光缆监测运维应用的探索

张洪陶

当前，国家已明确政策举措，开始实施并落实取消全国高速公路省界收费站的方案，并且在“加快建设和完善高速公路收费体系”以及“加快ETC电子不停车快捷收费系统的推广应用”两个方面，对高速公路通信网在稳定性、可靠性提出了更高要求。

长期以来，高速公路通信网在路段日常运营过程中都发挥着十分重要的作用，但由于缺乏全面有效的监测手段，通信线路发生故障后很难做到及时恢复，直接影响了整个路段管理系统的正常运行。目前普遍采用的人工维护模式既费工又费时，完全无法满足现代化通信系统的运维要求，因此交通行业对通信光缆监测系统的智能化程度有着十分急迫的探索需求。

一、光缆智能监测管理系统

光缆智能监测管理系统是集成了目前成熟的计算机、电子通信、地理信息系统（GIS）及光纤OTDR测量技术的一个光纤性能测试系统，通过部署远程控制设备实时监测光缆质量状态，进行大数据算法处理，快速分析光缆质量情况，提高分析效率；光缆发生故障时，系统能够快速精确的进行故障定位，并将定位信息发送给维护管理人员。

1.光缆智能监测管理系统OTDR技术

光缆智能监测系统，采用光纤OTDR测量技术，24小时对光纤进行监测，如损耗大于系统设置的阈值，将会产生告警，并进行精确的定位。OTDR测量技术是通过测量激光在光纤传播过程中，产生的后向散射光，来确定光纤的衰减情况及故障定位。

OTDR工作时，内部的激光脉冲发生器向备测光纤发送一光脉冲，光脉冲在光纤传播的过程，会产生后向的散射光瑞利散射及菲涅尔反射，反射回的光信号又通过定向耦合到OTDR的接收器，并在这里转换成电信号，结合主时钟的时间计算，得出测试光纤的距离，最终在显示屏上显示出曲线结果。

脉冲光在光纤传播过程中，会产生瑞利散射。粒子尺度远小于入射光波长时（小于波长的十分之一），其各方向上的散射光强度是不一样的，该强度与入射光的波长四次方成反比，这种现象称为瑞利散射。OTDR收集瑞利散射光，测试光纤衰减及距离。

光缆智能监测系统，结合OTDR测量技术（测试瑞利散射和菲涅尔反射的强度），计算机、电子通信、地理信息系统（GIS），对测试光纤的衰减、通断进行实时监测，并实时在计算机管理终端界面，显示光缆光纤的整体运行状况。对于故障的定位，光缆智能监测系统网管实现对光缆敷设的资源管理，包括站点、人井、手井、路干、标石、地理坐标点、缆线盘长，数据资源的实时录入，利用OTDR的定位技术，能十分精确地定位告警地理位置，并显示在计算机管理终端界面地图上。

在光纤中的速度V：V=c/n，c：真空中的光速，t：后向散射光到达的时间（往返）。

光纤长度的计算公式：2L=V×t=c×t/n

光缆智能监测系统，OTDR的测试特性与光纤传输的基本原理，结合光缆在实际敷设需要经过跳接与成端，整理成一个计算公式。公式如下：

其中的各项代号为：

（1）DR：动态范围(Dynamic Range)，单位为dB。

（2）HELoss：头端点的耗损，单位为dB。

（3）RT：跳接点(Re-Transmitter)的数量。

（4）RTLoss：每一个跳接点的耗损，单位为dB。

TXLoss：光纤对测试波长的传输耗损(Transmission Loss)，单位为dB。

2.光缆监测功能

采用智能监测终端与网络服务器软件结合的方式进行图形化光缆监控，解决光缆维护过程中直观性，准确性的问题。其具体功能如下：

（1）实时监测告警

直接使用OTDR模块远程、实时、在线地对光缆线路中被监测的每一条纤芯的运作状况进行数据采集，预防光缆线路的故障隐患。当光缆发生阻断时，系统快速准确地确定故障点的位置，并立即将故障信息发送给维护管理人员；按规定的周期，向网络监测中心传报被监测光缆线路运行状况的数据文件，使高速公路管理人员快速清晰的了解每条路段的光缆运行状态，做到系统故障提前预防和及时处理。

（2）智能资源管理

通过图形化的界面，提供GIS地图中基本的图形操作，放大、缩小、整图、漫游、选择等操作状态。系统提供了对光缆、光交接箱、光分线盒、光接头盒等设备信息的编辑查询等功能，并能自动生成光设备的展开图、光缆网络图、路由图及熔接图。对于光缆可根据纤芯颜色的设置自动生成光缆截面图，并可显示每根光纤的使用情况和相关业务信息，还提供了光路通道的调度与管理，从而大大提高企业运维效率。

3.纤芯性能分析

通过多种监测模式和测试方法，采集大量数据进行分析，分析结果直接生成专业的统计结果报表，方便管理人员日常管理与调配大量光缆纤芯资源的工作，有效提升光纤维护效率，为光缆路由规划提供数据依据，全方位展示光缆的“健康”详情。

（1）监测模式

在线监测：智能监测终端（RTU）中OTDR模块的工作波长与在用光传输设备（OTE）的工作波长不同，它能实时地对被监测光纤的运行状况进行监测。

离线监测：RTU中OTDR模块的工作波长与在用OTE的工作波长相同或不同，它能在OTE停用或OTE离开光缆线路时，对被监测光纤的运行状况进行监测。当OTE在用时，它不对被监测光纤进行监测。

备纤监测：RTU中OTDR模块的工作波长与在用OTE的工作波长相同或不同，它对被监测光缆线路中备用光纤的运行状况进行监测。

跨段监测：通过配置有源设备和无源光器件后，它对一个光缆段以上的光缆线路进行远程的在线监测、离线监测或备纤监测。

（2）测试方法

点名测试：网络监测中心的操作人员选择并遥控某RTU对某被监测光缆线路中某被监测光纤进行即时测试。

定期测试：RTU按照远程下装的测试周期、测试的起止时刻和测试参数等设置要求，对被监测光缆线路中各被测光纤进行周期性的自动测试。

障碍告警测试：当被监测的光纤发生障碍时，或接收光功率低于设定门限值时，或分析过滤与被监测光缆线路相连接的光传输设备（OTE）的网管系统或监控系统所提供的告警信息并判明可能是光缆线路的障碍时，网络监测中心即时启动RTU对该被监测光纤进行测试，并接收回传的测试数据。

二、应用效果

光缆智能监测管理系统拥有强大资源管理功能并能与GIS地图紧密结合图形化显示，操作简单、维护便捷，不仅可以对光纤网络状况实时监测，而且利用资源管理系统能快速准确的提供光纤故障点的各种信息，大大缩短了故障历时；它有效减少了光缆故障持续时间和人力投入，起到7×24小时的全周期预警作用，通信系统的管理模式从被动防守转为主动维护。

此外，系统还能使管理信息化倍增效应得到了充分显现，加强了交通行业信息化建设，提高了交通信息化基础支撑和服务保障能力，交通信息化基础设施更加趋于完善，交信息化基础保障能力显著提高。

三、经济效益

光缆智能监测管理系统可以预警光缆故障隐患，避免光缆中断给交通行业带来损失，如果故障发生，系统短时间内能够发现故障并精确定位，将故障信息发送维护人员。按系统减少光缆维护时间40～50%计算，而且还可以节约大量运营管理成本和其他效益成本，通过光缆智能监测管理系统对光缆全程监控以后，可减少大量维护车辆上路次数。

四、结语

高速公路通信网作为交通运维行业的专用网，以沿公路建设发展为特点，随路段建设而铺设，大部分光缆铺设时间较长，光缆质量下降较快，光纤资源不准，一直是通信系统维护过程中的最大痛点；因此，光缆监测系统的智能化研究必须从光缆日常建设、管理和维护等多方面出发，才能有效提高通信光缆的维护效率，减少光缆的抢修成本，使光缆日常管理变得清晰明确，进而提升光缆资源利用空间，智慧化管理交通部门光缆资源，加快推进智慧交通建设的步伐。