CN105591691A - 基于gis的通信光缆在线监测系统及其故障点定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于GIS的通信光缆在线监测系统及其故障点定位方法，包括监控系统和远程监测系统，可远程、在线地监测整个光缆线路，实时监测光纤特性的变化及变化趋势，发现故障及时告警，有效地减少和预防光缆故障，并且通过本发明中故障点定位方法可以较为准确的确定光缆发生故障的故障点坐标，缩短故障查询与排除时间，减轻维护人员的工作负担，提高工作效率，本发明中故障点定位方法可根据不同的实际情况提供了多种选择的计算算法，将不同的情况分为不同的计算方法，可以在最大程度上减少外部环境对系统的影响，更加精确的对故障点进行定位。

Description

基于GIS的通信光缆在线监测系统及其故障点定位方法

技术领域

本发明涉及通信光缆故障点监测领域，尤其是涉及一种基于GIS的通信光缆在线监测系统及其故障点定位方法。

背景技术

一般通信光缆都是长距离传输，无论是架空敷设还是地埋敷设，线路周围的环境比较复杂，而光纤受环境影响又比较敏感，例如光纤接头污染、尾纤受潮，加上人为和自然破坏，这些都会导致光纤断裂，使得通信线路中断。同时在现实生产、生活中，由于人为施工、道路改迁或自然地震、海啸、泥石流等自然灾害频发，每天都有可能发生光缆故障从而造成通信中断，严重影响通信网的正常工作，造成巨额经济损失。据统计，光缆事故须修复历时长达数小时，一根光纤中断一小时将损失50-60万元，每年因光缆中断造成的经济损失超过300亿元人民币。由此可见，由于光纤通信线路中断造成的直接或间接经济损失都非常大。

当前，电力系统通信网络和信息系统光缆建设的规模和数量都已经非常庞大，光缆保有量大的特点在为区域内通信环网提供丰富的迂回路由的同时，也对通信光缆运行维护提出了很高的要求。光缆传输性能因架设区域环境等条件影响，已与投运时出现了不同程度的变化。对区域内光缆进行例行检测，全面掌握其运行状态是确定是否对光缆进行计划检修，提高运行水平，保证光缆能随时能以最佳状态投入使用的必要手段。

现有技术中，已经出现了利用GIS系统来对通信光缆的故障点进行定位的系统，申请号：201420762345.6的实用新型专利，公开了一种变电站光缆线路故障点GIS自动定位系统，包括若干个前端手持终端和后台工作站，前端手持终端分别通过无线通讯连接后台工作站；前端手持终端包括中央处理单元、通讯模块、RFIC芯片、显示模块和报警模块，中央处理单元分别与通讯模块、RFIC芯片、显示模块、报警模块相连接，该实用新型变电站光缆线路故障点GIS自动定位系统可减少人员在光缆故障点人工检测、排查时的工作时间，提高了作业人员的工作效率。申请号为：201310510491.X的发明专利，公开一种基于GIS的通信光缆在线监测方法及系统，该发明包具有光开关单元，光开关单元接收到一监控主机发来的测试命令，控制一光时域反射单元切换到需要测试的光缆上，光时域反射单元对光缆运行状况进行测试，并将测试完的数据、指标传送给监控主机，该发明基于实际通信网络，表现直观，可以快速定位故障点，大大提高了处理通信光缆故障的效率。现有的基于GIS的通信光缆在线监测系统，没有比较精确的确定故障点坐标的计算方法，导致故障点的定位不够精确，给作业人员精确确定故障点造成了困难，增加了作业的难度，增加了排查光缆纤芯故障的时间。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于GIS的通信光缆在线监测系统及其故障点定位方法，解决了现有监测系统定位故障点坐标不够准确的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于GIS的通信光缆在线监测系统，包括：

监控系统，包括移动终端、服务中心站和客户端，所述移动终端包括移动手持设备和GPS信号模块，所述移动手持设备和GPS信号模块均通过GPRS网络与服务中心站进行数据交换，所述服务中心站包括中心服务器和远程GIS服务器，所述中心服务器通过Internet网络访问远程GIS服务器，所述客户端通过Internet网络与服务中心站进行数据交换；

远程监测系统，包括总监测中心、多个区域监测中心、多个监测站和多个远端光纤监测装置，所述总监测中心包括主站服务器、监控屏幕、报警工作站和打印机，所述主站服务器、监控屏幕、监测工作站和打印机之间均通过Internet网络进行数据通信；所述区域监测中心和监测站均包括监控屏幕、监测工作站和打印机，所述监控屏幕、监测工作站和打印机均通过Internet网络进行数据通信；所述远端光纤监测装置通过通信总线与所述监测站进行数据通信，所述区域监测中心和监测站、总监测中心和区域监测中心之间均通过Internet网络进行数据通信；

所述远程监测系统通过Internet网络将监测到的光缆信息传送到监控系统中进行数据处理。

优选的，所述远端光纤监测装置包括监测单元和OTDR测试模块，所述监测单元包括光功率监测模块和光开关模块，所述OTDR测试模块、光功率监测模块和光开关模块均通过通信总线与所述监测站进行数据通信。

优选的，所述通信总线为RS485总线。

优选的，所述中心服务器的系统内安装有光缆资源管理模块，所述光缆资源管理模块包括用户管理模块，所述用户管理模块可以调用点资源管理模块、路由管理模块和缆芯管理模块，所述点资源管理模块、路由管理模块和缆芯管理模块的数据均可被在报表管理模块进行读取和调用。

优选的，所述光缆资源管理模块还包括故障定位模块，所述故障定位模块可被缆纤管理模块进行调用。

一种基于GIS的通信光缆的故障点定位方法，包括以下步骤：

步骤1）：利用OTDR测试模块获得站ID、箱ID、槽位号、通道号、故障点距离测试点长度和测试路由长度，进入步骤2）；

步骤2）：通过路由表、路由光缆关系查找路由连接的光缆段、方向和光缆段长度，并且按顺序取出光缆段长度，进入步骤3）；

步骤3）：将所述光缆段长度与故障点长度进行比较，如果故障点长度小于光缆段长度则进入步骤4），否则进入步骤6）；

步骤4）：按照顺序取出光缆段点资源经纬度和类型，并且将已计算长度赋值为0，进入步骤5）；

步骤5）：检查光缆段点资源是否预留，如果有预留则进入步骤7），没有预留则进入步骤8）；

步骤6）：将故障点长度减去该缆段长度，并且将故障点长度减去该缆段长度的值赋予故障点长度，然后返回到步骤3）；

步骤7）：将预留长度与已计算长度进行求和，并且将求和结果赋予已计算长度，进入步骤8）；

步骤8）：将故障点距离测试点的长度与已计算长度进行比较，如果故障点距离测试点的长度不小于已计算长度，则进入步骤8），否则进入步骤9）；

步骤9）：按顺序计算相邻两点资源的距离，并且将点资源间距离与已计算长度的值进行求和，求和结果赋予已计算长度，进入步骤11）；

步骤10）：故障点在预留内，故障点为预留内同方向的故障距测试点长度，进入步骤13）；

步骤11）：将故障点距离测试点长度与已计算长度进行比较，如果故障点距离测试点长度小于已计算长度，则进入步骤12），否则返回步骤5）；

步骤12）：故障点位于相邻点资源之间，利用地理坐标计算公式计算故障点地理坐标，并转化为Mars坐标显示，进入步骤13）；

步骤13）：通信光缆的故障点定位完成。

优选的，所述步骤12)中地理坐标计算公式为：

，

式子中：（lat₁，lng₁）为A点坐标，（lat₂，lng₂）为B点坐标，L₀为故障点长度，L为已计算光缆长度，L₁为相邻点资源间距离。

本发明的有益效果是：

1、本发明可远程、在线地监测整个光缆线路，实时监测光纤特性的变化及变化趋势，发现故障及时告警，有效地减少和预防光缆故障，并且通过本发明中故障点定位方法可以较为准确的确定光缆发生故障的故障点坐标，缩短故障查询与排除时间，减轻维护人员的工作负担，提高工作效率；

2、本发明中远程监测系统采用层级式和开放式结构，包括总检测中心、区域监测中心和监测站四个层级的网络监控结构，各个层级上可以根据需要增加监测设备，增加的设备通过网络通信总线可以方便的与现有监控系统进行集成；

3、本发明中的服务中心站包括中心服务器和远程GIS服务器，中心服务器的系统中安装有光缆资源管理模块，光缆资源管理模块包括用户管理模块，用户管理模块通过调用点资源管理模块、路由管理模块和缆芯管理模块可以读取各个模块中存储的光缆位置和运行参数，通过与GIS服务器进行通信可以将光缆故障点的位置信息进行显示。

4、本发明中故障点定位的方法，根据不同的实际情况提供了多种选择的计算算法，将不同的情况分为不同的计算方法，可以在最大程度上减少外部环境对系统的影响，更加精确的对故障点进行定位。

附图说明

图1为本发明实施例1的组成结构示意图；

图2为光缆资源管理模块的组成结构示意图；

图3为故障点定位方法的流程图；

图4为本发明实施例2的组成结构示意图；

图5为本发明实施例3的组成结构示意图；

图6为本发明实施例4的组成结构示意图；

图中：1-服务中心站、2-移动终端、3-客户端、4-总监测中心、5-区域监测中心、6-监测站、7-OTDR测试模块、8-监测单元、81-光功率监测模块、82-光开关模块、83-AIU光路采集单元、84-OSU光路切换单元、9-报警单元、10-数据显示单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

实施例1:

如图1所示，本发明包括监控系统和远程监测系统，监控系统包括移动终端2、服务中心站1和客户端3，移动终端2包括移动手持设备和GPS信号模块，移动手持设备采用智能手机，移动手持设备和GPS信号模块均通过GPRS网络与服务中心站1进行数据交换；服务中心站1包括中心服务器和远程GIS服务器，中心服务器通过Internet网络访问远程GIS服务器，可以访问GIS服务器中的电子地图信息，客户端3通过Internet网络与服务中心站1建立连接，可以访问中心服务器中存储的光缆运行信息和故障信息。

远程监测系统，包括总监测中心4、多个区域监测中心5、多个监测站6和多个远端光纤监测装置，总监测中心4包括主站服务器、监控屏幕、报警工作站和打印机，主站服务器、监控屏幕、监测工作站和打印机之间均通过Internet网络进行数据通信，主站服务器通过Internet网络与中心服务器进行通信；区域监测中心5和监测站6均包括监控屏幕、监测工作站和打印机，监控屏幕、监测工作站和打印机均通过Internet网络进行数据通信；远端光纤监测装置通过通信总线与监测站6进行数据通信，区域监测中心5和监测站6、总监测中心4和区域监测中心5之间均通过Internet网络进行数据通信；远程监测系统采用层级式和开放式结构，包括总检测中心、区域监测中心5和监测站6四个层级的网络监控结构，各个层级上可以根据需要增加监测设备，增加的设备通过网络通信总线可以方便的与现有监控系统进行集成。远程监测系统通过Internet网络将监测到的光缆信息传送到监控系统中进行数据处理。

远端光纤监测装置包括监测单元8和OTDR测试模块7，监测单元8包括光功率监测模块81和光开关模块82，OTDR测试模块7、光功率监测模块81和光开关模块82均通过RS485总线与监测站6进行数据通信。

中心服务器的系统内安装有光缆资源管理模块，如图2所示，光缆资源管理模块包括用户管理模块，用户管理模块可以调用点资源管理模块、路由管理模块和缆芯管理模块，点资源管理模块、路由管理模块和缆芯管理模块的数据均可被在报表管理模块进行读取和调用，点资源管理模块、路由管理模块和缆芯管理模块内存储有光缆的长度、运行信息和参数信息；光缆资源管理模块还包括故障定位模块，故障定位模块可被缆纤管理模块进行调用。

如图3所示，基于GIS的通信光缆的故障点定位方法，包括以下步骤：

步骤1）：利用OTDR测试模块7获得站ID、箱ID、槽位号、通道号、故障点距离测试点长度和测试路由长度，进入步骤2）；

步骤2）：通过路由表、路由光缆关系查找路由连接的光缆段、方向和光缆段长度，并且按顺序取出光缆段长度，进入步骤3）；

步骤3）：将光缆段长度与故障点长度进行比较，如果故障点长度小于光缆段长度则进入步骤4），否则进入步骤6）；

步骤4）：按照顺序取出光缆段点资源经纬度和类型，并且将已计算长度赋值为0，进入步骤5）；

步骤5）：检查光缆段点资源是否预留，如果有预留则进入步骤7），没有预留则进入步骤8）；

步骤6）：将故障点长度减去该缆段长度，并且将故障点长度减去该缆段长度的值赋予故障点长度，然后返回到步骤3）；

步骤7）：将预留长度与已计算长度进行求和，并且将求和结果赋予已计算长度，进入步骤8）；

步骤8）：将故障点距离测试点的长度与已计算长度进行比较，如果故障点距离测试点的长度不小于已计算长度，则进入步骤8），否则进入步骤9）；

步骤9）：按顺序计算相邻两点资源的距离，并且将点资源间距离与已计算长度的值进行求和，求和结果赋予已计算长度，进入步骤11）；

步骤10）：故障点在预留内，故障点为预留内同方向的故障距测试点长度，进入步骤13）；

步骤11）：将故障点距离测试点长度与已计算长度进行比较，如果故障点距离测试点长度小于已计算长度，则进入步骤12），否则返回步骤5）；

步骤12）：故障点位于相邻点资源之间，利用地理坐标计算公式计算故障点地理坐标，并转化为Mars坐标显示，进入步骤13）；

步骤13）：通信光缆的故障点定位完成。

其中，步骤12)中地理坐标计算公式为：

，

式子中：（lat₁，lng₁）为A点坐标，（lat₂，lng₂）为B点坐标，L₀为故障点长度，L为已计算光缆长度，L₁为相邻点资源间距离。

实施例2：

如图4所示，本实施例与实施例1的不同之处在于，远端光纤监测装置还包括报警单元9，报警单元9的输入端与监测站6电连接，报警单元9采用旋转式声光报警器，当监测单元8监测到光缆纤芯运行状态存在异常时，通过监测站6控制旋转式声光报警器发出声光报警，以达到警示作业人员的目的。

实施例3：

如图5所示，本实施例与实施例2的不同之处在于，远端光纤监测装置的监测单元8包括AIU光路采集单元83和OSU光路切换单元84两大部分，AIU光路采集单元83包括分路器和光功率监测器，分路器的输出端与光功率监测器的输入端电连接；OSU光路切换单元84包括光路一极切换模块和光路二极切换模块，光路一极切换模块和光路二极切换模块的输出端均与监测站6电连接。

实施例4：

如图6所示，本实施例与实施例1的不同之处在于，端光纤监测装置还包括数据显示单元10，数据显示单元10的信号输入端与监测站6的输出端电连接，数据显示单元10能够在现场显示监测模块采集的光缆纤芯的运行状态信息，使得检修维护人员可以直观的观察到光纤的运行信息。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种基于GIS的通信光缆在线监测系统，其特征在于，包括：

监控系统，包括移动终端、服务中心站和客户端，所述移动终端包括移动手持设备和GPS信号模块，所述移动手持设备和GPS信号模块均通过GPRS网络与服务中心站进行数据交换，所述服务中心站包括中心服务器和远程GIS服务器，所述中心服务器通过Internet网络访问远程GIS服务器，所述客户端通过Internet网络与服务中心站进行数据交换；

远程监测系统，包括总监测中心、多个区域监测中心、多个监测站和多个远端光纤监测装置，所述总监测中心包括主站服务器、监控屏幕、报警工作站和打印机，所述主站服务器、监控屏幕、监测工作站和打印机之间均通过Internet网络进行数据通信；所述区域监测中心和监测站均包括监控屏幕、监测工作站和打印机，所述监控屏幕、监测工作站和打印机均通过Internet网络进行数据通信；所述远端光纤监测装置通过通信总线与所述监测站进行数据通信，所述区域监测中心和监测站、总监测中心和区域监测中心之间均通过Internet网络进行数据通信；

所述远程监测系统通过Internet网络将监测到的光缆信息传送到监控系统中进行数据处理。

2.根据权利要求1所述的一种基于GIS的通信光缆在线监测系统，其特征在于：所述远端光纤监测装置包括监测单元和OTDR测试模块，所述监测单元包括光功率监测模块和光开关模块，所述OTDR测试模块、光功率监测模块和光开关模块均通过通信总线与所述监测站进行数据通信。

3.根据权利要求2所述的一种基于GIS的通信光缆在线监测系统，其特征在于：所述通信总线为RS485总线。

4.根据权利要求1所述的一种基于GIS的通信光缆在线监测系统，其特征在于：所述中心服务器的系统内安装有光缆资源管理模块，所述光缆资源管理模块包括用户管理模块，所述用户管理模块可以调用点资源管理模块、路由管理模块和缆芯管理模块，所述点资源管理模块、路由管理模块和缆芯管理模块的数据均可被在报表管理模块进行读取和调用。

5.根据权利要求4所述的一种基于GIS的通信光缆在线监测系统，其特征在于：所述光缆资源管理模块还包括故障定位模块，所述故障定位模块可被缆纤管理模块进行调用。

6.一种基于权利要求1的基于GIS的通信光缆的故障点定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）：利用OTDR测试模块获得站ID、箱ID、槽位号、通道号、故障点距离测试点长度和测试路由长度，进入步骤2）；

步骤2）：通过路由表、路由光缆关系查找路由连接的光缆段、方向和光缆段长度，并且按顺序取出光缆段长度，进入步骤3）；

步骤3）：将所述光缆段长度与故障点长度进行比较，如果故障点长度小于光缆段长度则进入步骤4），否则进入步骤6）；

步骤4）：按照顺序取出光缆段点资源经纬度和类型，并且将已计算长度赋值为0，进入步骤5）；

步骤5）：检查光缆段点资源是否预留，如果有预留则进入步骤7），没有预留则进入步骤8）；

步骤6）：将故障点长度减去该缆段长度，并且将故障点长度减去该缆段长度的值赋予故障点长度，然后返回到步骤3）；

步骤7）：将预留长度与已计算长度进行求和，并且将求和结果赋予已计算长度，进入步骤8）；

步骤8）：将故障点距离测试点的长度与已计算长度进行比较，如果故障点距离测试点的长度不小于已计算长度，则进入步骤8），否则进入步骤9）；

步骤9）：按顺序计算相邻两点资源的距离，并且将点资源间距离与已计算长度的值进行求和，求和结果赋予已计算长度，进入步骤11）；

步骤10）：故障点在预留内，故障点为预留内同方向的故障距测试点长度，进入步骤13）；

步骤11）：将故障点距离测试点长度与已计算长度进行比较，如果故障点距离测试点长度小于已计算长度，则进入步骤12），否则返回步骤5）；

步骤12）：故障点位于相邻点资源之间，利用地理坐标计算公式计算故障点地理坐标，并转化为Mars坐标显示，进入步骤13）；

步骤13）：通信光缆的故障点定位完成。

7.根据权利要求6所述的一种基于GIS的通信光缆的故障点定位方法，其特征在于：所述步骤12)中地理坐标计算公式为：

，

式子中：（lat₁，lng₁）为A点坐标，（lat₂，lng₂）为B点坐标，L₀为故障点长度，L为已计算光缆长度，L₁为相邻点资源间距离。