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摘要：近年来光纤通信在电力通信中得到了广泛应用，但受各方面因素的影响，电力通信光缆发生故障的情况频繁出现，直接影响电力通信网络的可靠性和稳定性，通过引入GIS技术，对电力通信光缆故障定位系统起到了良好的效果。
关键字：GIS技术；电力通信光缆；故障
近年来，随着电网建设规模的不断发展，电力通信光缆线路的建设规模也逐步扩大，满足了电网生产运行对通信可靠性及传输容量日益增长的需求，同时带动了社会经济的快速发展。将GIS技术有效地运用到电力通信光缆故障定位系统中，为科学管理光缆线路信息提供了新的探索方式。
1GIS应用于电力通信光缆故障定位的必要性
1.1光缆故障点检测对电力通信光缆运行维护的重要性
众所周知，光缆是电力通信正常运行的基础，光缆具有通信容量大、传输距离长、受电磁干扰影响低、没有电磁漏洞、体积较小、重量较轻、保密性能较好等诸多优点，而且适用范围广，无论是中、小的容量系统，还是大或超大的传输系统都可以通过光缆传输数字或模拟信号，鉴于光缆的诸多优点，它已经成为电力通信传输的主要方式，因此，对于光缆的维护工作，各相关企业和部门也尤为重视。电力通信光缆基本都是通过随一次线路架空或者地埋的方式进行敷设的，大部分都穿越了大山、大河等，所以其涉及的环境往往较为复杂，而光缆较脆的物理特性也要求必须有良好的光缆维护。此外，由于通信光缆上承载有大量的生产业务（保护、安全自动装置、调度数据网、调度电话等）和管理业务（信息内外网、办公系统、电视电话会议、行政电话等），一旦光缆出现故障，将对这些业务造成影响，如果不能及时定位和处理故障，其后果是难以估量的。因此，对光缆故障点的检测是光缆运行维护工作的重中之重。
1.2GIS系统在光缆故障判断中适用的可行性
GIS系统是时代发展的产物，是高新技术的重要体现，它孕育于高速发展的计算机技术，而且已经在多个领域的应用中较为成熟，比如交通线路、城市底线管道、资料管理等等，在光缆维护工作中，其弥补了传统人工维护工作效率低、准确率低、工作程序繁杂等弊端。因此，GIS系统在技术运用上有较为成熟的案例参考，这就为其在光缆故障判断应用中奠定了坚实的技术基拙。
2.通信光缆故障检测
光时域计反射计（OTDR）是测量光纤线路损耗、接续点损耗，光纤长度和进行光纤断点探测等仪器。OTDR是利用光纤中背向散射光的强度具有一定规律的原理来进行测量的。光纤的背向散射是由瑞利散射和菲涅耳反射引起的。光在传输过程中由于传输介质折射率的变化，引起菲涅耳反射，这种反射常发生在接续点、接续器接头和光纤断点等形成的端面。其原理是从激光发生器发出的光脉冲经定向耦合器送往待测光纤。从光纤回到光源侧的背向光经定向耦合器，由光检波器检测、放大，并经A/D变换后送入微处理器处理，得到待测光纤各项性能指标，并予以存储和显示。
在实际应用中，如果光缆存在断裂等故障，就可以通过从OTDR输出的测试曲线图，得到该故障的位置。如下式：d=Ct/2n，式中d为发射端到背向光反射端的距离，C为光在真空中的传播速度，t为光信号从发射端发射后经由背向光反射端反射回发射端所需的时间，n为光缆的折射率。
3.定位算法的实现
在实际应用中，OTDR测量点一般是固定的，发生故障时都从该固定点检测光缆，从而得到故障点到该测量点的距离。利用OTDR和GIS进行光缆故障的定位的基本原理是：首先利用OTDR从系统默认的到检测点到故障点距离Df，再将Df与光缆节点属性信息表中的“节点距检测点距离”字段比较，得到一个由两个节点A、B确定最小区间，故障点就在该区间之中；然后由该区间的边界节点的“1D号”字段利用GIS系统的基本功能—属性查图功能得到A、B的坐标。由下式计算故障点坐标：
因此，由前所述可以得到整个定位算法的流程，如下所示：输入OTDR得到的故障距离Df→打开“光缆节点”属性表→使用对分查找法查故障点对应最小区间所对应的两个光缆节点A和B→根据属性查图得到A、B坐标和距离测量点距离（XA，YB），（XB，YB）和DA，DB→计算故障点坐标（Xf，Yf）。
在上面流程图中，由于对于光缆固定节点而言，在建立光缆固定节点信息属性表中，可以按照“节点距检测点距离”的由小到大的顺序对光缆固定节点信息表中的记录进行捧序，在实际意义上，节点按“节点距检测点距离”小到大的顺序,就是节点按照距检测点由近及远地排列，这是和实际情况相吻合的。而要在已经排好序的一系列节点中，找到由两节点确定的包含故障点最小区间，实际上就是将故障点的距离值Df与以上有序节点序列重新排序的过程。因此，可以使用对分查找法得到包含故障点最小区间所对应的两个光缆节点。
4.基于GIS的通信光缆故障定位
GIS系统即地理信息系统，建立在地理科学、计算机技术、遥感技术、信息科学的基础上，是将计算机的软件和硬件、地理数据、系统管理人员组织形成对任何形式的地理信息进行高效获取、存储、操作、分析、显示的集成体，其可以对数量庞大且构成复杂的数据进行有效管理，甚至能够对数据之间的空间关系进行计算和控制，以GIS为基础进行通信光缆故障定位，可以准确快速的获取需要的信息，并将相关信息以地图、数据、图形等形式向管理人员传输，使光缆故障维护更加具有针对性，而且维修人员可以利用GIS提供的相关数据对发生故障的光缆环境产生更加全面的认识。通常以GIS为基础的光缆故障定位要与OTOR光时域反射仪结合应用，OTOR光时域反射仪的主要作用是测量距离，其首先将内部激光器生成的光脉冲从光线的输入端注入，其次利用光接收器获取光纤所产生的后散射功率PR和菲涅耳反射光功率PF，由于PR；P0sa1k(VgT/2×102d/10)，P0Fk(VgT/2×102d/10),其中P0代表注入光纤的光脉冲峰值功率；F代表菲涅耳反射系数；a代表光纤衰减系数；k代表光纤近端至检测器光路的耦合系数，通过计算可以较准确地获取光纤的长度；当OTOR的工作完成后GIS会结合其测量的长度数据，在其数据库中快速的搜索与之相匹配的数据，通过其有效的计算，相关操作人员可在计算机显示屏上准确的读取光缆故障经纬度坐标，并了解故障发生点与中心机房的距离。由于光缆故障定位的目的是快速有效的对光缆故障进行修复，所以维修人员应在此基础上结合GIS对故障点周围信息进行较全面的了解，例如地形图、区域构筑物、故障发生原因等。由此可见，基于GIS的光缆故障定位，不仅可以准确的对发生故障的光缆位置进行快速的读取，提升光缆故障修复的速度，而且可以全面的提供相关信息，使故障修复更加具有针对性，故障修复的效率也得到显著提升。
5.结束语
在日常光缆维护工作当中，将GIS系统与OTDR技术相结合可以有效地提高光缆故障点空间位置判断的速度，同时，可以以多媒体图片或录象的形式给出故障点故障点周围情况，为故障维修迅速决策提供支持，从而有效提高光缆维护水平和工作效率，促进维护工作的智能化和自动化，降低通信损失，因此，该技术值得推广。
参考文献
[1]李波.基于GIS的通信光缆故障定位技术[D].大连理工大学,2014.
论文作者:熊波
论文发表刊物:《基层建设》2016年9期
论文发表时间:2016/8/3
标签：光缆论文; 故障论文; 节点论文; 光纤论文; 距离论文; 电力通信论文; 反射论文; 《基层建设》2016年9期论文;