淺談鐵路通信過江水底光纜中斷點(diǎn)的定位方法

雙傳斌 上海鐵路局上海通信段

鐵路通信系統(tǒng)在鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)領(lǐng)域承載著基礎(chǔ)性的工作，鐵路列車調(diào)度指揮信息及各類運(yùn)輸行車安全數(shù)據(jù)信息（各類MIS系統(tǒng)）均依托鐵路通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可靠傳送。

通信光纜是構(gòu)成鐵路通信系統(tǒng)的骨架，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起到支撐作用。靖江南站-江陰北站間的過江水底光纜是新長(zhǎng)鐵路承接長(zhǎng)江兩岸通信的重要通道，作用極其重要。因此，發(fā)生過的江水底光纜中斷故障時(shí)如何迅速準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)就顯得尤為重要。

在光纜線路的維護(hù)工作中，地下纜線徑路的確定是一個(gè)難題，過江水底光纜中斷點(diǎn)的精確定位更是一個(gè)十分棘手的問題。下面針對(duì)新長(zhǎng)線靖江南至江陰北過江水底光纜中斷點(diǎn)精確定位方法進(jìn)行探討。

1 探測(cè)光電纜徑路的基本原理

在通信光電纜徑路探測(cè)定位方面，“電磁法”的使用頻率比較高?！半姶欧ā本褪峭ㄟ^發(fā)射機(jī)施加某種頻率交變的電流或磁場(chǎng)至被測(cè)光電纜，使之產(chǎn)生電磁場(chǎng)，用接收機(jī)在地面上測(cè)量其強(qiáng)度及分布便可確定被測(cè)光電纜的位置和埋深。其基本原理是依據(jù)“安培定則”，即通電導(dǎo)線產(chǎn)生磁場(chǎng)（右手法則）。也就是說用右手握住通電直導(dǎo)線，讓大拇指指向電流的方向，那么四指的指向就是磁感線的環(huán)繞方向，如圖1，將大拇指的方向朝向直面，圖中虛線所示的就是產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向。

圖1 右手法則示意圖

2 探測(cè)光電纜徑路的基本方法

對(duì)于不同的探測(cè)環(huán)境，應(yīng)用電磁法原理探測(cè)光電纜路徑時(shí)依據(jù)發(fā)射機(jī)連接方法、接收機(jī)接收探測(cè)數(shù)據(jù)的不同具體描述如下。

2.1 從發(fā)射機(jī)角度分為直連法、耦合法、感應(yīng)法三種

（1）直連法是將測(cè)試信號(hào)直接施加到被測(cè)的光電纜線路上的方法。直連法適用于有金屬等導(dǎo)體的纜線連接方法如圖2所示。

圖2 直連法示意圖

（2）耦合法是由發(fā)射機(jī)發(fā)送的信號(hào)用一個(gè)耦合鉗夾在被測(cè)的光電纜線路上，將測(cè)試信號(hào)耦合進(jìn)入被測(cè)光電纜線路，連接方法如圖3所示。耦合法主要用于電纜或小金屬管線，特別是帶電電纜。

（3）感應(yīng)法通過電磁感應(yīng)把測(cè)試信號(hào)加載到被測(cè)的光電纜線路上，連接方法如圖4所示。感應(yīng)法適用于單獨(dú)布放敷設(shè)的管線。

圖4 感應(yīng)法示意圖

2.2 從接收機(jī)角度分為極大值法、極小值法兩種。

（1）極大值法又稱峰值法，在峰值模式下，接收機(jī)接收到通信線路正上方的電磁場(chǎng)值最大，如圖5所示。此模式下的電磁場(chǎng)幅度大而寬，容易發(fā)現(xiàn)光電纜的大概位置，但精確度不高。

圖5 峰值法測(cè)量示意圖

（2）極小值法又稱谷值法，這種方法是尋找信號(hào)最弱點(diǎn)，用零點(diǎn)位置來確定光電纜位置。谷值模式下，接收機(jī)接收到的信號(hào)呈馬鞍形分布，光電纜正上方的電磁場(chǎng)值最小，如圖6所示。此方法的定位準(zhǔn)確度高，但是受到附近電磁場(chǎng)的影響較大。

圖6 谷值法測(cè)量示意圖

綜合峰值法和谷值法的優(yōu)缺點(diǎn)，在現(xiàn)實(shí)探測(cè)工作中可先用峰值法找到光電纜的大致位置，再用谷值法進(jìn)行精確定位。

3 精確定位過江水底光纜中斷點(diǎn)的運(yùn)用實(shí)例

新長(zhǎng)鐵路靖江南至江陰北32芯過江水底光纜于2009年12月28日被江上航行的船舶拋、起錨操作過程中拉斷，之后因客觀原因一直未能組織處理。在此期間，新長(zhǎng)鐵路大江南北之間的鐵路通信大通道只能租用電信的4芯光纜。因?yàn)榈胤匠鞘谢ńㄔO(shè)不斷，租用的電信光纜時(shí)常受損，鐵路通信安全方面無法得到保證。2012年，鑒于保障鐵路通信安全暢通的實(shí)際出發(fā)，上海鐵路局決定修復(fù)靖江南至江陰北站間過江水底光纜。

在水底光纜修復(fù)過程中發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)江南岸邊至江中水底光纜連同加強(qiáng)的33根鋼絲均徹底中斷，長(zhǎng)江南岸的水底光纜一端在距南棧橋約100 m處已找到，而通往長(zhǎng)江北岸的一端找不到。經(jīng)過半個(gè)多月的潛水打撈作業(yè)，始終未能找到水底光纜的斷頭。準(zhǔn)確定位過江水底光纜中斷點(diǎn)成為成功修復(fù)過江光纜的“攔路虎”。經(jīng)過集思廣益，最終決定采用光纜徑路探測(cè)儀進(jìn)行水底光纜的準(zhǔn)確定位工作。

第一步：進(jìn)行過江水底光纜的特性分析。在長(zhǎng)江北岸水線房用OTDR光時(shí)域反射儀測(cè)試出過江江底光纜在3.2 km處中斷，觀察每一根纖的軌跡圖，確認(rèn)32根光纜均處于良好的狀態(tài)。比較以往數(shù)據(jù)，表明不存在其它斷點(diǎn)，且通往北岸的過江光纜斷頭有可能還被埋在斷點(diǎn)附近的江底積淤中。

第二步：確認(rèn)探測(cè)儀發(fā)射機(jī)的連接方法。根據(jù)電磁法原理和發(fā)射機(jī)連接的三種方法的特點(diǎn)和適用范圍，首先排除了耦合法。又因長(zhǎng)江上無線電波頻率干擾比較大，繼而也排除了感應(yīng)法，最終確定使用直連法進(jìn)行定位探測(cè)。

第三步：采用直連法進(jìn)行定位探測(cè)。首先，縱剖開北棧橋鋼槽內(nèi)過江光纜外保護(hù)層，露出外加強(qiáng)鋼絲，將探測(cè)儀發(fā)射機(jī)的紅色電極線良好連接到鋼絲上，將黑色電極線良好地連接在輪渡棧橋的鋼架上，發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)通過大地構(gòu)成完整的信號(hào)電流的回路。此時(shí)，開始在長(zhǎng)江南岸水面上探測(cè)。打開接收機(jī)，調(diào)整為峰值模式，聯(lián)系北岸發(fā)射機(jī)用8 kHz頻率發(fā)送，船舶載著接收機(jī)在江面上百米范圍內(nèi)按“之”字形往返探測(cè)，未發(fā)現(xiàn)光纜位置。改變發(fā)射機(jī)頻率為33 kHz后，再進(jìn)行“之”字形探測(cè)過程中，發(fā)現(xiàn)接收機(jī)收到了北岸發(fā)來的信號(hào)，移動(dòng)船舶，找出最強(qiáng)信號(hào)點(diǎn)，后讓發(fā)射機(jī)進(jìn)行開、關(guān)，調(diào)整發(fā)射電流大小多次，確認(rèn)接收機(jī)接收到的信號(hào)是通過江底光纜發(fā)射的，同時(shí)也確認(rèn)了過江水底光纜的大致位置。將接收機(jī)調(diào)整為谷值模式，進(jìn)行精確定位，接收端反復(fù)調(diào)整接受模式，確認(rèn)過江水底光纜的準(zhǔn)確位置。為更精確定位水底光纜中斷點(diǎn)的確切位置，緩慢延光纜徑路方向移動(dòng)船舶不斷確認(rèn)光纜徑路，當(dāng)接收機(jī)接收到的信號(hào)突然消失，返回信號(hào)又突然變強(qiáng)，反復(fù)多次確認(rèn)水底光纜的中斷點(diǎn)就在下方，用經(jīng)緯度定位儀鎖定水上位置，再用水下測(cè)量繩測(cè)出水面至江底深度。最終，在鎖定的位置上，至水面下18 m（其中江底積淤埋深3 m）處，找到了過江光纜。水底光纜找到了，斷點(diǎn)位置精確定位了，余下的光纜接續(xù)工作便是水到渠成。合理運(yùn)用探測(cè)原理和方法在水面下18 m深處精確定位光纜中斷點(diǎn)，創(chuàng)下了一項(xiàng)光纜探測(cè)新紀(jì)錄。

4 結(jié)束語

勤于思考、善于總結(jié)、敢為人先、勇于創(chuàng)新，這是從事鐵路通信線路維護(hù)工作必須具備的能力。隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，江湖橋隧大跨度的建設(shè)，為光電纜通道提供了便利，水底光纜卻在逐步減少，原因大多是中斷后難以準(zhǔn)確定位中斷點(diǎn)，因難以修復(fù)而廢棄。此次成功定位水底光纜中斷點(diǎn)，希望能給線路維護(hù)工作提供一定的參考。