CN111082859A - 一种基于LoRa技术的电力沟道内光缆故障定位系统及方法 - Google Patents

一种基于LoRa技术的电力沟道内光缆故障定位系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及沟道内光缆故障定位领域，尤其涉及一种基于LoRa技术的电力沟道内光缆故障定位系统，可以在沟道内出现光缆出现故障时不依靠光缆自身传输完成监测信息和故障信息的传递，可以通过远程光缆故障测试终端对光缆故障点和测试点的距离进行测定，并将测定的距离信息换算为具体竖井和沟道的地理位置信息显示在光缆运行状态监测模块的显示终端，及发送至远程移动监控端。运维人员在到达附近后，在带LED应答RFID标签的指引下实现在沟道内微弱光和无卫星定位环境下的光缆故障定位，从而提高运维人员的故障定位速度和运维效率。同时，本发明基于上述光缆故障定位系统还提出了结合光缆走径信息与实际地理位置的拟合算法，能够将光缆的故障距离信息转化为沟道内光缆的实际位置信息。

Description

一种基于LoRa技术的电力沟道内光缆故障定位系统及方法
技术领域
本发明涉及沟道内光缆故障定位领域，尤其涉及一种基于LoRa技术的电力沟道内光缆故障定位系统。
背景技术
光缆在通信领域广泛应用，为了保障光缆通信链路的畅通，需要在光缆发生故障时能够迅速发现、定位故障点位进行排除，以保障光缆通信系统的可靠性和安全性。沟道铺设是常见的一种光缆铺设方式，但是由于铺设环境的影响，线路走径复杂，同时沟道内的可视度差，给光缆的准确故障定位带来难度。现在的光缆故障定位方法用于沟道环境主要存在以下问题：
1.现有技术中，一般采用红光故障检测技术或光波时域反射(OTDR)技术进行光缆故障的定位。此方法需要工作人员现场检测，通过目测寻找出故障点，而沟道环境可视度差，在长距离大范围探测需要巨大的人力，同时不能监测到光缆的微小扰动，且不能对此发出预警，导致光缆的监控成本提高。即便是给出了光缆到测试设备的故障距离，也很难在沟道的可视环境下迅速的找到故障点位并予以排除。
2.现有技术中，也有通过通信数据链分析来进行光缆故障定位。这类检测方法存在的问题是在光缆出现故障后不能形成通信链路的回路，即在进行通信检测时，不但要能够发现故障线路，还要在光缆不能完成信息传递时，让故障端能够接收到检测端的测试数据，同时能够将测试要求回传给测试端。
3.对沟道内的光缆进行故障排除，不仅仅是要发现故障，也不是仅仅通过OTDR测出故障点到测试点的距离，还需要知道具体的地理位置，尤其是要将测试距离换算成光缆在井下沟道内的走径距离，再按照走径距离换算成实际的走径，最终通过走径确定电缆故障点的位置。而现有技术中基于OTDR测试光缆故障距离的方法，没有涉及或考虑到沟道内光缆走径的复杂情况，与定位故障的实际地理位置的误差较大。
发明内容
光缆在发生故障时，其表征为光缆所承载的业务数据交互出现异常，一般来说如果业务数据交互出现全面中断，或者同缆的多个业务出现中断可以确定光缆出现物理故障；如果是单业务中断则可能是设备的发光口出现或者收光口出现故障；如果是业务数据交互出现了偶发性的故障，则可能是光缆的中的活动连接器紧固不到位或者轻微污染，光缆接头盒连接不牢靠或收容盘压纤，光缆转向处曲率过小引发的故障。在对光缆进行故障定位时应该首先根据光缆承载业务数据的传递情况确定光缆故障的类型，在确定故障线路后，用OTDR等技术对光缆测试，以确定光缆故障的性质和部位，并将故障类型信息以及定位信息传递给一线的运维人员，指示运维人员完成排故恢复。
本发明要解决的技术问题为：提供一种基于LoRa技术的电力沟道内光缆故障定位系统，可以在沟道内出现光缆出现故障时不依靠光缆自身传输完成监测信息和故障信息的传递，可以通过远程光缆故障测试终端对光缆故障点和测试点的距离进行测定，并将测定的距离信息换算为具体竖井和沟道的地理位置信息显示在光缆运行状态监测模块的显示终端，并发送至远程移动监控端。运维人员在到达附近后，在带LED应答RFID标签的指引下实现在沟道内微弱光和无卫星定位环境下的光缆故障定位，从而提高运维人员的故障定位速度和运维效率。
同时，本发明基于上述光缆故障定位系统还提出了结合光缆走径信息与实际地理位置的拟合算法，能够将光缆的故障距离信息转化为沟道内光缆的实际位置信息。
本发明技术方案为：一种基于LoRa技术的电力沟道内光缆故障定位系统，包括光缆运行状态监测模块(1)、光缆故障检测模块(2)、带LED应答RFID标签(3)、RFID读卡器(4)、LoRa网关/基站(5)、LoRa节点模块(6)、Internet网络(7)、远程移动监控端(8)、以及各设备和模块的供电模块(9)，所述光缆运行状态监测模块(1)与光缆故障检测模块(2)和Internet网络(7)连接，所述光缆运行状态监测模块(1)和光缆故障检测模块(2)设置于远程的监控中心，所述光缆运行状态监测模块(1)包括服务器集群(10)、显示终端模块(11)，所述的光缆故障检测模块(2)为一个或者多个光波时域反射计(OTDR)(12)，所述的带LED应答RFID标签(3)、RFID读卡器(4)、LoRa网关/基站(5)、LoRa节点模块(6)设置于电力沟道内，带LED应答RFID标签(3)按照一定的间隔连接于光缆的表面、接头盒、终端盒、ODF架、竖井、特殊走径敷设点、入室点，RFID读卡器(4)与LoRa节点模块(6)连接，再通过LoRa网关/基站(5)和Internet网络(7)接收光缆运行状态监测模块(1)发出的读取RFID的信号，控制故障点附近光缆上带LED应答RFID标签(3)的LED进行状态转换，实现故障位置的可视化指引，所述远程移动监控端(8)与LoRa节点模块(6)连接，再通过LoRa网关/基站(5)和Internet网络(7)接收光缆运行状态监测模块(1)发出的指令信息，并上报排故和检测信息。
进一步地，所述的服务器集群(10)包括GIS服务器(13)、运维监控台账数据服务器(14)、电子标签管理服务器(15)、APP管理服务器(16)。
进一步地，所述远程移动监控端(8)为移动智能通信设备(17)、或平板电脑(18)、或笔记本电脑(19)。
进一步地，所述远程移动监控端(8)还包括RFID读取模块(20)和/或光波频域反射计(OFDR)模块(21)，所述远程移动监控端(8)通过串行通信总线或WIFI与RFID读取模块(20)、光波频域反射计(OFDR)模块(21)相连。
进一步地，所述LoRa节点模块(6)为EML3047(22)，EML3047(22)包括STM32L071(23)和SX1278(24)，其中STM32L071负责RTOS、LoRa协议栈、云端对接协议、加密算法以及AT指令的运行，SX1278进行LoRa射频调制解调处理，EML3047模块方案集成了外围晶振、射频匹配电路。
一种用于上述基于LoRa技术的电力沟道内光缆故障定位系统的拟合算法，结合光缆走径信息与实际地理位置，能够将光缆的故障距离信息转化为沟道内光缆的实际位置信息，包括以下实施步骤：
步骤1：建立光缆走径数据库，包括接头盒
Figure BSA0000197442140000041
表示为第o条光缆的第i个接头盒；终端盒
Figure BSA0000197442140000042
表示为第o条光缆的第j个终端盒；ODF架
Figure BSA0000197442140000043
表示为第o条光缆的第k个ODF架；竖井
Figure BSA0000197442140000044
表示为第o条光缆的第l个竖井；特殊走径敷设点
Figure BSA0000197442140000045
表示为第o条光缆的第m个特殊走径敷设点；入室点
Figure BSA0000197442140000046
表示为第o条光缆的第n个入室点；以及接头盒光缆长度
Figure BSA0000197442140000047
表示为第o条光缆的第i个接头盒的光缆盘留长度；终端盒光缆长度
Figure BSA0000197442140000048
表示为第o条光缆的第j个终端盒的光缆盘留长度；ODF架光缆长度
Figure BSA0000197442140000049
表示为第o条光缆的第k个ODF架的光缆盘留长度；竖井光缆长度
Figure BSA00001974421400000410
表示为第o条光缆的第l个竖井的光缆盘留长度；特殊走径敷设点光缆长度
Figure BSA00001974421400000411
表示为第o条光缆的第m个特殊走径敷设点的光缆盘留长度；入室光缆长度
Figure BSA00001974421400000412
表示为第o条光缆的第n个入室点光缆盘留长度信息。
步骤2：在光缆的走径上的每个接头盒、终端盒、ODF架、竖井、特殊走径敷设点、入室点上设置带LED应答RFID标签，同时，在每条光缆的上结合光波时域反射计(OTDR)的检测精度确定标签设置的间隔长度，并在间隔点上设置带LED应答RFID标签，根据设置的标签建立相应电子标签的数据库RFIDor，表示为第o条光缆的第r个带LED应答RFID标签的设置点，以及相邻两个电子标签标定点之间的长度数据库
Figure BSA00001974421400000413
表示为第o条光缆的第r个带LED应答RFID标签与相邻第r+1个带LED应答RFID标签之间的长度；
步骤3：测定光缆接头盒
Figure BSA00001974421400000414
终端盒
Figure BSA00001974421400000415
入室点
Figure BSA00001974421400000416
竖井
Figure BSA00001974421400000417
的经纬坐标，建立实际地理位置与GIS关联的数据库，包括：接头盒
Figure BSA00001974421400000418
<XX.XXXXXX°，YY.YYYYYY°>，终端盒
Figure BSA0000197442140000051
<XX.XXXXXX°，YY.YYYYYY°>，入室点
Figure BSA0000197442140000052
<XX.XXXXXX°，YY.YYYYYY°>，竖井
Figure BSA0000197442140000053
<XX.XXXXXX°，YY.YYYYYY°>；
步骤4：建立业务Ts与接头盒
Figure BSA0000197442140000054
终端盒
Figure BSA0000197442140000055
ODF架
Figure BSA0000197442140000056
竖井
Figure BSA0000197442140000057
特殊走径敷设点
Figure BSA0000197442140000058
入室点
Figure BSA0000197442140000059
以及带LED应答RFID标签RFIDor的对应关系数据库；
步骤5：计算并储存每个业务所对应的光缆上每个带LED应答RFID标签RFIDor到业务发出点接头盒
Figure BSA00001974421400000510
的长度
Figure BSA00001974421400000511
表示为第S项业务在第o条光缆上从第r个电子标签到第一个接头盒的长度，
Figure BSA00001974421400000512
其中，
Figure BSA00001974421400000513
为该业务所经过所有接头盒光缆的长度和，
Figure BSA00001974421400000514
为该业务所经过所有终端盒光缆的长度和，
Figure BSA00001974421400000515
为该业务所经过所有终端盒光缆的长度和，
Figure BSA00001974421400000516
为该业务所经过所有ODF架光缆的长度和，
Figure BSA00001974421400000517
为该业务所经过所有特殊走径敷设点光缆的长度和，
Figure BSA00001974421400000518
为该业务所经过所有入室点光缆的长度和，
Figure BSA00001974421400000519
为该业务所经过所有带LED应答RFID标签相邻之间的长度和，a为光缆自然弯曲率；
步骤6：将上述带LED应答RFID标签RFIDor所对应的竖井
Figure BSA00001974421400000520
的标签RFIDor到业务发出点接头盒
Figure BSA00001974421400000521
的长度
Figure BSA00001974421400000522
转化为竖井
Figure BSA00001974421400000523
到业务发出点接头盒
Figure BSA00001974421400000524
的长度
Figure BSA00001974421400000525
并储存；
步骤7：对业务运行状态进行循环检查，如果业务数据交互出现全面中断，或者同缆的多个业务出现中断则转至步骤7；如果是单业务中断或业务数据交互出现了偶发性的故障，转至步骤13；
步骤8：用光波时域反射计(OTDR)测量故障光缆数值长度L1，计算测量实际长度L2，
L2＝L1/(1+p) (2)
其中p为光纤在光缆中的绞缩率，p值随光缆结构的不同而有所变化；
步骤9：计算并确定距离故障点最近的竖井
Figure BSA0000197442140000061
并确定对应的竖井
Figure BSA0000197442140000062
Figure BSA0000197442140000063
步骤10：计算并确定距离故障点最近，且长度大于L2的带LED应答RFID标签
Figure BSA0000197442140000064
并确定对应的带LED应答RFID标签minRFIDor，并控制LED灯亮或者闪烁，
Figure BSA0000197442140000065
步骤11：如果
Figure BSA0000197442140000066
说明故障点从最近的竖井
Figure BSA0000197442140000067
向终端盒方向，如果
Figure BSA0000197442140000068
说明故障点从最近的竖井
Figure BSA0000197442140000069
向接头盒方向，运维人员根据远程移动监控端可以接受检测方向信息，并且在带LED应答RFID标签指引下找到并对故障点进行排除；
步骤12：上报排除结果，并通知光缆故障检测模块进行恢复测试，并转到步骤7；
步骤13：控制该业务对应的接头盒
Figure BSA00001974421400000610
终端盒
Figure BSA00001974421400000611
处的带LED应答RFID标签灯亮或者闪烁，对对应的接头盒
Figure BSA00001974421400000612
终端盒
Figure BSA00001974421400000613
处的光缆头进行拆下、除尘处理，再用光波频域反射计(OFDR)进行检查，如是接头盒、终端盒、或连接设备故障，进行更换维修后，再插上光缆头，上报排除结果，并通知光缆故障检测模块进行恢复测试，并转到步骤7。
本发明的有益效果：本发明设计实现了一种基于LoRa技术的电力沟道内光缆故障定位系统，包括光缆运行状态监测模块、光缆故障检测模块、带LED应答RFID标签、RFID读卡器、LoRa网关/基站、LoRa节点模块、Internet网络、远程移动监控端、以及各设备和模块的供电模块。通过本系统可以连续、动态、实时的监控沟道内光缆承载的数据业务交互状态，并将采集到的异常状态信息分别传送给远端的光缆故障检测模块和远程移动监控端。可以在沟道内出现光缆出现故障时不依靠光缆自身传输完成监测信息和故障信息的传递，可以通过远程光缆故障测试终端对光缆故障点和测试点的距离进行测定，并将测定的距离信息换算为具体竖井和沟道的地理位置信息显示在光缆运行状态监测模块的显示终端，并发送至远程移动监控端。运维人员在到达附近后，在带LED应答RFID标签的指引下实现在沟道内微弱光和无卫星定位环境下的光缆故障定位，从而提高运维人员的故障定位速度和运维效率。同时，本发明基于上述光缆故障定位系统还提出了结合光缆走径信息与实际地理位置的拟合算法，能够将光缆的故障距离信息转化为沟道内光缆的实际位置信息。
附图说明
图1基于LoRa技术的电力沟道内光缆故障定位系统的连接图
图2光缆运行状态监测模块拓扑连接图
图3远程移动监控端连接图
图4光缆故障定位系统拟合算法流程图
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的一个实施方式，结合图1本发明的一种基于LoRa技术的电力沟道内光缆故障定位系统，包括光缆运行状态监测模块(1)、光缆故障检测模块(2)、带LED应答RFID标签(3)、RFID读卡器(4)、LoRa网关/基站(5)、LoRa节点模块(6)、Internet网络(7)、远程移动监控端(8)、以及各设备和模块的供电模块(9)，所述光缆运行状态监测模块(1)与光缆故障检测模块(2)和Internet网络(7)连接，所述光缆运行状态监测模块(1)和光缆故障检测模块(2)设置于远程的监控中心，所述光缆运行状态监测模块(1)包括服务器集群(10)、显示终端模块(11)，所述的光缆故障检测模块(2)为一个或者多个光波时域反射计(OTDR)(12)，所述的带LED应答RFID标签(3)、RFID读卡器(4)、LoRa网关/基站(5)、LoRa节点模块(6)设置于电力沟道内，带LED应答RFID标签(3)按照一定的间隔连接于光缆的表面、接头盒、终端盒、ODF架、竖井、特殊走径敷设点、入室点，RFID读卡器(4)与LoRa节点模块(6)连接，再通过LoRa网关/基站(5)和Internet网络(7)接收光缆运行状态监测模块(1)发出的读取RFID的信号，控制故障点附近光缆上带LED应答RFID标签(3)的LED进行状态转换，实现故障位置的可视化指引，所述远程移动监控端(8)与LoRa节点模块(6)连接，再通过LoRa网关/基站(5)和Internet网络(7)接收光缆运行状态监测模块(1)发出的指令信息，并上报排故和检测信息。
根据本发明的一个实施方式，结合图2本发明所述的服务器集群(10)包括GIS服务器(13)、运维监控台账数据服务器(14)、电子标签管理服务器(15)、APP管理服务器(16)。
根据本发明的一个实施方式，结合图3本发明所述的所述远程移动监控端(8)为移动智能通信设备(17)、或平板电脑(18)、或笔记本电脑(19)。
根据本发明的一个实施方式，结合图3本发明所述远程移动监控端(8)还包括RFID读取模块(20)和/或光波频域反射计(OFDR)模块(21)，所述远程移动监控端(8)通过串行通信总线或WIFI与RFID读取模块(20)、光波频域反射计(OFDR)模块(21)相连。
根据本发明的一个实施方式，所述的LoRa节点模块(6)为EML3047(22)，EML3047(22)包括STM32L071(23)和SX1278(24)，其中STM32L071负责RTOS、LoRa协议栈、云端对接协议、加密算法以及AT指令的运行，SX1278进行LoRa射频调制解调处理。EML3047模块方案集成了外围晶振、射频匹配电路。
根据本发明的一个实施方式，结合图4所述的一种用于上述基于LoRa技术的电力沟道内光缆故障定位系统的拟合算法，包括以下实施步骤：
步骤1：建立光缆走径数据库，假设有两条光缆，每条光缆承载一个数据交换业务，两条光缆的走径数据见表1、2，表1、2中的长度单位为米，
Figure BSA0000197442140000091
表1
Figure BSA0000197442140000092
表2
其中，接头盒
Figure BSA0000197442140000093
表示为第o条光缆的第i个接头盒；终端盒
Figure BSA0000197442140000094
表示为第o条光缆的第j个终端盒；ODF架
Figure BSA0000197442140000095
表示为第o条光缆的第k个ODF架；竖井
Figure BSA0000197442140000096
表示为第o条光缆的第l个竖井；特殊走径敷设点
Figure BSA0000197442140000097
表示为第o条光缆的第m个特殊走径敷设点；入室点
Figure BSA0000197442140000098
表示为第o条光缆的第n个入室点；以及接头盒光缆长度
Figure BSA0000197442140000099
表示为第o条光缆的第i个接头盒的光缆盘留长度；终端盒光缆长度
Figure BSA00001974421400000910
表示为第o条光缆的第j个终端盒的光缆盘留长度；ODF架光缆长度
Figure BSA00001974421400000911
表示为第o条光缆的第k个ODF架的光缆盘留长度；竖井光缆长度
Figure BSA00001974421400000912
表示为第o条光缆的第l个竖井的光缆盘留长度；特殊走径敷设点光缆长度
Figure BSA00001974421400000913
表示为第o条光缆的第m个特殊走径敷设点的光缆盘留长度；入室光缆长度
Figure BSA00001974421400000914
表示为第o条光缆的第n个入室点光缆盘留长度信息；
步骤2：建立电子标签的数据库RFIDor，设置在电缆标签上的带LED应答RFID标签的距离间隔为≤25米，两条光缆的电子标签的数据相邻两个电子标签标定点之间的长度数据及见表3、4，表3、4中长度单位为米，
Figure BSA0000197442140000101
表3
Figure BSA0000197442140000102
表4
其中，RFIDor，表示为第o条光缆的第r个带LED应答RFID标签的设置点，
Figure BSA0000197442140000103
表示为第o条光缆的第r个带LED应答RFID标签与相邻第r+1个带LED应答RFID标签之间的长度；
步骤3：测定光缆接头盒
Figure BSA0000197442140000104
终端盒
Figure BSA0000197442140000105
入室点
Figure BSA0000197442140000106
竖井
Figure BSA0000197442140000107
的经纬坐标，建立实际地理位置与GIS关联的数据库，见表5、6；
Figure BSA0000197442140000108
表5
Figure BSA0000197442140000109
表6
步骤4：建立业务Ts与接头盒
Figure BSA00001974421400001010
终端盒
Figure BSA00001974421400001011
ODF架
Figure BSA00001974421400001012
竖井
Figure BSA0000197442140000111
特殊走径敷设点
Figure BSA0000197442140000112
入室点
Figure BSA0000197442140000113
以及带LED应答RFID标签RFIDor的对应关系数据库，见表7、8；
Figure BSA0000197442140000114
表7
Figure BSA0000197442140000115
表8
步骤5：计算并储存每个业务所对应的光缆上每个带LED应答RFID标签RFIDor到业务发出点接头盒
Figure BSA0000197442140000116
的长度
Figure BSA0000197442140000117
表示为第S项业务在第o条光缆上从第r个电子标签到第一个接头盒的长度，
Figure BSA0000197442140000118
其中，
Figure BSA0000197442140000119
为该业务所经过所有接头盒光缆的长度和，
Figure BSA00001974421400001110
为该业务所经过所有终端盒光缆的长度和，
Figure BSA00001974421400001111
为该业务所经过所有终端盒光缆的长度和，
Figure BSA00001974421400001112
为该业务所经过所有ODF架光缆的长度和，
Figure BSA00001974421400001113
为该业务所经过所有特殊走径敷设点光缆的长度和，
Figure BSA00001974421400001114
为该业务所经过所有入室点光缆的长度和，
Figure BSA00001974421400001115
为该业务所经过所有带LED应答RFID标签相邻之间的长度和，a为光缆自然弯曲率，取0.5％，根据上式并结合表1可以得到第1项业务在第1条光缆上每个电子标签到第1个接头盒的长度，见表9，根据上式并结合表2可以得到第2项业务在第2条光缆上每个电子标签到第1个接头盒的长度，见表10，表9，10的单位为米；
Figure BSA0000197442140000121
表9
Figure BSA0000197442140000122
表10
步骤6：将上述带LED应答RFID标签RFIDor所对应的竖井
Figure BSA0000197442140000123
的标签RFIDor到业务发出点接头盒
Figure BSA0000197442140000124
的长度
Figure BSA0000197442140000125
转化为竖井
Figure BSA00001974421400001210
到业务发出点接头盒
Figure BSA0000197442140000126
的长度
Figure BSA0000197442140000127
并储存，见表11、12；
Figure BSA0000197442140000128
表11
Figure BSA0000197442140000129
表12
步骤7：对业务运行状态进行循环检查，检查到业务2数据交互出现全面中断，转至步骤8；
步骤8：用光波时域反射计(OTDR)测量故障光缆数值长度L1＝300米，其中，p取0.01，计算测量实际长度L2，
L2＝300/(1+0.01)＝297.03米 (2)
步骤9：计算并确定距离故障点最近的竖井
Figure BSA0000197442140000131
并确定对应的竖井
Figure BSA0000197442140000132
Figure BSA0000197442140000133
则距离故障点最近的竖井为
Figure BSA0000197442140000134
步骤10：计算并确定距离故障点最近，且长度大于L2的带LED应答RFID标签
Figure BSA0000197442140000135
并确定对应的带LED应答RFID标签minRFIDor，并控制LED灯亮或者闪烁，
Figure BSA0000197442140000136
则minRFIDor为RFID2，15；
步骤11：如果
Figure BSA0000197442140000137
说明故障点从最近的竖井
Figure BSA0000197442140000138
向终端盒方向，如果
Figure BSA0000197442140000139
说明故障点从最近的竖井
Figure BSA00001974421400001310
向接头盒方向，因为
Figure BSA00001974421400001311
则故障点从竖井
Figure BSA00001974421400001312
向接头盒方向，维人员根据远程移动监控端接受检测方向信息，并且在带LED应答RFID标签指引下找到并对故障点进行排除；
步骤12：上报排除结果，并通知光缆故障检测模块进行恢复测试，并转到步骤7；
以上所述为本发明较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的引导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于LoRa技术的电力沟道内光缆故障定位系统，包括光缆运行状态监测模块(1)、光缆故障检测模块(2)、带LED应答RFID标签(3)、RFID读卡器(4)、LoRa网关/基站(5)、LoRa节点模块(6)、Internet网络(7)、远程移动监控端(8)、以及各设备和模块的供电模块(9)，其特征在于所述光缆运行状态监测模块(1)与光缆故障检测模块(2)和Internet网络(7)连接，所述光缆运行状态监测模块(1)和光缆故障检测模块(2)设置于远程的监控中心，所述光缆运行状态监测模块(1)包括服务器集群(10)、显示终端模块(11)，所述的光缆故障检测模块(2)为一个或者多个光波时域反射计(OTDR)(12)，所述的带LED应答RFID标签(3)、RFID读卡器(4)、LoRa网关/基站(5)、LoRa节点模块(6)设置于电力沟道内，带LED应答RFID标签(3)按照一定的间隔连接于光缆的表面、接头盒、终端盒、ODF架、竖井、特殊走径敷设点、入室点，RFID读卡器(4)与LoRa节点模块(6)连接，再通过LoRa网关/基站(5)和Internet网络(7)接收光缆运行状态监测模块(1)发出的读取RFID的信号，控制故障点附近光缆上带LED应答RFID标签(3)的LED进行状态转换，实现故障位置的可视化指引，所述远程移动监控端(8)与LoRa节点模块(6)连接，再通过LoRa网关/基站(5)和Internet网络(7)接收光缆运行状态监测模块(1)发出的指令信息，并上报排故和检测信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于LoRa技术的电力沟道内光缆故障定位系统，其特征在于所述的服务器集群(10)包括GIS服务器(13)、运维监控台账数据服务器(14)、电子标签管理服务器(15)、APP管理服务器(16)。
3.根据权利要求1所述的一种基于LoRa技术的电力沟道内光缆故障定位系统，其特征在于所述远程移动监控端(8)为移动智能通信设备(17)、或平板电脑(18)、或笔记本电脑(19)。
4.根据权利要求1所述的一种基于LoRa技术的电力沟道内光缆故障定位系统，其特征在于所述远程移动监控端(8)还包括RFID读取模块(20)和/或光波频域反射计(OFDR)模块(21)，所述远程移动监控端(8)通过串行通信总线或WIFI与RFID读取模块(20)、光波频域反射计(OFDR)模块(21)相连。
5.根据权利要求1所述的一种基于LoRa技术的电力沟道内光缆故障定位系统，其特征在于所述LoRa节点模块(6)为EML3047(22)，EML3047(22)包括STM32L071(23)和SX1278(24)，其中STM32L071负责RTOS、LoRa协议栈、云端对接协议、加密算法以及AT指令的运行，SX1278进行LoRa射频调制解调处理。EML3047模块方案集成了外围晶振、射频匹配电路。
6.一种用于上述基于LoRa技术的电力沟道内光缆故障定位系统的拟合算法，结合光缆走径信息与实际地理位置，能够将光缆的故障距离信息转化为沟道内光缆的实际位置信息，其特征在于包括以下实施步骤：
步骤1：建立光缆走径数据库，包括接头盒
Figure FSA0000197442130000021
表示为第o条光缆的第i个接头盒；终端盒
Figure FSA0000197442130000022
表示为第o条光缆的第j个终端盒；ODF架
Figure FSA0000197442130000023
表示为第o条光缆的第k个ODF架；竖井
Figure FSA0000197442130000024
表示为第o条光缆的第l个竖井；特殊走径敷设点
Figure FSA0000197442130000025
表示为第o条光缆的第m个特殊走径敷设点；入室点
Figure FSA0000197442130000026
表示为第o条光缆的第n个入室点；以及接头盒光缆长度
Figure FSA0000197442130000027
表示为第o条光缆的第i个接头盒的光缆盘留长度；终端盒光缆长度
Figure FSA0000197442130000028
表示为第o条光缆的第j个终端盒的光缆盘留长度；ODF架光缆长度
Figure FSA00001974421300000212
表示为第o条光缆的第k个ODF架的光缆盘留长度；竖井光缆长度
Figure FSA0000197442130000029
表示为第o条光缆的第l个竖井的光缆盘留长度；特殊走径敷设点光缆长度
Figure FSA00001974421300000210
表示为第o条光缆的第m个特殊走径敷设点的光缆盘留长度；入室光缆长度
Figure FSA00001974421300000211
表示为第o条光缆的第n个入室点光缆盘留长度信息；
步骤2：在光缆的走径上的每个接头盒、终端盒、ODF架、竖井、特殊走径敷设点、入室点上设置带LED应答RFID标签，同时，在每条光缆的上结合光波时域反射计(OTDR)的检测精度确定标签设置的间隔长度，并在间隔点上设置带LED应答RFID标签，根据设置的标签建立相应电子标签的数据库RFIDor，表示为第o条光缆的第r个带LED应答RFID标签的设置点，以及相邻两个电子标签标定点之间的长度数据库
Figure FSA0000197442130000031
表示为第o条光缆的第r个带LED应答RFID标签与相邻第r+1个带LED应答RFID标签之间的长度；
步骤3：测定光缆接头盒
Figure FSA0000197442130000032
终端盒
Figure FSA0000197442130000033
入室点
Figure FSA0000197442130000034
竖井
Figure FSA0000197442130000035
的经纬坐标，建立实际地理位置与GIS关联的数据库，包括：接头盒
Figure FSA0000197442130000036
<XX.XXXXXX°，YY.YYYYYY°>，终端盒
Figure FSA00001974421300000323
<XX.XXXXXX°，YY.YYYYYY°>，入室点
Figure FSA0000197442130000037
<XX.XXXXXX°，YY.YYYYYY°>，竖井
Figure FSA0000197442130000038
<XX.XXXXXX°，YY.YYYYYY°>；
步骤4：建立业务Ts与接头盒
Figure FSA0000197442130000039
终端盒
Figure FSA00001974421300000310
ODF架
Figure FSA00001974421300000311
竖井
Figure FSA00001974421300000312
特殊走径敷设点
Figure FSA00001974421300000313
入室点
Figure FSA00001974421300000314
以及带LED应答RFID标签RFIDor的对应关系数据库；
步骤5：计算并储存每个业务所对应的光缆上每个带LED应答RFID标签RFIDor到业务发出点接头盒
Figure FSA00001974421300000315
的长度
Figure FSA00001974421300000316
表示为第S项业务在第o条光缆上从第r个电子标签到第一个接头盒的长度，
Figure FSA00001974421300000317
其中，
Figure FSA00001974421300000318
为该业务所经过所有接头盒光缆的长度和，
Figure FSA00001974421300000319
为该业务所经过所有终端盒光缆的长度和，
Figure FSA00001974421300000320
为该业务所经过所有终端盒光缆的长度和，
Figure FSA00001974421300000321
为该业务所经过所有ODF架光缆的长度和，
Figure FSA00001974421300000322
为该业务所经过所有特殊走径敷设点光缆的长度和，
Figure FSA0000197442130000041
为该业务所经过所有入室点光缆的长度和，
Figure FSA0000197442130000042
为该业务所经过所有带LED应答RFID标签相邻之间的长度和，a为光缆自然弯曲率；
步骤6：将上述带LED应答RFID标签RFIDor所对应的竖井
Figure FSA0000197442130000043
的标签RFIDor到业务发出点接头盒
Figure FSA0000197442130000044
的长度
Figure FSA0000197442130000045
转化为竖井
Figure FSA0000197442130000046
到业务发出点接头盒
Figure FSA0000197442130000047
的长度
Figure FSA0000197442130000048
并储存；
步骤7：对业务运行状态进行循环检查，如果业务数据交互出现全面中断，或者同缆的多个业务出现中断则转至步骤7；如果是单业务中断或业务数据交互出现了偶发性的故障，转至步骤13；
步骤8：用光波时域反射计(OTDR)测量故障光缆数值长度L1，计算测量实际长度L2，
L2＝L1/(1+p) (2)
其中p为光纤在光缆中的绞缩率，p值随光缆结构的不同而有所变化；
步骤9：计算并确定距离故障点最近的竖井min
Figure FSA0000197442130000049
并确定对应的竖井min
Figure FSA00001974421300000410
Figure FSA00001974421300000411
步骤10：计算并确定距离故障点最近，且长度大于L2的带LED应答RFID标签min
Figure FSA00001974421300000412
并确定对应的带LED应答RFID标签minRFIDor，并控制LED灯亮或者闪烁，
Figure FSA00001974421300000413
步骤11：如果
Figure FSA00001974421300000414
说明故障点从最近的竖井min
Figure FSA00001974421300000415
向终端盒方向，如果
Figure FSA00001974421300000416
说明故障点从最近的竖井min
Figure FSA00001974421300000417
向接头盒方向，运维人员根据远程移动监控端可以接受检测方向信息，并且在带LED应答RFID标签指引下找到并对故障点进行排除；
步骤12：上报排除结果，并通知光缆故障检测模块进行恢复测试，并转到步骤7；
步骤13：控制该业务对应的接头盒
Figure FSA0000197442130000051
终端盒
Figure FSA0000197442130000052
处的带LED应答RFID标签灯亮或者闪烁，对对应的接头盒
Figure FSA0000197442130000053
终端盒
Figure FSA0000197442130000054
处的光缆头进行拆下、除尘处理，再用光波频域反射计(OFDR)进行检查，如是接头盒、终端盒、或连接设备故障，进行更换维修后，再插上光缆头，上报排除结果，并通知光缆故障检测模块进行恢复测试，并转到步骤7。
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