CN115426037A - 一种光缆在线统一监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光缆在线统一监测系统，所述系统包括：包括光缆在线监测系统、多个场景监测设备、数据服务工厂和保底仿真平台；所述数据服务工厂包括数据汇聚模块、元数据模块和数据服务模块；所述数据服务模块用于根据所述保底仿真平台上传的风险信息对光缆及相关设备状态做出判断，还用于根据所述光缆在线监测系统上传的测试数据生成关于所述光缆在线监测系统的可视化拓扑图结构。本发明适应多种环境的光缆监测应用需要。系统提供光缆衰耗变化趋势分析功能，经过历史衰耗信息的趋势统计分析，为光缆运维人员提供可靠的故障预警信号，降低故障发生率，减少故障带来的经济损失。

Description

一种光缆在线统一监测系统

技术领域

本发明涉及电网运维技术领域，尤其涉及一种光缆在线统一监测系统。

背景技术

光缆作为信息传递的载体，在电网信息传递过程中具有举足轻重的地位，然而，光缆作为一种“哑资源”，自身缺乏实时有效的可测量的能力，当光缆遭遇老化劣化、外部破坏等恶劣环境的影响时，会造成通信质量的下降或中断。光缆是通信的物理载体，电网业务是运行于光缆上，光缆的运行质量的下降或中断最终导致业务运行受影响。为了提高电网业务运行质量，缩短故障历时，同时实现场景实时监测，对业务运行保障能力不足之处能有效分析。

当前行业内，光缆监测系统主要是实现一套网管系统，对光缆光传感设备进行管理，只能实现设备告警和测试数据展示。而且随着电网业务的不断发展，光纤通信网络的模块化建设和投运日益增长，光纤链路系统规模也随之日渐庞大，面对庞大的光纤链路资源、复杂的光纤网络连接关系以及频发的故障，单靠传统的人工运维已难以胜任。光缆的健康运行是保证网络正常通信的物理基础，而光缆作为一种“哑资源”，自身缺乏有效实时化监控。光缆老化劣化、外部破坏、环境因素影响等能造成通信质量下降或中断。当故障时，常规人工排查的故障排查历时长，不利于光缆业务的稳定运行。

发明内容

本发明实施例提供一种光缆在线统一监测系统，实现及时告警通知，对故障点进行快速、准确定位，缩短故障大部分的抢修时间，减少因设备故障带来的经济损失。

为实现上述目的，本申请实施例的第一方面提供了一种光缆在线统一监测系统，包括光缆在线监测系统、多个场景监测设备、数据服务工厂和保底仿真平台；

所述数据服务工厂包括数据汇聚模块、元数据模块和数据服务模块；所述数据汇聚模块用于汇聚来自外部平台的外平台数据和所述光缆在线监测系统上传的测试数据，并根据所述外平台数据和所述测试数据更新所述元数据模块中的基础数据；所述元数据模块用于存储基础数据；所述数据服务模块用于根据所述保底仿真平台上传的风险信息对光缆及相关设备状态做出判断，还用于根据所述光缆在线监测系统上传的测试数据生成关于所述光缆在线监测系统的可视化拓扑图结构；

所述光缆在线监测系统包括采集调度平台和外部接口；所述光缆在线监测系统通过所述采集调度平台获取全部场景监测设备的检测数据，每个场景监测设备与所述采集调度平台之间采用同一协议规范；所述光缆在线监测系统通过所述外部接口调用所述保底仿真平台进行数字孪生仿真分析；

所述保底仿真平台在接收到所述外部接口的点名测试请求后，根据从所述元数据模块获取的基础数据进行数字孪生仿真分析。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述多个场景监测设备包括OTDR监测设备、光纤线路振动传感设备、光纤线路温度测量设备和布里渊光时域反射检测设备；

所述OTDR监测设备用于通信质量监测场景下的监测，所述光纤线路振动传感设备用于防外破监测场景下的监测，所述光纤线路温度测量设备用于温度异常监测场景下的监测，所述布里渊光时域反射检测设备用于恶劣环境监测场景下的监测。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述数字孪生仿真分析包括光缆劣化趋势分析和设备故障评价。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述光缆劣化趋势分析具体包括:

从所述元数据模块获取的基础数据中提取光路各点的衰耗值数据；

根据所述衰耗值数据计算该测光路的每公里平均衰耗值；

根据每公里平均衰耗值所处的质量子区间判断光缆质量等级；每个质量子区间对应一个每公里平均衰耗值取值范围。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述设备故障评价具体包括:

从所述元数据模块获取的基础数据中提取场景监测设备的板卡测试极限系数、故障率系数和部件使用年限风险系数；

取所述板卡测试极限系数、所述故障率系数和所述部件使用年限风险系数中的最大值作为场景监测设备的趋势风险系数。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述故障率系数的计算方式为：

根据上传的监测数据，分析与部件对象同类型同型号故障的概率；

结合部件的所有历史故障次数和与部件对象同类型同型号故障的概率，对所述故障率系数进行定值累加。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述板卡测试极限系数的计算方式为：

板卡测试极限系数＝Max(板卡测试次数/型号标注测试次数)；场景监测设备的板卡更换后，所述板卡测试次数、所述型号标注测试次数需要重新获取。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述部件使用年限风险系数的计算方式为：

部件使用年限风险系数＝Max(Σ部件投运使用天数/(使用年限*365)*0.9)。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述根据所述保底仿真平台上传的风险信息对光缆及相关设备状态做出判断，具体包括：

所述数据服务模块根据所述保底仿真平台上传风险信息，对所述风险信息中的历史衰耗信息的趋势进行统计，为光缆运维人员提供故障预警信号并制定运维计划。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述外部平台包括主网管控系统、配网管控系统和气象系统；

所述主网管控系统向所述数据汇聚模块发送主网管数据，所述配网管控系统向所述数据汇聚模块发送配网管数据，所述气象系统向所述数据汇聚模块发送气象数据。

相比于现有技术，本发明实施例提供一种光缆在线统一监测系统，统一各厂商设备入网标准，屏蔽各厂商监测设备的差异性，降低上层系统接入各厂商监测设备的难度，支撑全网光缆网络监测生态的建设。系统实现光缆资源集中管理和运行状态实时监视，集成光缆性能和故障监测，能将光纤沿线的温度、应力、振动、电磁场监测通过数据服务模块可视化展现出来；提供多维度的监测手段，可通过数据汇聚模块结合外部平台数据分析多种环境的光缆监测应用需要。

此外，经过对所述保底仿真平台上传风险信息中历史衰耗信息进行趋势统计分析，为光缆运维人员提供可靠的故障预警信号，降低故障发生率，减少故障带来的经济损失。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种光缆在线统一监测系统的结构示意图；

图2是本发明一种外部平台与光缆在线统一监测系统的连接示意图。

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，所描述的实施例仅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做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。

请参见图1，本发明一实施例提供一种光缆在线统一监测系统，包括光缆在线监测系统1、多个场景监测设备、数据服务工厂2和保底仿真平台3。

所述数据服务工厂2包括数据汇聚模块20、元数据模块21和数据服务模块22；所述数据汇聚模块20用于汇聚来自外部平台的外平台数据和所述光缆在线监测系统1上传的测试数据，并根据所述外平台数据和所述测试数据更新所述元数据模块21中的基础数据；所述元数据模块21用于存储基础数据；所述数据服务模块22用于根据所述保底仿真平台3上传的风险信息对光缆及相关设备状态做出判断，还用于根据所述光缆在线监测系统1上传的测试数据生成关于所述光缆在线监测系统1的可视化拓扑图结构。

所述光缆在线监测系统1包括采集调度平台10和外部接口11；所述光缆在线监测系统1通过所述采集调度平台10获取全部场景监测设备的检测数据，每个场景监测设备与所述采集调度平台10之间采用同一协议规范；所述光缆在线监测系统1通过所述外部接口11调用所述保底仿真平台3进行数字孪生仿真分析。

所述保底仿真平台3在接收到所述外部接口11的点名测试请求后，根据从所述元数据模块21获取的基础数据进行数字孪生仿真分析。

需要说明的是，每个场景监测设备与所述采集调度平台10之间采用同一协议规范是指统一各厂商设备入网标准，屏蔽各厂商监测设备的差异性，降低上层系统接入各厂商监测设备的难度，实现监测设备的统一接入与管理。

多个场景监测设备实现光纤沿线的温度、应力、振动、电磁场监测等功能，提供多维度的运维手段，适应多种环境的光缆监测应用需要；保底仿真平台3通过数字孪生技术，实现业务抗灾风险能力分析、光缆劣化趋势分析、设备故障评价的数字分析能力，对可能出现的问题及故障点做出相应的预警，以实现真正意义上的主动维护，协助运维中降低甚至规避业务运行风险；光缆在线监测系统1还能够通过数据汇聚模块20调用外部平台数据，与外部风险风控系统、主网管控系统等核心系统的接口信息对接，让光缆在线监测系统1可以实现光缆沿线应力、振动、波长、频率、强度、偏振态、相位等物理量的联动测试。

综上，本发明实施例结合当前光传感技术研究与应用，运用云大物移智技术聚焦解决光缆哑资源的可视可管，实现实时监测光纤网络中的部分或全部纤芯，绘制光纤网络沿线温度、应力、振动、电磁场等的分布曲线，建立光纤网络环境档案，预测劣化趋势风险，实现及时告警通知等能力，对故障点进行快速、准确定位，压缩故障历时，减轻维护人员的工作压力，为电力的光纤网络维护提供可靠保障。

一般而言，在统一各厂商设备入网标准过程中，会对现有光纤网络进行信息化集中管理，建立网络健康档案，实现场景监测设备采集、状态监视、接入认证、远程控制等功能。光缆在线监测系统1制定全网的光缆在线监测设备网管协议规范，统一各厂商设备入网标准(具体可参见表1)，屏蔽各厂商监测设备的差异性，降低上层系统接入各厂商监测设备的难度，支撑全网光缆网络监测生态的建设；光缆在线统一监测系统建设在次协议规范基础上，采用UDP和TCP协议实现设备运行状态监控、光缆性能测试、光缆状态监测和告警主动上攻等功能。

表1系统与场景监测设备间的消息体规范格式

示例性地，所述多个场景监测设备包括OTDR监测设备、光纤线路振动传感设备、光纤线路温度测量设备和布里渊光时域反射检测设备；

所述OTDR监测设备用于通信质量监测场景下的监测，所述光纤线路振动传感设备用于防外破监测场景下的监测，所述光纤线路温度测量设备用于温度异常监测场景下的监测，所述布里渊光时域反射检测设备用于恶劣环境监测场景下的监测。

多个场景监测设备对现有光纤网络沿线的温度、应力、振动、电磁场等进行实时监测，监测数据上传后光缆在线监测系统1绘制光纤网络沿线温度、应力、振动、电磁场等的分布曲线，建立光纤网络环境档案。实现不同场景如通信质量、防外破监测、温度异常监测、恶劣环境监测等的监视监测。具体监测场景如下：

通信质量监测场景：通过OTDR监测设备，实现监测光学性能，如光缆老化、接头处污损、连接不良、宏弯、熔接点性能变差、非熔接接续性能变差等。

放外破监测场景。使用光纤线路振动传感(OLMVS)设备，利用光纤对振动敏感的特性对光缆沿途振动事件进行监控和定位。监测大型挖机、动物撕咬、人为破坏等对管道光缆产生破坏。

温度异常监测场景：通过光纤线路温度测量(OLMTS)设备，利用光子的拉曼散射温度效应来实现温度的检测，实现光缆周边环境产生的温度异常，如管道电缆局放导致温度异常、IOPPC光缆监测输电线温度异常、山火、垃圾焚烧等导致的温度异常。

恶劣环境监测场景：通过布里渊光时域反射检测设备(BOTDSS)设备实现应力和温度异常的监测，实现部分地区光缆受恶劣的天气或周边环境的影响，如沿海地区的台风、高山的覆冰、雨天雷电等对架空光缆产生影响。

通过对上述四种场景分析，光缆在线监测系统1快速发现可能对光缆带来危害的外部事件，确定事件类型，定位事件位置并通知维护人员采用相应的处理措施，实现异常告警、智能定位、原因分析、业务影响分析、业务自动切换等功能。

示例性地，所述数字孪生仿真分析包括光缆劣化趋势分析和设备故障评价。

示例性地，所述光缆劣化趋势分析具体包括:

从所述元数据模块获取的基础数据中提取光路各点的衰耗值数据；

根据所述衰耗值数据计算该测光路的每公里平均衰耗值；

根据每公里平均衰耗值所处的质量子区间判断光缆质量等级；每个质量子区间对应一个每公里平均衰耗值取值范围。

在本实施例中，经点名测试获取光路各点的衰耗值数据，然后计算该测试光路的每公里平均衰耗、衰耗年增长率等基础数据。根据每公里平均衰耗值判断光缆质量等级，衰耗值标准为：1560nm每公里衰耗不大于0.34(1560nm表示波长)，在此基础上又分为四个质量等级，衰耗值大于0.34(包含0.34)时，光路质量等级为差；衰耗值介于0.2和0.34之间(包含0.2)时，光路质量等级为一般；衰耗值介于0.1和0.2之间(包含0.1)时，光路质量等级为良好；衰耗值小于0.1时，光路质量等级为好。根据光缆的衰耗年增长率判断光缆的风险等级，衰耗增长率大于30％(包含30％)时，光缆风险等级为极高；衰耗增长率大于20％(包含20％)时，光缆风险等级为高；衰耗增长率大于10％(包含10％)时，光缆风险等级为中；衰耗增长率大于5％(包含5％)时，光缆风险等级为低；衰耗增长率小于5％时，光缆风险等级为无。

示例性地，所述设备故障评价具体包括:

从所述元数据模块获取的基础数据中提取场景监测设备的板卡测试极限系数、故障率系数和部件使用年限风险系数；

取所述板卡测试极限系数、所述故障率系数和所述部件使用年限风险系数中的最大值作为场景监测设备的趋势风险系数。

在本实施例中，设备趋势风险系数K根据三个指标(板卡测试极限系数T,故障率系数P,部件使用年限风险系数Y)分别计算得出，风险值取三个指标中的最大值。

示例性地，所述故障率系数的计算方式为：

根据上传的监测数据，分析与部件对象同类型同型号故障的概率；

结合部件的所有历史故障次数和与部件对象同类型同型号故障的概率，对所述故障率系数进行定值累加。

示例性地，所述板卡测试极限系数的计算方式为：

板卡测试极限系数＝Max(板卡测试次数/型号标注测试次数)；场景监测设备的板卡更换后，所述板卡测试次数、所述型号标注测试次数需要重新获取。

示例性地，所述部件使用年限风险系数的计算方式为：

部件使用年限风险系数＝Max(Σ部件投运使用天数/(使用年限*365)*0.9)。

趋势风险系数K＝Max(板卡测试极限系数T,关于同品牌型号的故障率系数P,部件使用年限风险系数Y)；

板卡测试极限系数T根据厂家提供的设备型号测试次数，维护型号设备测试次数的上限值。每次测试统计已使用的测试次数和剩余次数。注意板卡更换后，需重新计算；

测试极限系数T＝Max(板卡测试次数/型号标注测试次数)。

参见表2，故障率系数P是根据系统产生的设备告警记录，分析该部件对象同类型同型号故障的概率P。

表2故障率系数累加值参考表

序号	故障类别	等级	系数值(每次累加)
				1	因设备坏导致的设备离线次数	高	0.02
2	电源故障	高	0.05
				3	风扇故障	高	0.05
4	板卡故障	高	0.05
				5	测试失败故障	低	0.001

统计该部件的所有历史故障次数，推测该部件故障的可能性概率；部件使用年限风险系数是用于衡量部件是否到达使用年限的风险。根据部件的投运天数计算，最终值取最大值作为设备的风险系数。

部件使用年限风险系数Y＝Max(Σ部件投运使用天数/(使用年限*365)*0.9)，在实际应用中，使用年限一般为10年。

抗灾能力仿真主要在保底仿真平台3中实现，本系统通过数据服务模块22与保底仿真平台3对接获取抗灾能力仿真信息。

示例性地，所述根据所述保底仿真平台3上传的风险信息对光缆及相关设备状态做出判断，具体包括：

所述数据服务模块22根据所述保底仿真平台3上传风险信息，对所述风险信息中的历史衰耗信息的趋势进行统计，为光缆运维人员提供故障预警信号并制定运维计划。

参见图2，示例性地，所述外部平台包括主网管控系统、配网管控系统和气象系统；

所述主网管控系统向所述数据汇聚模块20发送主网管数据，所述配网管控系统向所述数据汇聚模块20发送配网管数据，所述气象系统向所述数据汇聚模块20发送气象数据。

本实施例提供系统主要实现了6个功能：

1.制定统一协议规范。系统制定全网的光缆在线监测设备网管协议规范，统一各厂商设备入网标准，屏蔽各厂商监测设备的差异性，降低上层系统接入各厂商监测设备的难度，支撑全网光缆网络监测生态的建设；光缆在线统一监测系统建设在次协议规范基础上，采用UDP和TCP协议实现设备运行状态监控、光缆性能测试、光缆状态监测和告警主动上攻等功能；

2.性能趋势分析。系统采用高精度的远程测试单元，实时采集并掌控光缆状态信息(包括纤芯光学特性和传输特性、缆体现场环境信息及机械特性)，通过后台系统分析相关指标和性能的变化趋势，对光缆状态作出初步的判断，实现光缆维护的智能化和自动化，给巡检工作计划提供决策基础数据，保障通信光缆的可靠运行；

3.实现光缆性能测试。系统透过OTDR监测设备实现光缆性能测试，快速、准确、定点告警，压缩故障历时，在光缆网络发生故障时，实时完成确定故障光缆段落；支持通过灵活配置最小告警阈值，能有效监测微弱变化的外力损耗事件；

4.光缆状态监测。系统结合温度、振动以及应力等光缆监测设备，基于分布式光纤传感原理，把光纤作为传感器，采集光纤内传输的光信号光学基础参量(波长、频率、强度、偏振态、相位等)，监测光缆沿线应力、振动等物理量，建立光学参量与光缆线路应力、振动之间的关系，实现整条光缆安全状态监测，及时发现可能影响光缆安全运行的外力破坏、盗窃行为等异常问题。

5.多种可视化拓扑功能。系统提供多种可视化拓扑图结构：设备拓扑图以不同地理位置展示监测设备数量、种类；光缆拓扑图实现某地区所有光缆段的关系和光路的走向；GIS拓扑图，基于GIS地图，实现光缆故障精准定位，在地图中输出具体光缆中断位置。

6.打通多系统测试联动接口。系统实现与保底仿真平台3、风险风控系统、主网管控系统等核心系统的接口信息对接，让电力通信生态内的系统可以实现光缆沿线应力、振动、波长、频率、强度、偏振态、相位等物理量的联动测试。

相比于现有技术，本发明实施例提供一种光缆在线统一监测系统，统一各厂商设备入网标准，屏蔽各厂商监测设备的差异性，降低上层系统接入各厂商监测设备的难度，支撑全网光缆网络监测生态的建设。系统实现光缆资源集中管理和运行状态实时监视，集成光缆性能和故障监测，能将光纤沿线的温度、应力、振动、电磁场监测通过数据服务模块22可视化展现出来；提供多维度的监测手段，可通过数据汇聚模块20结合外部平台数据分析多种环境的光缆监测应用需要。

此外，经过对所述保底仿真平台3上传风险信息中历史衰耗信息进行趋势统计分析，为光缆运维人员提供可靠的故障预警信号，降低故障发生率，减少故障带来的经济损失。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光缆在线统一监测系统，其特征在于，包括光缆在线监测系统、多个场景监测设备、数据服务工厂和保底仿真平台；

所述数据服务工厂包括数据汇聚模块、元数据模块和数据服务模块；所述数据汇聚模块用于汇聚来自外部平台的外平台数据和所述光缆在线监测系统上传的测试数据，并根据所述外平台数据和所述测试数据更新所述元数据模块中的基础数据；所述元数据模块用于存储基础数据；所述数据服务模块用于根据所述保底仿真平台上传的风险信息对光缆及相关设备状态做出判断，还用于根据所述光缆在线监测系统上传的测试数据生成关于所述光缆在线监测系统的可视化拓扑图结构；

所述光缆在线监测系统包括采集调度平台和外部接口；所述光缆在线监测系统通过所述采集调度平台获取全部场景监测设备的检测数据，每个场景监测设备与所述采集调度平台之间采用同一协议规范；所述光缆在线监测系统通过所述外部接口调用所述保底仿真平台进行数字孪生仿真分析；

所述保底仿真平台在接收到所述外部接口的点名测试请求后，根据从所述元数据模块获取的基础数据进行数字孪生仿真分析。

2.如权利要求1所述光缆在线统一监测系统，其特征在于，所述多个场景监测设备包括OTDR监测设备、光纤线路振动传感设备、光纤线路温度测量设备和布里渊光时域反射检测设备；

所述OTDR监测设备用于通信质量监测场景下的监测，所述光纤线路振动传感设备用于防外破监测场景下的监测，所述光纤线路温度测量设备用于温度异常监测场景下的监测，所述布里渊光时域反射检测设备用于恶劣环境监测场景下的监测。

3.如权利要求1所述光缆在线统一监测系统，其特征在于，所述数字孪生仿真分析包括光缆劣化趋势分析和设备故障评价。

4.如权利要求3所述光缆在线统一监测系统，其特征在于，所述光缆劣化趋势分析具体包括:

从所述元数据模块获取的基础数据中提取光路各点的衰耗值数据；

根据所述衰耗值数据计算该测光路的每公里平均衰耗值；

根据每公里平均衰耗值所处的质量子区间判断光缆质量等级；每个质量子区间对应一个每公里平均衰耗值取值范围。

5.如权利要求3所述光缆在线统一监测系统，其特征在于，所述设备故障评价具体包括:

从所述元数据模块获取的基础数据中提取场景监测设备的板卡测试极限系数、故障率系数和部件使用年限风险系数；

取所述板卡测试极限系数、所述故障率系数和所述部件使用年限风险系数中的最大值作为场景监测设备的趋势风险系数。

6.如权利要求5所述光缆在线统一监测系统，其特征在于，所述板卡测试极限系数的计算方式为：

板卡测试极限系数＝Max(板卡测试次数/型号标注测试次数)；场景监测设备的板卡更换后，所述板卡测试次数、所述型号标注测试次数需要重新获取。

7.如权利要求5所述光缆在线统一监测系统，其特征在于，所述故障率系数的计算方式为：

根据上传的监测数据，分析与部件对象同类型同型号故障的概率；

结合部件的所有历史故障次数和与部件对象同类型同型号故障的概率，对所述故障率系数进行定值累加。

8.如权利要求5所述光缆在线统一监测系统，其特征在于，所述部件使用年限风险系数的计算方式为：

部件使用年限风险系数＝Max(Σ部件投运使用天数/(使用年限*365)*0.9)。

9.如权利要求3所述光缆在线统一监测系统，其特征在于，所述根据所述保底仿真平台上传的风险信息对光缆及相关设备状态做出判断，具体包括：

所述数据服务模块根据所述保底仿真平台上传风险信息，对所述风险信息中的历史衰耗信息的趋势进行统计，为光缆运维人员提供故障预警信号并制定运维计划。

10.如权利要求1所述光缆在线统一监测系统，其特征在于，所述外部平台包括主网管控系统、配网管控系统和气象系统；

所述主网管控系统向所述数据汇聚模块发送主网管数据，所述配网管控系统向所述数据汇聚模块发送配网管数据，所述气象系统向所述数据汇聚模块发送气象数据。

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