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光电缆运维及防盗综合监测系统

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问题与现状


人为因素导致的断缆、物理压强过大导致的通信效率下降等问题就像达摩克里斯之剑一样悬在每个光缆运营者的头上挥之不去

据统计,2015年底全国建设的光缆总量达到了人均0.66芯,即2亿芯,按平均24芯/缆计算,全国光缆总数达到近1000万。而大规模长距离光缆运营者面临的最大也是最常见问题,是由于外界因素导致的光缆通信效率下降和光缆通信中断等问题。由于光缆长距离部署,在发生外部干扰性事件时,很难快速定位外部事件发生的位置,会极大地延缓故障修复进度。这种运营模式下的运维和防盗一直是所有光缆拥有者面临的挑战,为了缓解或解决近年来城区、郊区以及⾼速公路管道光缆运行维护管理工作困难和长期被人为破坏等情况,WiFiberMon系统实现了光缆故障、外界开挖等破坏事件的准确检测定位报警,集故障定位、运维管理、防盗等功能于一体。(详见图1、2、3)

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系统设计原理与架构


基于纤芯本身信号进行数据监测、采集和处理是真正解决大范围长距离光缆监测的唯一有效途径

由于光缆敷设的特殊性,如果采用电信号装置实现光缆监测的定位等能力,则监测精度取决于电信号装置的密度。而光缆的大范围长距离部署,决定了独立于光缆实施的任何监测技术手段都无法在合理成本基础上实现高精度、大覆盖的业务目标。

基于自主研发的分布式光纤传感技术解决管道光缆的运维管理和防盗等技术难题。通过利用现有光电缆中通信光缆中的空余纤芯,收集外界扰动对小弱光信号的影响信息,经过数据分析,转换成为光纤传感信息,能够触发告警信号,完成光缆故障、外界开挖等破坏事件的准确检测定位报警,实现集故障定位、运维管理、防盗等功能于一体的综合监测系统。


系统功能架构(详见图4)


    1.系统整体可分为三部分子系统模块功能:

    包含资源录用、资源修改、资源呈现功能,相关资源数据包括:

    ·光缆路由走向;

    ·管井之间距离;

    ·管井之间光缆距离;

    ·光缆历史检修记录;

    ·其它相关数据。

    该子系统作为整套系统的基础数据提供与维护模块,支撑防盗监测和线缆巡检功能。

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    2.防盗监测管理

    实现多条光电缆防盗防破坏及综合管理功能,以及设备自身的状态监测及设备管理功能。该部分功能包含:

    ·告警信息图形化呈现;

    ·告警信息预判机制建设;

    ·告警信息处理;

    ·告警信息记录。

    3.线缆巡检管理

    对电子标签进行信息读写,并对手持电子标签终端所上传的数据进行整理分析,记录手持终端读取电子标签记录,作为巡检记录,并呈现在软件界面上。

    

系统部署


分布式部署多通道传感装置,电子标签增加定点巡检的自动化能力,集中式资源数据后台实现对光传感信息的分析处理与运维监测

根据光缆路由走向和资源分布,确定多通道传感装置的部署位置。该装置为光缆单端部署模式,对于任意光缆仅需部署在一端即可完成光缆监测。监测指标包括:

光缆受到的外界扰动信息—外界因素形成的光缆物理扰动,引发的传感探测信号波动;

光缆受到的物理压强信号—传感器发出的调制光信号在经过光缆沿线具有不同压强分段(例如10米一段)时,其折射、衍射、反射等信号会出现差异,从被被传感器感知;

光缆所处环境的温度—传感器发出的调制光信号在经过光缆沿线具有不同温度分段(例如10米一段)时,其信号会出现差异,从而被传感器感知多通道传感装置既可以仅对上述指标中的一种进行探测,也可以对多种指标同时探查,只是成本不同而已。

监控主机用于实现后台的光缆资源统一管理、光信息数据分析处理;

多通道光信号解调系统通过光开关分时接入多条通信光缆,同步并行监测;

电子标签及手持式电子标签终端,主要用于实现线缆标识及巡检过程中对不同线缆的识别,并通过GPRS无线通信模块,将信息实时发送给监控终端,进行巡检率的自动计算。


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场景呈现


    与卫星地图相整合的可视化界面,高效、直观地呈现出当前的光缆资源分布、防盗窃盗割信息

    系统呈现的功能提供了可视化综合交互模块,包括百度地图入侵报警及运维巡检综合交互,界面报警声、光提示,GPRS终端状态显示等其它信息。(详见图6)

    

    防盗检测

    可以看到,该系统用于防盗监测具有定位精准,实时感知,可视化呈现的特点,并且具备在尚未发生入侵(例如仅产生了钻探振动)时预警的能力。(详见图6)

    

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资源管理与巡检


    线缆资源管理

    记录光缆的名称、长度、经纬度位置等信息。(详见图6)

    管井资源管理

    记录管井号、对应光缆、位于对应光缆的具体位置、管井经纬度位置和电子标签编号(如果部署了电子标签)。(详见图6)

    电⼦标签资源管理

    记录了电子标签编号、管井号、光缆号、巡检序号、巡检日期和时间。(详见图6)

    技术突破与创新

    本系统实现了以下四个方面的技术突破和创新:

    ·实现单端监测距离86km,定位精度: 20m;

    ·提升了长距离光缆监测的信噪比;

    ·降低了传感装置扫频次数,提示测量速度,同时改善测量准确度;

    ·通过集中分布式光纤传感技术、RFID射频识别、GPRS⽆线通信模块、短信猫技术及数据库管理、百度地图交互等多种技术,综合实现智能电子管道通信光缆运维及资源管理,实现对管道通信光缆健康监测的“智能”、“自动化”及“可视化” 等方面的综合升级改造。


试点应用评价


“从该系统的试点应用过程中,我们看到了面向大规模距离光缆部署,实现自动化运维管理的能力。该系统如能广泛应用,必将让光缆运维的技术能力和水平前进一大步。”

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