基于GIS的光纜運維管理系統的設計與實現?

歐郁強 彭志榮 李瑞德

（廣東電網有限責任公司江門供電局 江門 529000）

基于GIS的光纜運維管理系統的設計與實現?

歐郁強 彭志榮 李瑞德

（廣東電網有限責任公司江門供電局 江門 529000）

為強化電網的安全穩定運行及提高電力系統通信網絡穩定的可靠性和效率性，對現有光纜網的管理系統進行分析，探討了傳統的運維方法在配網通信光纜管理中存在的局限性，結合江門供電局現有光纜網管理系統，對光纜運維管理系統的可行性分析。梳理現有電網通信光纜的調度、運維、檢修內容及工作要求，論文提出GIS平臺下建成集光纜的敷設、業務承載、最優路徑搜索、故障點定位、假環告警等功能的GIS光纜運維管理系統，以形成基于GIS平臺的光纜運維管理系統的總體模型。以光纜網的管理和應用為主線，在全矢量化的電子地圖基礎上，全面直觀地對設備資源及相關設施進行呈現，實現對資源的組織與管理。

GIS；光纜運維管理系統；應用

1 引言

隨著智能電網在我國城市建設中不斷深入，在電力系統通信網中，通信光纜可為通信網絡運行提供可靠的服務，光纜通信因其大容量、高速率等特點在通信網絡中發揮著重要的作用［1］。它的運行維護通常包含電力系統的繼電保護、調度自動化系統、輸配電線路、能量管理系統、營銷服務平臺以及辦公自動化系統等多專業子系統，電力通信光纜在整個電力通信中占據了極其重要的地位。根據江門電網點多、線長、面廣等特點，以及西電東送的重要通道，在廣東電網乃至南方電網中發揮著十分重要的支撐和樞紐作用，在智能電網的優化與改造上投入了大量的資金。對光纜的運維管理保障光網絡的正常運行是保證電網安全生產運行重要的一環，要實現光纜運維的精細化管理，有必要在信息化上對光纜運維進行有力的支撐。

根據江門供電局當前光纜網管理系統，結合地理信息系統（GIS）平臺特點，介紹基于GIS的光纜運維管理技術，搭建一個科學、高效、智能的光纜運維管理系統平臺，實現光纜運維工作的精細化管理，以滿足未來智能電網發展需求［2］。

2 光纜運維管理現狀及局限性

目前，江門供電局主要采用資源管控系統，側重于邏輯資源的管理，光纜網模型建立在邏輯路由基礎上，未關聯到物理路由信息，因此，對光纜分析未能進行同路由分析判斷關聯。同時網管系統產生的告警數據未能在光纜故障分析中得到充分的利用，對光纜故障分析依賴于經驗判斷和手工比對方式，導致故障反應滯后、工作效率低等問題。而對光纜運維管理采取粗放式模式，管理顆粒度低，無法滿足未來智能電網發展的需求［3］。其局限性主要體現在：

1）在資源數據的管理上，目前在南網大部分單位，光纜運維相關的資源信息分散在不同系統中，數據大部分都是分散管理，管理難度大、資源數據間關聯困難。難于對光纜運維管理工作提供有力的支撐，同時也缺乏統一的平臺對光纜運維工作進行信息化支撐。

2）光纜運維管理相關的部分光纜網資源數據缺失，如光纜地理坐標信息、光纜盤留等數據缺失，對部分光纜運維工作如故障處理、同路由分析等造成了影響。針對缺失數據需要重新進行數據采集，對現有的存量數據也需要進行核查，整體來說針對資源數據維護缺乏有效的采集和核查手段。

3）未能提供滿足物理光纜路徑的管理需求。現有光纜網模型是建立在邏輯路由基礎上，已有光纜邏輯拓撲和邏輯路由，但未關聯到光纜物理路由信息，缺乏對光纜物理路由的管理和GIS呈現。

基于以上光纜運維管理狀況及局限性，對江門供電局的光纜運維管理系統的建設已刻不容緩，迫切需要建立光纜運維管理系統平臺，提升江門供電局光纜運維工作的管理水平，滿足精細化管理的要求。

3 基于GIS光纜運維管理系統架構

地理信息系統（GIS）是一個獲取、存儲、編輯、處理、分析和顯示地理數據的空間信息系統，其核心是用計算機來處理和分析地理信息，由于光纜網絡與GIS系統關系密切，所以可以通過GIS系統的空間位置表征和拓撲關系，結合先進的計算機信息技術，實現光纜故障的快速定位［4］。本系統采用純B/S（Browser/Server）結構，同時支持瀏覽器和手持PAD訪問和操作。系統客戶端與服務器之間采用純B/S的體系結構，用戶直接從桌面PC機或手持PAD通過IE瀏覽器上友好的實現日常管理與操作任務。

3.1 系統運行架構

本系統采用基于移動終端APP和Browser/Server“一體兩面”的運行模式，對光纜資源查詢、呈現以及資源采集及移動終端管理采用終端APP來實現；在資源查詢、呈現等需求上采用了B/S應用模式實現，提供快速訪問、便捷查詢及直觀化呈現的源信息檢索、拓撲展示、報表分析統計工作。系統運行構架如圖1所示。

圖1 系統運行構架

3.2 系統邏輯架構

本系統采用多層應用體系結構，系統各模塊可動態分布到網絡環境中運行，最大限度地提升系統的靈活性和可擴展性。應用動態組件管理模式，將不同的業務邏輯層獨立封裝成組件進行動態管理，并提供規范的接口標準，可方便地與上級資源系統、巡檢檢修系統、橫向縱向系統互聯互通，進行信息交換。系統邏輯構架如圖2所示。

圖2 系統邏輯構架

4 基于GIS光纜運維管理系統技術呈現

4.1 平臺數據遷移

目前南網的GIS采用的就是ArcGIS平臺，為保證GIS平臺的兼容性和數據格式的一致性，方便地圖數據資源數據的融合。本系統首選ArcGIS平臺作為開發應用軟件的GIS平臺。光纜運維管理系統中的ArcGIS平臺互相發布ArcGIS服務和互相使用ArcGIS服務可以在光纜運維管理系統和南網GIS平臺之間更容易的共享彼此的資源和操作。通過服務可以保證所有的系統訪問到彼此的資源，在光纜運維管理系統服務器和南網GIS平臺服務器存均儲著各自的資源，運行著各自的管理服務，兩系統通過自身ArcGIS平臺的應用程序ArcMap和ArcGlobe向對方系統發布服務，同時利用Arc-GIS平臺的ArcGIS REST API使用對方系統發布的服務，實現共享彼此系統的資源和操作。因此，江門供電局可以實現與南網GIS平臺無縫對接，滿足未來南網GIS平臺數據遷移或對接的需要［5］。江門供電局與南網平臺數據遷移如圖3所示。

圖3 平臺數據遷移

4.2 光纜的敷設

當前，光纜在敷設上，現場環境錯綜復雜；系統管理上，若只體現邏輯的中繼光纜，則無法對資源進行精細化、可視化的有效管理；針對現場環境、光纜管理中的突出問題，需加強對光纜物理路由呈現的監控，結合GIS地圖呈現光纜物理路由走向信息來進行建設。以便為業務承載進一步擴充提供解決方案。目前，江門供電局的管控系統已經有光纜邏輯數據，因此，光路和纖芯數據由管控系統接口同步到本系統后進行自動光路和纖芯數據呈現。

合理的光纜網敷設線路設計是整個光纜網敷設工程中重要的環節［6］。然而，傳統的光纜敷設線路設計卻過多的依賴于經驗，難以實現自動化和光纜網敷設線路在空間的最優布局；同時，先進的信息處理技術卻有著改進這類問題的潛力，尤其是具有強大空間信息處理能力的地理信息系統技術（GIS），為光纜網敷設線路提供最優路徑地圖定位、邏輯拓撲圖。而在光纜呈現上，提供增量路徑數據更新的機制，針對不同數據更新場景提供支持，包括APP離線模式更新、一拖N式管井/電桿移動、可見即所得的路徑更新等技術手段。在定點測試路段光纜網最優敷設線路如圖4所示。

圖4 光纜網最優敷設線路

4.3 業務承載

自動分析桿路中承載的光纜信息，直觀展示光纜編碼、名稱以及纖芯容量和纖芯信息，在桿路被挖斷或者毀壞時，用戶可以利用此功能迅速分析所影響的范圍及業務信息。系統自動將桿路和光纜建立連接關系，在地圖上直觀展現出桿路和光纜的實際走向以及光纜是通過具體哪種設施和桿路建立關系。依據管道（桿路）的層級構成關系，可由某一級出發直接分析出其承載的光路和電路，管道（桿路）的層級構成如圖5所示。

圖5 管道（桿路）層級構成

通過層級關聯關系，可快速判斷出1～6級管道（桿路）資源所承載的光路或電路數量及其明細。

4.4 最優路徑搜索

根據現有光纜和新增光纜在業務上的交叉性，系統提供現場定位后搜索最優光纜路徑的功能，該功能可應用于當前位置最近光纜段查找以及搜索故障點附近最近光纜段改遷等場景［7］。由于本功能與現場業務結合比較緊密，算法設計時使用當前點（故障點）與最近站點（ODF）、光交箱、光接頭的距離遠近來做最優路由的判斷依據，然后結合最優路徑光纜是否具有足量空閑纖芯資源來做進一步的光纜接入或光纜改遷等業務處理。在GIS平臺下最優路徑搜索如圖6所示。

圖6 最優路徑搜索

4.5 故障點定位

通過輸入測試點信息，系統根據芯序、熔纖關系，從測試點出發，由選擇的纖芯所在光路、局向光纖路由作為計算方向，找到遠端的光纜段。由沿途經過的光纜段長度、盤留長度決定出故障點的具體地理位置。在定位故障點時，需結合故障點歷史數據進行定位標識［8］。以測試點為起點，以上次故障點長度和坐標為參考，根據當前故障點長度，折算出當前故障點坐標。如果是多個測試點，則計算出故障點在光纜段上分布的平均值后再定位。其數學變換如下：

其中，式（1）變換至少需要6個位置點控制坐標，而式（2）則至少需要3個位置點坐標，在GIS的糾正功能中從線性變換直接在地圖上呈現。

根據光纜系統邏輯拓撲圖向物理拓撲圖的定位，并可提供由ODF、光接頭、光纜段等設施為入口的纖芯故障定位功能，將OTDR測量的斷點長度作為分析參數后，系統自動在GIS地圖上呈現斷點的物理位置，同時用戶輸入半徑（R）參數后，系統可分析以斷點為中心半徑的所有可支持搶通、搶修的設施資源，包括井、撐點、光接頭等，并提供將這些設置導出為報告以便用戶分析。故障點定位算法公式如下：

其中，從獲取到的distance故障點距離信息與機房之間的比較得到記錄點Ri，通過Ri記錄的SMID，找出其對應的空間數據，由計算公式得故障點的位置，實際測試路段故障點成功定位如圖7所示。

圖7 故障點定位

4.6 假環告警分析

系統自動計算出不同光纜經過相同桿路的情況，并以直觀顯示界面進行假環告警［9］。提前預警，防范于未然，輔助進行工程改造。兩個站點之間拓撲呈環的光纜，在物理層面上不能避免由同一條光纜承載不同路由光路的情況，當同時承載不同路由物理光纜遭到破壞，主備用路由全部中斷，此故障即可造成站點之間的業務中斷［10］。光纜假環判斷，經由兩站點之間光路所在纖芯和光纜段的關聯關系，檢索出主備用路由承載于同一條物理光纜段的情況，做出光纜假環判斷，輔助對存在假環的光路進行調度。其示意圖如圖8所示。

圖8 光纜假環告警示意圖

其中，光路X和光路Y表面看起來是相互獨立的兩條光路，但由于光路X、Y在光纜段1和光纜段3由相同的光纜承載，造成對故障沒有預防性，形成了光纜假環。

5 結語

建立基于GIS平臺的光纜運維管理系統總體模型，利用先進的信息化技術和手段，符合實際需要、能真正發揮能效的數據采集、核查方案，解決了對光纜故障分析依賴于經驗判斷和采用手工比對的方式導致故障反應滯后、故障處理效率低等問題，提升江門供電局光纜運維工作的管理水平，滿足精細化管理的要求。通過與南網GIS平臺數據遷移并且與通信運行管控系統建設部門充分溝通，以獲取相關通信資源信息，并在試點供電局進行示范應用，在全矢量化的電子地圖基礎上，實現對資源的組織與管理，以及更加便捷地對光纜資源進行維護、查詢、定位、分析。采用動態化、全網化、圖形化的管理機制實現通信網絡資源的合理調配，在實現電力通信管線資源的有效維護和管理基礎上，進一步提升電力通信系統在實際運營中的可靠性。

［1］張嵐，高鵬，王澄.南方電網配網自動化通信系統的建設［J］.電力系統通信，2010，31（11）：20-24.ZHANG Lan，GAO Peng，WANG Cheng.Southern power grid distribution network automation system of communication construction［J］.Power System Communication，2010，31（11）：20-24.

［2］劉磊，潘永峰，嚴菲.GIS在通信領域的現狀及發展［J］.通信與信息技術，2010（1）：64-65.LIU Lei，PAN Yongfeng，YAN Fei.The current status and development of GIS in the field of communication［J］.Journal of Communications and Information Technology，2010（1）：64-65.

［3］杜浩東.配網自動化通信系統的研究［D］.廣州：華南理工大學，2013.DU Haodong.Research of the Communication System on Power Distribution Automation System［D］.Guangzhou：South China university of technology，2013.

［4］Fattah Chandio，Liuyu Shu，Cheng Cheng.Spatio Temporal Hazard Mitigation Modelling using GIS and Geospatial Data mining Techniques［C］//Proceedings of the 6th WSEAS International Conference on Applied Computer Science，2007（April 15-17），659-662.

［5］張增華，張剛.電力通信資源管理系統中空間數據同步研究［J］.電信科學，2010（S3）：48-49.ZHANG Zenghua，ZHANG Gang.Electric power communication resources management system in spatial data synchronization research［J］.Telecommunication Science，2010（S3）：48-49.

［6］陳建華，曹俊.基于GIS的電信光纖網絡資源管理系統設計［J］.電信工程技術與標準化，2007，20（1）：20-23.CHEN Jianhua，CAO Jun.The discussion about the electricity communication resources management system［J］.Telecommunications for Electric Power System，2007，20（1）：20-23.

［7］侯龍威.GPS在光纜線路維護中的應用——GPS實時光纜線路巡檢系統［J］.信息通信，2012（6）：251-252.HOU Longwei.GPS application in optical fiber cable line maintenance——GPS real-time optical cable line inspection system［J］.Journal of Information and Communication，2012（6）：251-252.

［8］Jiao J，Yuan C，Zhao L，et al.Development and implement of WEBGIS based on Java［C］//Geoinformatics，2010 18th International Conference on.IEEE，2010：1-4.

［9］Ziyu Z，Dan L.Based on the Web GIS's forest resource monitoring and management platform research［C］//Networking and Digital Society（ICNDS），2010 2nd International Conference on.IEEE，2010（1）：447-450.

［10］郭秉禮.智能光網絡中的管控技術與資源優化問題研究［D］.北京：北京郵電大學，2011.GUO Bingli.Control Technology of Intelligent Optical Network and Resource Optimization Study［D］.Beijing ：Beijing University of Posts and Telecommunications，2011.

Design and Implementation of Fiber Optic Cable Operations Management System Based on GIS

OU Yuqiang PENG Zhirong LI Ruide
（Guangdong Power Grid Co.，Ltd.Jiangmen Power Supply Company，Jiangmen 529000）

For strengthening the safe and stable operation of power grid and improve the stability of power system communication network reliability and efficiency，analyze the existing cable network management system，discusses the traditional operational methods exist in the management of distribution network communication optical cable limitations，combined with the existing cable network of jiangmen power supply bureau management system，the feasibility analysis of optical cable operations management system.Combing the existing grid communication optical cable content and job scheduling，operational and maintenance requirements，in this paper，the GIS platform is built of laying optical cable，the business of bearing，the optimal path search，fault point positioning the functions of GIS，ring the alarm cable operations management system，to form a fiber optic cable operations management system based on GIS platform of the overall model.Management and application of optical network as the main line，on the basis of full of vector electronic map，comprehensive intuitively to rendering of equipment resources and related facilities，implementation of resource organization and management.

GIS，Fiber optic cable operations management system，application

TP393

10.3969/j.issn.1672-9722.2017.10.015

Class Number TP393

2017年4月7日，

2017年5月12日

歐郁強，男，碩士，高級工程師，研究方向：電力行業管理。彭志榮，男，碩士，高級工程師，研究方向：電力通信規劃、項目管理。李瑞德，男，碩士，工程師，研究方向：電力通信運行管理。