張洪陶

當(dāng)前，國(guó)家已明確政策舉措，開始實(shí)施并落實(shí)取消全國(guó)高速公路省界收費(fèi)站的方案，并且在“加快建設(shè)和完善高速公路收費(fèi)體系”以及“加快ETC電子不停車快捷收費(fèi)系統(tǒng)的推廣應(yīng)用”兩個(gè)方面，對(duì)高速公路通信網(wǎng)在穩(wěn)定性、可靠性提出了更高要求。

長(zhǎng)期以來，高速公路通信網(wǎng)在路段日常運(yùn)營(yíng)過程中都發(fā)揮著十分重要的作用，但由于缺乏全面有效的監(jiān)測(cè)手段，通信線路發(fā)生故障后很難做到及時(shí)恢復(fù)，直接影響了整個(gè)路段管理系統(tǒng)的正常運(yùn)行。目前普遍采用的人工維護(hù)模式既費(fèi)工又費(fèi)時(shí)，完全無法滿足現(xiàn)代化通信系統(tǒng)的運(yùn)維要求，因此交通行業(yè)對(duì)通信光纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的智能化程度有著十分急迫的探索需求。

一、光纜智能監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)

光纜智能監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)是集成了目前成熟的計(jì)算機(jī)、電子通信、地理信息系統(tǒng)（GIS）及光纖OTDR測(cè)量技術(shù)的一個(gè)光纖性能測(cè)試系統(tǒng)，通過部署遠(yuǎn)程控制設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光纜質(zhì)量狀態(tài)，進(jìn)行大數(shù)據(jù)算法處理，快速分析光纜質(zhì)量情況，提高分析效率；光纜發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)能夠快速精確的進(jìn)行故障定位，并將定位信息發(fā)送給維護(hù)管理人員。

1.光纜智能監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)OTDR技術(shù)

光纜智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用光纖OTDR測(cè)量技術(shù)，24小時(shí)對(duì)光纖進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如損耗大于系統(tǒng)設(shè)置的閾值，將會(huì)產(chǎn)生告警，并進(jìn)行精確的定位。OTDR測(cè)量技術(shù)是通過測(cè)量激光在光纖傳播過程中，產(chǎn)生的后向散射光，來確定光纖的衰減情況及故障定位。

OTDR工作時(shí)，內(nèi)部的激光脈沖發(fā)生器向備測(cè)光纖發(fā)送一光脈沖，光脈沖在光纖傳播的過程，會(huì)產(chǎn)生后向的散射光瑞利散射及菲涅爾反射，反射回的光信號(hào)又通過定向耦合到OTDR的接收器，并在這里轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，結(jié)合主時(shí)鐘的時(shí)間計(jì)算，得出測(cè)試光纖的距離，最終在顯示屏上顯示出曲線結(jié)果。

脈沖光在光纖傳播過程中，會(huì)產(chǎn)生瑞利散射。粒子尺度遠(yuǎn)小于入射光波長(zhǎng)時(shí)（小于波長(zhǎng)的十分之一），其各方向上的散射光強(qiáng)度是不一樣的，該強(qiáng)度與入射光的波長(zhǎng)四次方成反比，這種現(xiàn)象稱為瑞利散射。OTDR收集瑞利散射光，測(cè)試光纖衰減及距離。

光纜智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，結(jié)合OTDR測(cè)量技術(shù)（測(cè)試瑞利散射和菲涅爾反射的強(qiáng)度），計(jì)算機(jī)、電子通信、地理信息系統(tǒng)（GIS），對(duì)測(cè)試光纖的衰減、通斷進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并實(shí)時(shí)在計(jì)算機(jī)管理終端界面，顯示光纜光纖的整體運(yùn)行狀況。對(duì)于故障的定位，光纜智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)管實(shí)現(xiàn)對(duì)光纜敷設(shè)的資源管理，包括站點(diǎn)、人井、手井、路干、標(biāo)石、地理坐標(biāo)點(diǎn)、纜線盤長(zhǎng)，數(shù)據(jù)資源的實(shí)時(shí)錄入，利用OTDR的定位技術(shù)，能十分精確地定位告警地理位置，并顯示在計(jì)算機(jī)管理終端界面地圖上。

在光纖中的速度V：V=c/n，c：真空中的光速，t：后向散射光到達(dá)的時(shí)間（往返）。

光纖長(zhǎng)度的計(jì)算公式：2L=V×t=c×t/n

光纜智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，OTDR的測(cè)試特性與光纖傳輸?shù)幕驹?，結(jié)合光纜在實(shí)際敷設(shè)需要經(jīng)過跳接與成端，整理成一個(gè)計(jì)算公式。公式如下：

其中的各項(xiàng)代號(hào)為：

（1）DR：動(dòng)態(tài)范圍(Dynamic Range)，單位為dB。

（2）HELoss：頭端點(diǎn)的耗損，單位為dB。

（3）RT：跳接點(diǎn)(Re-Transmitter)的數(shù)量。

（4）RTLoss：每一個(gè)跳接點(diǎn)的耗損，單位為dB。

TXLoss：光纖對(duì)測(cè)試波長(zhǎng)的傳輸耗損(Transmission Loss)，單位為dB。

2.光纜監(jiān)測(cè)功能

采用智能監(jiān)測(cè)終端與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器軟件結(jié)合的方式進(jìn)行圖形化光纜監(jiān)控，解決光纜維護(hù)過程中直觀性，準(zhǔn)確性的問題。其具體功能如下：

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)告警

直接使用OTDR模塊遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)、在線地對(duì)光纜線路中被監(jiān)測(cè)的每一條纖芯的運(yùn)作狀況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，預(yù)防光纜線路的故障隱患。當(dāng)光纜發(fā)生阻斷時(shí)，系統(tǒng)快速準(zhǔn)確地確定故障點(diǎn)的位置，并立即將故障信息發(fā)送給維護(hù)管理人員；按規(guī)定的周期，向網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)中心傳報(bào)被監(jiān)測(cè)光纜線路運(yùn)行狀況的數(shù)據(jù)文件，使高速公路管理人員快速清晰的了解每條路段的光纜運(yùn)行狀態(tài)，做到系統(tǒng)故障提前預(yù)防和及時(shí)處理。

（2）智能資源管理

通過圖形化的界面，提供GIS地圖中基本的圖形操作，放大、縮小、整圖、漫游、選擇等操作狀態(tài)。系統(tǒng)提供了對(duì)光纜、光交接箱、光分線盒、光接頭盒等設(shè)備信息的編輯查詢等功能，并能自動(dòng)生成光設(shè)備的展開圖、光纜網(wǎng)絡(luò)圖、路由圖及熔接圖。對(duì)于光纜可根據(jù)纖芯顏色的設(shè)置自動(dòng)生成光纜截面圖，并可顯示每根光纖的使用情況和相關(guān)業(yè)務(wù)信息，還提供了光路通道的調(diào)度與管理，從而大大提高企業(yè)運(yùn)維效率。

3.纖芯性能分析

通過多種監(jiān)測(cè)模式和測(cè)試方法，采集大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分析結(jié)果直接生成專業(yè)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果報(bào)表，方便管理人員日常管理與調(diào)配大量光纜纖芯資源的工作，有效提升光纖維護(hù)效率，為光纜路由規(guī)劃提供數(shù)據(jù)依據(jù)，全方位展示光纜的“健康”詳情。

（1）監(jiān)測(cè)模式

在線監(jiān)測(cè)：智能監(jiān)測(cè)終端（RTU）中OTDR模塊的工作波長(zhǎng)與在用光傳輸設(shè)備（OTE）的工作波長(zhǎng)不同，它能實(shí)時(shí)地對(duì)被監(jiān)測(cè)光纖的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

離線監(jiān)測(cè)：RTU中OTDR模塊的工作波長(zhǎng)與在用OTE的工作波長(zhǎng)相同或不同，它能在OTE停用或OTE離開光纜線路時(shí)，對(duì)被監(jiān)測(cè)光纖的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)OTE在用時(shí)，它不對(duì)被監(jiān)測(cè)光纖進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

備纖監(jiān)測(cè)：RTU中OTDR模塊的工作波長(zhǎng)與在用OTE的工作波長(zhǎng)相同或不同，它對(duì)被監(jiān)測(cè)光纜線路中備用光纖的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

跨段監(jiān)測(cè)：通過配置有源設(shè)備和無源光器件后，它對(duì)一個(gè)光纜段以上的光纜線路進(jìn)行遠(yuǎn)程的在線監(jiān)測(cè)、離線監(jiān)測(cè)或備纖監(jiān)測(cè)。

（2）測(cè)試方法

點(diǎn)名測(cè)試：網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)中心的操作人員選擇并遙控某RTU對(duì)某被監(jiān)測(cè)光纜線路中某被監(jiān)測(cè)光纖進(jìn)行即時(shí)測(cè)試。

定期測(cè)試：RTU按照遠(yuǎn)程下裝的測(cè)試周期、測(cè)試的起止時(shí)刻和測(cè)試參數(shù)等設(shè)置要求，對(duì)被監(jiān)測(cè)光纜線路中各被測(cè)光纖進(jìn)行周期性的自動(dòng)測(cè)試。

障礙告警測(cè)試：當(dāng)被監(jiān)測(cè)的光纖發(fā)生障礙時(shí)，或接收光功率低于設(shè)定門限值時(shí)，或分析過濾與被監(jiān)測(cè)光纜線路相連接的光傳輸設(shè)備（OTE）的網(wǎng)管系統(tǒng)或監(jiān)控系統(tǒng)所提供的告警信息并判明可能是光纜線路的障礙時(shí)，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)中心即時(shí)啟動(dòng)RTU對(duì)該被監(jiān)測(cè)光纖進(jìn)行測(cè)試，并接收回傳的測(cè)試數(shù)據(jù)。

二、應(yīng)用效果

光纜智能監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)擁有強(qiáng)大資源管理功能并能與GIS地圖緊密結(jié)合圖形化顯示，操作簡(jiǎn)單、維護(hù)便捷，不僅可以對(duì)光纖網(wǎng)絡(luò)狀況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而且利用資源管理系統(tǒng)能快速準(zhǔn)確的提供光纖故障點(diǎn)的各種信息，大大縮短了故障歷時(shí)；它有效減少了光纜故障持續(xù)時(shí)間和人力投入，起到7×24小時(shí)的全周期預(yù)警作用，通信系統(tǒng)的管理模式從被動(dòng)防守轉(zhuǎn)為主動(dòng)維護(hù)。

此外，系統(tǒng)還能使管理信息化倍增效應(yīng)得到了充分顯現(xiàn)，加強(qiáng)了交通行業(yè)信息化建設(shè)，提高了交通信息化基礎(chǔ)支撐和服務(wù)保障能力，交通信息化基礎(chǔ)設(shè)施更加趨于完善，交信息化基礎(chǔ)保障能力顯著提高。

三、經(jīng)濟(jì)效益

光纜智能監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)可以預(yù)警光纜故障隱患，避免光纜中斷給交通行業(yè)帶來?yè)p失，如果故障發(fā)生，系統(tǒng)短時(shí)間內(nèi)能夠發(fā)現(xiàn)故障并精確定位，將故障信息發(fā)送維護(hù)人員。按系統(tǒng)減少光纜維護(hù)時(shí)間40～50%計(jì)算，而且還可以節(jié)約大量運(yùn)營(yíng)管理成本和其他效益成本，通過光纜智能監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)對(duì)光纜全程監(jiān)控以后，可減少大量維護(hù)車輛上路次數(shù)。

四、結(jié)語(yǔ)

高速公路通信網(wǎng)作為交通運(yùn)維行業(yè)的專用網(wǎng)，以沿公路建設(shè)發(fā)展為特點(diǎn)，隨路段建設(shè)而鋪設(shè)，大部分光纜鋪設(shè)時(shí)間較長(zhǎng)，光纜質(zhì)量下降較快，光纖資源不準(zhǔn)，一直是通信系統(tǒng)維護(hù)過程中的最大痛點(diǎn)；因此，光纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的智能化研究必須從光纜日常建設(shè)、管理和維護(hù)等多方面出發(fā)，才能有效提高通信光纜的維護(hù)效率，減少光纜的搶修成本，使光纜日常管理變得清晰明確，進(jìn)而提升光纜資源利用空間，智慧化管理交通部門光纜資源，加快推進(jìn)智慧交通建設(shè)的步伐。