基于GIS系统的光纤通信线路故障定位

余远泽

广东电网汕头供电局 广东 汕头 515041

当代社会离不开“通信”,“通信”在人类生活中扮演着十分重要的角色。一切有线和无线通信的背后,大都离不开光纤通信线路。以运营商提供的公网为例,运营商传输网的物理层介质以光纤为主。蜂窝通信网在用户部分虽然以无线的形式传输,但其基站与核心网的连接以及长途中继仍离不开以光纤通信为主的有线通信网络。而行业用户所使用的专网,光纤通信线路同样无处不在。当前电力行业使用的专网,与公网一样依赖于光纤通信线路,用于传输企业内部各类业务内容。

电力行业的光纤通信线路,通常与电力高压线路共线架设。如变电站与局端之间或变电站之间的主网通信线路,通常随110k V 及以上高压线路架设,主要以OPWG 或管道光缆的形式存在,少数以ADSS的形式存在,在逻辑层面上,通常采用SDH 协议或以太网协议。配网通信,通常随10k V 中压线路架设,主要以ADSS或管道光缆的形式存在,逻辑上则是以太网协议。还有部分连接局端与小型分支机构的光纤通信线路,物理层面上以上述各种形式混合存在,逻辑上是以太网协议。

广东电网汕头供电局,采用光纤通信线路连接局本部与各下辖分支机构,同时也将光纤通信应用到配网自动化业务当中。当前汕头局供电所光缆线路承载所有信息系统业务,通信光纤线路的正常运行对供电所日常工作尤为重要,如遇外力破坏造成光缆线路故障,所有信息系统将无法使用,严重影响供电所日常工作。同样对于配网自动化系统,若配网光纤通信出现中断,现场配网自动化终端则无法上送数据到主站,主站无法对现场设备进行遥控,严重影响业务的正常开展。

澄海电力通信线路,主要依托10k V 中压线路现有或新建线路共线敷设,通常不独立敷设。澄海的城区与乡镇面积,决定了10k V 中压线路大都以角钢塔的形式架空建设。光纤通信线路依托10k V 中压线路,通常架设于10k V 线路之下,通常距离超过70cm(10k V 带电作业安全距离);部分光纤通信线路跟随10k V 中压线路使用预埋管道敷设;还有少数线路采用“直埋”的方式施工。目前,澄海供电局供电所所址营业点已经实现光缆覆盖,基本为ADSS光缆(约60km),典型光缆纤芯数量24芯。

光纤通信线路的常见故障诱因主要有以下几类：管道光缆遭挖掘破坏、架空光缆遭高空抛物损坏、自然灾害损坏、光纤及接续件自身寿命因素损坏等。通常,光纤的故障点并不明显。以某某供电所－某某变电站的光纤线路为例,该线路以架空ADSS为主,损坏部分疑似其他部门部署10k V线路避雷线时摩擦损坏,但仅损坏2/3纤芯,光缆并未完全断裂,即使站在断裂点下方都难以发现断点。某某营业厅－某某变电站的光纤线路,ADSS部分遭沿途地块施工时高空抛物,造成ADSS内伤,线路未完全断裂,故障点极难发现;同一线路的管道部分,遭某某小区地基施工挖断,断点处于地块施工围蔽区,同样极难发现。某某营业厅－某某变电站的光纤线路,因途径区域新增不明杆塔,ADSS在日常风吹雨打中摩擦新增杆塔,导致ADSS截面磨损3/4,但同样因为未完全断裂,极难发现故障点。

目前通信专业定位线路故障点的方式是使用OTDR(光时域反射仪)。通过OTDR,我们可以了解到从站端ODF开始计算,到线路断点的距离。但即使如此,我们仍然无法快速准确地确定故障点的地理位置。因为通信线路的走向、盘留等问题,导致OTDR 测试得出的距离并非站点出发沿线距离。再加上部分故障情形,在现场难以从外表发现故障点,这给通信线路的检修带来了极大的困扰。

综合以上的情况,我们立足通信线路保障的迫切需求,着手开发通信GIS系统。利用该系统,快速定位故障点,及时组织抢修,减少通信网络故障时间。GIS,全称Geographic Information System,中文全称地理信息系统。简单理解,基于地图叠加各类信息形成的一套系统。通信GIS系统,基于高德地图API,叠加厂站与线路信息,综合各项内容,计算出光纤线路断点的地理位置。

通信GIS系统的开发,需要对线路进行前期数据采集,包括线路的路径走向、杆塔和电缆井坐标、盘留的位置和长度,以及线路两端出站距离校正。首先是线路物理路径等信息的采集,以目前可用的资源,可以从配电GIS中获取杆塔和线路走向信息,从线路施工图中获取电缆井信息。盘留的位置和长度,以及一些配电GIS和施工图上不明确的坐标信息,则需要现场补充采集。

线路两端出站距离校正以及故障点的检测和距离数据的收集,都离不开OTDR。简单理解,故障点因光纤断裂产生端面,OTDR 发射的测试光束到达端面时被反射回测试端,OTDR 根据反射回来的光信号强度和时间等信息,综合计算得出断点距离数据。假设OTDR 测试报告显示,被测光纤在3.4731km 处产生反射,而后续曲线信号强度不高,基本可以判断这段光纤的持续长度为3.4731km。

单纯依赖OTDR 测试曲线和数据来判断线路故障点的最大弊端,就是厂站内长度不明的走线和盘留影响故障点的定位。众所周知,光缆从进入厂站围墙到机柜ODF的长度是难以计算的,这段长度可能远远超出地理直线距离,如OTDR 测试取得的断点距离为上述的3.4731km,实际断点距离并无法达到这个长度,可能会比上述数值小几十米甚至上百米。通信GIS的第一个精度基础、也是最有别于传统OTDR 定位方法的特点即建立在此—先校正。以澄海供电局下辖供电所的常见光缆架设模式,ADSS光缆离开供电所引上至路边10k V 杆塔,可在引上处临时产生宏弯,由OTDR 测试机柜ODF至宏弯的距离,即可完成第一次校正。此后进行故障点距离检测,均可用测得距离减去第一次校正的距离,得到供电所围墙处至故障点的光缆长度。同理,光缆的两端都需要进行上述的“第一次校正”,以获得厂站外光缆的实际长度。

当然了,仅进行上述的“第一次校正”是远远不够的,线路行进过程中,可能在杆塔或沟井处进行盘留。有时十几米甚至几十米的盘留,都能影响我们寻找故障点,因此,我们还需要利用OTDR 来取得盘留点前后的长度位置以及盘留的长度。综合以上多次的OTDR 测试数据,才能获得较为精确的线路长度和关键节点数据。

通信GIS系统目前提供Android客户端,具备局属通信线路总览、厂站营销节点浏览、节点导航、单一线路浏览、线路故障点地理位置定位导航等功能。Android客户端启动流程主要分为初始化设置和图形界面、检察权限、数据库解密读取、绘图等几个阶段。在完成启动流程后,客户端进入主界面状态,用户可以看到局属通信线路总览,并根据需要进行厂站营销节点浏览、节点导航、单一线路浏览、线路故障点地理位置定位导航等功能。其中,线路故障点地理位置定位是本客户端的重点功能,如图1所示,输入OTDR 测试得到的线路故障点长度参数,选择线路测试端,点击计算,即可获得线路故障点的地理位置标书和文字注释。

图1

故障点的计算是本系统的核心内容。以一个较为普遍的故障点位置为例,线路A 厂站－B厂站总长度369m,如图2所示。从A 厂站进行测试,发现线路持续长度仅为163m,判断线路中途出现故障。客户端故障点计算界面可选测试端。如“线路A 厂站－B厂站”,A 厂站称为甲端,B厂站称为乙端。上述测试在A 厂站进行,在计算界面选择甲端,输入从OTDR 得到的线路持续长度163m,客户端即可立刻定位故障点,在地图中做出标注。后台计算方法：以循环的方式累加从测试端开始的各个节点(厂站、杆塔或电缆井)距离,直到确定故障点位于哪两个节点之间。上述故障点位于甲端触发163m,通过累加确定故障点位于＃2和电缆井之间,即可通过163－30－40－50－20的计算式,计算出故障点位于＃2向电缆井方向23m 的位置,而客户端则在地图上标示出相应的位置。

图2

基于GIS系统的光纤通信线路故障定位,实现的原理并不复杂。快速定位的实现,更多的是依赖于前期的数据采集和校正。在电力行业日常生产日益依赖信息与通信技术的情况下,建立通信GIS系统,快速定位通信线路故障点,可提高通信专业的工作效率,快速修复故障。亦可更好地保障通信线路的可用性,从而保障通信线路承载的电力生产实时业务与管理业务。在没有线路抢修需求的时候,收集数据建立一套这样的系统,在急需抢修解决线路故障的时候,让通信GIS系统发挥出最大的作用。