物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在光纜線路維護(hù)中的創(chuàng)新應(yīng)用

蔡昌毅 欒兵

摘要：介紹了物聯(lián)網(wǎng)的基本框架和光纖智能感知傳感技術(shù)，分析了光纖智能感知傳感技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)中的應(yīng)用，闡述了物聯(lián)網(wǎng)智能感知技術(shù)在光纜線路維護(hù)檢測(cè)中的應(yīng)用，研究發(fā)現(xiàn)光纖傳感物聯(lián)網(wǎng)可為光纜線路維護(hù)提供更好的保障。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);光纜;線路維護(hù)

中圖分類號(hào)：TN249 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）07-0103-03

物聯(lián)網(wǎng)是在計(jì)算機(jī)、因特網(wǎng)與移動(dòng)通信之后出現(xiàn)的嶄新信息技術(shù)[1-4]。物聯(lián)網(wǎng)是在因特網(wǎng)的基礎(chǔ)之上，通過(guò)采用各種信息設(shè)備，按照約定的規(guī)則，把萬(wàn)事萬(wàn)物和因特網(wǎng)互聯(lián)起來(lái)，并進(jìn)行通信與信息交換的一種網(wǎng)絡(luò)。

光纖智能感知傳感技術(shù)，是最近幾年迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型技術(shù)[5-7]，它在航天、能源、醫(yī)療、環(huán)境、化工等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。近年以來(lái)，國(guó)際上各種特殊功能的光纖感知傳感有源器件和無(wú)源器件相繼面世，而且它們的性能有了極大的提升，價(jià)格卻有一定程度下降，這些因素必將進(jìn)一步促進(jìn)光纖智能感知傳感技術(shù)在信息傳輸與感測(cè)方面的廣泛應(yīng)用。

由于光纖通信網(wǎng)絡(luò)能承載更高的帶寬，而且非常適合信息的長(zhǎng)距離傳輸，因此，光纖通信網(wǎng)絡(luò)非常適合對(duì)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行拓展，并被廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層。物聯(lián)網(wǎng)的底層需要用到各式各樣的傳感器，以便為物聯(lián)網(wǎng)感知層提供初始信息。

1 物聯(lián)網(wǎng)概述

1.1 定義

物聯(lián)網(wǎng)的概念在1999年提出，它是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，英文表示是“internet of things”。然而，物聯(lián)網(wǎng)至今都沒(méi)有統(tǒng)一的定義。

1.2 體系架構(gòu)

目前，一般將物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)分為三層，即應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層與感知層，具體見(jiàn)圖1。

物聯(lián)網(wǎng)能夠得到快速發(fā)展，主要是得益于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層。應(yīng)用層將要解決信息處理與人機(jī)界面的問(wèn)題。具體講就是采用各種信息系統(tǒng)處理網(wǎng)絡(luò)層傳遞過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，并且利用各種設(shè)備以便和人交互。應(yīng)用層通常可以再細(xì)分為兩個(gè)子層，分別是應(yīng)用程序?qū)优c終端設(shè)備層。

網(wǎng)絡(luò)層是建立在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，并融合和擴(kuò)展現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)，從而形成多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)共存。網(wǎng)絡(luò)層的功能主要是傳遞數(shù)據(jù)，也就是可靠地傳遞感知層獲取的數(shù)據(jù)。

感知層的功能主要是通過(guò)感知底層信息，進(jìn)而完成對(duì)數(shù)據(jù)的采集以及對(duì)設(shè)備的控制。感知層是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，它由兩方面組成，分別是數(shù)據(jù)采集與短距離傳輸。

1.3 關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涉及到信息、通信、傳感器和自動(dòng)控制等多種技術(shù)，一般認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)包括應(yīng)用層兩部分、網(wǎng)絡(luò)層兩部分和感知層技術(shù)等，如圖2所示。

在應(yīng)用層中，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層需要對(duì)海量信息進(jìn)行融合、存儲(chǔ)以及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘等，這些是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用能夠大規(guī)模發(fā)展必須要考慮的主要問(wèn)題。

在網(wǎng)絡(luò)層中，我們需要考慮的是如何實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合，從而有機(jī)的把各類無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)融合為信息互通的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)。

在感知層中，感知層的技術(shù)主要有數(shù)據(jù)采集技術(shù)與短距離通信技術(shù)。在數(shù)據(jù)采集技術(shù)中，主要是采用傳感器技術(shù)。短距離通信技術(shù)主要有RFID技術(shù)和Zigbee技術(shù)。

1.4 應(yīng)用

由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，這就為為各行各業(yè)帶來(lái)了便利。展望未來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)必將使得人們的生活更加趨向智能化，必將會(huì)給人類生活帶來(lái)更加顛覆性的變革。

2 光纖線路維護(hù)

2.1 重要意義

一旦光纖線路損壞，很容易導(dǎo)致大范圍的斷網(wǎng)，這必然會(huì)波及到大量用戶，從而造成用戶正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)丟失，這就會(huì)導(dǎo)致用戶之間正常的信息交換和數(shù)據(jù)交換受阻。所以，維護(hù)好光纖線路對(duì)于用戶之間的通信具有重要意義。

2.2 影響光纜線路故障的主要因素

2.2.1 外部因素

（1）人為挖掘：某些施工單位在施工時(shí)，并沒(méi)有注意施工路段是否有地下光纜，從而造成挖斷光纜的事故。

（2）車輛掛斷：一些大型車輛的駕駛員在駕駛時(shí)，并沒(méi)有及時(shí)注意到上方的光纜，從而導(dǎo)致光纜被車輛損壞。

（3）自然災(zāi)害：光纜被臺(tái)風(fēng)、火災(zāi)或水災(zāi)等損壞。

（4）偷盜損壞：某些不法分子偷盜損壞光纜等。

2.2.2 內(nèi)部因素

（1）老化：光纖一般是由玻璃纖維制成，其材質(zhì)十分脆弱。當(dāng)光纖使用相當(dāng)一段時(shí)間后，它就會(huì)逐步老化，最后導(dǎo)致光纖斷裂。

（2）溫度的影響：當(dāng)光纖鋪設(shè)的地溫度過(guò)低時(shí)，將會(huì)使得接頭盒內(nèi)遇水結(jié)冰，這將會(huì)導(dǎo)致光纜護(hù)套收縮，進(jìn)而使光纜微彎，最終可能導(dǎo)致光纜中斷;當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，將會(huì)損壞光纜護(hù)套等材料，這將對(duì)光纖的特性產(chǎn)生副作用。

2.3 光纜線路維護(hù)的傳統(tǒng)方式和手段

2.3.1 日常性維護(hù)

日常性維護(hù)的方法如下。

（1）定期定點(diǎn)檢查。在光纜線路沿途設(shè)置標(biāo)石、標(biāo)志牌和警示牌等標(biāo)識(shí)，對(duì)光纜線路上容易被雨水沖刷的地段進(jìn)行加固以及必要的整修。

（2）保持光纜入孔、地下管線整齊，定期檢查維護(hù)光纜標(biāo)石、標(biāo)牌和警示牌。

（3）每隔一段時(shí)間加固維修架空的光纜線路。

2.3.2 技術(shù)性維護(hù)

（1）光纜衰減常數(shù)。在光纜的使用期限之內(nèi)，它的總衰減相比與竣工時(shí)的總衰減，應(yīng)該控制在0.1db/km以內(nèi)。

（2）光纜外保護(hù)套的絕緣電阻。在一些特殊的環(huán)境里，需要通過(guò)在外護(hù)套中增加鋼帶來(lái)提升光纜的機(jī)械特性。不過(guò)，為了讓光纜完成信息的正常傳輸，通常要求絕緣電阻小于等于2MΩ/km。

此外，維護(hù)人員還需要記錄好每次維護(hù)并將其存入檔案。一旦發(fā)生緊急事故時(shí)，維護(hù)人員便可以通過(guò)這些記錄縮短處理時(shí)間，從而及恢復(fù)系統(tǒng)的正常工作。

2.4 智能感知技術(shù)的發(fā)展概況

自智能感知技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，它就受到了一些發(fā)達(dá)國(guó)家的異常重視。近年以來(lái)，相關(guān)國(guó)家集中了大量的人力物力財(cái)力，開(kāi)展了廣泛的研究，并取得了顯著的成就。

我國(guó)從上世紀(jì)70年代逐步展開(kāi)智能感知傳感器技術(shù)的研究。目前，我國(guó)關(guān)于智能感知傳感器的研究主要由高校與研究所等單位牽頭開(kāi)展。當(dāng)前，我國(guó)正在不斷擴(kuò)大與光纖傳感器相關(guān)領(lǐng)域的研究，而且已經(jīng)有部分相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)入到市場(chǎng)。

2.5 智能感知技術(shù)在光纜線路維護(hù)的創(chuàng)新應(yīng)用

智能感知技術(shù)可以被應(yīng)用到光纜維護(hù)之中，具體可應(yīng)用于如下幾方面。

（1）將斷線、震動(dòng)、傾斜、水位等傳感器應(yīng)用到光纜線路的智能標(biāo)石中，再將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能標(biāo)石相結(jié)合，從而可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)野外光纜線路的動(dòng)態(tài)情況，再通過(guò)系統(tǒng)管理平臺(tái)，即可生成動(dòng)態(tài)感知報(bào)警數(shù)據(jù)，最后采用大數(shù)據(jù)原理可以得到整條線路日常情況的綜合分析。

（2）利用智能感知技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)野外施工場(chǎng)所進(jìn)行24小時(shí)的全面監(jiān)控。利用太陽(yáng)能供電系統(tǒng)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)野外監(jiān)控系統(tǒng)持續(xù)供電，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)施工場(chǎng)景24小時(shí)不間斷錄像。一旦發(fā)現(xiàn)有未經(jīng)允許的野外施工，即可采用遠(yuǎn)程語(yǔ)音進(jìn)行驅(qū)趕，從而防止野外施工破壞光纜線路。不難看出，智能感知技術(shù)通過(guò)錄像取證可以對(duì)威脅光纜線路的暴力施工起到威懾作用。

（3）實(shí)現(xiàn)光纜線路在地圖上的動(dòng)態(tài)顯示。通過(guò)智能感知標(biāo)石、無(wú)線音視頻監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)線路走向、標(biāo)石位置、監(jiān)控區(qū)域位置的坐標(biāo)定位。一線維護(hù)人員利用這些信息即可掌握線路的走向與位置等信息。

此外，還可以在光纜警示帶上采用智能感知技術(shù)，以便在警示帶被破壞時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)報(bào)警。

由于智能感知傳感器具備的優(yōu)勢(shì)，它將會(huì)在物聯(lián)網(wǎng)中取得應(yīng)用。一方面，智能感知傳感器可以在不受檢測(cè)環(huán)境的影響下，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類環(huán)境的檢測(cè)，從而給物聯(lián)網(wǎng)提供更為及時(shí)的檢測(cè)信息。另一方面，智能感知傳感器能夠提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)信息檢測(cè)的靈敏度，從而可以保證準(zhǔn)確可靠地傳遞信息。

針對(duì)光纜線路的維護(hù)檢測(cè)問(wèn)題，我們構(gòu)建了一個(gè)光纖傳感物聯(lián)網(wǎng)。該物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)由智能感知傳感器、云連接平臺(tái)、互聯(lián)網(wǎng)以及用戶等構(gòu)成。該系統(tǒng)主要通過(guò)智能感知傳感器采集信息，然后通過(guò)采集到的信息監(jiān)測(cè)光纜線路的實(shí)時(shí)狀況。該系統(tǒng)中的云連接平臺(tái)的作用是將不同種類的傳感器獲取到的信息轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的格式。該系統(tǒng)中的互聯(lián)網(wǎng)的作用主要是傳遞信息。

3 結(jié)語(yǔ)

本文詳細(xì)闡述了物聯(lián)網(wǎng)智能感知技術(shù)在光纜線路維護(hù)檢測(cè)中的應(yīng)用。通過(guò)本文的研究，不難發(fā)現(xiàn)光纖傳感物聯(lián)網(wǎng)可以更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)光纜線路的維護(hù)。由此，我們可以推斷光纖傳感物聯(lián)網(wǎng)將會(huì)迎來(lái)新的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉錦，顧加強(qiáng).我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀及發(fā)展策略[J].企業(yè)經(jīng)濟(jì)，2013，392（4）：114-117.

[2] 王謙.物聯(lián)網(wǎng)管理模式——基于以物聯(lián)網(wǎng)為代表的新一輪信息革命浪潮的管理思辨[J].四川大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，194（5）：119-126.

[3] 羅曉東.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧商城構(gòu)建探析[J].企業(yè)經(jīng)濟(jì)，2012，385（9）：95-97.

[4] 謝曉燕.物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展特征分析[J].企業(yè)經(jīng)濟(jì)，2012，385（9）：98-101.

[5] 李曉敏，高妍，王宇，等.干涉型光纖傳感局放超聲檢測(cè)靈敏度影響研究[J].中國(guó)測(cè)試，2019，45（2）：89-93.

[6] 趙鳳霞，方捻，王陸唐.半導(dǎo)體激光器互注入式分布光纖傳感系統(tǒng)[J].光通信技術(shù)，2018（12）：1-5.

[7] 路晶.光纖傳感技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].激光雜志，2018，39（12）：151-154.