高寒高海拔环境对光纤传输系统的影响及应对策略分析

朱 川，黄 玺

（63787部队，新疆 石河子 832000）

0 引言

我国的高寒高海拔环境主要存在于新疆和西藏，海拔4 000米以上的地区占到国土面积的10%以上，这些地区的发展较东南沿海地区的经济还有很大的发展空间。目前，中东部地区已经基本完成了5G的覆盖，而西部地区由于其特殊的地理环境因素5G覆盖才刚刚开始，光纤通信技术作为5G发展的重要传输通道，在高寒高海拔地区还有许多问题需要克服。因此，高寒高海拔地区特殊环境下的光纤通信设备的稳定问题亟待解决，对这些地区通信的发展具有重要的意义[1]。

1 光纤传输系统线路的勘察设计规划

高寒高海拔地区自然条件恶劣人烟稀少，除个别人员聚集区以外，几乎没有人烟。海拔高，常年低温，冻土常年不化，气候复杂多变是这里的常见现象，特别是西藏及新疆的山地地区，气候更是变化无常。在施工时为了确保线路的后期维护，开设更多的业务，就必须对光缆规划进行预留，再加上高寒高海拔地区特殊的环境气候使得昼夜温差较大，光缆线路普遍较内陆地区要长，维护难度也更高。因此只有制定最完善最合理的建设方案，把所有的突发情况考虑进去，充分做好一切的预防措施，才能确保光缆网络安全稳定的运行，进一步提高光纤传输系统的稳定性[2]。

2 光纤传输系统在高海拔高寒地区存在的困难

2.1 光缆的敷设

高寒高海拔地区的特殊气候，寒冷而干燥，气候多变，四季不分明，有些地方的冰冻期长达200天以上，光缆敷设必定要穿越高山、河谷等特殊地形，地质结构复杂多变，尤其是低温形成的冻土层严重地影响着施工的进度及质量。而冻土层又根据含冰量分为少冰冻土、多冰冻土、富冰冻土、饱冰冻土和含土冰层五种类型。五种类型所对应了五种不同的施工难度，尤其是天气转暖时所形成的融区更是增加了施工的难度。融区因为有其不确定性加之边远地区气象资料的收集不足，使其成为最大的不确定因素。高山雪水融化所形成的洪灾对于线路的影响也很大，多变的气候使高山融雪形成的河流时大时小变化无常，导致施工的标准无法确定，增加了施工的难度也增加了施工成本[3]。

经查最近几年的在高寒高海拔地区的光缆故障，除去公路施工人员造成的人为事故以及山体滑坡等自然灾害引起的故障外，无一例外都是出现在光缆过河路段。深秋入冬季节，永冻层往上冻，河水往下冻，中间形成一段不稳定层，正好是光缆深埋的地段，如是碰到了土质容易变化的地段，光缆容易遭受绞力，致使光缆变形，光纤受力，最严重时光缆将形成一个折叠弯，光缆中的光纤全部折断。当天气转暖的时候，河流冰层解冻，其形成的冰凌能把跨河的光缆切断。夏季高山融雪所形成的泥石流和洪水，对过河光缆也是极大地威胁[4]。

2.2 光缆线路的维护

高寒及高海拔地区较之平原地区维护难度成倍增加。高寒及高海拔地区大多山高坡陡，雪深路滑，荒无人烟，一旦出现线路中断要及时地修复，所用的时间也将成倍增加。车辆是线路维护的主要工具，但是在高寒高海拔地区能够正常通行的道路路况不佳，车辆又因海拔高，空气中氧气少，燃油燃烧不充分，功率减小，气压低，沸点低，不能对发动机进行有效降温，使车辆经常出现故障，又因人烟稀少得不到及时维修，通信器材维修装备及人员不能及时送达故障点，使得维修效率大大降低。

光缆中的光纤是很容易折断的，尤其是在高寒高海拔地区冷热交替的季节。光缆的热胀冷缩使光缆承受了巨大的张力，而传输线路又过长，这就很容易导致光缆中断。黑龙江牡丹江至佳木斯的某中心的束管式光缆，中心束管跟外护层都从接头盒里缩出来，导致发生多次故障，致使所在线路接头盒更换了60%的接头盒。西藏拉萨至阿里的某段束管式光缆也因中心束管跟外护层都从接头盒里缩出来，导致多次通信故障，致使所在线路更换了所有的接头盒。大量的故障致使光缆线路的维护难度急剧增加。

高寒及高海拔地区特殊的环境对线路维护人员的人身健康造成威胁。由于线路较长，中间补给点较少，路况不佳，当出现紧急情况时不能够及时的处置。高原反应和冻伤是线路维护人员面临的主要威胁。某站线路维护人员在西藏阿里线路维修时，因施工车辆故障，施工人员在施工现场不能及时取暖，造成三人严重冻伤。新疆慕士塔格某施工路段因人员高原反应辛亏抢救及时没有造成人员伤亡。

2.3 光纤传输设备的保养维护

高寒高海拔地区昼夜温差大且日照普遍较内地要长，紫外线对于设备的影响也会加大。在这种特殊情况的影响下，传输设备的使用寿命必然会缩短加快老化速度，并且在使用的过程中还会存在其他方面的问题。现有传输设备对环境要求比较高，而恶劣环境条件却是高寒高海拔最基本的特征。由于高寒高海拔大气压力和空气密度小，导致外绝缘强度降低，海拔每升高1 000米，外绝缘强度降低10%左右。对于传输设备而言其出厂标准已经固定，随着空气压力的降低，也导致了击穿电压的下降，对于接地电阻的要求的标准也更高，提高了成本。

光传输设备的各种仪表都是精密的电子线路和传感器的集合体。大气压力和温度等环境因素的变化会使仪表的测试数据产生误差，普遍表现为精度降低、重复性差、漂移抖动严重、误码率升高等。

UPS是光传输系统中重要组成部分，其蓄电池对于温度变化最为敏感。正常情况下蓄电池放电时，极板上会形成硫酸铅，充电过程中还原为二氧化铅和纯铅。但是，若是温度变化快，使用不当会导致蓄电池还原不充分。高寒高海拔环境下，昼夜温差较大。一旦蓄电池处于充电不足的状态，就会导致出现极板硫化现象，导致蓄电池容量降低，内阻增大，设备在使用UPS供电时，使用时间缩短甚至中断。

3 高寒高海拔环境对光纤传输系统设备存在的影响的解决对策

3.1 光纤传输系统线路的勘察设计规划要合理

高寒高海拔环境特殊的气象地理环境要求我们要重视勘察设计规划线路的合理性。选择勘探线路路由时，要尽量避开河道处，如果实在无法避免，要对过河技术进行综合的考虑。从选缆、埋深、密封、双路由保护等多方面进行考虑。对线缆所过之处加强气象地理数据的收集，进行有针对性的规划。对于光缆选择要严格把关，加严检验项目为束管拉力测试，判断标准是单位长度束管拉力要大于30牛每米。其主要作用就是应对热胀冷缩气温变化时，光缆冷缩，造成光纤从接头盒里面拔出折断造成通信中断。光缆杆要使用油木杆，避免水泥杆在天气温度变化时风化老化过快，造成倒杆。

3.2 光缆的敷设要严把质量关

特殊情况特殊对待，选缆应选适应高寒高海拔地区的特殊用缆。加强盘缆测试。当光缆被运输到指定仓库时，工作人员必须对光缆质量进行严格测试，确保没有任何的质量问题，确认是高原高海拔专用光缆。光缆的好坏直接影响到整个光纤传输系统的传输质量，应对其进行详细的测试，对光缆盘的生产厂家、型号、长度、出场时间、油膏饱满度、加强件强度、光信号衰耗等方面进行一一测试，确保其能真正满足工程需要。其中光信号的衰减是重中之重，也是最容易出现问题的地方，如果衰耗大于设计要求应立刻更换，保留测试数据，以便为日后的管理提供有效的依据。

光纤接续工程必须认真细致处理。选择光纤熔接机必须满足高原工作的需要，尽量避免在大风、雨天等天气情况下熔接，避免灰尘及其他杂质污染光纤接头造成较大的衰耗，无法真正实现远距离传输。在实际的操作中，施工人员一定注意对熔接机进行测试，使其保持良好状态，在光缆开剥时，注意把握力度，小心谨慎，避免光缆受到损坏。

高寒高海拔地带光纤传输系统受气候影响大，反映在光缆线路上的故障点主要就是接头盒问题。比如地埋接头盒强度标准不一，当经过冬季的严寒，会出现挤压变形，盒中进水，光纤受力引起衰耗增大。架空接头盒在冬季经常出现光缆外漏的现象，天气转暖时受热膨胀，非常容易把光缆终端盒里的尾纤顶断或者弯曲度变大使光信号传输损耗增大或者中断。所以在高寒高海拔地区选择光缆终端盒非常重要，其应满足一般要求之外应当还应注意到以下几点。第一，光缆接头盒必须外壳强度要高，能够应对热胀冷缩的影响；第二，光缆加强芯和光缆接头盒的固定位置能够承受较大的拉力而不变形；第三，光缆接头盒必须选择密封性能好产品，能够承受住70度的温差变化而始终保持良好的密封性；第四，盘纤盒选择的直径要大，避免因光纤收缩而使光纤受力增大导致断纤；第五，应选择维护方便的光缆接头盒，便于维护和重复使用。

3.3 光缆线路的维护要及时准确

光缆线路维护的主要任务就是保持设备完整良好、传输质量良好、预防障碍并尽快排除故障，本着“预防为主，防抢结合”的原则，维护工作要做到精心细致，并且要结合实际采用科学合理的管理方式，才能为光纤传输系统提供稳定、优质和大容量的传输线路。高原高海拔地区线路维护较内地难度大，要达到线路维护的高标准对线路维护人员的要求较高，为达到线路通畅的标准要做到以下几点：（1）加强监测，尤其是每年在冷暖交替的时候，对隐患地带和多发故障区域加强数据监测，及时发现和解决问题；（2）对抢修线路所用工具要经常保养维护，使其处在最佳工作状态，以便随时能够对线路进行抢修；（3）配备好冬季抢修开槽的工具；（4）及时配备高原特别改装车辆，保证车辆处于能够随时出动的状态；（5）对于经常发生故障的过河处，尽量使用双路由保护，在河边做好人井，备好线杆和架空缆，一旦出现故障能够立即处理，缩短抢修时间；（6）对高原冰土溶层地区的光缆杆进行加固；（7）在设计之初就把无人中继站选址放在施工人员能够容易到达的地方，方便后期维护；（8）对光缆线路的防雷措施及时检查，虽然光缆中的纤芯是非金属材料，但是光缆中的加强芯基本都是金属材料，也会受到雷电的危害，因此要外加防雷措施。

3.4 光纤传输系统设备的保养维护要全面

光纤传输系统设备的保养维护，必须建立起宏观设备的系统理念。应将所有影响系统的因素考虑在其中。光纤传输系统是一个整体，其中任何一个环节出现故障设备运转就会出现问题，所以宏观设备理念的建立必不可少。其表现在以下4个方面：（1）当设备运转正常时，是否按照规定对其进行保养维护，在宏观设备理念指导下必然不会有漏项；（2）当故障发生时，不能够及时发现故障点，可以在宏观设备理念指导下根据故障点对传输系统的影响，根据排除法，对故障相似点进行一一排除，直至确定故障点排除故障；（3）在设备宏观理念的逻辑下，排除故障后，对故障进行评估，并制定维修方案，以便当别的故障点出现时，能够及时有效地排除；（4）由于造成光纤传输系统设备出现故障的因素多种多样，如果单一的去解决必然会延长故障排除的时间，特别是在多个故障同时发生时，必须在设备宏观理念的指导下才能够准确无误的处理问题。

4 结语

综上所述，光纤传输系统在高寒高海拔地带正常运行需要克服低温时间长、冰冻期长、日照时间长、风力大、气象灾害频发所造成的困难。有鉴于此，本文通过对高寒高海拔地区整个光纤传输系统的施工以及设备的防护进行了分析，提出了相应的解决对策，提高了光纤传输系统在高寒高海拔地区的传输质量。光纤传输是大容量的数据传输，对经济的发展起到巨大的促进作用，如果我们能够克服困难，提高传输质量，必定对我国高寒高海拔地区的经济建设做出贡献。