基于GIS的光缆运维管理系统的设计与实现∗

欧郁强 彭志荣 李瑞德

（广东电网有限责任公司江门供电局 江门 529000）

基于GIS的光缆运维管理系统的设计与实现∗

欧郁强 彭志荣 李瑞德

（广东电网有限责任公司江门供电局 江门 529000）

为强化电网的安全稳定运行及提高电力系统通信网络稳定的可靠性和效率性，对现有光缆网的管理系统进行分析，探讨了传统的运维方法在配网通信光缆管理中存在的局限性，结合江门供电局现有光缆网管理系统，对光缆运维管理系统的可行性分析。梳理现有电网通信光缆的调度、运维、检修内容及工作要求，论文提出GIS平台下建成集光缆的敷设、业务承载、最优路径搜索、故障点定位、假环告警等功能的GIS光缆运维管理系统，以形成基于GIS平台的光缆运维管理系统的总体模型。以光缆网的管理和应用为主线，在全矢量化的电子地图基础上，全面直观地对设备资源及相关设施进行呈现，实现对资源的组织与管理。

GIS；光缆运维管理系统；应用

1 引言

随着智能电网在我国城市建设中不断深入，在电力系统通信网中，通信光缆可为通信网络运行提供可靠的服务，光缆通信因其大容量、高速率等特点在通信网络中发挥着重要的作用［1］。它的运行维护通常包含电力系统的继电保护、调度自动化系统、输配电线路、能量管理系统、营销服务平台以及办公自动化系统等多专业子系统，电力通信光缆在整个电力通信中占据了极其重要的地位。根据江门电网点多、线长、面广等特点，以及西电东送的重要通道，在广东电网乃至南方电网中发挥着十分重要的支撑和枢纽作用，在智能电网的优化与改造上投入了大量的资金。对光缆的运维管理保障光网络的正常运行是保证电网安全生产运行重要的一环，要实现光缆运维的精细化管理，有必要在信息化上对光缆运维进行有力的支撑。

根据江门供电局当前光缆网管理系统，结合地理信息系统（GIS）平台特点，介绍基于GIS的光缆运维管理技术，搭建一个科学、高效、智能的光缆运维管理系统平台，实现光缆运维工作的精细化管理，以满足未来智能电网发展需求［2］。

2 光缆运维管理现状及局限性

目前，江门供电局主要采用资源管控系统，侧重于逻辑资源的管理，光缆网模型建立在逻辑路由基础上，未关联到物理路由信息，因此，对光缆分析未能进行同路由分析判断关联。同时网管系统产生的告警数据未能在光缆故障分析中得到充分的利用，对光缆故障分析依赖于经验判断和手工比对方式，导致故障反应滞后、工作效率低等问题。而对光缆运维管理采取粗放式模式，管理颗粒度低，无法满足未来智能电网发展的需求［3］。其局限性主要体现在：

1）在资源数据的管理上，目前在南网大部分单位，光缆运维相关的资源信息分散在不同系统中，数据大部分都是分散管理，管理难度大、资源数据间关联困难。难于对光缆运维管理工作提供有力的支撑，同时也缺乏统一的平台对光缆运维工作进行信息化支撑。

2）光缆运维管理相关的部分光缆网资源数据缺失，如光缆地理坐标信息、光缆盘留等数据缺失，对部分光缆运维工作如故障处理、同路由分析等造成了影响。针对缺失数据需要重新进行数据采集，对现有的存量数据也需要进行核查，整体来说针对资源数据维护缺乏有效的采集和核查手段。

3）未能提供满足物理光缆路径的管理需求。现有光缆网模型是建立在逻辑路由基础上，已有光缆逻辑拓扑和逻辑路由，但未关联到光缆物理路由信息，缺乏对光缆物理路由的管理和GIS呈现。

基于以上光缆运维管理状况及局限性，对江门供电局的光缆运维管理系统的建设已刻不容缓，迫切需要建立光缆运维管理系统平台，提升江门供电局光缆运维工作的管理水平，满足精细化管理的要求。

3 基于GIS光缆运维管理系统架构

地理信息系统（GIS）是一个获取、存储、编辑、处理、分析和显示地理数据的空间信息系统，其核心是用计算机来处理和分析地理信息，由于光缆网络与GIS系统关系密切，所以可以通过GIS系统的空间位置表征和拓扑关系，结合先进的计算机信息技术，实现光缆故障的快速定位［4］。本系统采用纯B/S（Browser/Server）结构，同时支持浏览器和手持PAD访问和操作。系统客户端与服务器之间采用纯B/S的体系结构，用户直接从桌面PC机或手持PAD通过IE浏览器上友好的实现日常管理与操作任务。

3.1 系统运行架构

本系统采用基于移动终端APP和Browser/Server“一体两面”的运行模式，对光缆资源查询、呈现以及资源采集及移动终端管理采用终端APP来实现；在资源查询、呈现等需求上采用了B/S应用模式实现，提供快速访问、便捷查询及直观化呈现的源信息检索、拓扑展示、报表分析统计工作。系统运行构架如图1所示。

图1 系统运行构架

3.2 系统逻辑架构

本系统采用多层应用体系结构，系统各模块可动态分布到网络环境中运行，最大限度地提升系统的灵活性和可扩展性。应用动态组件管理模式，将不同的业务逻辑层独立封装成组件进行动态管理，并提供规范的接口标准，可方便地与上级资源系统、巡检检修系统、横向纵向系统互联互通，进行信息交换。系统逻辑构架如图2所示。

图2 系统逻辑构架

4 基于GIS光缆运维管理系统技术呈现

4.1 平台数据迁移

目前南网的GIS采用的就是ArcGIS平台，为保证GIS平台的兼容性和数据格式的一致性，方便地图数据资源数据的融合。本系统首选ArcGIS平台作为开发应用软件的GIS平台。光缆运维管理系统中的ArcGIS平台互相发布ArcGIS服务和互相使用ArcGIS服务可以在光缆运维管理系统和南网GIS平台之间更容易的共享彼此的资源和操作。通过服务可以保证所有的系统访问到彼此的资源，在光缆运维管理系统服务器和南网GIS平台服务器存均储着各自的资源，运行着各自的管理服务，两系统通过自身ArcGIS平台的应用程序ArcMap和ArcGlobe向对方系统发布服务，同时利用Arc-GIS平台的ArcGIS REST API使用对方系统发布的服务，实现共享彼此系统的资源和操作。因此，江门供电局可以实现与南网GIS平台无缝对接，满足未来南网GIS平台数据迁移或对接的需要［5］。江门供电局与南网平台数据迁移如图3所示。

图3 平台数据迁移

4.2 光缆的敷设

当前，光缆在敷设上，现场环境错综复杂；系统管理上，若只体现逻辑的中继光缆，则无法对资源进行精细化、可视化的有效管理；针对现场环境、光缆管理中的突出问题，需加强对光缆物理路由呈现的监控，结合GIS地图呈现光缆物理路由走向信息来进行建设。以便为业务承载进一步扩充提供解决方案。目前，江门供电局的管控系统已经有光缆逻辑数据，因此，光路和纤芯数据由管控系统接口同步到本系统后进行自动光路和纤芯数据呈现。

合理的光缆网敷设线路设计是整个光缆网敷设工程中重要的环节［6］。然而，传统的光缆敷设线路设计却过多的依赖于经验，难以实现自动化和光缆网敷设线路在空间的最优布局；同时，先进的信息处理技术却有着改进这类问题的潜力，尤其是具有强大空间信息处理能力的地理信息系统技术（GIS），为光缆网敷设线路提供最优路径地图定位、逻辑拓扑图。而在光缆呈现上，提供增量路径数据更新的机制，针对不同数据更新场景提供支持，包括APP离线模式更新、一拖N式管井/电杆移动、可见即所得的路径更新等技术手段。在定点测试路段光缆网最优敷设线路如图4所示。

图4 光缆网最优敷设线路

4.3 业务承载

自动分析杆路中承载的光缆信息，直观展示光缆编码、名称以及纤芯容量和纤芯信息，在杆路被挖断或者毁坏时，用户可以利用此功能迅速分析所影响的范围及业务信息。系统自动将杆路和光缆建立连接关系，在地图上直观展现出杆路和光缆的实际走向以及光缆是通过具体哪种设施和杆路建立关系。依据管道（杆路）的层级构成关系，可由某一级出发直接分析出其承载的光路和电路，管道（杆路）的层级构成如图5所示。

图5 管道（杆路）层级构成

通过层级关联关系，可快速判断出1～6级管道（杆路）资源所承载的光路或电路数量及其明细。

4.4 最优路径搜索

根据现有光缆和新增光缆在业务上的交叉性，系统提供现场定位后搜索最优光缆路径的功能，该功能可应用于当前位置最近光缆段查找以及搜索故障点附近最近光缆段改迁等场景［7］。由于本功能与现场业务结合比较紧密，算法设计时使用当前点（故障点）与最近站点（ODF）、光交箱、光接头的距离远近来做最优路由的判断依据，然后结合最优路径光缆是否具有足量空闲纤芯资源来做进一步的光缆接入或光缆改迁等业务处理。在GIS平台下最优路径搜索如图6所示。

图6 最优路径搜索

4.5 故障点定位

通过输入测试点信息，系统根据芯序、熔纤关系，从测试点出发，由选择的纤芯所在光路、局向光纤路由作为计算方向，找到远端的光缆段。由沿途经过的光缆段长度、盘留长度决定出故障点的具体地理位置。在定位故障点时，需结合故障点历史数据进行定位标识［8］。以测试点为起点，以上次故障点长度和坐标为参考，根据当前故障点长度，折算出当前故障点坐标。如果是多个测试点，则计算出故障点在光缆段上分布的平均值后再定位。其数学变换如下：

其中，式（1）变换至少需要6个位置点控制坐标，而式（2）则至少需要3个位置点坐标，在GIS的纠正功能中从线性变换直接在地图上呈现。

根据光缆系统逻辑拓扑图向物理拓扑图的定位，并可提供由ODF、光接头、光缆段等设施为入口的纤芯故障定位功能，将OTDR测量的断点长度作为分析参数后，系统自动在GIS地图上呈现断点的物理位置，同时用户输入半径（R）参数后，系统可分析以断点为中心半径的所有可支持抢通、抢修的设施资源，包括井、撑点、光接头等，并提供将这些设置导出为报告以便用户分析。故障点定位算法公式如下：

其中，从获取到的distance故障点距离信息与机房之间的比较得到记录点Ri，通过Ri记录的SMID，找出其对应的空间数据，由计算公式得故障点的位置，实际测试路段故障点成功定位如图7所示。

图7 故障点定位

4.6 假环告警分析

系统自动计算出不同光缆经过相同杆路的情况，并以直观显示界面进行假环告警［9］。提前预警，防范于未然，辅助进行工程改造。两个站点之间拓扑呈环的光缆，在物理层面上不能避免由同一条光缆承载不同路由光路的情况，当同时承载不同路由物理光缆遭到破坏，主备用路由全部中断，此故障即可造成站点之间的业务中断［10］。光缆假环判断，经由两站点之间光路所在纤芯和光缆段的关联关系，检索出主备用路由承载于同一条物理光缆段的情况，做出光缆假环判断，辅助对存在假环的光路进行调度。其示意图如图8所示。

图8 光缆假环告警示意图

其中，光路X和光路Y表面看起来是相互独立的两条光路，但由于光路X、Y在光缆段1和光缆段3由相同的光缆承载，造成对故障没有预防性，形成了光缆假环。

5 结语

建立基于GIS平台的光缆运维管理系统总体模型，利用先进的信息化技术和手段，符合实际需要、能真正发挥能效的数据采集、核查方案，解决了对光缆故障分析依赖于经验判断和采用手工比对的方式导致故障反应滞后、故障处理效率低等问题，提升江门供电局光缆运维工作的管理水平，满足精细化管理的要求。通过与南网GIS平台数据迁移并且与通信运行管控系统建设部门充分沟通，以获取相关通信资源信息，并在试点供电局进行示范应用，在全矢量化的电子地图基础上，实现对资源的组织与管理，以及更加便捷地对光缆资源进行维护、查询、定位、分析。采用动态化、全网化、图形化的管理机制实现通信网络资源的合理调配，在实现电力通信管线资源的有效维护和管理基础上，进一步提升电力通信系统在实际运营中的可靠性。

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Design and Implementation of Fiber Optic Cable Operations Management System Based on GIS

OU Yuqiang PENG Zhirong LI Ruide
（Guangdong Power Grid Co.，Ltd.Jiangmen Power Supply Company，Jiangmen 529000）

For strengthening the safe and stable operation of power grid and improve the stability of power system communication network reliability and efficiency，analyze the existing cable network management system，discusses the traditional operational methods exist in the management of distribution network communication optical cable limitations，combined with the existing cable network of jiangmen power supply bureau management system，the feasibility analysis of optical cable operations management system.Combing the existing grid communication optical cable content and job scheduling，operational and maintenance requirements，in this paper，the GIS platform is built of laying optical cable，the business of bearing，the optimal path search，fault point positioning the functions of GIS，ring the alarm cable operations management system，to form a fiber optic cable operations management system based on GIS platform of the overall model.Management and application of optical network as the main line，on the basis of full of vector electronic map，comprehensive intuitively to rendering of equipment resources and related facilities，implementation of resource organization and management.

GIS，Fiber optic cable operations management system，application

TP393

10.3969/j.issn.1672-9722.2017.10.015

Class Number TP393

2017年4月7日，

2017年5月12日

欧郁强，男，硕士，高级工程师，研究方向：电力行业管理。彭志荣，男，硕士，高级工程师，研究方向：电力通信规划、项目管理。李瑞德，男，硕士，工程师，研究方向：电力通信运行管理。