光缆监测系统在高速公路通信系统中的应用分析

2021-11-30刘畅

科学与信息化 2021年17期

刘畅

安徽交控信息产业有限公司安徽合肥 230000

引言

高速公路机电系统正处于时代发展前列，通过高科技、大数据实现工程管理数字化、系统化、快速化，并且通过大数据分析，对施工质量进行实时监控、实时分析，做到一有问题立即发现，这样既能减少损失，又能确保通信管道及设备正常使用。未来，相信随着科技的发展，通信管道监测系统在机电施工方面的应用将会更加广泛。

1 光缆监测系统结构及原理

光缆监测系统由监测中心、监测终端和远端光缆测试单元（RTU）组成，中间通过测试光缆作为连接通道监测中心是系统数据会集中心，可直接对光缆测试单元（RTU）进行管理；监测终端用于终端用户对数据的查询，采用WEB架构；远端光缆测试单元（RTU）是OTDR、光开关等模块通过背板总线技术集成的设备系统，可对光芯实现24小时全天候监测，记录其监测状况并进行分析对比，当发现光缆异常时可自动判断、分析故障信息，做出准确的固定定位，还可及时发送信息至相关路段管养单位进行修复。RTU提供10/100MBase－TEthernet接口，通信上采用最通用的TCP/IP协议做通信组网，使用2M通道，透过协议转换器转换为Ethernet，监控中心便可与RTU通信；也可用传输设备的以太网通道，OTDR采用1550nm的测试波长，通过OTDR离线测试从光缆备纤中抽取1芯做OTDR距离监测，再通过光功率离线监测抽取1芯光缆，在末端放稳定光源，RTU内用光功率模块采集，如果光功率变化超过设定门限，启动OTDR测试，以及时发现故障具体位置[1]。

2 高速公路通信系统基本概述

从概念上看，高速公路通信系统指的是高速公路运营管理、实时监控及日常收费过程中获取语音、图像及数据的数字通道系统。从形式上看，现阶段高速公路通信系统带有极强的综合性，现已发展成为光纤数字传输与同程控制数字交换系统的组合。从高速公路通信系统的构成上看，其主要包括光纤数字传输系统、监控及收费数据传输通路、数字程控交换系统、金属光缆敷设、路侧通话系统、监控及收费闭路电视传输通道、电源及接地系统等。从高速公路通信系统的设计目标上看，主要有以下几点：配套高速公路的收费及运营管理，满足两者的通信需求；借助金属电缆及光缆，达成图像、语音、数据的传输；以OAM&P等运行管理软件组建SDH接入传输网；通过数字进程交换机系统传达信令及提供ISDN等数字网接口；实现基于高速道路的网络运行管理信息查询及软硬件冗余校验[2]。

3 光缆监测系统设计

利用光缆传输光信号，会出现如下变化：第一，光信号强度会衰减。第二，光信号脉冲波动会出现展宽现象。针对光信号变化，应当应用专业光电检测器，确保电信号和光信号的随意转换。专业光电检测器必须具备灵敏响应；可靠性、经济性、灵敏度高；低噪声特点。值得一提的是，光电探测器的光敏面，应当和光纤芯径相适配。在光缆传感通信中，应用最广泛的光电探测器为光电二极管，该类探测器可以应用到短距离、小容量的光缆通信系统中。在实际应用中，可以将光电二极管作为电流源，当光电二极管负载阻抗为零时，可以展现出优质的输出特性。光电二极管只可以检测到微弱光电流信号，还会受到外部噪声影响。因此需要关闭输出端的低噪声前置放大器，这样可以放大光电二极管光信号，以此输出信号；同时可以确保电路与光电二极管的阻抗匹配。应用前置放大器，必须具备低音、高效特点，持续提供低输出阻抗，确保信号带宽足够，负载能力满足要求，具备较强的线性能力与抗干扰能力。

4 光缆在线监测组网

光缆在线监测平台能调用前述光缆巡线分析仪系统的光缆资源数据，接收监控客户端的监控指令和分发测试、告警等消息，为连接到服务器的多个客户端提供测试控制、故障处理、电子地图、光缆拓扑、报表输出等操作功能[3]。其具体功能设计如下：①光缆监测数据管理技术根据油气管道光缆管理要求，建立油气管道光缆资源数据库，数据信息包括油气管道光缆长度、接头盒位置坐标、在用纤芯、中继段距离、故障报告等内容，通过大数据整合光缆资源信息，为光缆监测提供大数据分析平台。针对光缆监测需求建立相应的光缆监测数据采集标准、数据制作与数据存储标准，包括监测数据采集、数据处理、数据上传与下载等，实现数据的标准化管理。②在线故障预警系统收到告警，能够启动监测系统对告警光纤进行测试，收到监测故障曲线数据文件后，快速完成故障分析报告，判明故障点的位置、故障点前后资源点位置，在电子地图上显示故障位置及相应标识人井地理信息，发出故障通知单，同时记录故障发生时间和受理回应的时间。该系统具有数据分析功能，包括：光纤曲线数据的对比分析、全程传输损耗、全程光学长度、接头损耗、两接头点之间的光纤衰减系数、光连接器位置、光纤接头盒和光纤断点位置，能够根据某一光纤一段时间内的曲线分析其接头和光纤损耗的时间变化特性。③光缆监测数据的智能分析在光缆发生故障时，以不超过60s的时间内精确定位故障点位置，向终端和客户端发出报警任务。掌握光缆特性变化、预防光缆故障，对光纤特性长期、定时在线监测，对监测数据分类统计、分析，发现光缆的缆、段、纤、接头的衰耗劣化趋势，捕捉光缆故障的征兆。