光纜監測運維應用的探索

張洪陶

當前，國家已明確政策舉措，開始實施并落實取消全國高速公路省界收費站的方案，并且在“加快建設和完善高速公路收費體系”以及“加快ETC電子不停車快捷收費系統的推廣應用”兩個方面，對高速公路通信網在穩定性、可靠性提出了更高要求。

長期以來，高速公路通信網在路段日常運營過程中都發揮著十分重要的作用，但由于缺乏全面有效的監測手段，通信線路發生故障后很難做到及時恢復，直接影響了整個路段管理系統的正常運行。目前普遍采用的人工維護模式既費工又費時，完全無法滿足現代化通信系統的運維要求，因此交通行業對通信光纜監測系統的智能化程度有著十分急迫的探索需求。

一、光纜智能監測管理系統

光纜智能監測管理系統是集成了目前成熟的計算機、電子通信、地理信息系統（GIS）及光纖OTDR測量技術的一個光纖性能測試系統，通過部署遠程控制設備實時監測光纜質量狀態，進行大數據算法處理，快速分析光纜質量情況，提高分析效率；光纜發生故障時，系統能夠快速精確的進行故障定位，并將定位信息發送給維護管理人員。

1.光纜智能監測管理系統OTDR技術

光纜智能監測系統，采用光纖OTDR測量技術，24小時對光纖進行監測，如損耗大于系統設置的閾值，將會產生告警，并進行精確的定位。OTDR測量技術是通過測量激光在光纖傳播過程中，產生的后向散射光，來確定光纖的衰減情況及故障定位。

OTDR工作時，內部的激光脈沖發生器向備測光纖發送一光脈沖，光脈沖在光纖傳播的過程，會產生后向的散射光瑞利散射及菲涅爾反射，反射回的光信號又通過定向耦合到OTDR的接收器，并在這里轉換成電信號，結合主時鐘的時間計算，得出測試光纖的距離，最終在顯示屏上顯示出曲線結果。

脈沖光在光纖傳播過程中，會產生瑞利散射。粒子尺度遠小于入射光波長時（小于波長的十分之一），其各方向上的散射光強度是不一樣的，該強度與入射光的波長四次方成反比，這種現象稱為瑞利散射。OTDR收集瑞利散射光，測試光纖衰減及距離。

光纜智能監測系統，結合OTDR測量技術（測試瑞利散射和菲涅爾反射的強度），計算機、電子通信、地理信息系統（GIS），對測試光纖的衰減、通斷進行實時監測，并實時在計算機管理終端界面，顯示光纜光纖的整體運行狀況。對于故障的定位，光纜智能監測系統網管實現對光纜敷設的資源管理，包括站點、人井、手井、路干、標石、地理坐標點、纜線盤長，數據資源的實時錄入，利用OTDR的定位技術，能十分精確地定位告警地理位置，并顯示在計算機管理終端界面地圖上。

在光纖中的速度V：V=c/n，c：真空中的光速，t：后向散射光到達的時間（往返）。

光纖長度的計算公式：2L=V×t=c×t/n

光纜智能監測系統，OTDR的測試特性與光纖傳輸的基本原理，結合光纜在實際敷設需要經過跳接與成端，整理成一個計算公式。公式如下：

其中的各項代號為：

（1）DR：動態范圍(Dynamic Range)，單位為dB。

（2）HELoss：頭端點的耗損，單位為dB。

（3）RT：跳接點(Re-Transmitter)的數量。

（4）RTLoss：每一個跳接點的耗損，單位為dB。

TXLoss：光纖對測試波長的傳輸耗損(Transmission Loss)，單位為dB。

2.光纜監測功能

采用智能監測終端與網絡服務器軟件結合的方式進行圖形化光纜監控，解決光纜維護過程中直觀性，準確性的問題。其具體功能如下：

（1）實時監測告警

直接使用OTDR模塊遠程、實時、在線地對光纜線路中被監測的每一條纖芯的運作狀況進行數據采集，預防光纜線路的故障隱患。當光纜發生阻斷時，系統快速準確地確定故障點的位置，并立即將故障信息發送給維護管理人員；按規定的周期，向網絡監測中心傳報被監測光纜線路運行狀況的數據文件，使高速公路管理人員快速清晰的了解每條路段的光纜運行狀態，做到系統故障提前預防和及時處理。

（2）智能資源管理

通過圖形化的界面，提供GIS地圖中基本的圖形操作，放大、縮小、整圖、漫游、選擇等操作狀態。系統提供了對光纜、光交接箱、光分線盒、光接頭盒等設備信息的編輯查詢等功能，并能自動生成光設備的展開圖、光纜網絡圖、路由圖及熔接圖。對于光纜可根據纖芯顏色的設置自動生成光纜截面圖，并可顯示每根光纖的使用情況和相關業務信息，還提供了光路通道的調度與管理，從而大大提高企業運維效率。

3.纖芯性能分析

通過多種監測模式和測試方法，采集大量數據進行分析，分析結果直接生成專業的統計結果報表，方便管理人員日常管理與調配大量光纜纖芯資源的工作，有效提升光纖維護效率，為光纜路由規劃提供數據依據，全方位展示光纜的“健康”詳情。

（1）監測模式

在線監測：智能監測終端（RTU）中OTDR模塊的工作波長與在用光傳輸設備（OTE）的工作波長不同，它能實時地對被監測光纖的運行狀況進行監測。

離線監測：RTU中OTDR模塊的工作波長與在用OTE的工作波長相同或不同，它能在OTE停用或OTE離開光纜線路時，對被監測光纖的運行狀況進行監測。當OTE在用時，它不對被監測光纖進行監測。

備纖監測：RTU中OTDR模塊的工作波長與在用OTE的工作波長相同或不同，它對被監測光纜線路中備用光纖的運行狀況進行監測。

跨段監測：通過配置有源設備和無源光器件后，它對一個光纜段以上的光纜線路進行遠程的在線監測、離線監測或備纖監測。

（2）測試方法

點名測試：網絡監測中心的操作人員選擇并遙控某RTU對某被監測光纜線路中某被監測光纖進行即時測試。

定期測試：RTU按照遠程下裝的測試周期、測試的起止時刻和測試參數等設置要求，對被監測光纜線路中各被測光纖進行周期性的自動測試。

障礙告警測試：當被監測的光纖發生障礙時，或接收光功率低于設定門限值時，或分析過濾與被監測光纜線路相連接的光傳輸設備（OTE）的網管系統或監控系統所提供的告警信息并判明可能是光纜線路的障礙時，網絡監測中心即時啟動RTU對該被監測光纖進行測試，并接收回傳的測試數據。

二、應用效果

光纜智能監測管理系統擁有強大資源管理功能并能與GIS地圖緊密結合圖形化顯示，操作簡單、維護便捷，不僅可以對光纖網絡狀況實時監測，而且利用資源管理系統能快速準確的提供光纖故障點的各種信息，大大縮短了故障歷時；它有效減少了光纜故障持續時間和人力投入，起到7×24小時的全周期預警作用，通信系統的管理模式從被動防守轉為主動維護。

此外，系統還能使管理信息化倍增效應得到了充分顯現，加強了交通行業信息化建設，提高了交通信息化基礎支撐和服務保障能力，交通信息化基礎設施更加趨于完善，交信息化基礎保障能力顯著提高。

三、經濟效益

光纜智能監測管理系統可以預警光纜故障隱患，避免光纜中斷給交通行業帶來損失，如果故障發生，系統短時間內能夠發現故障并精確定位，將故障信息發送維護人員。按系統減少光纜維護時間40～50%計算，而且還可以節約大量運營管理成本和其他效益成本，通過光纜智能監測管理系統對光纜全程監控以后，可減少大量維護車輛上路次數。

四、結語

高速公路通信網作為交通運維行業的專用網，以沿公路建設發展為特點，隨路段建設而鋪設，大部分光纜鋪設時間較長，光纜質量下降較快，光纖資源不準，一直是通信系統維護過程中的最大痛點；因此，光纜監測系統的智能化研究必須從光纜日常建設、管理和維護等多方面出發，才能有效提高通信光纜的維護效率，減少光纜的搶修成本，使光纜日常管理變得清晰明確，進而提升光纜資源利用空間，智慧化管理交通部門光纜資源，加快推進智慧交通建設的步伐。