯基本都是金屬材料，也會受到雷電的危害，因此要外加防雷措施。

3.4 光纖傳輸系統設備的保養維護要全面

光纖傳輸系統設備的保養維護，必須建立起宏觀設備的系統理念。應將所有影響系統的因素考慮在其中。光纖傳輸系統是一個整體，其中任何一個環節出現故障設備運轉就會出現問題，所以宏觀設備理念的建立必不可少。其表現在以下4個方面：（1）當設備運轉正常時，是否按照規定對其進行保養維護，在宏觀設備理念指導下必然不會有漏項；（2）當故障發生時，不能夠及時發現故障點，可以在宏觀設備理念指導下根據故障點對傳輸系統的影響，根據排除法，對故障相似點進行一一排除，直至確定故障點排除故障；（3）在設備宏觀理念的邏輯下，排除故障后，對故障進行評估，并制定維修方案，以便當別的故障點出現時，能夠及時有效地排除；（4）由于造成光纖傳輸系統設備出現故障的因素多種多樣，如果單一的去解決必然會延長故障排除的時間，特別是在多個故障同時發生時，必須在設備宏觀理念的指導下才能夠準確無誤的處理問題。

4 結語

綜上所述，光纖傳輸系統在高寒高海拔地帶正常運行需要克服低溫時間長、冰凍期長、日照時間長、風力大、氣象災害頻發所造成的困難。有鑒于此，本文通過對高寒高海拔地區整個光纖傳輸系統的施工以及設備的防護進行了分析，提出了相應的解決對策，提高了光纖傳輸系統在高寒高海拔地區的傳輸質量。光纖傳輸是大容量的數據傳輸，對經濟的發展起到巨大的促進作用，如果我們能夠克服困難，提高傳輸質量，必定對我國高寒高海拔地區的經濟建設做出貢獻。