分布式光纖傳感技術(shù)助力通信線路維護(hù)智能化

□曹玉考

一、分布式光纖傳感技術(shù)

分布式光纖傳感是利用光纖作為傳感介質(zhì)，光纖作為傳感傳輸二合一的器件，通過對(duì)承載物如管道、光纜等的跟蹤等行為，將觸及光纖的振動(dòng)信息傳遞進(jìn)行持續(xù)和實(shí)時(shí)的監(jiān)控，對(duì)傳感光纖中高相干度瑞利背向散射光的相位信息進(jìn)行解調(diào)分析，高保真還原振動(dòng)事件的位置、幅度和頻率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感光纖周邊微擾動(dòng)、振動(dòng)等監(jiān)測(cè)。

該技術(shù)經(jīng)多年研究，在石油、天然氣、污水管等上方敷設(shè)監(jiān)測(cè)光纜，利用分布式光纖傳感技術(shù)，通過光纖來保護(hù)管道，發(fā)揮了很好的預(yù)警作用，成功預(yù)防了多次外力破壞事件。

(一)技術(shù)原理。光纖傳感系統(tǒng)光電部分主要由光源、傳輸光纖、光電探測(cè)器和信號(hào)處理部分等組成。其基本原理是將來自光源的光經(jīng)過光纖送入傳感頭(調(diào)制器)，使待測(cè)量參數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)(如光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、相位和偏振態(tài)等)發(fā)生變化，成為被調(diào)制的信號(hào)光，經(jīng)光電探測(cè)器信號(hào)處理后還原出被測(cè)物理量變化，如圖1所示。

圖1 光感監(jiān)測(cè)信號(hào)

(二)系統(tǒng)功能。

1.數(shù)據(jù)采集。在長(zhǎng)達(dá)40～80公里光纖的長(zhǎng)度上，任意一點(diǎn)都是“傳感器”，可有效采集線路的數(shù)據(jù)。

2.數(shù)據(jù)分析。對(duì)光信號(hào)相位改變進(jìn)行探測(cè)、處理，通過大數(shù)據(jù)模式分析、判別是否觸發(fā)“事件”。

3.線路自動(dòng)學(xué)習(xí)。分區(qū)域線路自動(dòng)學(xué)習(xí)能力，對(duì)各種干擾類型實(shí)地采集、識(shí)別的樣本庫分析，處理判斷出不同的干擾類型，分段設(shè)置不同閾值減少系統(tǒng)的誤報(bào)、漏報(bào)。

(三)技術(shù)特點(diǎn)。一是單芯光纖單端監(jiān)測(cè)，設(shè)備占用空間小；二是光纖連續(xù)探測(cè)測(cè)量信息，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；三是光纖抗電磁干擾、防雷；四是測(cè)量距離遠(yuǎn)，適于遠(yuǎn)程監(jiān)控，無需中繼的情況下可實(shí)現(xiàn)八十公里的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，精確度±50米；五是靈敏度高，測(cè)量精度高，系統(tǒng)成熟度高。行業(yè)應(yīng)用3年以上，產(chǎn)品成熟，后臺(tái)積累大量數(shù)據(jù)模型，誤報(bào)降低至5%以下；六是壽命長(zhǎng)，施工簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。

二、通信線路傳統(tǒng)維護(hù)模式

通信線路是通信網(wǎng)絡(luò)的主要組成部分，目前以光纜為主。保持光纜線路設(shè)備、設(shè)施良好，預(yù)防障礙并盡快排除障礙是線路維護(hù)的主要任務(wù)。

傳統(tǒng)線路維護(hù)方式有：基于人為主的“人工防護(hù)”模式，實(shí)行包線維護(hù)制度，線路定期巡回。防障是線路維護(hù)永恒的主題，多數(shù)故障由外界因素破壞造成，包線員巡回或車巡的次數(shù)和時(shí)間有限，只能發(fā)現(xiàn)巡回遇到的且可見的外力隱患。很多外力故障是被動(dòng)的，甚至光纜阻斷才知道現(xiàn)場(chǎng)有外力施工，傳統(tǒng)維護(hù)也無法預(yù)防到突發(fā)、隱蔽的隱患，人防為主的維護(hù)模式工作量大、效率低、線路故障多。

目前在用的光纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為分光監(jiān)測(cè)在用光纖方式和空纖監(jiān)測(cè)方式，只能在光纜受侵發(fā)生斷纖或衰耗較大時(shí)預(yù)警，而線路周邊有外力隱患時(shí)，無法提前感知并予以預(yù)防。

三、分布式光纖傳感技術(shù)在通信線路維護(hù)方面應(yīng)用

為提升通信線路維護(hù)防障能力，降低維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)維護(hù)的“人工防護(hù)”模式向“技術(shù)防護(hù)”模式轉(zhuǎn)變，將分布式光纖傳感技術(shù)在通信線路維護(hù)中擴(kuò)展應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)線路周邊監(jiān)測(cè)的防障，提升技術(shù)維護(hù)能力。

石家莊電信選擇石家莊太原干線光纜試用，監(jiān)測(cè)中繼段為石家莊-井陘，線路全長(zhǎng)58km，敷設(shè)方式有管道、直埋和架空，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，分布式光纖傳感設(shè)備安裝在井陘干線機(jī)房(單端安裝)，采取的是防區(qū)式管理，監(jiān)測(cè)21km線路，共分了17個(gè)防區(qū)。如圖2所示。

圖2 石太干線監(jiān)測(cè)段防區(qū)設(shè)置及線路示意圖

試用實(shí)例：試用期間，一次短信告警，維護(hù)技術(shù)員根據(jù)告警信息去現(xiàn)場(chǎng)查看，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)拖拉機(jī)正在耕地，耕地下方是管道光纜，管道及光纜埋深1.2米，因耕地振動(dòng)引起管道光纜振動(dòng)告警，現(xiàn)場(chǎng)排除故障隱患，也驗(yàn)證了設(shè)備監(jiān)測(cè)靈敏度和運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

分布式光纖傳感技術(shù)應(yīng)用于通信線路維護(hù)，是通信線路維護(hù)從傳統(tǒng)維護(hù)方式向智能化維護(hù)發(fā)展的重要轉(zhuǎn)折，防障從“巡回”、“三盯”看護(hù)轉(zhuǎn)向傳感監(jiān)控防護(hù)，可有效提升線路維護(hù)技術(shù)水平，且通信網(wǎng)中有空余光纖用于監(jiān)測(cè)，無需像石油管道監(jiān)測(cè)那樣新建光纜，投資少；實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，提前預(yù)警進(jìn)行預(yù)防線路周邊侵?jǐn)_；通信網(wǎng)中同路由多條光纜可同時(shí)監(jiān)測(cè),減少巡線人員，降低維護(hù)成本；防障能力提高，線路故障率下降，隱患發(fā)現(xiàn)、定位及時(shí)，故障處置判斷快，通過敲擊線纜可輔助找到故障線路；斷纖告警可告知故障位置，減少搶修去機(jī)房測(cè)試時(shí)間，修障快速；分布式光纖傳感技術(shù)屬于尖端技術(shù)，應(yīng)用范圍尚窄，設(shè)備目前造價(jià)偏高，通信光纜量大、分支多、網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，廣泛推廣有難度；直埋或管道敷設(shè)方式經(jīng)驗(yàn)借鑒較多，架空方式需實(shí)踐中不斷摸索。

四、結(jié)語

隨著科技的發(fā)展，“分布式光纖傳感技術(shù)”、“大數(shù)據(jù)智能算法”的完善和成熟，光纖傳感技術(shù)在通信線路維護(hù)中延伸應(yīng)用，可提升線路外力隱患預(yù)警效率，降低故障率，減少因光纜故障而造成的直接間接經(jīng)濟(jì)損失，降低維護(hù)成本，提升客戶感知，實(shí)現(xiàn)了線路維護(hù)的“人防”向“技防”轉(zhuǎn)變，助力通信線路維護(hù)從傳統(tǒng)模式向智能化維護(hù)發(fā)展。