基于GIS的機(jī)場(chǎng)光纜管理與維護(hù)

謝威

（民航西北空管局通信網(wǎng)絡(luò)中心，西安 710082）

1 引言

民航空管部門直接關(guān)系到民航飛機(jī)的飛行線路、飛行安全以及日常飛機(jī)起降，在整個(gè)民航體系中具有非常重要的地位。當(dāng)前，各大民航空管局都進(jìn)行了光纖環(huán)網(wǎng)建設(shè)，光纜通信在民航通信中已經(jīng)占據(jù)了主導(dǎo)地位，光纜傳輸涵蓋雷達(dá)、氣象、轉(zhuǎn)報(bào)、衛(wèi)星、錄音、通信、管制等眾多數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。而通信鏈路是民航業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)，光纜的傳輸質(zhì)量及光纜的維護(hù)管理情況更是所有通信保障的基礎(chǔ)。隨著我國(guó)機(jī)場(chǎng)建設(shè)“十二五”規(guī)劃的實(shí)施，全國(guó)各地機(jī)場(chǎng)改擴(kuò)建工程的全面展開，各大空管局所負(fù)責(zé)的機(jī)場(chǎng)通信光纜經(jīng)常出現(xiàn)被挖斷的事件，導(dǎo)致空管通信中斷，為航空飛行安全帶來重大隱患。另外，全國(guó)各大空管前期光纜建設(shè)普遍存在重建設(shè)輕管理的問題，絕大多數(shù)光纜線路建設(shè)不符合光纜工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，基本上是隨用隨建，缺少對(duì)后期光纜維護(hù)和管理的考慮，從而為今后的維護(hù)和管理帶來不便，對(duì)提高空管通信保障能力造成潛在威脅。

2 空管通信光纜管理現(xiàn)狀

以西北空管局西安咸陽機(jī)場(chǎng)為例，前期光纜建設(shè)對(duì)管線沒有做任何地上探測(cè)的考慮，單純考慮了纜線的鋪設(shè)，對(duì)于舊的纜線管溝缺少正規(guī)的規(guī)劃設(shè)計(jì)圖。隨著機(jī)場(chǎng)周邊建設(shè)的推進(jìn)，地表發(fā)生了顯著的變化，以前的參照物也隨之發(fā)生變化，這對(duì)在管線周邊施工或故障出現(xiàn)時(shí)快速定位都帶來了問題，如果在管線周圍施工開挖，則不能準(zhǔn)確的判斷線纜管道距地表的距離，而且故障出現(xiàn)事不能準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致開挖挖斷光纜，另外由于建設(shè)資料的缺失，對(duì)管道孔內(nèi)的光纜不能實(shí)現(xiàn)精細(xì)的區(qū)分和管理。

在光纜的維護(hù)方面只限于根據(jù)PDH，SDH，PCM或其他通信設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)來判斷光纜的通或斷，如果發(fā)現(xiàn)這些通信設(shè)備運(yùn)行不正常，如遇到光纜衰減引起的設(shè)備運(yùn)行不正常，就很容易引起誤判。比如在雷家村雷達(dá)信號(hào)傳輸PCM發(fā)生一起運(yùn)行不正常時(shí)，起初認(rèn)為是PCM設(shè)備發(fā)生了故障，后來在廠商的協(xié)助下，判定是光纜衰減過大造成的，果然在排查中發(fā)現(xiàn)確實(shí)是因地面施工造成光纜形變?cè)斐傻模罱K在更換光路由后PCM設(shè)備恢復(fù)正常。目前，對(duì)光纜監(jiān)測(cè)的判斷手段和方法無法做到精準(zhǔn)和快速，現(xiàn)有的維護(hù)和管理方法無法提前預(yù)判故障點(diǎn)，從而導(dǎo)致通信中斷的時(shí)間延長(zhǎng)，對(duì)飛行保障帶來更嚴(yán)重的威脅。

3 光纜的電子標(biāo)識(shí)

在光纜建設(shè)初期，除了嚴(yán)格按照通信光纜工程國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行建設(shè)外，在設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮后期光纜的管理與維護(hù)，因此，建設(shè)初期要考慮光纜的電子標(biāo)識(shí)問題，使用電子標(biāo)識(shí)系統(tǒng)（EMS）對(duì)機(jī)場(chǎng)地下通信光纜管線進(jìn)行標(biāo)識(shí)，可以為光纜建成后精準(zhǔn)、安全、快速的定位，提高管理水平和工作效率。一般電子標(biāo)識(shí)系統(tǒng)主要由電子標(biāo)識(shí)器和標(biāo)識(shí)器定位儀兩部份組成。其原理圖如圖1所示。

首先，將電子標(biāo)識(shí)器根據(jù)管線施工圖紙上預(yù)設(shè)計(jì)的安裝位置預(yù)埋在定位線纜或管道上，當(dāng)用標(biāo)識(shí)器定位儀進(jìn)行探測(cè)時(shí)，定位儀先向地下發(fā)出一定頻率的電磁波信號(hào)，當(dāng)靠近標(biāo)識(shí)器時(shí)，電子標(biāo)識(shí)會(huì)反射定位儀發(fā)出的信號(hào)，從而被定位儀發(fā)現(xiàn)和接受，并通過聲音和讀書告知操作者地下管線的全面信息。電子標(biāo)識(shí)器內(nèi)部是一個(gè)無源電路，外殼防潮、防酸堿、耐擠壓，能充分抵抗外界環(huán)境的劇烈變化，長(zhǎng)期埋在地下而不會(huì)發(fā)生變化。在民航空管的光纜建設(shè)時(shí)同時(shí)部署電子標(biāo)識(shí)系統(tǒng)，為管線的維護(hù)帶來極大的方便，也提高了工作效率。

圖1 電子標(biāo)識(shí)探測(cè)原理圖

基于GIS的光纜電子標(biāo)識(shí)系統(tǒng)是一套光纜數(shù)字化管理的信息化系統(tǒng)，對(duì)光纜建設(shè)的后期維護(hù)和管理具有重要意義。該系統(tǒng)由探測(cè)儀和標(biāo)志器（Marker）組成，可以根據(jù)管線的深淺，距離長(zhǎng)短，沿管線放置。當(dāng)需要查找管道路由時(shí)便可用EMS探測(cè)儀，很方便地找到并確定其走向及正確的方位，并能在電子地圖中顯示出來。其系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 電子標(biāo)識(shí)系統(tǒng)示意圖

4 機(jī)場(chǎng)光纜的監(jiān)測(cè)與管理

通信光纜的建設(shè)和管理是個(gè)一體化的長(zhǎng)期系統(tǒng)工程，電子標(biāo)識(shí)系統(tǒng)為快速定位故障點(diǎn)、查找光纜位置起到及其重要作用。傳統(tǒng)的光纜線路維護(hù)管理模式的故障查找困難，排障時(shí)間長(zhǎng)，影響通信網(wǎng)的正常工作，每年因通信光纜故障而造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大及飛行安全隱患問題嚴(yán)重。因此，實(shí)施對(duì)民航空管光纜線路的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與管理，動(dòng)態(tài)地觀察光纜線路傳輸性能的劣化情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)報(bào)光纜隱患，以降低光纜阻斷的發(fā)生率，縮短光纜的故障歷時(shí)顯得至關(guān)重要。

OTDR是光纜監(jiān)測(cè)的重要工具，傳統(tǒng)意義上的OTDR作為測(cè)試儀表的使用是一種分散式、被動(dòng)式的手工維護(hù)手段，難以滿足更高的光纜安全要求。因此，利用多臺(tái)OTDR實(shí)現(xiàn)一個(gè)集測(cè)試、分析、告警、定位、信息管理、業(yè)務(wù)報(bào)表功能于一體的光纜網(wǎng)絡(luò)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是傳統(tǒng)OTDR使用方式和維護(hù)體制進(jìn)一步的發(fā)展和革新，能大大提高維護(hù)效率和水平。

光纜自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種綜合了計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、自動(dòng)化測(cè)量、DBMS、GIS、光時(shí)域測(cè)量分析等技術(shù)的綜合性系統(tǒng)，通過對(duì)光纜中光信號(hào)強(qiáng)度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)反映光纜通信網(wǎng)的通、斷、異常損耗、潛在故障等狀態(tài)，同時(shí)，通過定期測(cè)試，光纜自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能及時(shí)判斷光纜接頭盒進(jìn)水進(jìn)潮情況，通過OTDR測(cè)試和GIS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)光纜網(wǎng)絡(luò)的故障自動(dòng)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)定位，為排除故障和隱患提供依據(jù)，從而達(dá)到減少故障次數(shù)、縮短故障時(shí)間，提高光纜網(wǎng)的通信可靠性，及早發(fā)現(xiàn)光纜劣化情況，提高光纜的維護(hù)質(zhì)量。

常見的光纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分為離線監(jiān)測(cè)、在線監(jiān)測(cè)兩種，具體可根據(jù)實(shí)際情況選擇使用不同的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

4.1 離線監(jiān)測(cè)

離線監(jiān)測(cè)就是監(jiān)測(cè)備纖中的光信號(hào)，需要增加激光光源，給備纖提供光信號(hào)；還可以通過通信設(shè)備的接口收集通信設(shè)備給出的有關(guān)信息，監(jiān)測(cè)方法如圖3所示。

圖3 離線監(jiān)測(cè)示意圖

4.2 在線監(jiān)測(cè)

在線監(jiān)測(cè)就是監(jiān)測(cè)工作纖中的光信號(hào)，需要用到分光器、波分復(fù)用器、濾波器、垮接設(shè)備等,監(jiān)測(cè)方法如圖4所示。

圖4 在線監(jiān)測(cè)示意圖

光纜自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是大規(guī)模、高密度光纜線路網(wǎng)實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控監(jiān)測(cè)和現(xiàn)代化維護(hù)的技術(shù)手段。

光纜自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不是對(duì)傳統(tǒng)儀表的一種簡(jiǎn)單的換代，其價(jià)值與意義也不僅止于可以減少維護(hù)人員往返現(xiàn)場(chǎng)的穿梭負(fù)擔(dān)，其更重要的價(jià)值在于光纜自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為網(wǎng)絡(luò)維護(hù)提供了一種實(shí)時(shí)的、在線的、測(cè)試參數(shù)可調(diào)整的、網(wǎng)絡(luò)微小衰變可覺察的、網(wǎng)絡(luò)歷史數(shù)據(jù)可記錄的、電信設(shè)備可管理的、智能化、圖形化、自動(dòng)化的監(jiān)測(cè)、維護(hù)與預(yù)警系統(tǒng)。光纜自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要功能特點(diǎn)如下：

（1）圖形化操作接口。系統(tǒng)提供Windows圖形窗口平臺(tái)。

（2）告警管理。系統(tǒng)提供TCP/IP及PPP通訊協(xié)議，可支持PSTN，PSDN，DDN，SDH（E1/T1）等多種網(wǎng)絡(luò)通訊方式。中央監(jiān)測(cè)站（TSC）收到告警訊息可以透過電話、傳真、E-mail和聲光等多樣告警方式通知相關(guān)人員。

（3）準(zhǔn)確的故障定位。當(dāng)系統(tǒng)確認(rèn)出高精度故障點(diǎn)距離后，會(huì)根據(jù)光纜路由上的節(jié)點(diǎn)（如人孔、電桿等）距離及光纜繞線余長(zhǎng)，輔以數(shù)學(xué)高階算法縮減誤差，準(zhǔn)確定位出故障點(diǎn)位于哪兩個(gè)節(jié)點(diǎn)中間，提供故障搶修最直接具體的訊息。

（4）GIS圖資。可配合地理信息得到精確、可縮的定位與顯示信息。

（5）前瞻的決策支持信息。提供芯線劣化分析、事件劣化分析、故障種類及原因統(tǒng)計(jì)等多項(xiàng)決策支持功能，讓管理階層提早預(yù)估問題光纖或故障原因，及早預(yù)防改善、提升光纖傳輸質(zhì)量。

（6）實(shí)用的纜線布線管理。各種纜線布線管理功能,配合GIS地理信息系統(tǒng),提供維護(hù)人員一個(gè)實(shí)用的管理查詢工具。另外，用戶所需的系統(tǒng)數(shù)據(jù)也可透過ODBC與大型數(shù)據(jù)庫鏈接。

（7）系統(tǒng)維護(hù)容易。能透過遠(yuǎn)程更新監(jiān)控軟件，操作人員不需到現(xiàn)場(chǎng)更新，有效節(jié)省時(shí)間及人力資源；而模塊化的硬件設(shè)計(jì)使維護(hù)程序簡(jiǎn)單而容易。

（8）強(qiáng)大的芯線測(cè)試功能?？商峁﹥煞N測(cè)試架構(gòu)及多項(xiàng)測(cè)試功能，用戶可依需要設(shè)置測(cè)試周期及測(cè)試參數(shù)，對(duì)光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全盤的檢測(cè)及分析。

（9）纜線防竊?？商峁?shí)時(shí)纜線問題告警，當(dāng)纜線發(fā)生問題影響傳輸時(shí)，系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)發(fā)出告警訊息通知維護(hù)人員。

光纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可提供強(qiáng)大的芯線測(cè)試分析功能、GIS地理信息系統(tǒng)接口、完整的實(shí)時(shí)故障告警、準(zhǔn)確的故障定位、實(shí)用的纜線布線管理、多樣的告警回報(bào)方式等，協(xié)助管理人員維護(hù)及制定決策，全面掌握光纖網(wǎng)絡(luò)狀況。根據(jù)光纜自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)，建設(shè)一套針對(duì)空管民航的光纜自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)極為重要。

5 結(jié)束語

光纖在民航空管通信中占據(jù)了主導(dǎo)地位，做好建設(shè)光纜和管理維護(hù)光纜的工作對(duì)民航空管具有積極意義，對(duì)提升民航整體通信保障能力意義重大。因此，在光纜建設(shè)時(shí)就要充分考慮將來的管理維護(hù)工作，部署光纜的電子標(biāo)識(shí)系統(tǒng)、建設(shè)光纜自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，整體考慮光纜建設(shè)的全面性、長(zhǎng)期性、完整性、可維護(hù)性。

[1]中華人民共和國(guó)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《光纜線纜自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，2004版

[2]3M電子標(biāo)識(shí)系統(tǒng)介紹

[3]李玉權(quán)，朱勇，王江平．《光通信原理與技術(shù)》．北京：科學(xué)出版社

[4]于慶波．光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，20060510

[5]楊毅，富璇，柏樹春．光纖和光纜監(jiān)測(cè)及管理系統(tǒng)．《科技資訊》，2007年20期

[6]光纜離線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)．中國(guó)開關(guān)電器網(wǎng)，2008-12-5

[7]方東．光纜線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理及應(yīng)用．《光纖通信》，2007-12-27