基于GIS系統(tǒng)的光纖通信線路故障定位

余遠(yuǎn)澤

廣東電網(wǎng)汕頭供電局 廣東 汕頭 515041

當(dāng)代社會離不開“通信”,“通信”在人類生活中扮演著十分重要的角色。一切有線和無線通信的背后,大都離不開光纖通信線路。以運營商提供的公網(wǎng)為例,運營商傳輸網(wǎng)的物理層介質(zhì)以光纖為主。蜂窩通信網(wǎng)在用戶部分雖然以無線的形式傳輸,但其基站與核心網(wǎng)的連接以及長途中繼仍離不開以光纖通信為主的有線通信網(wǎng)絡(luò)。而行業(yè)用戶所使用的專網(wǎng),光纖通信線路同樣無處不在。當(dāng)前電力行業(yè)使用的專網(wǎng),與公網(wǎng)一樣依賴于光纖通信線路,用于傳輸企業(yè)內(nèi)部各類業(yè)務(wù)內(nèi)容。

電力行業(yè)的光纖通信線路,通常與電力高壓線路共線架設(shè)。如變電站與局端之間或變電站之間的主網(wǎng)通信線路,通常隨110k V 及以上高壓線路架設(shè),主要以O(shè)PWG 或管道光纜的形式存在,少數(shù)以ADSS的形式存在,在邏輯層面上,通常采用SDH 協(xié)議或以太網(wǎng)協(xié)議。配網(wǎng)通信,通常隨10k V 中壓線路架設(shè),主要以ADSS或管道光纜的形式存在,邏輯上則是以太網(wǎng)協(xié)議。還有部分連接局端與小型分支機構(gòu)的光纖通信線路,物理層面上以上述各種形式混合存在,邏輯上是以太網(wǎng)協(xié)議。

廣東電網(wǎng)汕頭供電局,采用光纖通信線路連接局本部與各下轄分支機構(gòu),同時也將光纖通信應(yīng)用到配網(wǎng)自動化業(yè)務(wù)當(dāng)中。當(dāng)前汕頭局供電所光纜線路承載所有信息系統(tǒng)業(yè)務(wù),通信光纖線路的正常運行對供電所日常工作尤為重要,如遇外力破壞造成光纜線路故障,所有信息系統(tǒng)將無法使用,嚴(yán)重影響供電所日常工作。同樣對于配網(wǎng)自動化系統(tǒng),若配網(wǎng)光纖通信出現(xiàn)中斷,現(xiàn)場配網(wǎng)自動化終端則無法上送數(shù)據(jù)到主站,主站無法對現(xiàn)場設(shè)備進行遙控,嚴(yán)重影響業(yè)務(wù)的正常開展。

澄海電力通信線路,主要依托10k V 中壓線路現(xiàn)有或新建線路共線敷設(shè),通常不獨立敷設(shè)。澄海的城區(qū)與鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積,決定了10k V 中壓線路大都以角鋼塔的形式架空建設(shè)。光纖通信線路依托10k V 中壓線路,通常架設(shè)于10k V 線路之下,通常距離超過70cm(10k V 帶電作業(yè)安全距離);部分光纖通信線路跟隨10k V 中壓線路使用預(yù)埋管道敷設(shè);還有少數(shù)線路采用“直埋”的方式施工。目前,澄海供電局供電所所址營業(yè)點已經(jīng)實現(xiàn)光纜覆蓋,基本為ADSS光纜(約60km),典型光纜纖芯數(shù)量24芯。

光纖通信線路的常見故障誘因主要有以下幾類：管道光纜遭挖掘破壞、架空光纜遭高空拋物損壞、自然災(zāi)害損壞、光纖及接續(xù)件自身壽命因素?fù)p壞等。通常,光纖的故障點并不明顯。以某某供電所－某某變電站的光纖線路為例,該線路以架空ADSS為主,損壞部分疑似其他部門部署10k V線路避雷線時摩擦損壞,但僅損壞2/3纖芯,光纜并未完全斷裂,即使站在斷裂點下方都難以發(fā)現(xiàn)斷點。某某營業(yè)廳－某某變電站的光纖線路,ADSS部分遭沿途地塊施工時高空拋物,造成ADSS內(nèi)傷,線路未完全斷裂,故障點極難發(fā)現(xiàn);同一線路的管道部分,遭某某小區(qū)地基施工挖斷,斷點處于地塊施工圍蔽區(qū),同樣極難發(fā)現(xiàn)。某某營業(yè)廳－某某變電站的光纖線路,因途徑區(qū)域新增不明桿塔,ADSS在日常風(fēng)吹雨打中摩擦新增桿塔,導(dǎo)致ADSS截面磨損3/4,但同樣因為未完全斷裂,極難發(fā)現(xiàn)故障點。

目前通信專業(yè)定位線路故障點的方式是使用OTDR(光時域反射儀)。通過OTDR,我們可以了解到從站端ODF開始計算,到線路斷點的距離。但即使如此,我們?nèi)匀粺o法快速準(zhǔn)確地確定故障點的地理位置。因為通信線路的走向、盤留等問題,導(dǎo)致OTDR 測試得出的距離并非站點出發(fā)沿線距離。再加上部分故障情形,在現(xiàn)場難以從外表發(fā)現(xiàn)故障點,這給通信線路的檢修帶來了極大的困擾。

綜合以上的情況,我們立足通信線路保障的迫切需求,著手開發(fā)通信GIS系統(tǒng)。利用該系統(tǒng),快速定位故障點,及時組織搶修,減少通信網(wǎng)絡(luò)故障時間。GIS,全稱Geographic Information System,中文全稱地理信息系統(tǒng)。簡單理解,基于地圖疊加各類信息形成的一套系統(tǒng)。通信GIS系統(tǒng),基于高德地圖API,疊加廠站與線路信息,綜合各項內(nèi)容,計算出光纖線路斷點的地理位置。

通信GIS系統(tǒng)的開發(fā),需要對線路進行前期數(shù)據(jù)采集,包括線路的路徑走向、桿塔和電纜井坐標(biāo)、盤留的位置和長度,以及線路兩端出站距離校正。首先是線路物理路徑等信息的采集,以目前可用的資源,可以從配電GIS中獲取桿塔和線路走向信息,從線路施工圖中獲取電纜井信息。盤留的位置和長度,以及一些配電GIS和施工圖上不明確的坐標(biāo)信息,則需要現(xiàn)場補充采集。

線路兩端出站距離校正以及故障點的檢測和距離數(shù)據(jù)的收集,都離不開OTDR。簡單理解,故障點因光纖斷裂產(chǎn)生端面,OTDR 發(fā)射的測試光束到達(dá)端面時被反射回測試端,OTDR 根據(jù)反射回來的光信號強度和時間等信息,綜合計算得出斷點距離數(shù)據(jù)。假設(shè)OTDR 測試報告顯示,被測光纖在3.4731km 處產(chǎn)生反射,而后續(xù)曲線信號強度不高,基本可以判斷這段光纖的持續(xù)長度為3.4731km。

單純依賴OTDR 測試曲線和數(shù)據(jù)來判斷線路故障點的最大弊端,就是廠站內(nèi)長度不明的走線和盤留影響故障點的定位。眾所周知,光纜從進入廠站圍墻到機柜ODF的長度是難以計算的,這段長度可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出地理直線距離,如OTDR 測試取得的斷點距離為上述的3.4731km,實際斷點距離并無法達(dá)到這個長度,可能會比上述數(shù)值小幾十米甚至上百米。通信GIS的第一個精度基礎(chǔ)、也是最有別于傳統(tǒng)OTDR 定位方法的特點即建立在此—先校正。以澄海供電局下轄供電所的常見光纜架設(shè)模式,ADSS光纜離開供電所引上至路邊10k V 桿塔,可在引上處臨時產(chǎn)生宏彎,由OTDR 測試機柜ODF至宏彎的距離,即可完成第一次校正。此后進行故障點距離檢測,均可用測得距離減去第一次校正的距離,得到供電所圍墻處至故障點的光纜長度。同理,光纜的兩端都需要進行上述的“第一次校正”,以獲得廠站外光纜的實際長度。

當(dāng)然了,僅進行上述的“第一次校正”是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,線路行進過程中,可能在桿塔或溝井處進行盤留。有時十幾米甚至幾十米的盤留,都能影響我們尋找故障點,因此,我們還需要利用OTDR 來取得盤留點前后的長度位置以及盤留的長度。綜合以上多次的OTDR 測試數(shù)據(jù),才能獲得較為精確的線路長度和關(guān)鍵節(jié)點數(shù)據(jù)。

通信GIS系統(tǒng)目前提供Android客戶端,具備局屬通信線路總覽、廠站營銷節(jié)點瀏覽、節(jié)點導(dǎo)航、單一線路瀏覽、線路故障點地理位置定位導(dǎo)航等功能。Android客戶端啟動流程主要分為初始化設(shè)置和圖形界面、檢察權(quán)限、數(shù)據(jù)庫解密讀取、繪圖等幾個階段。在完成啟動流程后,客戶端進入主界面狀態(tài),用戶可以看到局屬通信線路總覽,并根據(jù)需要進行廠站營銷節(jié)點瀏覽、節(jié)點導(dǎo)航、單一線路瀏覽、線路故障點地理位置定位導(dǎo)航等功能。其中,線路故障點地理位置定位是本客戶端的重點功能,如圖1所示,輸入OTDR 測試得到的線路故障點長度參數(shù),選擇線路測試端,點擊計算,即可獲得線路故障點的地理位置標(biāo)書和文字注釋。

圖1

故障點的計算是本系統(tǒng)的核心內(nèi)容。以一個較為普遍的故障點位置為例,線路A 廠站－B廠站總長度369m,如圖2所示。從A 廠站進行測試,發(fā)現(xiàn)線路持續(xù)長度僅為163m,判斷線路中途出現(xiàn)故障?？蛻舳斯收宵c計算界面可選測試端。如“線路A 廠站－B廠站”,A 廠站稱為甲端,B廠站稱為乙端。上述測試在A 廠站進行,在計算界面選擇甲端,輸入從OTDR 得到的線路持續(xù)長度163m,客戶端即可立刻定位故障點,在地圖中做出標(biāo)注。后臺計算方法：以循環(huán)的方式累加從測試端開始的各個節(jié)點(廠站、桿塔或電纜井)距離,直到確定故障點位于哪兩個節(jié)點之間。上述故障點位于甲端觸發(fā)163m,通過累加確定故障點位于＃2和電纜井之間,即可通過163－30－40－50－20的計算式,計算出故障點位于＃2向電纜井方向23m 的位置,而客戶端則在地圖上標(biāo)示出相應(yīng)的位置。

圖2

基于GIS系統(tǒng)的光纖通信線路故障定位,實現(xiàn)的原理并不復(fù)雜?？焖俣ㄎ坏膶崿F(xiàn),更多的是依賴于前期的數(shù)據(jù)采集和校正。在電力行業(yè)日常生產(chǎn)日益依賴信息與通信技術(shù)的情況下,建立通信GIS系統(tǒng),快速定位通信線路故障點,可提高通信專業(yè)的工作效率,快速修復(fù)故障。亦可更好地保障通信線路的可用性,從而保障通信線路承載的電力生產(chǎn)實時業(yè)務(wù)與管理業(yè)務(wù)。在沒有線路搶修需求的時候,收集數(shù)據(jù)建立一套這樣的系統(tǒng),在急需搶修解決線路故障的時候,讓通信GIS系統(tǒng)發(fā)揮出最大的作用。