光纜監(jiān)測系統(tǒng)在高速公路通信系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

劉暢

安徽交控信息產(chǎn)業(yè)有限公司 安徽 合肥 230000

引言

高速公路機電系統(tǒng)正處于時代發(fā)展前列，通過高科技、大數(shù)據(jù)實現(xiàn)工程管理數(shù)字化、系統(tǒng)化、快速化，并且通過大數(shù)據(jù)分析，對施工質(zhì)量進行實時監(jiān)控、實時分析，做到一有問題立即發(fā)現(xiàn)，這樣既能減少損失，又能確保通信管道及設(shè)備正常使用。未來，相信隨著科技的發(fā)展，通信管道監(jiān)測系統(tǒng)在機電施工方面的應(yīng)用將會更加廣泛。

1 光纜監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

光纜監(jiān)測系統(tǒng)由監(jiān)測中心、監(jiān)測終端和遠端光纜測試單元（RTU）組成，中間通過測試光纜作為連接通道監(jiān)測中心是系統(tǒng)數(shù)據(jù)會集中心，可直接對光纜測試單元（RTU）進行管理；監(jiān)測終端用于終端用戶對數(shù)據(jù)的查詢，采用WEB架構(gòu)；遠端光纜測試單元（RTU）是OTDR、光開關(guān)等模塊通過背板總線技術(shù)集成的設(shè)備系統(tǒng)，可對光芯實現(xiàn)24小時全天候監(jiān)測，記錄其監(jiān)測狀況并進行分析對比，當(dāng)發(fā)現(xiàn)光纜異常時可自動判斷、分析故障信息，做出準確的固定定位，還可及時發(fā)送信息至相關(guān)路段管養(yǎng)單位進行修復(fù)。RTU提供10/100MBase－TEthernet接口，通信上采用最通用的TCP/IP協(xié)議做通信組網(wǎng)，使用2M通道，透過協(xié)議轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為Ethernet，監(jiān)控中心便可與RTU通信；也可用傳輸設(shè)備的以太網(wǎng)通道，OTDR采用1550nm的測試波長，通過OTDR離線測試從光纜備纖中抽取1芯做OTDR距離監(jiān)測，再通過光功率離線監(jiān)測抽取1芯光纜，在末端放穩(wěn)定光源，RTU內(nèi)用光功率模塊采集，如果光功率變化超過設(shè)定門限，啟動OTDR測試，以及時發(fā)現(xiàn)故障具體位置[1]。

2 高速公路通信系統(tǒng)基本概述

從概念上看，高速公路通信系統(tǒng)指的是高速公路運營管理、實時監(jiān)控及日常收費過程中獲取語音、圖像及數(shù)據(jù)的數(shù)字通道系統(tǒng)。從形式上看，現(xiàn)階段高速公路通信系統(tǒng)帶有極強的綜合性，現(xiàn)已發(fā)展成為光纖數(shù)字傳輸與同程控制數(shù)字交換系統(tǒng)的組合。從高速公路通信系統(tǒng)的構(gòu)成上看，其主要包括光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)、監(jiān)控及收費數(shù)據(jù)傳輸通路、數(shù)字程控交換系統(tǒng)、金屬光纜敷設(shè)、路側(cè)通話系統(tǒng)、監(jiān)控及收費閉路電視傳輸通道、電源及接地系統(tǒng)等。從高速公路通信系統(tǒng)的設(shè)計目標上看，主要有以下幾點：配套高速公路的收費及運營管理，滿足兩者的通信需求；借助金屬電纜及光纜，達成圖像、語音、數(shù)據(jù)的傳輸；以O(shè)AM&P等運行管理軟件組建SDH接入傳輸網(wǎng)；通過數(shù)字進程交換機系統(tǒng)傳達信令及提供ISDN等數(shù)字網(wǎng)接口；實現(xiàn)基于高速道路的網(wǎng)絡(luò)運行管理信息查詢及軟硬件冗余校驗[2]。

3 光纜監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

利用光纜傳輸光信號，會出現(xiàn)如下變化：第一，光信號強度會衰減。第二，光信號脈沖波動會出現(xiàn)展寬現(xiàn)象。針對光信號變化，應(yīng)當(dāng)應(yīng)用專業(yè)光電檢測器，確保電信號和光信號的隨意轉(zhuǎn)換。專業(yè)光電檢測器必須具備靈敏響應(yīng)；可靠性、經(jīng)濟性、靈敏度高；低噪聲特點。值得一提的是，光電探測器的光敏面，應(yīng)當(dāng)和光纖芯徑相適配。在光纜傳感通信中，應(yīng)用最廣泛的光電探測器為光電二極管，該類探測器可以應(yīng)用到短距離、小容量的光纜通信系統(tǒng)中。在實際應(yīng)用中，可以將光電二極管作為電流源，當(dāng)光電二極管負載阻抗為零時，可以展現(xiàn)出優(yōu)質(zhì)的輸出特性。光電二極管只可以檢測到微弱光電流信號，還會受到外部噪聲影響。因此需要關(guān)閉輸出端的低噪聲前置放大器，這樣可以放大光電二極管光信號，以此輸出信號；同時可以確保電路與光電二極管的阻抗匹配。應(yīng)用前置放大器，必須具備低音、高效特點，持續(xù)提供低輸出阻抗，確保信號帶寬足夠，負載能力滿足要求，具備較強的線性能力與抗干擾能力。

4 光纜在線監(jiān)測組網(wǎng)

光纜在線監(jiān)測平臺能調(diào)用前述光纜巡線分析儀系統(tǒng)的光纜資源數(shù)據(jù)，接收監(jiān)控客戶端的監(jiān)控指令和分發(fā)測試、告警等消息，為連接到服務(wù)器的多個客戶端提供測試控制、故障處理、電子地圖、光纜拓撲、報表輸出等操作功能[3]。其具體功能設(shè)計如下：①光纜監(jiān)測數(shù)據(jù)管理技術(shù)根據(jù)油氣管道光纜管理要求，建立油氣管道光纜資源數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)信息包括油氣管道光纜長度、接頭盒位置坐標、在用纖芯、中繼段距離、故障報告等內(nèi)容，通過大數(shù)據(jù)整合光纜資源信息，為光纜監(jiān)測提供大數(shù)據(jù)分析平臺。針對光纜監(jiān)測需求建立相應(yīng)的光纜監(jiān)測數(shù)據(jù)采集標準、數(shù)據(jù)制作與數(shù)據(jù)存儲標準，包括監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)上傳與下載等，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的標準化管理。②在線故障預(yù)警系統(tǒng)收到告警，能夠啟動監(jiān)測系統(tǒng)對告警光纖進行測試，收到監(jiān)測故障曲線數(shù)據(jù)文件后，快速完成故障分析報告，判明故障點的位置、故障點前后資源點位置，在電子地圖上顯示故障位置及相應(yīng)標識人井地理信息，發(fā)出故障通知單，同時記錄故障發(fā)生時間和受理回應(yīng)的時間。該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)分析功能，包括：光纖曲線數(shù)據(jù)的對比分析、全程傳輸損耗、全程光學(xué)長度、接頭損耗、兩接頭點之間的光纖衰減系數(shù)、光連接器位置、光纖接頭盒和光纖斷點位置，能夠根據(jù)某一光纖一段時間內(nèi)的曲線分析其接頭和光纖損耗的時間變化特性。③光纜監(jiān)測數(shù)據(jù)的智能分析在光纜發(fā)生故障時，以不超過60s的時間內(nèi)精確定位故障點位置，向終端和客戶端發(fā)出報警任務(wù)。掌握光纜特性變化、預(yù)防光纜故障，對光纖特性長期、定時在線監(jiān)測，對監(jiān)測數(shù)據(jù)分類統(tǒng)計、分析，發(fā)現(xiàn)光纜的纜、段、纖、接頭的衰耗劣化趨勢，捕捉光纜故障的征兆。

5 結(jié)束語

光纜監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn)，可使維護管理人員實時掌握周邊光纜資源的斷續(xù)情況，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果進行分析比對，形成報表及圖形，極大提高光纜線路維護績效，提升運維決策分析水平，降低光纜線路的維護費用。