高寒高海拔環(huán)境對光纖傳輸系統(tǒng)的影響及應(yīng)對策略分析

朱 川，黃 璽

（63787部隊(duì)，新疆 石河子 832000）

0 引言

我國的高寒高海拔環(huán)境主要存在于新疆和西藏，海拔4 000米以上的地區(qū)占到國土面積的10%以上，這些地區(qū)的發(fā)展較東南沿海地區(qū)的經(jīng)濟(jì)還有很大的發(fā)展空間。目前，中東部地區(qū)已經(jīng)基本完成了5G的覆蓋，而西部地區(qū)由于其特殊的地理環(huán)境因素5G覆蓋才剛剛開始，光纖通信技術(shù)作為5G發(fā)展的重要傳輸通道，在高寒高海拔地區(qū)還有許多問題需要克服。因此，高寒高海拔地區(qū)特殊環(huán)境下的光纖通信設(shè)備的穩(wěn)定問題亟待解決，對這些地區(qū)通信的發(fā)展具有重要的意義[1]。

1 光纖傳輸系統(tǒng)線路的勘察設(shè)計(jì)規(guī)劃

高寒高海拔地區(qū)自然條件惡劣人煙稀少，除個別人員聚集區(qū)以外，幾乎沒有人煙。海拔高，常年低溫，凍土常年不化，氣候復(fù)雜多變是這里的常見現(xiàn)象，特別是西藏及新疆的山地地區(qū)，氣候更是變化無常。在施工時(shí)為了確保線路的后期維護(hù)，開設(shè)更多的業(yè)務(wù)，就必須對光纜規(guī)劃進(jìn)行預(yù)留，再加上高寒高海拔地區(qū)特殊的環(huán)境氣候使得晝夜溫差較大，光纜線路普遍較內(nèi)陸地區(qū)要長，維護(hù)難度也更高。因此只有制定最完善最合理的建設(shè)方案，把所有的突發(fā)情況考慮進(jìn)去，充分做好一切的預(yù)防措施，才能確保光纜網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定的運(yùn)行，進(jìn)一步提高光纖傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性[2]。

2 光纖傳輸系統(tǒng)在高海拔高寒地區(qū)存在的困難

2.1 光纜的敷設(shè)

高寒高海拔地區(qū)的特殊氣候，寒冷而干燥，氣候多變，四季不分明，有些地方的冰凍期長達(dá)200天以上，光纜敷設(shè)必定要穿越高山、河谷等特殊地形，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，尤其是低溫形成的凍土層嚴(yán)重地影響著施工的進(jìn)度及質(zhì)量。而凍土層又根據(jù)含冰量分為少冰凍土、多冰凍土、富冰凍土、飽冰凍土和含土冰層五種類型。五種類型所對應(yīng)了五種不同的施工難度，尤其是天氣轉(zhuǎn)暖時(shí)所形成的融區(qū)更是增加了施工的難度。融區(qū)因?yàn)橛衅洳淮_定性加之邊遠(yuǎn)地區(qū)氣象資料的收集不足，使其成為最大的不確定因素。高山雪水融化所形成的洪災(zāi)對于線路的影響也很大，多變的氣候使高山融雪形成的河流時(shí)大時(shí)小變化無常，導(dǎo)致施工的標(biāo)準(zhǔn)無法確定，增加了施工的難度也增加了施工成本[3]。

經(jīng)查最近幾年的在高寒高海拔地區(qū)的光纜故障，除去公路施工人員造成的人為事故以及山體滑坡等自然災(zāi)害引起的故障外，無一例外都是出現(xiàn)在光纜過河路段。深秋入冬季節(jié)，永凍層往上凍，河水往下凍，中間形成一段不穩(wěn)定層，正好是光纜深埋的地段，如是碰到了土質(zhì)容易變化的地段，光纜容易遭受絞力，致使光纜變形，光纖受力，最嚴(yán)重時(shí)光纜將形成一個折疊彎，光纜中的光纖全部折斷。當(dāng)天氣轉(zhuǎn)暖的時(shí)候，河流冰層解凍，其形成的冰凌能把跨河的光纜切斷。夏季高山融雪所形成的泥石流和洪水，對過河光纜也是極大地威脅[4]。

2.2 光纜線路的維護(hù)

高寒及高海拔地區(qū)較之平原地區(qū)維護(hù)難度成倍增加。高寒及高海拔地區(qū)大多山高坡陡，雪深路滑，荒無人煙，一旦出現(xiàn)線路中斷要及時(shí)地修復(fù)，所用的時(shí)間也將成倍增加。車輛是線路維護(hù)的主要工具，但是在高寒高海拔地區(qū)能夠正常通行的道路路況不佳，車輛又因海拔高，空氣中氧氣少，燃油燃燒不充分，功率減小，氣壓低，沸點(diǎn)低，不能對發(fā)動機(jī)進(jìn)行有效降溫，使車輛經(jīng)常出現(xiàn)故障，又因人煙稀少得不到及時(shí)維修，通信器材維修裝備及人員不能及時(shí)送達(dá)故障點(diǎn)，使得維修效率大大降低。

光纜中的光纖是很容易折斷的，尤其是在高寒高海拔地區(qū)冷熱交替的季節(jié)。光纜的熱脹冷縮使光纜承受了巨大的張力，而傳輸線路又過長，這就很容易導(dǎo)致光纜中斷。黑龍江牡丹江至佳木斯的某中心的束管式光纜，中心束管跟外護(hù)層都從接頭盒里縮出來，導(dǎo)致發(fā)生多次故障，致使所在線路接頭盒更換了60%的接頭盒。西藏拉薩至阿里的某段束管式光纜也因中心束管跟外護(hù)層都從接頭盒里縮出來，導(dǎo)致多次通信故障，致使所在線路更換了所有的接頭盒。大量的故障致使光纜線路的維護(hù)難度急劇增加。

高寒及高海拔地區(qū)特殊的環(huán)境對線路維護(hù)人員的人身健康造成威脅。由于線路較長，中間補(bǔ)給點(diǎn)較少，路況不佳，當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)不能夠及時(shí)的處置。高原反應(yīng)和凍傷是線路維護(hù)人員面臨的主要威脅。某站線路維護(hù)人員在西藏阿里線路維修時(shí)，因施工車輛故障，施工人員在施工現(xiàn)場不能及時(shí)取暖，造成三人嚴(yán)重凍傷。新疆慕士塔格某施工路段因人員高原反應(yīng)辛虧搶救及時(shí)沒有造成人員傷亡。

2.3 光纖傳輸設(shè)備的保養(yǎng)維護(hù)

高寒高海拔地區(qū)晝夜溫差大且日照普遍較內(nèi)地要長，紫外線對于設(shè)備的影響也會加大。在這種特殊情況的影響下，傳輸設(shè)備的使用壽命必然會縮短加快老化速度，并且在使用的過程中還會存在其他方面的問題?，F(xiàn)有傳輸設(shè)備對環(huán)境要求比較高，而惡劣環(huán)境條件卻是高寒高海拔最基本的特征。由于高寒高海拔大氣壓力和空氣密度小，導(dǎo)致外絕緣強(qiáng)度降低，海拔每升高1 000米，外絕緣強(qiáng)度降低10%左右。對于傳輸設(shè)備而言其出廠標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)固定，隨著空氣壓力的降低，也導(dǎo)致了擊穿電壓的下降，對于接地電阻的要求的標(biāo)準(zhǔn)也更高，提高了成本。

光傳輸設(shè)備的各種儀表都是精密的電子線路和傳感器的集合體。大氣壓力和溫度等環(huán)境因素的變化會使儀表的測試數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差，普遍表現(xiàn)為精度降低、重復(fù)性差、漂移抖動嚴(yán)重、誤碼率升高等。

UPS是光傳輸系統(tǒng)中重要組成部分，其蓄電池對于溫度變化最為敏感。正常情況下蓄電池放電時(shí)，極板上會形成硫酸鉛，充電過程中還原為二氧化鉛和純鉛。但是，若是溫度變化快，使用不當(dāng)會導(dǎo)致蓄電池還原不充分。高寒高海拔環(huán)境下，晝夜溫差較大。一旦蓄電池處于充電不足的狀態(tài)，就會導(dǎo)致出現(xiàn)極板硫化現(xiàn)象，導(dǎo)致蓄電池容量降低，內(nèi)阻增大，設(shè)備在使用UPS供電時(shí)，使用時(shí)間縮短甚至中斷。

3 高寒高海拔環(huán)境對光纖傳輸系統(tǒng)設(shè)備存在的影響的解決對策

3.1 光纖傳輸系統(tǒng)線路的勘察設(shè)計(jì)規(guī)劃要合理

高寒高海拔環(huán)境特殊的氣象地理環(huán)境要求我們要重視勘察設(shè)計(jì)規(guī)劃線路的合理性。選擇勘探線路路由時(shí)，要盡量避開河道處，如果實(shí)在無法避免，要對過河技術(shù)進(jìn)行綜合的考慮。從選纜、埋深、密封、雙路由保護(hù)等多方面進(jìn)行考慮。對線纜所過之處加強(qiáng)氣象地理數(shù)據(jù)的收集，進(jìn)行有針對性的規(guī)劃。對于光纜選擇要嚴(yán)格把關(guān)，加嚴(yán)檢驗(yàn)項(xiàng)目為束管拉力測試，判斷標(biāo)準(zhǔn)是單位長度束管拉力要大于30牛每米。其主要作用就是應(yīng)對熱脹冷縮氣溫變化時(shí)，光纜冷縮，造成光纖從接頭盒里面拔出折斷造成通信中斷。光纜桿要使用油木桿，避免水泥桿在天氣溫度變化時(shí)風(fēng)化老化過快，造成倒桿。

3.2 光纜的敷設(shè)要嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)

特殊情況特殊對待，選纜應(yīng)選適應(yīng)高寒高海拔地區(qū)的特殊用纜。加強(qiáng)盤纜測試。當(dāng)光纜被運(yùn)輸?shù)街付▊}庫時(shí)，工作人員必須對光纜質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格測試，確保沒有任何的質(zhì)量問題，確認(rèn)是高原高海拔專用光纜。光纜的好壞直接影響到整個光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量，應(yīng)對其進(jìn)行詳細(xì)的測試，對光纜盤的生產(chǎn)廠家、型號、長度、出場時(shí)間、油膏飽滿度、加強(qiáng)件強(qiáng)度、光信號衰耗等方面進(jìn)行一一測試，確保其能真正滿足工程需要。其中光信號的衰減是重中之重，也是最容易出現(xiàn)問題的地方，如果衰耗大于設(shè)計(jì)要求應(yīng)立刻更換，保留測試數(shù)據(jù)，以便為日后的管理提供有效的依據(jù)。

光纖接續(xù)工程必須認(rèn)真細(xì)致處理。選擇光纖熔接機(jī)必須滿足高原工作的需要，盡量避免在大風(fēng)、雨天等天氣情況下熔接，避免灰塵及其他雜質(zhì)污染光纖接頭造成較大的衰耗，無法真正實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。在實(shí)際的操作中，施工人員一定注意對熔接機(jī)進(jìn)行測試，使其保持良好狀態(tài)，在光纜開剝時(shí)，注意把握力度，小心謹(jǐn)慎，避免光纜受到損壞。

高寒高海拔地帶光纖傳輸系統(tǒng)受氣候影響大，反映在光纜線路上的故障點(diǎn)主要就是接頭盒問題。比如地埋接頭盒強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)不一，當(dāng)經(jīng)過冬季的嚴(yán)寒，會出現(xiàn)擠壓變形，盒中進(jìn)水，光纖受力引起衰耗增大。架空接頭盒在冬季經(jīng)常出現(xiàn)光纜外漏的現(xiàn)象，天氣轉(zhuǎn)暖時(shí)受熱膨脹，非常容易把光纜終端盒里的尾纖頂斷或者彎曲度變大使光信號傳輸損耗增大或者中斷。所以在高寒高海拔地區(qū)選擇光纜終端盒非常重要，其應(yīng)滿足一般要求之外應(yīng)當(dāng)還應(yīng)注意到以下幾點(diǎn)。第一，光纜接頭盒必須外殼強(qiáng)度要高，能夠應(yīng)對熱脹冷縮的影響；第二，光纜加強(qiáng)芯和光纜接頭盒的固定位置能夠承受較大的拉力而不變形；第三，光纜接頭盒必須選擇密封性能好產(chǎn)品，能夠承受住70度的溫差變化而始終保持良好的密封性；第四，盤纖盒選擇的直徑要大，避免因光纖收縮而使光纖受力增大導(dǎo)致斷纖；第五，應(yīng)選擇維護(hù)方便的光纜接頭盒，便于維護(hù)和重復(fù)使用。

3.3 光纜線路的維護(hù)要及時(shí)準(zhǔn)確

光纜線路維護(hù)的主要任務(wù)就是保持設(shè)備完整良好、傳輸質(zhì)量良好、預(yù)防障礙并盡快排除故障，本著“預(yù)防為主，防搶結(jié)合”的原則，維護(hù)工作要做到精心細(xì)致，并且要結(jié)合實(shí)際采用科學(xué)合理的管理方式，才能為光纖傳輸系統(tǒng)提供穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)和大容量的傳輸線路。高原高海拔地區(qū)線路維護(hù)較內(nèi)地難度大，要達(dá)到線路維護(hù)的高標(biāo)準(zhǔn)對線路維護(hù)人員的要求較高，為達(dá)到線路通暢的標(biāo)準(zhǔn)要做到以下幾點(diǎn)：（1）加強(qiáng)監(jiān)測，尤其是每年在冷暖交替的時(shí)候，對隱患地帶和多發(fā)故障區(qū)域加強(qiáng)數(shù)據(jù)監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題；（2）對搶修線路所用工具要經(jīng)常保養(yǎng)維護(hù)，使其處在最佳工作狀態(tài)，以便隨時(shí)能夠?qū)€路進(jìn)行搶修；（3）配備好冬季搶修開槽的工具；（4）及時(shí)配備高原特別改裝車輛，保證車輛處于能夠隨時(shí)出動的狀態(tài)；（5）對于經(jīng)常發(fā)生故障的過河處，盡量使用雙路由保護(hù)，在河邊做好人井，備好線桿和架空纜，一旦出現(xiàn)故障能夠立即處理，縮短搶修時(shí)間；（6）對高原冰土溶層地區(qū)的光纜桿進(jìn)行加固；（7）在設(shè)計(jì)之初就把無人中繼站選址放在施工人員能夠容易到達(dá)的地方，方便后期維護(hù)；（8）對光纜線路的防雷措施及時(shí)檢查，雖然光纜中的纖芯是非金屬材料，但是光纜中的加強(qiáng)芯基本都是金屬材料，也會受到雷電的危害，因此要外加防雷措施。

3.4 光纖傳輸系統(tǒng)設(shè)備的保養(yǎng)維護(hù)要全面

光纖傳輸系統(tǒng)設(shè)備的保養(yǎng)維護(hù)，必須建立起宏觀設(shè)備的系統(tǒng)理念。應(yīng)將所有影響系統(tǒng)的因素考慮在其中。光纖傳輸系統(tǒng)是一個整體，其中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)就會出現(xiàn)問題，所以宏觀設(shè)備理念的建立必不可少。其表現(xiàn)在以下4個方面：（1）當(dāng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常時(shí)，是否按照規(guī)定對其進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)，在宏觀設(shè)備理念指導(dǎo)下必然不會有漏項(xiàng)；（2）當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，不能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，可以在宏觀設(shè)備理念指導(dǎo)下根據(jù)故障點(diǎn)對傳輸系統(tǒng)的影響，根據(jù)排除法，對故障相似點(diǎn)進(jìn)行一一排除，直至確定故障點(diǎn)排除故障；（3）在設(shè)備宏觀理念的邏輯下，排除故障后，對故障進(jìn)行評估，并制定維修方案，以便當(dāng)別的故障點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)，能夠及時(shí)有效地排除；（4）由于造成光纖傳輸系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)故障的因素多種多樣，如果單一的去解決必然會延長故障排除的時(shí)間，特別是在多個故障同時(shí)發(fā)生時(shí)，必須在設(shè)備宏觀理念的指導(dǎo)下才能夠準(zhǔn)確無誤的處理問題。

4 結(jié)語

綜上所述，光纖傳輸系統(tǒng)在高寒高海拔地帶正常運(yùn)行需要克服低溫時(shí)間長、冰凍期長、日照時(shí)間長、風(fēng)力大、氣象災(zāi)害頻發(fā)所造成的困難。有鑒于此，本文通過對高寒高海拔地區(qū)整個光纖傳輸系統(tǒng)的施工以及設(shè)備的防護(hù)進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的解決對策，提高了光纖傳輸系統(tǒng)在高寒高海拔地區(qū)的傳輸質(zhì)量。光纖傳輸是大容量的數(shù)據(jù)傳輸，對經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到巨大的促進(jìn)作用，如果我們能夠克服困難，提高傳輸質(zhì)量，必定對我國高寒高海拔地區(qū)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出貢獻(xiàn)。