光纜監測系統在高速公路通信系統中的應用分析

劉暢

安徽交控信息產業有限公司 安徽 合肥 230000

引言

高速公路機電系統正處于時代發展前列，通過高科技、大數據實現工程管理數字化、系統化、快速化，并且通過大數據分析，對施工質量進行實時監控、實時分析，做到一有問題立即發現，這樣既能減少損失，又能確保通信管道及設備正常使用。未來，相信隨著科技的發展，通信管道監測系統在機電施工方面的應用將會更加廣泛。

1 光纜監測系統結構及原理

光纜監測系統由監測中心、監測終端和遠端光纜測試單元（RTU）組成，中間通過測試光纜作為連接通道監測中心是系統數據會集中心，可直接對光纜測試單元（RTU）進行管理；監測終端用于終端用戶對數據的查詢，采用WEB架構；遠端光纜測試單元（RTU）是OTDR、光開關等模塊通過背板總線技術集成的設備系統，可對光芯實現24小時全天候監測，記錄其監測狀況并進行分析對比，當發現光纜異常時可自動判斷、分析故障信息，做出準確的固定定位，還可及時發送信息至相關路段管養單位進行修復。RTU提供10/100MBase－TEthernet接口，通信上采用最通用的TCP/IP協議做通信組網，使用2M通道，透過協議轉換器轉換為Ethernet，監控中心便可與RTU通信；也可用傳輸設備的以太網通道，OTDR采用1550nm的測試波長，通過OTDR離線測試從光纜備纖中抽取1芯做OTDR距離監測，再通過光功率離線監測抽取1芯光纜，在末端放穩定光源，RTU內用光功率模塊采集，如果光功率變化超過設定門限，啟動OTDR測試，以及時發現故障具體位置[1]。

2 高速公路通信系統基本概述

從概念上看，高速公路通信系統指的是高速公路運營管理、實時監控及日常收費過程中獲取語音、圖像及數據的數字通道系統。從形式上看，現階段高速公路通信系統帶有極強的綜合性，現已發展成為光纖數字傳輸與同程控制數字交換系統的組合。從高速公路通信系統的構成上看，其主要包括光纖數字傳輸系統、監控及收費數據傳輸通路、數字程控交換系統、金屬光纜敷設、路側通話系統、監控及收費閉路電視傳輸通道、電源及接地系統等。從高速公路通信系統的設計目標上看，主要有以下幾點：配套高速公路的收費及運營管理，滿足兩者的通信需求；借助金屬電纜及光纜，達成圖像、語音、數據的傳輸；以OAM&P等運行管理軟件組建SDH接入傳輸網；通過數字進程交換機系統傳達信令及提供ISDN等數字網接口；實現基于高速道路的網絡運行管理信息查詢及軟硬件冗余校驗[2]。

3 光纜監測系統設計

利用光纜傳輸光信號，會出現如下變化：第一，光信號強度會衰減。第二，光信號脈沖波動會出現展寬現象。針對光信號變化，應當應用專業光電檢測器，確保電信號和光信號的隨意轉換。專業光電檢測器必須具備靈敏響應；可靠性、經濟性、靈敏度高；低噪聲特點。值得一提的是，光電探測器的光敏面，應當和光纖芯徑相適配。在光纜傳感通信中，應用最廣泛的光電探測器為光電二極管，該類探測器可以應用到短距離、小容量的光纜通信系統中。在實際應用中，可以將光電二極管作為電流源，當光電二極管負載阻抗為零時，可以展現出優質的輸出特性。光電二極管只可以檢測到微弱光電流信號，還會受到外部噪聲影響。因此需要關閉輸出端的低噪聲前置放大器，這樣可以放大光電二極管光信號，以此輸出信號；同時可以確保電路與光電二極管的阻抗匹配。應用前置放大器，必須具備低音、高效特點，持續提供低輸出阻抗，確保信號帶寬足夠，負載能力滿足要求，具備較強的線性能力與抗干擾能力。

4 光纜在線監測組網

光纜在線監測平臺能調用前述光纜巡線分析儀系統的光纜資源數據，接收監控客戶端的監控指令和分發測試、告警等消息，為連接到服務器的多個客戶端提供測試控制、故障處理、電子地圖、光纜拓撲、報表輸出等操作功能[3]。其具體功能設計如下：①光纜監測數據管理技術根據油氣管道光纜管理要求，建立油氣管道光纜資源數據庫，數據信息包括油氣管道光纜長度、接頭盒位置坐標、在用纖芯、中繼段距離、故障報告等內容，通過大數據整合光纜資源信息，為光纜監測提供大數據分析平臺。針對光纜監測需求建立相應的光纜監測數據采集標準、數據制作與數據存儲標準，包括監測數據采集、數據處理、數據上傳與下載等，實現數據的標準化管理。②在線故障預警系統收到告警，能夠啟動監測系統對告警光纖進行測試，收到監測故障曲線數據文件后，快速完成故障分析報告，判明故障點的位置、故障點前后資源點位置，在電子地圖上顯示故障位置及相應標識人井地理信息，發出故障通知單，同時記錄故障發生時間和受理回應的時間。該系統具有數據分析功能，包括：光纖曲線數據的對比分析、全程傳輸損耗、全程光學長度、接頭損耗、兩接頭點之間的光纖衰減系數、光連接器位置、光纖接頭盒和光纖斷點位置，能夠根據某一光纖一段時間內的曲線分析其接頭和光纖損耗的時間變化特性。③光纜監測數據的智能分析在光纜發生故障時，以不超過60s的時間內精確定位故障點位置，向終端和客戶端發出報警任務。掌握光纜特性變化、預防光纜故障，對光纖特性長期、定時在線監測，對監測數據分類統計、分析，發現光纜的纜、段、纖、接頭的衰耗劣化趨勢，捕捉光纜故障的征兆。

5 結束語

光纜監測系統的實現，可使維護管理人員實時掌握周邊光纜資源的斷續情況，根據監測結果進行分析比對，形成報表及圖形，極大提高光纜線路維護績效，提升運維決策分析水平，降低光纜線路的維護費用。