基于移動終端的通信線路巡檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周 巍

（中通服設(shè)計(jì)咨詢研究院有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

通信線路是長距離通信的主要方式，其日常維護(hù)工作對于通信企業(yè)的日常服務(wù)管理十分重要，現(xiàn)代通信技術(shù)的快速發(fā)展和通信線路大范圍的鋪設(shè)給當(dāng)前的通信線路維護(hù)帶來了巨大的壓力。傳統(tǒng)的通信線路檢修維護(hù)工作主要以人工記錄上報(bào)方式為主，線路檢修效果依賴于檢修人員的經(jīng)驗(yàn)，難以保證路線檢修的準(zhǔn)確度和效率[1]。隨著城市通信光纜網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模不斷加大，通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，及時(shí)排除線路故障以確保通信線路暢通的需求與傳統(tǒng)的線路管理維護(hù)之間的矛盾越來越突出，對通信線路巡檢提出了更高的要求[2]。

通信線路巡檢主要是要求準(zhǔn)確檢測和記錄線路的問題區(qū)段并及時(shí)處理。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展推動了通信線路巡檢系統(tǒng)的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的通信線路巡檢系統(tǒng)通過檢測線路中的異常通信信號，結(jié)合通信線路區(qū)段劃分完成巡檢工作[3]。這種線路巡檢系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)比較簡單的通信網(wǎng)絡(luò)中具有良好的檢測效果，但是應(yīng)用于復(fù)雜的通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)無法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，且檢測精度也受到線路之間的信號干擾而大幅下降。移動終端良好的便攜性能夠有效降低巡檢系統(tǒng)的管理安裝成本，且可以更加準(zhǔn)確有效地獲取信息。因此綜合以上分析，本文設(shè)計(jì)了基于移動終端的通信線路巡檢系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)的性能進(jìn)行驗(yàn)證性研究。

1 通信線路巡檢系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件部分主要實(shí)現(xiàn)對線路信息的采集、識別以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?shù)據(jù)采集模塊主要由不同種類的無線傳感器、數(shù)據(jù)采集器以及智能IED設(shè)備組成，移動通信終端通過USB、RS485接口以及以太網(wǎng)接口與各個(gè)數(shù)據(jù)采集設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信，通過識別線路設(shè)備的二維碼標(biāo)簽查驗(yàn)設(shè)備信息并更新檢修日志。

移動通信終端的核心為工業(yè)級GSM模塊TC351，具有低功耗的特點(diǎn)，支持?jǐn)?shù)據(jù)、語音、短消息、傳真、R&TTE認(rèn)證以及GCF認(rèn)證等。其正常工作環(huán)境溫度為-20～55 ℃，滿足我國大部分地區(qū)的通信線路巡檢需求。TC351模塊的15引腳外接100 ms的低脈沖電平，用以驅(qū)動模塊進(jìn)入正常工作狀態(tài)[4]。在默認(rèn)的9 600 b/s波特率下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行異步收發(fā)。TC351模塊的RXD引腳與GPS定位芯片相連，在北斗系統(tǒng)的服務(wù)支持下對移動終端位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位。移動通信終端支持多種通信協(xié)議，可以通過移動通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)服務(wù)器端和移動終端之間的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸。TC351模塊可外接擴(kuò)展存儲空間，以就地存儲線路檢修數(shù)據(jù)，避免因數(shù)據(jù)上傳失敗造成數(shù)據(jù)丟失。

2 通信線路巡檢系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

通信線路巡檢系統(tǒng)所有檢測的數(shù)據(jù)除存儲在移動終端的硬件存儲空間中，還需要通過無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)存儲在服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中，以便及時(shí)對線路的巡檢工作信息進(jìn)行更新和保存[5]。本設(shè)計(jì)采用SQL Server 2002搭建巡檢系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，部分?jǐn)?shù)據(jù)庫表如表1所示。

表1 巡檢系統(tǒng)部分?jǐn)?shù)據(jù)庫表

設(shè)計(jì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)庫后，對線路進(jìn)行異常識別診斷。

2.2 線路異常診斷

數(shù)據(jù)采集器在采集到線路上設(shè)備和通信光纜數(shù)據(jù)后，將信號輸入至數(shù)據(jù)處理模塊。在數(shù)據(jù)處理模塊中，若t時(shí)刻采集到的信號經(jīng)過濾波和轉(zhuǎn)換后為i(t)，則i(t)在時(shí)間段t0~tn內(nèi)的行波能量可以表示為：

對Ei進(jìn)行離散化處理，則時(shí)間段t0~tn內(nèi)行波總能量為：

使用式（2）計(jì)算出所采集信號的行波能量，以此來提取線路工作狀態(tài)特征[6]。使用連續(xù)小波變換提取采集信號的固有頻率。每一小波分解尺度與中心頻率f對應(yīng)，小波變換系數(shù)C(a,b)定義尺度為：

式中，a和b分別表示小波變換的尺度因子和平移因子。將提取的工作狀態(tài)特征與系統(tǒng)中預(yù)先裝載的專家知識庫內(nèi)的線路工作狀態(tài)特征匹配，識別判斷對應(yīng)區(qū)段的通信線路是否正常工作。將診斷結(jié)果存儲至數(shù)據(jù)庫和本地存儲空間中后，檢修人員按照技術(shù)手冊處理線路異常，并將對應(yīng)的檢修操作更新上傳，完成對區(qū)段內(nèi)通信線路的檢修[7]。至此，完成了基于移動終端的通信線路巡檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

3 系統(tǒng)功能測試

上文設(shè)計(jì)了基于移動終端的通信線路巡檢系統(tǒng)，在系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用前需要對系統(tǒng)功能進(jìn)行測試，以驗(yàn)證前文設(shè)計(jì)的巡檢系統(tǒng)是否具備實(shí)際應(yīng)用資格。

3.1 系統(tǒng)測試內(nèi)容

系統(tǒng)功能測試采用對比的形式，將所設(shè)計(jì)的基于移動終端的通信線路巡檢系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)組，傳統(tǒng)的通信線路巡檢系統(tǒng)作為對比組。通過測試系統(tǒng)對不同通信線路進(jìn)行檢修時(shí)的巡檢響應(yīng)時(shí)間和檢測相對誤差，評價(jià)系統(tǒng)性能，驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性。

3.2 系統(tǒng)測試結(jié)果及分析

系統(tǒng)測試前對兩系統(tǒng)進(jìn)行試運(yùn)行，以免影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。兩組系統(tǒng)的功能測試數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)

分析表2中的數(shù)據(jù)可知，實(shí)驗(yàn)組系統(tǒng)的檢修響應(yīng)時(shí)間明顯短于對比組系統(tǒng)，并且實(shí)驗(yàn)組對各線路檢修的誤差均小于對比組系統(tǒng)。進(jìn)一步處理表2中的數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)組系統(tǒng)的平均響應(yīng)時(shí)間為28.43 ms，對比組系統(tǒng)的平均響應(yīng)時(shí)間為93.60 ms，實(shí)驗(yàn)組系統(tǒng)的巡檢效率得到了提升。綜上所述，本文設(shè)計(jì)的通信線路巡檢系統(tǒng)性能更佳，可以實(shí)際驗(yàn)證后使用。

4 結(jié) 論

通信線路的各種缺陷故障都有可能影響人們的正常生活和企業(yè)的安全生產(chǎn)，為了提高線路巡檢的準(zhǔn)確性和效率，本文研究設(shè)計(jì)了基于移動終端的通信線路巡檢系統(tǒng)。通過系統(tǒng)功能測試，驗(yàn)證了該系統(tǒng)的可行性。未來實(shí)際使用該系統(tǒng)進(jìn)行巡檢時(shí)，仍需根據(jù)實(shí)際情況對系統(tǒng)功能進(jìn)行優(yōu)化，以進(jìn)一步提升檢修效果。