基于智能標石的光纜巡線和管理系統(tǒng)設計

李紅亮 廖奎 羅圍峰

摘?要：通過分析光纜巡線和管理的現(xiàn)狀，梳理總結存在的突出問題，研究智能標石的發(fā)展和應用場景，針對傳統(tǒng)光纜巡線存在的問題結合智能標石的特點，提出基于智能標石來構建光纜巡線和管理系統(tǒng)的思路，并設計了系統(tǒng)總體方案，探討了其在典型場景下的應用。

關鍵詞：巡線;智能標石;預警;監(jiān)測;光纜

光纜網(wǎng)是國家通信網(wǎng)的重要組成部分，是信息高速路的基石，是通信傳輸?shù)闹匾A設施。光纜網(wǎng)一旦中斷，將會給人民群眾生產(chǎn)生活帶來諸多不便，而光纜線路的巡線與管理是光纜維護中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，其目的就是保證光纜線路的完好可用，保證光纜線路安全傳輸，預防光纜故障，消除故障隱患。

1 光纜巡線和管理現(xiàn)狀

我國已經(jīng)建成“八縱八橫”的光纜骨干網(wǎng)，光纜巡線主要依靠人工徒步的方式實施，通過定期指派專門的維護人員進行查看、維護線路，或者在傳輸網(wǎng)絡出現(xiàn)問題時臨時指派人員進行應急搶修，這種方式所需時間較長，效率也不高，且人工巡線容易導致漏檢、誤檢情況的發(fā)生，會增加網(wǎng)絡維護的時間，影響業(yè)務的傳輸。梳理總結了傳統(tǒng)光纜巡線模式下，存在三個方面的問題。

1.1 受環(huán)境影響較大，巡線到位率不夠理想

進行巡線任務時，需要沿著光纜路由進行檢查，當?shù)匦蔚孛矖l件良好時人員能夠正常地進行巡線任務，但是當光纜線路所在的環(huán)境復雜，比如高山密林、洪水淹沒地段等，巡線人員很難快速到達相關區(qū)域巡檢，即使能夠到達相關區(qū)域也需要消耗大量時間、精力，還存在較大的人身安全隱患，嚴重制約光纜巡線工作有效開展。

1.2 巡線任務周期長，隱患預警難保證

光纜線路巡線受制于信息技術應用程度，實際巡線任務中會出現(xiàn)雖然進行了巡線工作，但是由于兩次巡線任務間隔時間較長而不能及時發(fā)現(xiàn)光纜新的隱患、新的問題，所以光纜線路巡線存在較大的延時性、間隔性，而不能動態(tài)地保障相關光纜線路的正常運行。

1.3 受巡線方式限制，巡線監(jiān)督不到位

傳統(tǒng)的巡線方式基本依靠巡線人員眼睛觀察光纜線路的情況，從而發(fā)現(xiàn)隱患和故障，但是光纜線路距離長，又多是在荒郊野外，巡線人員如果走馬觀花、偷懶?；?，則巡線質(zhì)量就大打折扣，如何有效地監(jiān)督檢查巡線的質(zhì)量是很棘手的問題。

2 光纜線路巡線和管理中引入智能標石的需求

智能標石采用先進的物聯(lián)網(wǎng)感知技術和音視頻采集技術，內(nèi)部集成震動、水浸、傾斜等多種傳感器和高清音視頻采集處理模塊，能夠對周圍環(huán)境的實時感知。目前，智能標石的應用大部分為單個標石定點獨立使用，如在光纜易發(fā)生故障的場鎮(zhèn)、施工地域等，簡單地實現(xiàn)對某個重點地段的監(jiān)控，沒有在光纜巡線和管理中發(fā)揮其智能化的作用。在光纜巡線和管理中系統(tǒng)使用智能標石有以下幾個方面的需求：

一是提高光纜線路巡線效率的現(xiàn)實需要。光纜線路傳統(tǒng)巡線為徒步巡線與車輛巡線結合的方式，易受到天氣、人員任務等因素的影響，巡線效率普遍不高，需要一種新的巡線方式解決傳統(tǒng)巡線效率較低的問題，因此，提出一種基于智能標石的光纜巡線方式，可以在一定程度上解決因為天氣惡劣無法巡線，部分地段地形險峻巡線到達困難的問題。

二是增加光纜線路預警功能的可靠手段。通過布設智能路由標石，標石中的攝像頭和多種傳感設備可以增加光纜線路的預警監(jiān)測功能，提高光纜線路隱患發(fā)現(xiàn)的效率，為光纜線路維護爭取更多的時間。

三是增強光纜線路巡線智能化的有效措施。依托智能標石可以實現(xiàn)巡線管理的智能化，自動記錄巡線軌跡和到達智能標石的時間，科學規(guī)劃巡線計劃，并可通過巡線終端設備指示巡線方向和智能標石位置，輔助巡線人員判定光纜及接頭點位置，增強光纜巡線方式的智能化水平。

四是提升光纜線路可靠性的技術保障。傳統(tǒng)的巡線方式維護的光纜，通常都是在已經(jīng)發(fā)生中斷事故時才被發(fā)現(xiàn)，是一種被動的維護方式，采用智能標石后能夠實現(xiàn)遠程音視頻監(jiān)控，出現(xiàn)事故前能夠進行音頻驅離，并在第一時間趕赴現(xiàn)場進行處理，能夠有效減少光纜線路中斷的概率，縮短故障修復時間，提升光纜線路的可靠性。

3 巡線和管理系統(tǒng)設計

基于智能標石的光纜巡線和管理系統(tǒng)改變了原有人工管理方式，為管理人員監(jiān)督光纜巡線情況，實現(xiàn)對光纜線路巡線情況科學、高效的管理提供了一種智能化、信息化的手段。

3.1 系統(tǒng)總體構想

智能標石的光纜線路巡線和管理系統(tǒng)包括硬件和軟件兩大部分。

硬件包括：智能標石、智能巡檢器、獨立的RFID芯片、管理終端。

軟件包括：服務端和客戶端，服務端主要實現(xiàn)信息的傳輸、交互和管理;客戶端主要實現(xiàn)電子地圖、視頻顯示等功能，并可接入服務端實現(xiàn)對智能標石的管理。

光纜巡線系統(tǒng)：巡線終端設備安裝電子地圖、北斗導航定位模塊、藍牙模塊、射頻識別模塊等。

預警監(jiān)測系統(tǒng)：智能標石、服務端、客戶端、短信網(wǎng)關等。

系統(tǒng)總體架構如圖1所示。

3.2 智能標石設計

智能標石集成三大功能模塊，預警監(jiān)測模塊包括：音視頻采集單元、多種傳感器單元、5G無線通信單元、揚聲器單元等。巡線模塊包括：藍牙單元、RFID單元等。電源模塊包括：太陽能電池板、蓄電池等。可以根據(jù)不同的使用需求和場景選裝不同類型的功能模塊。智能標石外殼可采用高強度塑料材質(zhì)，內(nèi)部中空，安裝各種功能模塊，外觀尺寸與傳統(tǒng)標石基本一致（露出地面部分尺寸一致，地下埋設部分略小），外觀顏色與傳統(tǒng)標石一致為白底紅字。標石內(nèi)部設計示意圖如圖2所示：

無線通信單元可配置5G通信模塊或GSM通信模塊，還可加裝北斗短報文通信模塊，在移動通信信號覆蓋較好的地域可選裝5G通信模塊，5G覆蓋不到的區(qū)域選裝GSM模塊和北斗通信模塊。

3.3 巡線終端設計

巡線終端是一種智能平板終端，安裝電子地圖、北斗衛(wèi)星模塊、射頻識別模塊、藍牙模塊、安全保密模塊等，實現(xiàn)巡線中輔助定位、智能標石信息采集、巡線路線導航指示功能;根據(jù)戶外條件下使用的特點，巡線終端具備防水、防塵、防摔的“三防”功能;并可與管理終端通過USB方式連接，接收巡線計劃，巡線結束后可連接管理終端上報巡線數(shù)據(jù)。巡線終端設計示意圖如下：

巡線人員到達智能標石位置后，巡線識別信息讀取單元通過藍牙或RFID單元實現(xiàn)與智能標石連接讀取標石編碼信息，此編碼每個智能標石都是不同的;采集巡線信息的同時，巡線終端會記錄下采集的時間及地理位置，三個信息都會存儲在終端上，巡線人員可通過巡線終端上的管理軟件查看該信息，但不能修改。

3.4 管理終端設計

管理終端是在一臺普通計算機上加裝巡線管理軟件，實現(xiàn)對智能標石音視頻數(shù)據(jù)的實時查看、回看、清除等管理功能，還可以實現(xiàn)遠程控制智能標石播放警示驅離音頻、拍照取證等警示功能，并安裝地理信息系統(tǒng)，可以顯示智能標石的位置信息及光纜路由走向、光纜線路長度等信息。

4 典型應用

4.1 日常巡線的應用

光纜線路維護人員通過巡線終端連接管理終端，接收上級部門下達的巡線計劃，之后組織光纜維護人員攜帶巡線終端，按照巡線計劃要求的線路和時間進行巡線，巡線終端提供實時巡線導航，防止路線偏移，在智能標石附近，還可使用巡線終端上的藍牙直接與標石連接，讀取標石信息碼。

4.2 智能巡線的應用

管理部門可區(qū)分“一般巡線”和“重點隱患巡線”兩種指標進行巡檢管理，還可動態(tài)生成“重點隱患區(qū)段巡檢計劃”，實現(xiàn)巡檢工作和智能感知手段的“精確重合”，改變“無差別對待”的傳統(tǒng)巡檢模式，大大提高針對性預警管理能力，進一步節(jié)約人力物力。

巡線任務完成后，將巡線終端連接管理終端設備，上傳巡線信息，管理終端存儲巡線信息并與下發(fā)的巡線計劃比對，評估此次巡線完成情況，管理人員通過管理終端上的軟件可隨時查看巡線任務完成情況，對比歷史巡線記錄。

管理終端還可以根據(jù)巡線完成情況、智能標石告警情況（數(shù)量和種類）、線路阻斷數(shù)據(jù)、纖芯整治和預檢維護數(shù)據(jù)等，按需生成光纜線路隱患級別、維護工作完成質(zhì)量評估報告，以便于幫助管理人員為科學制訂巡線計劃提供輔助決策，從而實現(xiàn)巡線管理的信息化和智能化。

4.3 預警警示的應用

智能標石內(nèi)部集成多種傳感設備，在標石附近有施工活動發(fā)生時，一般會伴隨有震動，此時標石會感應到震動發(fā)生，視頻采集設備自動拍照取證，并將告警信息和照片上傳到服務端，管理終端值機人員查看到告警信息后，通過短信網(wǎng)關或電話通知巡線人員趕赴現(xiàn)場處理。

智能標石內(nèi)部安裝有音視頻采集設備，在管理終端上可以實時查看標石周圍情況，在有人或車輛過于靠近智能標石，并試圖破壞、盜竊智能標石時，標石會自動向服務端上報告警信息，并自動拍照取證并將照片上傳至服務端，管理終端查看到告警信息后，可以在系統(tǒng)上選擇遠程播放驅離的聲音信息，如你以涉嫌破壞光纜設置，請你馬上離開……此時管理終端值機人員應馬上通知線路維護人員赴現(xiàn)場查看處置。

4.4 巡線管理的應用

通過管理終端軟件系統(tǒng)依據(jù)當前光纜線路整體情況及歷史巡線數(shù)據(jù)分析，輔助管理人員制訂巡線計劃，下發(fā)至巡線終端，巡線人員攜帶終端設備按照巡線計劃指定路線和巡線范圍開展巡線工作，巡線任務完成后，上傳巡線數(shù)據(jù)至管理終端，管理終端存儲巡線數(shù)據(jù)，通過軟件系統(tǒng)分析巡線數(shù)據(jù)，從而判定此次巡線任務完成情況，并記錄在數(shù)據(jù)庫中;軟件系統(tǒng)中對巡線數(shù)據(jù)進行分類統(tǒng)計整理，在軟件界面顯示每個中繼段光纜線路狀態(tài)、巡線情況，在地理信息系統(tǒng)界面可以顯示所有智能標石位置信息、告警信息、運行狀態(tài)，也可以實時通過智能標石內(nèi)部安裝的視頻采集設備查看標石周圍環(huán)境情況。

結論

隨著大容量、高速率光纜通信系統(tǒng)的廣泛應用，通信網(wǎng)的穩(wěn)定性對通信線路的日常維護管理工作提出了更高的要求。一旦發(fā)生光纜線路阻斷，不但修復困難，阻斷歷時長，而且損失巨大。根據(jù)統(tǒng)計：在光纜線路阻斷障礙中，大部分是由于日常巡線制度不落實造成的。因此，加強對線路巡線工作的管理是避免發(fā)生阻斷的關鍵。基于智能標石構建的光纜巡線和管理系統(tǒng)能夠在一定程度上提升巡線的效率，減少光纜故障的發(fā)生，提高光纜線路的可靠性和可用性，為科學管理光纜線路提供有益的借鑒。

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作者簡介：李紅亮（1981—?），男，漢族，河南舞鋼人，碩士，講師，研究方向：光纖通信。