電力通信光纜網(wǎng)健康狀態(tài)數(shù)據(jù)清查方案研究

張均偉 王偉亮 藍(lán)波 黃嘉庚 盧權(quán) 劉雯

摘 要：隨著社會(huì)需求的增加，電力光纜網(wǎng)絡(luò)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)層次和結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，為電力通信光纜網(wǎng)健康狀態(tài)維護(hù)工作帶來了一定的挑戰(zhàn)。常規(guī)的光纜網(wǎng)巡檢維護(hù)只是在出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)問題以后才展開事故排查，這種盲目的巡視管理模式效率低下，無法保證通信業(yè)務(wù)運(yùn)行的穩(wěn)定性。因此，文章基于不確定層次分析法，以影響光纜網(wǎng)健康狀態(tài)的資源數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、性能數(shù)據(jù)作為評(píng)估指標(biāo)，通過量化處理和權(quán)重計(jì)算形成融合性的健康度模型，實(shí)現(xiàn)電力光纜網(wǎng)的健康度評(píng)估，并根據(jù)健康度制定光纜網(wǎng)的狀態(tài)檢修方案，優(yōu)化了電力光纜網(wǎng)絡(luò)健康狀態(tài)的監(jiān)管模式。

關(guān)鍵詞：通信光纜網(wǎng);健康狀態(tài);層次分析;數(shù)據(jù)清查

中圖分類號(hào)：TN911 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2021）06-0103-03

Abstract：With the increase of social demand， the scale of power cable network continues to expand， and the network hierarchy and structure are becoming more and more complex， which brings certain challenges to the health maintenance of power communication cable network. The routine inspection and maintenance of optical cable network can only conduct troubleshooting after network problems occur. This blind inspection management mode is inefficient and cannot guarantee the stability of communication business operation. Therefore， based on the uncertain analytic hierarchy process， this paper takes the resource data， environmental data and performance data that affect the health status of the optical cable network as the evaluation index， forms the integrated health model through quantitative processing and weight calculation， realizes the health evaluation of the optical cable network， and develops the status maintenance plan of the optical cable network according to the health status， optimizes the supervision mode of the power optical cable network health state.

Key words：communication fiber cable network; health status; hierarchical analysis; data inventory

在電力光纜網(wǎng)絡(luò)規(guī)模日益擴(kuò)大、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)愈加復(fù)雜的情況下，光纜網(wǎng)中需要控制和監(jiān)測的信息量更加繁多，為光纜網(wǎng)運(yùn)行健康狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控帶來了一定的難度，不利于快速準(zhǔn)確的完成光纜故障判斷 [1]。由于常規(guī)的光纜線路一般使用架空方式，外界因素容易對(duì)其造成影響而生產(chǎn)故障[2]。因此，可以通過結(jié)合性能監(jiān)測數(shù)據(jù)、資源數(shù)據(jù)與外部環(huán)境數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)一種光纜網(wǎng)健康狀態(tài)數(shù)據(jù)清查方案，實(shí)現(xiàn)綜合數(shù)據(jù)挖掘分析，輸出光纜的綜合健康度，以此作為光纜巡視計(jì)劃依據(jù)，可有效提高光纜檢修效率，節(jié)省人力勞動(dòng)成本和相關(guān)投資費(fèi)用。根據(jù)上述方案設(shè)計(jì)，本文提出了使用不確定層次分析法，通過數(shù)據(jù)融合，構(gòu)建出光纜健康度分析模型并對(duì)光纜健康度進(jìn)行評(píng)估計(jì)算，可對(duì)光纜網(wǎng)故障起到一定的預(yù)判功能，并針對(duì)性地為技術(shù)人員制定高效率的巡檢方案，整體提升通信網(wǎng)的安全性和可靠性。

1 通信光纜網(wǎng)健康狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.1 指標(biāo)特征

作為電力線路的骨干構(gòu)建材料，電力光纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)組成主要包括光纜、配線系統(tǒng)和光傳輸設(shè)備。而處于戶外復(fù)雜環(huán)境下的光纜受外界影響因素較多，故障機(jī)率高;光纜節(jié)點(diǎn)處的光傳輸設(shè)備，可以通過獲取光纜性能參數(shù)表現(xiàn)其運(yùn)行狀態(tài)。另外，還要考慮光纜的應(yīng)用行業(yè)和領(lǐng)域、出廠參數(shù)和規(guī)格等，根據(jù)不同用途和材質(zhì)確定其所受到的影響程度，作為光纜巡檢任務(wù)的重要參考因素 。影響光纜健康狀況及其重要程度的參數(shù)，如圖1所示。

1.2 指標(biāo)獲取

基于通信光纜網(wǎng)健康評(píng)價(jià)指體系的多源性和復(fù)雜性，對(duì)能反應(yīng)其健康的指標(biāo)數(shù)據(jù)獲取需要從不同渠道綜合采集。例如通過電力通信資源管理系統(tǒng)查詢光纜資源信息、從氣象臺(tái)及相關(guān)數(shù)據(jù)平臺(tái)獲取環(huán)境因素、通過GIS系統(tǒng)收集所需要的地理信息以及從光傳輸設(shè)備獲取性能數(shù)據(jù)等。

2 基于狀態(tài)數(shù)據(jù)的光纜網(wǎng)健康度模型

2.1 數(shù)據(jù)指標(biāo)的確定

通信網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)運(yùn)行參考指標(biāo)類型具有多樣化特點(diǎn)，不能直接參與運(yùn)算，需要對(duì)不同指標(biāo)進(jìn)行量化、標(biāo)準(zhǔn)化和歸一化處理，形成量化的狀態(tài)數(shù)據(jù)。

1）指標(biāo)量化。對(duì)一些非數(shù)值型的指標(biāo)，如光纜性質(zhì)、型號(hào)和器械設(shè)備廠商等指標(biāo)，可以對(duì)其歷史故障量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，歸納出其各自相應(yīng)的故障比例作為指標(biāo)的參數(shù)。另外，還可以通過資料查詢或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)得到一些環(huán)境信息等。

2）指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化。對(duì)于一些只能通過取值范圍判斷指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，例如光功率和偏置電流等，可以為其設(shè)定一個(gè)判定值a，使用實(shí)際值X與判定值a之間的絕對(duì)值X*作為指標(biāo)的計(jì)算參數(shù)值，表達(dá)為：X*=|X?a|。

3）指標(biāo)歸一化。為便于對(duì)不同取值范圍和應(yīng)用單位的各指標(biāo)進(jìn)行健康狀態(tài)的計(jì)算，還要對(duì)量化的指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理。通過相同的取值范圍規(guī)范不同類型指標(biāo)，為參數(shù)間的對(duì)比和加權(quán)處理做好鋪墊。本研究采用min-max離差標(biāo)準(zhǔn)化方法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行線性變換，結(jié)果值映射范圍為[0～1]，通過標(biāo)準(zhǔn)化處理，將樣本數(shù)據(jù)最小值設(shè)置為0，故其表達(dá)式如（1）所示：

式（1）中，max為樣本數(shù)據(jù)的最大值。

2.2 數(shù)據(jù)指標(biāo)權(quán)重算法

本研究引入不確定層次分析法以確定各因素之間的相對(duì)重要性程度，其結(jié)果可用一個(gè)區(qū)間數(shù)表示，完成多層次關(guān)系結(jié)構(gòu)模型創(chuàng)建。之后通過專家進(jìn)行區(qū)間判斷矩陣確定并計(jì)算出各項(xiàng)指標(biāo)區(qū)間權(quán)重的最優(yōu)值。

1）不確定層次分析法。由區(qū)間數(shù)組成不確定型判斷矩陣，對(duì)于該矩陣， ，其中，aij表示為評(píng)價(jià)結(jié)果上限值，bij表示為評(píng)價(jià)結(jié)果下限值，且其所屬范圍為[1/9～9] 。區(qū)間數(shù)矩陣的組成元素為區(qū)間數(shù)，可表示為，記。

設(shè)區(qū)間判斷矩陣，則稱，其權(quán)重向量W可表示為式（2）。

①一致性檢驗(yàn)指標(biāo)確定：，n表示判斷矩陣的維數(shù)，λmax 為最大特征值。

②平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI確定， RI數(shù)值如表1所示。

③相對(duì)一致性指標(biāo)CR的確定。相對(duì)一致性指標(biāo)的計(jì)算式為：CR = CI/RI，CR極限值為0，且其值越小表示判斷矩陣的一致性越好。當(dāng)CR ≤ 0.1時(shí)，可認(rèn)為判斷矩陣一致性達(dá)標(biāo);否則認(rèn)為判斷矩陣一致性不符合要求，需要重新分析賦值。

2）權(quán)重修正算法。采用集值統(tǒng)計(jì)和重心決策的方法用以彌補(bǔ)因?qū)＜医?jīng)驗(yàn)和水平差異導(dǎo)致的評(píng)價(jià)結(jié)果偏差。

①集值統(tǒng)計(jì)。通過每個(gè)專家的評(píng)價(jià)結(jié)果作為一個(gè)子集，視為評(píng)價(jià)者對(duì)某一指標(biāo)c的一個(gè)區(qū)間估計(jì)。集值統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)是對(duì)隨機(jī)集的實(shí)現(xiàn)，通過集值統(tǒng)計(jì)中的n個(gè)子集的疊加，在評(píng)價(jià)軸上形成的一種覆蓋分布。如圖2所示。

其中，樣本落影函數(shù)表示為某個(gè)數(shù)值u在所有評(píng)價(jià)值中的概率;表示第k個(gè)專家的權(quán)重。表達(dá)式為（3）：

②重心決策。如果域A為實(shí)數(shù)域中的有界可測集，則A上的某個(gè)集值統(tǒng)計(jì)序列U的樣本落影函數(shù)的重心定義如式（4）：

式（4）中G（U）表示該指標(biāo)的估計(jì)值，其重心一般在凸函數(shù)取極大值點(diǎn)的附近，其最大值和最小值分別表示為umax和umin，可以證明：

通過多個(gè)專家對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的指標(biāo)評(píng)估得到不確定型判斷矩陣組，使用區(qū)間數(shù)權(quán)重計(jì)算出底層指標(biāo)的區(qū)間數(shù)權(quán)重，并基于集值統(tǒng)計(jì)的方法獲得其權(quán)重。

3 實(shí)例分析

3.1 狀態(tài)數(shù)據(jù)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

以某市電力公司干線光纜作為研究對(duì)象進(jìn)行實(shí)例分析。通過多位電力行業(yè)專家對(duì)指標(biāo)的重要程度區(qū)間進(jìn)行評(píng)價(jià)，經(jīng)上述光纜健康度模型完成權(quán)重修正，輸出指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，如表2所示。

3.2 光纜狀態(tài)檢修

將收集的光纜相關(guān)參數(shù)進(jìn)行量化和歸一化處理，結(jié)合表2中評(píng)價(jià)指標(biāo)完成光纜的健康度評(píng)價(jià)。各光纜巡視小組根據(jù)計(jì)算出的光纜健康度進(jìn)行排序，針對(duì)健康度低的，加強(qiáng)巡檢頻率，健康度高的可減少巡檢次數(shù)。

4 結(jié)論

基于光纜健康度的狀態(tài)檢修運(yùn)用不確定層次分析法計(jì)算光纜健康度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于影響電力通信網(wǎng)光網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的高效分析，根據(jù)光纜運(yùn)行狀態(tài)健康度制定巡檢計(jì)劃，提高了檢修的有效性，為改善電力光纜網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測管理和運(yùn)維工作模式提供了有效地支撐。

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