本發(fā)明涉及電力光纜監(jiān)測及故障檢修系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于GIS平臺(tái)的光纜在線智能監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

光通信網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前電力行業(yè)最主要的通信網(wǎng)絡(luò)，承擔(dān)高速、遠(yuǎn)程骨干通信的建設(shè)。隨著光網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)的傳輸結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，對(duì)光纜的維護(hù)、光纜狀態(tài)的監(jiān)測變的越來越重要且越來越復(fù)雜。早期建設(shè)的光纜也已有了一定的年限，各種隱患，各種危機(jī)隨時(shí)存在，光纜線路故障次數(shù)的連年增加就充分說明了這個(gè)問題。業(yè)內(nèi)人士最近幾年對(duì)全球數(shù)百個(gè)傳輸網(wǎng)絡(luò)的故障分析后得到一個(gè)結(jié)論：光纜通信的線路故障要比設(shè)備故障更為突出，在所有的傳輸事故中，一半以上是以光纜為主的傳輸介質(zhì)故障所導(dǎo)致，故障時(shí)間約占不可用時(shí)間的90%以上，每年因通信光纜故障而造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大。由此可見光纜是影響網(wǎng)絡(luò)安全性的主要因素。

隨著智能電網(wǎng)的全面建設(shè)，電網(wǎng)生產(chǎn)、經(jīng)營業(yè)務(wù)日益增長，單套設(shè)備、單條光纜的承載業(yè)務(wù)情況日趨集中，單一設(shè)備、光纜故障有可能導(dǎo)致的系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)增加。傳統(tǒng)的基于OTDR等儀器的光纜檢測的光纜線路維護(hù)管理模式中，監(jiān)測設(shè)備由多部分組成，可靠性不高，對(duì)故障的反應(yīng)速度由人而定，故障查找非常困難；排障時(shí)間長，故障定位能力差，無法預(yù)測隱患，影響通信網(wǎng)的正常工作。對(duì)于光傳輸設(shè)備的監(jiān)測主要依賴各設(shè)備廠家提供的專業(yè)網(wǎng)管系統(tǒng)，通用性差、不通廠家設(shè)備難以兼容?，F(xiàn)場檢測光纜斷點(diǎn)等故障的效率低下，且需要中斷當(dāng)前的正常傳輸業(yè)務(wù)，難以實(shí)現(xiàn)長期、實(shí)時(shí)監(jiān)測，無法掌握光纜參數(shù)長期變化統(tǒng)計(jì)，只能實(shí)現(xiàn)故障后緊急搶修，無法做到事前預(yù)警。

申請(qǐng)?zhí)枮?01510437317.6的專利涉及光纖通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種多功能FTTH專用OTDR測試儀，包括LCD、MCU、OTDR、LTDR、光功率計(jì)、紅光源、尋線儀、網(wǎng)絡(luò)測速儀和線路測試儀，LCD、OTDR、LTDR、光功率計(jì)、紅光源、尋線儀、網(wǎng)絡(luò)測速儀和線路測試儀通過連接線連接在MCU上，OTDR上設(shè)有激光收發(fā)組件，激光收發(fā)組件包括二分光拉錐、激光發(fā)射管和雪崩接收管，激光發(fā)射管和雪崩接收管連接在二分光拉錐上，激光發(fā)射管通過驅(qū)動(dòng)、雪崩接收管通過放大器連接在微控制單元MCU上。本裝置融合了光纖寬帶安裝維護(hù)所需的各種測試功能，集OTDR、LTDR、光功率計(jì)、紅光源、尋線儀、網(wǎng)絡(luò)測試、線路測試于一體，填補(bǔ)了國內(nèi)光纖到戶專用多功能測試儀的空白。

申請(qǐng)?zhí)枮?01110358502.8的專利涉及一種OTDR光收發(fā)模塊，包括盒體、及設(shè)置在盒體內(nèi)部的光器件，所述盒體的一端設(shè)置有光口，所述光口上設(shè)置有LC接口。通過將光收發(fā)模塊的接口設(shè)置成LC接口，使得光收發(fā)模塊內(nèi)部具有更大的PCB設(shè)計(jì)空間，使OTDR設(shè)備能集成在其內(nèi)部。

申請(qǐng)?zhí)枮?01410541412.6的專利涉及使用OTDR儀器的光纖測試。一種用于使用光時(shí)域反射計(jì)(OTDR)儀器來測試通信網(wǎng)絡(luò)中的光纖電纜的操作的方法，該方法包括接收待測試光纖組的標(biāo)識(shí)符的范圍。顯示第一光纖組的標(biāo)識(shí)符。該第一光纖組被包括在該范圍中并構(gòu)成待測試的下一個(gè)光纖組。確定該第一光纖組是否連接到OTDR儀器。響應(yīng)于確定第一光纖組連接到OTDR儀器，使用OTDR儀器對(duì)第一光纖組進(jìn)行測試。顯示第二光纖組的標(biāo)識(shí)符。該第二光纖組被包括在該范圍中并構(gòu)成待測試的下一個(gè)光纖組。

然而，目前的光纖故障定位仍存在以下問題：（1）當(dāng)前普遍使用OTDR測試光纖得到多條光纖的光功率衰減曲線，然后使用計(jì)算機(jī)對(duì)大量數(shù)據(jù)做信號(hào)處理和分析，這樣對(duì)數(shù)據(jù)的處理難度，這直接導(dǎo)致計(jì)算的故障位置在光纜中的位置不準(zhǔn)確。（2）對(duì)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行光纖監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)均為文本格式，檢測的方式存在這樣的問題：OTDR得到的測試數(shù)據(jù)夾雜大量噪聲，加大了人員根據(jù)紙質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜吐酚蓤D確定光纖故障的實(shí)際具體位置，這種方式十分不方便；并且非專業(yè)的光纜維護(hù)人員一般看不懂網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜吐酚蓤D，無法完成故障位置的定位，導(dǎo)致檢修效率極其低下。（3）現(xiàn)有的GIS地圖與光纜實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)路由沒有有機(jī)結(jié)合，使得故障點(diǎn)的實(shí)際地理位置更加難以確定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供基于GIS平臺(tái)的光纜在線智能監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)，通過及時(shí)調(diào)取各光纜訊息并對(duì)信息進(jìn)行加工，同時(shí)，系統(tǒng)可以靈活利用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，系統(tǒng)采用機(jī)架式集成，集成度高，穩(wěn)定性強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)能清晰顯示故障GPS點(diǎn)和故障類型，維護(hù)人員可通過GIS地圖精確定位，從而提高維護(hù)效率。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是：基于GIS平臺(tái)的光纜在線智能監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)，包括監(jiān)測單元與定位單元，所述監(jiān)測單元包括智能診斷主機(jī)、診斷單元和PC終端顯示單元，所述智能診斷主機(jī)包括中央處理器以及分別與所述中央處理器連接的光時(shí)域反射儀模塊、光路切換模塊、光功率監(jiān)測模塊，所述診斷單元包括電源模塊以及分別與所述電源模塊連接的光源設(shè)備、光耦合模塊和光保護(hù)模塊，所述定位單元包括設(shè)置在光纜中的故障定位器。

進(jìn)一步地，所述故障定位器在GIS平臺(tái)中結(jié)合實(shí)際地理位置信息對(duì)光纜信息進(jìn)行標(biāo)記，所述光纜信息包括光纜接頭盒編號(hào)和塔桿編號(hào)。

進(jìn)一步地，所述中央處理器包括MCU嵌入式微處理器模塊。

進(jìn)一步地，所述光源設(shè)備包括脈沖激光器，所述方向耦合器通過法蘭與待測光纖連接。

進(jìn)一步地，所述光耦合模塊包括方向耦合器，所述脈沖激光器通過脈沖驅(qū)動(dòng)電路與所述MCU處理器連接。

進(jìn)一步地，所述光保護(hù)模塊包括相互連接的光電檢測電路、信號(hào)放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，所述光電檢測電路與所述方向耦合器連接。

進(jìn)一步地，所述光路切換模塊包括單片機(jī)芯片以及分別與所述單片機(jī)芯片連接的光開關(guān)單元與總線單元。

進(jìn)一步地，所述光功率監(jiān)測模塊包括離線式告警模塊和在線式告警模塊。

進(jìn)一步地，所述PC終端顯示單元包括PC客戶端以及與其連接的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、網(wǎng)管服務(wù)器。

進(jìn)一步地，所述PC客戶端設(shè)置系統(tǒng)管理軟件，所述系統(tǒng)管理軟件包括網(wǎng)管顯示功能、故障定位顯示功能、多曲線顯示功能、光纜劣化分析與跟蹤顯示功能、事件自動(dòng)分析功能、事件告警及管理顯示功能。

本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1、本發(fā)明系統(tǒng)具有全面性，能滿足全面監(jiān)測的要求，因?yàn)椴徽摴舛藱C(jī)發(fā)送端輸出光功率減少還是光纖網(wǎng)絡(luò)的衰減增加，都會(huì)十分敏感的將其變化記錄下來。這意味著智能光纜網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)既可以監(jiān)測光端機(jī)發(fā)送端也可以監(jiān)測光纖網(wǎng)絡(luò)，因此能對(duì)整個(gè)光纖通信系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測和管理。

2、本發(fā)明系統(tǒng)具有定量性，系統(tǒng)選擇反映光信號(hào)幅度的光功率作為光纖通信質(zhì)量的監(jiān)測指標(biāo)，這是因?yàn)樗苷鎸?shí)的描述并反映光纖通信質(zhì)量的品質(zhì)。選擇光功率的優(yōu)勢(shì)在于：實(shí)用，—般來講光功率信號(hào)較大就意味著光通信質(zhì)量較好；簡單，每個(gè)光通信通道只有1個(gè)值，很容易處理和存儲(chǔ)其質(zhì)量狀態(tài)的數(shù)據(jù)；普通，也就是說容易計(jì)算且顯而易見，較其他通信質(zhì)量參數(shù)容易被維護(hù)人員接受。

3、本發(fā)明系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性，因?yàn)橹悄芄饫|網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)的光功率分路器和光電轉(zhuǎn)換器件都是線性元件，且它們是永久地置于每1個(gè)光纖通道中，故不需要均分、不需要1個(gè)通道到 1個(gè)通道的切換。

4、本發(fā)明系統(tǒng)具有在線功能，系統(tǒng)的光功率分路器和光電轉(zhuǎn)換器件都是無源光器件，它不會(huì)向被監(jiān)視下的光纖通信系統(tǒng)發(fā)射任何的光信號(hào)。因此它在線監(jiān)測時(shí)不會(huì)妨礙正常通信系統(tǒng)。

5、本發(fā)明系統(tǒng)具有高可靠性，在該系統(tǒng)中僅有1個(gè)光器件(光分路器)插入在光通信通道的兩端，插入光器件的數(shù)目是最少的，總的光插入損耗約為0．5dB，而智能光纜網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換器件也是非常穩(wěn)定的元件，它由超大規(guī)模集成電路組成。光功率分路器的可靠性由它的制造工藝來保證，它是用光纖的熔融法制成的。

6、本發(fā)明系統(tǒng)具有預(yù)警性，智能光纜網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)因?yàn)橛凶詫W(xué)習(xí)功能和比較功能，所以可設(shè)置多個(gè)提前報(bào)警值或故障閾值功率，以實(shí)現(xiàn)提前預(yù)警和報(bào)警功能。

7、本發(fā)明系統(tǒng)具有預(yù)見性，通過對(duì)每一光通道的光功率數(shù)據(jù)的長時(shí)期的采集、計(jì)算和分析，智能光纜網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)就可發(fā)現(xiàn)光通信系統(tǒng)的光衰減值與時(shí)間的內(nèi)在聯(lián)系，從而找出光衰減值在時(shí)間上的變化曲線，由此可得到光纖通信系統(tǒng)光衰減到某一功率值時(shí)的時(shí)間，將該時(shí)間預(yù)報(bào)給維護(hù)管理人員，就可對(duì)光纖通信系統(tǒng) 在該日期之前進(jìn)行處理，以避免故障發(fā)生。

8、本發(fā)明系統(tǒng)具有獨(dú)立性，智能光纜網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)直接從光纖中獲取光功率信號(hào)，如果光纖在線自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)通信媒介不使用被監(jiān)測的光通信系統(tǒng)，則光纖在線自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)是一完全獨(dú)立的系統(tǒng)。

9、本發(fā)明是一套針對(duì)光纖網(wǎng)絡(luò)管理和維護(hù)的智能型系統(tǒng)。它是利用目前最流行的RIA開發(fā)技術(shù)之一的Flex實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用，并且結(jié)合了最精確的GIS定位、數(shù)據(jù)庫技術(shù)整合而成的。集光纜在線監(jiān)測、告警、故障分析、定位、線路保護(hù)于一體，結(jié)合地理信息系統(tǒng),為光纜網(wǎng)絡(luò)的安全高效運(yùn)行提供保障，從而實(shí)現(xiàn)光纖物理網(wǎng)絡(luò)資源的實(shí)時(shí)的智能監(jiān)控和維護(hù)管理。

10、本發(fā)明可以依托OTDR測試數(shù)據(jù)對(duì)光纜進(jìn)行監(jiān)測，在光纜發(fā)生故障時(shí)，將光纜在線監(jiān)測系統(tǒng)與GIS平臺(tái)相結(jié)合，精確定位光纖故障點(diǎn)，利用電網(wǎng)GIS平臺(tái)中的光纜數(shù)據(jù)模型及數(shù)據(jù)導(dǎo)入方法，在電網(wǎng)GIS平臺(tái)增加光纜線路、桿塔接頭盒等數(shù)據(jù)，在地圖上直觀顯示。

11、本發(fā)明通過故障定位器的運(yùn)用，以故障定位器的光學(xué)波長為識(shí)別依據(jù)，實(shí)現(xiàn)光纜的唯一識(shí)別和命名，解決紙質(zhì)標(biāo)簽、電子標(biāo)簽不能光纖介質(zhì)識(shí)別且易損的問題，更加精確的定位光纜故障，增加維修人員的檢修效率。

12、本發(fā)明將GIS 強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)管理與分析能力、信息可視化的巨大優(yōu)勢(shì)應(yīng)用于光纜線路網(wǎng)絡(luò)資源管理與輔助決策；以圖形面對(duì)用戶，使用戶從龐雜的廣電網(wǎng)絡(luò)海量數(shù)據(jù)中解放出來，有效隱藏用戶不關(guān)心的信息，使用戶的注意力集中在網(wǎng)絡(luò)資源的維護(hù)和決策上。

附圖說明

圖1是本發(fā)明智能監(jiān)測單元的組成結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明光纜故障定位單元的流程示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的在線監(jiān)測示意圖。

圖4是本發(fā)明與傳統(tǒng)監(jiān)測維護(hù)方式的對(duì)比圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例的光纜網(wǎng)絡(luò)布局示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例

如圖1至圖5所示，基于GIS平臺(tái)的光纜在線智能監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)，包括監(jiān)測單元與定位單元，所述監(jiān)測單元包括智能診斷主機(jī)1、診斷單元6和PC終端顯示單元11，智能診斷主機(jī)1包括中央處理器2以及分別與中央處理器2連接的光時(shí)域反射儀模塊3、光路切換模塊4、光功率監(jiān)測模塊5，診斷單元（OTDR）基本測試時(shí)，由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖，驅(qū)動(dòng)LD產(chǎn)生光脈沖，經(jīng)方向耦合器射入待測光纖。射入光纖之光脈沖，因光纖內(nèi)部含有雜質(zhì)，氣泡等發(fā)生散射，其中部分向后散射稱為后方散射光（BACK SCATTERINGLIGHT），連同遇不平整光纖端面所產(chǎn)生的FRESENL反射光，一同反射回耦合器、射入光電二極管，轉(zhuǎn)換成電脈波。處理后，再將波形顯示，并判斷故障點(diǎn)位置，以便采取處理措施。

中央處理器包括MCU嵌入式微處理器模塊。中央處理器（MCU）用于管理監(jiān)測站各個(gè)板卡，并且與監(jiān)測中心服務(wù)器通信。將監(jiān)測站狀態(tài)上報(bào)給監(jiān)測中心，或執(zhí)行監(jiān)測中心下發(fā)配置和操作指令。使用嵌入式控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)精煉，功耗低，體積小巧。具有通信靈活，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)穩(wěn)定，維護(hù)方便等特點(diǎn)。光路切換模塊4包括單片機(jī)芯片12以及分別與單片機(jī)芯片12連接的光開關(guān)單元13與總線單元14。光路切換單元（OSW）通過智能判斷的方式，將故障的光纖切換到預(yù)備光纖上，恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)正常功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)光纖通路的冗余容錯(cuò)確保網(wǎng)絡(luò)的高可用性。此OSW單元，內(nèi)含一顆微處理器來控制光開關(guān)切換，監(jiān)控光開關(guān)切換狀態(tài),與CPU MODULE通信則采用背板總線方式，支持熱插拔，使系統(tǒng)更加模塊化。光功率監(jiān)測模塊包括離線式告警模塊和在線式告警模塊。光功率監(jiān)測單元 (Optical Power Meter, OPM)具備多種型式，可應(yīng)用于離線式實(shí)時(shí)告警測試和在線式實(shí)時(shí)告警測試；透過監(jiān)測光功率，即可達(dá)到實(shí)時(shí)告警測試的目的。電源單元（PWR）采用高可靠性和穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，融入了供電穩(wěn)定、過載保護(hù)、短路保護(hù)等技術(shù)。為了保護(hù)系統(tǒng)安全，本發(fā)明在電源單元中增加電源保護(hù)電路，以免由于海下電纜供電不良導(dǎo)致系統(tǒng)意外損壞。

PC終端顯示單元包括PC客戶端15以及與其連接的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)16、網(wǎng)管服務(wù)器17。PC客戶端設(shè)置系統(tǒng)管理軟件，系統(tǒng)管理軟件包括網(wǎng)管顯示功能、故障定位顯示功能、多曲線顯示功能、光纜劣化分析與跟蹤顯示功能、事件自動(dòng)分析功能、事件告警及管理顯示功能。系統(tǒng)管理軟件讀取數(shù)據(jù)庫中儲(chǔ)存的多路光纖檢測歷史數(shù)據(jù)，利用大量的采集數(shù)據(jù)的光器件(光功率監(jiān)測模塊，OTDR模塊)等，將反映光纖性能所需的數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)測站及各級(jí)的監(jiān)測中心，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，及時(shí)、準(zhǔn)確地反映被監(jiān)測光纜線路的運(yùn)行情況，對(duì)故障隱患進(jìn)行預(yù)測或者迅速定位故障，并進(jìn)行分析和圖形的顯示，當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，通過微信等接口進(jìn)行告警。實(shí)時(shí)在線監(jiān)測出全網(wǎng)每時(shí)每刻數(shù)百套傳輸光端機(jī)盤的收光功率的變化，對(duì)超過門限值的告警信息自動(dòng)向光纜監(jiān)測設(shè)備報(bào)告，引導(dǎo)監(jiān)測系統(tǒng)對(duì)突發(fā)性的光纜故障進(jìn)行故障精確位置點(diǎn)測試，以達(dá)到及時(shí)發(fā)現(xiàn)光纜阻段地點(diǎn)、通知搶修、大幅度降低光纜故障時(shí)間、減少損失的目的，并解決目前光纜監(jiān)測系統(tǒng)中由于采用光端機(jī)架告警方式而產(chǎn)生過多的誤告警現(xiàn)象。

智能診斷主機(jī)包括單通路型、雙通路型和六通路型，即1U，2U和6U機(jī)型。智能檢測診斷主機(jī)（RTU）是集成其它單元的主體，可以滿足擴(kuò)容需求。主機(jī)接口可以和客戶現(xiàn)有的資源管理系統(tǒng)進(jìn)行無縫對(duì)接。其中，2U型RTU是為了滿足小容量系統(tǒng)環(huán)境的應(yīng)用，經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有1U型RTU板卡進(jìn)行小型化集成設(shè)計(jì)，形成2U機(jī)型設(shè)備，具有體積小，便于放置，不占空間的優(yōu)點(diǎn)；6U型RTU是自主研發(fā)的大動(dòng)態(tài)OTDR子卡技術(shù)指標(biāo)已可以替代國內(nèi)外OTDR廠家子卡相應(yīng)型號(hào)，可實(shí)現(xiàn)離起點(diǎn)150米外無縫測試，領(lǐng)先行業(yè)水平，適用于城域網(wǎng)匯聚點(diǎn)，特點(diǎn)是接入監(jiān)測光纜數(shù)量大，光纜網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜。

診斷單元6包括電源模塊7以及分別與電源模塊7連接的光源設(shè)備8、光耦合模塊9和光保護(hù)模塊10，光源設(shè)備8包括脈沖激光器，方向耦合器通過法蘭與待測光纖連接；光耦合模塊9包括方向耦合器，脈沖激光器通過脈沖驅(qū)動(dòng)電路與MCU處理器連接；光保護(hù)模塊10包括相互連接的光電檢測電路、信號(hào)放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，光電檢測電路與方向耦合器連接。OTDR的測量流程如圖2所示，其核心在于多通道OTDR在線監(jiān)測技術(shù)，利用光時(shí)域反射原理,向光纖發(fā)送激光脈沖,并接收測量沿光纖連續(xù)光反射信號(hào)的強(qiáng)度和時(shí)間,得到反映光纖長度和衰減變化的光纖反射測試曲線,供監(jiān)測中心分析處理光纖長度、衰減、接頭損耗、故障精確位置和幅度。由于光纖中的任意一點(diǎn)都存在著瑞利散射,這種散射的強(qiáng)度對(duì)各個(gè)方向都是相同的,當(dāng)一部分散射光滿足沿纖芯方向的傳輸條件時(shí),散射光就能折返到光纖的入射端,這就是背向散射光,即瑞利散射光。OTDR正是根據(jù)光纖的背向散射特性而制成的。激光器將探測信號(hào)發(fā)生器中產(chǎn)生的周期為T的電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為符合要求的光脈沖信號(hào),并通過禍合器發(fā)送到被測光纖。光脈沖經(jīng)過一段時(shí)間后,光信號(hào)的一部分便被反射回儀器,在反射回儀器的這部分光中,包含了背向散射光和光纖連接器、光纖接頭及光纖終端處的菲涅爾反射光,通過禍合器返回到接收器。檢測器將這個(gè)與時(shí)間有關(guān)的反向光信號(hào)連續(xù)記錄下來,并在顯示器上顯示出反向光的信息與距離的關(guān)系曲線,根據(jù)這一曲線,就能確定被測光纖的長度,連接器和接頭的位置,以及接頭的損耗和衰減等數(shù)據(jù)。

OTDR的測量范圍也是OTDR的動(dòng)態(tài)范圍,其定義為:始端背向散射電平與噪聲之間的dB差。測量范圍是OTDR的一項(xiàng)重要指標(biāo),它決定了這臺(tái)儀器能測量多長距離的能力。測量范圍的大小取決于儀器光脈沖功率、寬度、波長以及接收器的噪聲等因素。光脈沖信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)會(huì)產(chǎn)生衰減,傳輸越遠(yuǎn),衰減就越大,當(dāng)傳輸?shù)揭欢ň嚯x后,由與信噪比(S/N)太小,致使信號(hào)無法從噪聲中區(qū)分出來,這個(gè)因素決定了可測光纖的距離。動(dòng)態(tài)范圍大,就能在越遠(yuǎn)的距離保持一定的損耗值分辨率;動(dòng)態(tài)范圍小,則損耗值分別率在較近距離處就開始惡化,降低了對(duì)接頭損耗等事件的分辨能力。OTDR的光源發(fā)射光脈沖的功率一般可分為平均功率和峰值功率。平均功率的大小與OTDR設(shè)置的脈寬參數(shù)(或占空比)有關(guān),在相同的峰值下,脈寬或占空比越大,平均光功率就越大;反之,平均光功率就小。在維護(hù)測試中,用光功率一計(jì)測得的就是平均光功率,測得的值一般較小。在用OTDR做光纖線路傳輸特性測試時(shí),一般只關(guān)心其平均功率的大小。當(dāng)被測光纖線路的衰減一定時(shí),平均功率越大,其測量范圍相應(yīng)也大。

OTDR模塊的處理器通過以太網(wǎng)接口接收控制命令，對(duì)光纖電纜進(jìn)行測試，激光器向光纖注射相應(yīng)波長的光脈沖信號(hào)，光纖散射和折射回來的信號(hào)進(jìn)入耦合器等接收模塊進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和信號(hào)調(diào)理，再進(jìn)入AD轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，由處理器進(jìn)行讀取、運(yùn)算、并進(jìn)行信號(hào)分析和處理。采用多通路OTDR 光纜監(jiān)測方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，配置靈活，適用不同監(jiān)測光纜數(shù)量的要求。由于每根被測光纖都有獨(dú)立的OTDR 進(jìn)行監(jiān)測，因此可以做到極高的實(shí)時(shí)性，光纖監(jiān)測的完整性，同時(shí)可支持對(duì)多條光纖的點(diǎn)名測試及其它測試。通過配置PC 端軟件可對(duì)每個(gè)通路的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行不同的設(shè)置，各個(gè)子模塊可以自由選擇合適的工作波長、動(dòng)態(tài)范圍、量程和測量模式等，使測量更準(zhǔn)確和快捷。 多通路 OTDR 模塊由若干獨(dú)立的 OTDR 子模塊組合而成。

本系統(tǒng)故障定位功能的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)，是依靠光纜OTDR的距離測量結(jié)合GIS平臺(tái)的故障定位，定位單元包括設(shè)置在光纜中的故障定位器，故障定位器在GIS平臺(tái)中結(jié)合實(shí)際地理位置信息對(duì)光纜信息進(jìn)行標(biāo)記，光纜信息包括光纜接頭盒編號(hào)和塔桿編號(hào)。本發(fā)明將光纜在線監(jiān)測系統(tǒng)與GIS平臺(tái)相結(jié)合，研究如何精確定位光纖故障點(diǎn)，電網(wǎng)GIS平臺(tái)中的光纜數(shù)據(jù)模型及數(shù)據(jù)導(dǎo)入方法，在電網(wǎng)GIS平臺(tái)增加光纜線路、桿塔接頭盒等數(shù)據(jù)，在地圖上直觀顯示，使非專業(yè)光纜維護(hù)人員可通過電網(wǎng)GIS平臺(tái)快速查看所屬轄區(qū)范圍內(nèi)的光纜線路走向，準(zhǔn)確定位光纜故障發(fā)生點(diǎn)；同時(shí)將光纖拓?fù)滢D(zhuǎn)化為電子拓?fù)浜吐酚蓤D，對(duì)光纜長期數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)并生成報(bào)表。

定位單元的實(shí)現(xiàn)是依靠在光纜中安裝故障定位器，并結(jié)合實(shí)際的地理位置信息進(jìn)行標(biāo)記，包含光纜接頭盒、桿塔等，其主要流程見圖2：

（1）光纖故障定位

通信光纜的故障主要是斷路。當(dāng)發(fā)生斷路時(shí)，光信號(hào)的衰減會(huì)在斷路處陡增，因此我們可用 OTDR(光時(shí)域反射儀)，通過測光信號(hào)的衰減，準(zhǔn)確地得到光纜斷路點(diǎn)距機(jī)房的距離，通過這個(gè)距離，利用通信線路屬性表中的“距離中心機(jī)房”字段，在該表中查到相應(yīng)的記錄。

（2）地理位置定位

采用智能監(jiān)測站對(duì)故障定位器進(jìn)行在線波長采集和檢測，利用故障定位器的可識(shí)別特征，將光纜故障定位在相鄰故障定位器之間，并利用光學(xué)技術(shù)計(jì)算和矯正光纜故障長度，再結(jié)合段內(nèi)光纜地理誤差率，計(jì)算出光纜故障地理長度。

（3）基于GIS地圖顯示分析

通過上述兩步可以實(shí)現(xiàn)光纜故障的精確定位，然后編寫相應(yīng)的軟件程序?qū)⒐饫|故障的位置顯示出來。根據(jù)故障的類型或等級(jí)在應(yīng)急保障預(yù)案庫中找到匹配的記錄，獲取相關(guān)排除故障的方法以及維修故障所需的資源設(shè)備信息，生成一個(gè)應(yīng)急措施，并結(jié)合以上分析查詢結(jié)果進(jìn)行輔助決策。

以故障定位器的光學(xué)波長為識(shí)別依據(jù)，實(shí)現(xiàn)光纜的唯一識(shí)別和命名，解決紙質(zhì)標(biāo)簽、電子標(biāo)簽不能光纖介質(zhì)識(shí)別且易損的問題。通過本系統(tǒng)可以更加精確的定位光纜故障，增加維修人員的檢修效率。另外，將GIS 強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)管理與分析能力、信息可視化的巨大優(yōu)勢(shì)應(yīng)用于光纜線路網(wǎng)絡(luò)資源管理與輔助決策；以圖形面對(duì)用戶，使用戶從龐雜的廣電網(wǎng)絡(luò)海量數(shù)據(jù)中解放出來，有效隱藏用戶不關(guān)心的信息，使用戶的注意力集中在網(wǎng)絡(luò)資源的維護(hù)和決策上。

這樣就可以靈活利用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，可方便靈活地導(dǎo)入用戶的GIS數(shù)據(jù)，通過瀏覽器打開系統(tǒng)主界面，系統(tǒng)自動(dòng)加載離線GIS地圖背景，依據(jù)用戶的GIS信息進(jìn)行區(qū)域管理（定義局站、地標(biāo)、光纜段、光纖等的屬性）、局站管理（定義光纖跳接位置）、地標(biāo)管理（定義井、桿、塔、接頭盒等精確的GPS位置）、光纜段管理、光纜段地標(biāo)管理、纖芯管理、跳纖管理等，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)能清晰顯示故障GPS點(diǎn)和故障類型，維護(hù)人員可通過GIS地圖精確定位，從而提高維護(hù)效率。

下面以某地區(qū)中所包括的所有35KV至220KV變電站為例，進(jìn)行本方面的方案實(shí)施，如圖5所示：

在圖中各個(gè)變電站之間建立星形電力光纜網(wǎng)絡(luò)，（220KV代縣站為中心，110KV北關(guān)站、220 KV原平站、110 KV政化站、35 KV新高站、220 KV繁峙站、110 KV峪口站、220 KV永安站和110 KV安榮站為終端），應(yīng)用本發(fā)明方案，通過采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、圖像處理技術(shù)、OTDR技術(shù)、GIS技術(shù)等，可方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)站點(diǎn)間光纜的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)、光纖斷裂、光纖劣化、精確故障定位、診斷預(yù)警、報(bào)警等實(shí)時(shí)監(jiān)測。

本方案在代縣站建立監(jiān)測中心，監(jiān)測中心需要配備監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)管服務(wù)器，PC客戶端（帶win Server2008版操作系統(tǒng)），網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，光纜網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控主機(jī)RTU（6U機(jī)箱），其中RTU與光端機(jī)連接，接入在用的一對(duì)光纖中。終端站點(diǎn)各需配備1U型單路濾波模塊FCM，以實(shí)現(xiàn)OTDR單元測試波長1650nm被過濾，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線測試和監(jiān)控。

本方案可采用兩種方式實(shí)現(xiàn)多通路OTDR實(shí)時(shí)在線光纜故障監(jiān)測。第一種方式是OTDR+光功率模塊的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。實(shí)現(xiàn)多通道OTDR實(shí)時(shí)在線測試，可以通過光功率模塊實(shí)時(shí)檢測和OTDR模塊測試相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)。具體測試示意圖見圖4。在RX光纖中，通過RTU中的5:95分光器模塊，可以得到在線線路的實(shí)時(shí)功率，系統(tǒng)軟件可以設(shè)置鏈路故障的閾值功率值，當(dāng)OPM模塊監(jiān)測到鏈路的功率值低于閾值時(shí)，系統(tǒng)認(rèn)為有故障發(fā)生，即刻啟動(dòng)OTDR模塊進(jìn)行測試，OTDR模塊通過合波模塊把1650nm光加載到在線TX光纖中，進(jìn)行測試并準(zhǔn)確定位故障位置，發(fā)出報(bào)警。 第二種方式是多路OTDR輪詢故障定位監(jiān)測，通過光纜在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件，可以自定義OTDR模塊工作的周期，例如可設(shè)置每站點(diǎn)每隔30分鐘輪詢測試一次，設(shè)置完成后，系統(tǒng)會(huì)按設(shè)置自動(dòng)執(zhí)行OTDR測試，分析測試結(jié)果，給出故障預(yù)警報(bào)警信息。

通過以上兩種方式的任意一種，以代縣站為中心監(jiān)測站，形成星形拓?fù)渎酚山Y(jié)構(gòu)，其中8個(gè)終端站點(diǎn)通過光路切換單元OSW連接到診斷單元OTDR（其中OTDR的最大動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)41dB，可有效覆蓋至少100km的光纖鏈路），實(shí)現(xiàn)其余8個(gè)終點(diǎn)站點(diǎn)的OTDR輪巡測試，需要通過光路切換單元OSW，此OSW單元，內(nèi)含一顆微處理器來控制光開關(guān)切換，監(jiān)控光開關(guān)切換狀態(tài)，與CPU MODULE通信則采用背板總線方式。通過系統(tǒng)的“光纜在線監(jiān)測系統(tǒng)”軟件管理員可根據(jù)現(xiàn)場需求設(shè)置實(shí)時(shí)輪巡測試的周期和頻率，設(shè)置確定好后系統(tǒng)可自動(dòng)控制OTDR模塊對(duì)每一終點(diǎn)站進(jìn)行測試及數(shù)據(jù)記錄，線路報(bào)警等。OSW單元支持熱插拔，使系統(tǒng)更加模塊化。診斷單元OTDR是利用精確脈寬光脈沖控制技術(shù)和微弱信號(hào)的精確檢測處理技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖，驅(qū)動(dòng)LD產(chǎn)生光脈沖，經(jīng)方向耦合器射入待測光纖。射入光纖的光脈沖，因光纖內(nèi)部含有的雜質(zhì)、纖核添加物等產(chǎn)生漫反射，其中部分向后散射的后向散射光（BACK SCATTERING LIGHT），連同遇不平整光纖端面所產(chǎn)生的FRESENL反射光，一齊反射回耦合器、射至光電二極管，轉(zhuǎn)換成電脈沖。此反射光因極微弱，故反復(fù)傳送、收集以放大，平均處理。所有控制及數(shù)據(jù)處理（包含信號(hào)放大、噪聲濾除、數(shù)據(jù)平均化處理等工作）可在OTDR控制版中完成。處理后的數(shù)據(jù)在經(jīng)由總線送往MCU主控制模塊來處理顯示，并通過系統(tǒng)分析軟件實(shí)現(xiàn)管理及運(yùn)行維護(hù)功能。整體方案在線監(jiān)測原理主要采用波分復(fù)用技術(shù)，將通信所用的光纖纖芯作為測試?yán)w芯，可有效節(jié)約纖芯資源，測試波長1650nm和工作波長復(fù)合到一起共享物理介質(zhì)，但不影響在線信號(hào)的傳輸。光纜在線監(jiān)測的突出優(yōu)勢(shì)是實(shí)時(shí)、在線，且測試結(jié)果直接反應(yīng)通信纖芯的狀態(tài)，但該方案需要增加波分復(fù)用模塊和光濾波模塊FCM。

自動(dòng)監(jiān)測并預(yù)警光纜潛在的故障隱患，及時(shí)的掌握光纜的老化程度，做到提前預(yù)警，防患于未然。該技術(shù)利用光功實(shí)時(shí)在線檢測和模糊算法可查看一段歷史時(shí)間內(nèi)光路的實(shí)際狀況，預(yù)估一段時(shí)間后的光功率值，利用歷史測試曲線，預(yù)估一段時(shí)間后，曲線中事件點(diǎn)位置的衰耗，依據(jù)實(shí)際設(shè)置分析出光纜健康狀態(tài)并發(fā)出預(yù)警和報(bào)警。系統(tǒng)軟件通過設(shè)置樣本容量（表示產(chǎn)生預(yù)估值所采用的當(dāng)前選擇的樣本的數(shù)量，便于后臺(tái)自動(dòng)分析的一個(gè)條件限制，對(duì)預(yù)估結(jié)果不造成影響）、累計(jì)時(shí)間（當(dāng)前選擇的樣本的時(shí)間跨度，對(duì)應(yīng)的是數(shù)據(jù)列表中的測試時(shí)間跨度，便于后臺(tái)自動(dòng)分析的一個(gè)條件限制，對(duì)預(yù)估結(jié)果不造成影響）、分析模式（當(dāng)存在線路告警時(shí)，處理方式分為忽略、中斷、不操作）、預(yù)估時(shí)長（自定義預(yù)估的時(shí)間范圍）、預(yù)估衰耗（自定義預(yù)估時(shí)長后的曲線對(duì)應(yīng)的衰耗數(shù)值）。當(dāng)系統(tǒng)分析得到的預(yù)估曲線在預(yù)估時(shí)長后的曲線對(duì)應(yīng)的衰耗數(shù)值大于預(yù)估衰耗時(shí)，會(huì)產(chǎn)生預(yù)報(bào)告警（告警類型）。同時(shí)，本方案可以靈活利用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，可方便靈活地導(dǎo)入用戶的GIS數(shù)據(jù)，通過瀏覽器打開系統(tǒng)主界面，系統(tǒng)自動(dòng)加載離線GIS地圖背景，依據(jù)用戶的GIS信息進(jìn)行區(qū)域管理（定義局站、地標(biāo)、光纜段、光纖等的屬性）、局站管理（定義光纖跳接位置）、地標(biāo)管理（定義井、桿、塔、接頭盒等精確的GPS位置）、光纜段管理、光纜段地標(biāo)管理、纖芯管理、跳纖管理等，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)能清晰顯示故障GPS點(diǎn)和故障類型，維護(hù)人員可通過GIS地圖精確定位，從而提高維護(hù)效率。通過實(shí)施例中對(duì)本方案的實(shí)踐，可以對(duì)采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)記錄、查詢和自動(dòng)快速報(bào)警，并可進(jìn)行多維度的智能關(guān)聯(lián)，分析給出各鏈路、各周期（年、月、周、日）、各關(guān)鍵考核指標(biāo)排名對(duì)比和趨勢(shì)分析，為運(yùn)維管理工作提供實(shí)用參考分析，提升管理效率和管理質(zhì)量，為決策者在運(yùn)維質(zhì)量提升、目標(biāo)差距分析、業(yè)務(wù)推廣分布、團(tuán)隊(duì)對(duì)比評(píng)價(jià)、投資規(guī)劃等方面提供決策依據(jù)。

本方案不僅具備高效全面的監(jiān)控及故障定位能力，還具有良好的系統(tǒng)兼容性，可接入其它系統(tǒng)的告警信息，并提供調(diào)用接口。還能根據(jù)用戶的需求擴(kuò)展故障分析處理、數(shù)據(jù)智能分析等管理模塊，使得監(jiān)控系統(tǒng)能夠與用戶的運(yùn)維管理體系相結(jié)合，智能的發(fā)現(xiàn)、分析并處理故障，有針對(duì)性的篩選并統(tǒng)計(jì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，提供合理的管理建議。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方案進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍。