基于GIS系統(tǒng)的光纖通信線路故障定位

余遠(yuǎn)澤

廣東電網(wǎng)汕頭供電局 廣東 汕頭 515041

當(dāng)代社會(huì)離不開(kāi)“通信”,“通信”在人類(lèi)生活中扮演著十分重要的角色。一切有線和無(wú)線通信的背后,大都離不開(kāi)光纖通信線路。以運(yùn)營(yíng)商提供的公網(wǎng)為例,運(yùn)營(yíng)商傳輸網(wǎng)的物理層介質(zhì)以光纖為主。蜂窩通信網(wǎng)在用戶(hù)部分雖然以無(wú)線的形式傳輸,但其基站與核心網(wǎng)的連接以及長(zhǎng)途中繼仍離不開(kāi)以光纖通信為主的有線通信網(wǎng)絡(luò)。而行業(yè)用戶(hù)所使用的專(zhuān)網(wǎng),光纖通信線路同樣無(wú)處不在。當(dāng)前電力行業(yè)使用的專(zhuān)網(wǎng),與公網(wǎng)一樣依賴(lài)于光纖通信線路,用于傳輸企業(yè)內(nèi)部各類(lèi)業(yè)務(wù)內(nèi)容。

電力行業(yè)的光纖通信線路,通常與電力高壓線路共線架設(shè)。如變電站與局端之間或變電站之間的主網(wǎng)通信線路,通常隨110k V 及以上高壓線路架設(shè),主要以O(shè)PWG 或管道光纜的形式存在,少數(shù)以ADSS的形式存在,在邏輯層面上,通常采用SDH 協(xié)議或以太網(wǎng)協(xié)議。配網(wǎng)通信,通常隨10k V 中壓線路架設(shè),主要以ADSS或管道光纜的形式存在,邏輯上則是以太網(wǎng)協(xié)議。還有部分連接局端與小型分支機(jī)構(gòu)的光纖通信線路,物理層面上以上述各種形式混合存在,邏輯上是以太網(wǎng)協(xié)議。

廣東電網(wǎng)汕頭供電局,采用光纖通信線路連接局本部與各下轄分支機(jī)構(gòu),同時(shí)也將光纖通信應(yīng)用到配網(wǎng)自動(dòng)化業(yè)務(wù)當(dāng)中。當(dāng)前汕頭局供電所光纜線路承載所有信息系統(tǒng)業(yè)務(wù),通信光纖線路的正常運(yùn)行對(duì)供電所日常工作尤為重要,如遇外力破壞造成光纜線路故障,所有信息系統(tǒng)將無(wú)法使用,嚴(yán)重影響供電所日常工作。同樣對(duì)于配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng),若配網(wǎng)光纖通信出現(xiàn)中斷,現(xiàn)場(chǎng)配網(wǎng)自動(dòng)化終端則無(wú)法上送數(shù)據(jù)到主站,主站無(wú)法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行遙控,嚴(yán)重影響業(yè)務(wù)的正常開(kāi)展。

澄海電力通信線路,主要依托10k V 中壓線路現(xiàn)有或新建線路共線敷設(shè),通常不獨(dú)立敷設(shè)。澄海的城區(qū)與鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積,決定了10k V 中壓線路大都以角鋼塔的形式架空建設(shè)。光纖通信線路依托10k V 中壓線路,通常架設(shè)于10k V 線路之下,通常距離超過(guò)70cm(10k V 帶電作業(yè)安全距離);部分光纖通信線路跟隨10k V 中壓線路使用預(yù)埋管道敷設(shè);還有少數(shù)線路采用“直埋”的方式施工。目前,澄海供電局供電所所址營(yíng)業(yè)點(diǎn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)光纜覆蓋,基本為ADSS光纜(約60km),典型光纜纖芯數(shù)量24芯。

光纖通信線路的常見(jiàn)故障誘因主要有以下幾類(lèi)：管道光纜遭挖掘破壞、架空光纜遭高空拋物損壞、自然災(zāi)害損壞、光纖及接續(xù)件自身壽命因素?fù)p壞等。通常,光纖的故障點(diǎn)并不明顯。以某某供電所－某某變電站的光纖線路為例,該線路以架空ADSS為主,損壞部分疑似其他部門(mén)部署10k V線路避雷線時(shí)摩擦損壞,但僅損壞2/3纖芯,光纜并未完全斷裂,即使站在斷裂點(diǎn)下方都難以發(fā)現(xiàn)斷點(diǎn)。某某營(yíng)業(yè)廳－某某變電站的光纖線路,ADSS部分遭沿途地塊施工時(shí)高空拋物,造成ADSS內(nèi)傷,線路未完全斷裂,故障點(diǎn)極難發(fā)現(xiàn);同一線路的管道部分,遭某某小區(qū)地基施工挖斷,斷點(diǎn)處于地塊施工圍蔽區(qū),同樣極難發(fā)現(xiàn)。某某營(yíng)業(yè)廳－某某變電站的光纖線路,因途徑區(qū)域新增不明桿塔,ADSS在日常風(fēng)吹雨打中摩擦新增桿塔,導(dǎo)致ADSS截面磨損3/4,但同樣因?yàn)槲赐耆珨嗔?極難發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)。

目前通信專(zhuān)業(yè)定位線路故障點(diǎn)的方式是使用OTDR(光時(shí)域反射儀)。通過(guò)OTDR,我們可以了解到從站端ODF開(kāi)始計(jì)算,到線路斷點(diǎn)的距離。但即使如此,我們?nèi)匀粺o(wú)法快速準(zhǔn)確地確定故障點(diǎn)的地理位置。因?yàn)橥ㄐ啪€路的走向、盤(pán)留等問(wèn)題,導(dǎo)致OTDR 測(cè)試得出的距離并非站點(diǎn)出發(fā)沿線距離。再加上部分故障情形,在現(xiàn)場(chǎng)難以從外表發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn),這給通信線路的檢修帶來(lái)了極大的困擾。

綜合以上的情況,我們立足通信線路保障的迫切需求,著手開(kāi)發(fā)通信GIS系統(tǒng)。利用該系統(tǒng),快速定位故障點(diǎn),及時(shí)組織搶修,減少通信網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)間。GIS,全稱(chēng)Geographic Information System,中文全稱(chēng)地理信息系統(tǒng)。簡(jiǎn)單理解,基于地圖疊加各類(lèi)信息形成的一套系統(tǒng)。通信GIS系統(tǒng),基于高德地圖API,疊加廠站與線路信息,綜合各項(xiàng)內(nèi)容,計(jì)算出光纖線路斷點(diǎn)的地理位置。

通信GIS系統(tǒng)的開(kāi)發(fā),需要對(duì)線路進(jìn)行前期數(shù)據(jù)采集,包括線路的路徑走向、桿塔和電纜井坐標(biāo)、盤(pán)留的位置和長(zhǎng)度,以及線路兩端出站距離校正。首先是線路物理路徑等信息的采集,以目前可用的資源,可以從配電GIS中獲取桿塔和線路走向信息,從線路施工圖中獲取電纜井信息。盤(pán)留的位置和長(zhǎng)度,以及一些配電GIS和施工圖上不明確的坐標(biāo)信息,則需要現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)充采集。

線路兩端出站距離校正以及故障點(diǎn)的檢測(cè)和距離數(shù)據(jù)的收集,都離不開(kāi)OTDR。簡(jiǎn)單理解,故障點(diǎn)因光纖斷裂產(chǎn)生端面,OTDR 發(fā)射的測(cè)試光束到達(dá)端面時(shí)被反射回測(cè)試端,OTDR 根據(jù)反射回來(lái)的光信號(hào)強(qiáng)度和時(shí)間等信息,綜合計(jì)算得出斷點(diǎn)距離數(shù)據(jù)。假設(shè)OTDR 測(cè)試報(bào)告顯示,被測(cè)光纖在3.4731km 處產(chǎn)生反射,而后續(xù)曲線信號(hào)強(qiáng)度不高,基本可以判斷這段光纖的持續(xù)長(zhǎng)度為3.4731km。

單純依賴(lài)OTDR 測(cè)試曲線和數(shù)據(jù)來(lái)判斷線路故障點(diǎn)的最大弊端,就是廠站內(nèi)長(zhǎng)度不明的走線和盤(pán)留影響故障點(diǎn)的定位。眾所周知,光纜從進(jìn)入廠站圍墻到機(jī)柜ODF的長(zhǎng)度是難以計(jì)算的,這段長(zhǎng)度可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出地理直線距離,如OTDR 測(cè)試取得的斷點(diǎn)距離為上述的3.4731km,實(shí)際斷點(diǎn)距離并無(wú)法達(dá)到這個(gè)長(zhǎng)度,可能會(huì)比上述數(shù)值小幾十米甚至上百米。通信GIS的第一個(gè)精度基礎(chǔ)、也是最有別于傳統(tǒng)OTDR 定位方法的特點(diǎn)即建立在此—先校正。以澄海供電局下轄供電所的常見(jiàn)光纜架設(shè)模式,ADSS光纜離開(kāi)供電所引上至路邊10k V 桿塔,可在引上處臨時(shí)產(chǎn)生宏彎,由OTDR 測(cè)試機(jī)柜ODF至宏彎的距離,即可完成第一次校正。此后進(jìn)行故障點(diǎn)距離檢測(cè),均可用測(cè)得距離減去第一次校正的距離,得到供電所圍墻處至故障點(diǎn)的光纜長(zhǎng)度。同理,光纜的兩端都需要進(jìn)行上述的“第一次校正”,以獲得廠站外光纜的實(shí)際長(zhǎng)度。

當(dāng)然了,僅進(jìn)行上述的“第一次校正”是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,線路行進(jìn)過(guò)程中,可能在桿塔或溝井處進(jìn)行盤(pán)留。有時(shí)十幾米甚至幾十米的盤(pán)留,都能影響我們尋找故障點(diǎn),因此,我們還需要利用OTDR 來(lái)取得盤(pán)留點(diǎn)前后的長(zhǎng)度位置以及盤(pán)留的長(zhǎng)度。綜合以上多次的OTDR 測(cè)試數(shù)據(jù),才能獲得較為精確的線路長(zhǎng)度和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。

通信GIS系統(tǒng)目前提供Android客戶(hù)端,具備局屬通信線路總覽、廠站營(yíng)銷(xiāo)節(jié)點(diǎn)瀏覽、節(jié)點(diǎn)導(dǎo)航、單一線路瀏覽、線路故障點(diǎn)地理位置定位導(dǎo)航等功能。Android客戶(hù)端啟動(dòng)流程主要分為初始化設(shè)置和圖形界面、檢察權(quán)限、數(shù)據(jù)庫(kù)解密讀取、繪圖等幾個(gè)階段。在完成啟動(dòng)流程后,客戶(hù)端進(jìn)入主界面狀態(tài),用戶(hù)可以看到局屬通信線路總覽,并根據(jù)需要進(jìn)行廠站營(yíng)銷(xiāo)節(jié)點(diǎn)瀏覽、節(jié)點(diǎn)導(dǎo)航、單一線路瀏覽、線路故障點(diǎn)地理位置定位導(dǎo)航等功能。其中,線路故障點(diǎn)地理位置定位是本客戶(hù)端的重點(diǎn)功能,如圖1所示,輸入OTDR 測(cè)試得到的線路故障點(diǎn)長(zhǎng)度參數(shù),選擇線路測(cè)試端,點(diǎn)擊計(jì)算,即可獲得線路故障點(diǎn)的地理位置標(biāo)書(shū)和文字注釋。

圖1

故障點(diǎn)的計(jì)算是本系統(tǒng)的核心內(nèi)容。以一個(gè)較為普遍的故障點(diǎn)位置為例,線路A 廠站－B廠站總長(zhǎng)度369m,如圖2所示。從A 廠站進(jìn)行測(cè)試,發(fā)現(xiàn)線路持續(xù)長(zhǎng)度僅為163m,判斷線路中途出現(xiàn)故障。客戶(hù)端故障點(diǎn)計(jì)算界面可選測(cè)試端。如“線路A 廠站－B廠站”,A 廠站稱(chēng)為甲端,B廠站稱(chēng)為乙端。上述測(cè)試在A 廠站進(jìn)行,在計(jì)算界面選擇甲端,輸入從OTDR 得到的線路持續(xù)長(zhǎng)度163m,客戶(hù)端即可立刻定位故障點(diǎn),在地圖中做出標(biāo)注。后臺(tái)計(jì)算方法：以循環(huán)的方式累加從測(cè)試端開(kāi)始的各個(gè)節(jié)點(diǎn)(廠站、桿塔或電纜井)距離,直到確定故障點(diǎn)位于哪兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間。上述故障點(diǎn)位于甲端觸發(fā)163m,通過(guò)累加確定故障點(diǎn)位于＃2和電纜井之間,即可通過(guò)163－30－40－50－20的計(jì)算式,計(jì)算出故障點(diǎn)位于＃2向電纜井方向23m 的位置,而客戶(hù)端則在地圖上標(biāo)示出相應(yīng)的位置。

圖2

基于GIS系統(tǒng)的光纖通信線路故障定位,實(shí)現(xiàn)的原理并不復(fù)雜。快速定位的實(shí)現(xiàn),更多的是依賴(lài)于前期的數(shù)據(jù)采集和校正。在電力行業(yè)日常生產(chǎn)日益依賴(lài)信息與通信技術(shù)的情況下,建立通信GIS系統(tǒng),快速定位通信線路故障點(diǎn),可提高通信專(zhuān)業(yè)的工作效率,快速修復(fù)故障。亦可更好地保障通信線路的可用性,從而保障通信線路承載的電力生產(chǎn)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)與管理業(yè)務(wù)。在沒(méi)有線路搶修需求的時(shí)候,收集數(shù)據(jù)建立一套這樣的系統(tǒng),在急需搶修解決線路故障的時(shí)候,讓通信GIS系統(tǒng)發(fā)揮出最大的作用。