CN116846463A - 一种基于gis的通信光缆故障点定位方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于GIS的通信光缆故障点定位方法及装置，涉及通信光缆监测技术领域。本发明包括如下步骤：实地采集绘制光缆工程地图；矢量化处理得到数字化地图；建立相应光缆设备与一个或者多个监测站之间的关联关系；生成光缆工程GIM数字模型；获取OTDR曲线，对OTDR曲线进行分析，计算出光缆故障点与监测站的距离，进行可视化展示。本发明通过对光缆工程进行实测，制作光缆工程GIM数字模型，利用监测站获取OTDR曲线，计算出光缆故障点与监测站的距离，并在可视化界面进行故障点展示，避免了人工巡检，及时发现光缆故障点，提高巡检效率，节约人力成本。

Description

一种基于GIS的通信光缆故障点定位方法及装置

技术领域

本发明属于通信光缆监测技术领域，特别是涉及一种基于GIS的通信光缆故障点定位方法及装置。

背景技术

随着通信技术的发展及普及应用，已经由有线发展无线、近距离发展成为远距离，通信手段在这一环节发挥着极其重要的作用。因通信光缆自身存在传输距离大、通信容量大、极易受电磁干扰影响、保密性强等特点，因此，在现代通信传输过程中能有效提高网络通信质量。但通信光缆的工作环境直接决定其具有物理特性脆弱的缺陷，故障频发则是制约光缆在网络通信环节使用的关键因素。

因此，对通信光缆故障实施定位，并创建保障系统意义重大。地理信息系统(Geographic Information Systems，GIS)作为一种新型的技术，需要在地理空间分布环境下对工程建设设备数据信息展开采集和分析工作，从而获取相应的数据信息，并利用文本、图表等方法将数据展示出来。在考虑光纤通信建设过程中，设备相对密集、且具有容量大、数据传播速度快等特点，如果发生光缆故障，会直接影响整个通信系统安全、正常的运行，在一定程度上损害国家及广大群众的财产损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于GIS的通信光缆故障点定位方法及装置，通过对光缆工程进行实测，制作光缆工程GIM数字模型，利用监测站获取OTDR曲线，计算出光缆故障点与监测站的距离，解决了现有的光缆故障发现不及时、人力巡检成本高问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明为一种基于GIS的通信光缆故障点定位方法，方法包括：

步骤S1：通过GIS对光缆系统进行实地采集，并依据实地采集绘制出光缆工程地图；其中，在所述光缆工程系统中包括电力设备、设备GPS坐标、设备连接关系、海拔高度、环境要素、地貌轮廓、设备信息中的一项或者多项；

步骤S2：对光缆工程地图进行矢量化处理，将空间数据与属性数据相连，得到数字化地图；

步骤S3：同时加载数字化地图和监控网络分布图，对与相应的监测站分布在光缆设备附近，建立相应光缆设备与一个或者多个监测站之间的关联关系；

步骤S4：运用BIM三维几何图像计算工具，利用BIM可视化编程工具在GIM三维图形工具的基础上，生成光缆工程GIM数字模型；

步骤S5：每个监测站使用OTDR实时监测负责区域内光缆，获取OTDR曲线；

步骤S6：对OTDR曲线进行分析，获取故障点到监测站距离长度，通过故障定位算法，计算出光缆故障点与监测站的距离；

步骤S7：找出故障点的地理位置并在光缆工程GIM数字模型上进行可视化展示。

作为一种优选的技术方案，所述步骤S2中，对光缆工程地图进行矢量化处理流程如下：

步骤S21：对光缆地图进行扫描转换；

步骤S22：拼接子地图，进行裁剪绘图；

步骤S23：对绘制好的地图进行图像矢量化处理；

步骤S24：合成矢量图，并对矢量图进行编辑。

作为一种优选的技术方案，所述步骤S22中，拼接子地图，进行裁剪绘图具体步骤包括：

利用图像分割算法对扫描地图进行分割，生成图像的不同初始化区域T＝{y₁,y₂,...,y_n}，初始化后默认所有图像的相似度为Y＝100％；

对不同初始化区域的原始地图图像数据，依次进行均值、样本方差、标准化处理；

利用图像极值点的检测方法对地图图像进行特征提取，并用尺度不变特征转换描述子对地图图像的局部特征进行表示，分为四步：地图矢量化、地图矢量化后续处理、建立拓扑关系和空间数与属性数据的关联。

作为一种优选的技术方案，所述原始地图图像数据利用高斯马尔可夫随机场模型对原始光缆图像进行建模，模型表达式为：

A(B_d|B(C))＝A(B_d|B(γ_d))＞0；

式中，B表示原始地图图像，d表示原始地图图像中一部分光缆的位置，Y表示相邻位置，故障点的位置B(d)＝B_d的概率表示为A(B(d)＝B_d)，C表示自定义的平面；

原始地图图像B用高斯马尔可夫随机场模型模拟，B_d的表达式为：

式中，η_a表示高斯马尔可夫随机场的模型参数，d表示光缆任意一点的位置图像，a表示图像的尺寸大小，B_d+a表示地图图像离散区域，b_d表示零均值的高斯噪声，利用析取正态水平集对原始地图图像的纹理中像素点之间的相互作用进行表示，析取正态水平集的能量函数公式为：

D(e₁,e₂)＝∫β((B(n)-e₁)²f(n)+(B(n)-e₂)²(1-f(n)))dn；

式中，e₁,e₂分别表示原始地图图像前景区域、背景区域的灰度均值，β表示图像的全部区域集，B(n)表示能量函数的均值，dn表示对地图图像的积分，n表示单个的图像区域，f(n)表示观测图像；

所述前景区域的灰度均值表达式：

式中，G表示为海维赛德函数，f(n)表示观测图像；

所述背景区域的灰度均值表达式为：

式中，f(n)表示观测图像，计算迭代e₁和e₂直到收敛为止，输出分割后的图像，完成图像分割。

作为一种优选的技术方案，对所述不同初始化区域的原始地图图像数据，依次进行均值、样本方差、标准化处理，其中：

所述均值表达式为：

式中，ρ_ε表示地图图像均值结果，x表示任一的地图图像数据点，ε表示地图图像最小批处理值，g表示地图图像数据点个数，h表示所有地图图像数据点灰度值的和；

所述样本方差表达式为：

式中，表示地图图像的样本方差值；

所述标准化处理表达式为：

式中，表示地图图像的标准化值。

作为一种优选的技术方案，所述计算所述尺度不变特征转换描述子的步骤为：

以每个关键点为中心，将光缆图像坐标Ⅹ轴旋转到尺度不变特征转换关键点的主方向上；

以每个关键点为中心分割成子区域，在每个子区域上计算高斯加权梯度方向角直方图，绘制每个梯度方向的累加值，即可形成一个种子点。

作为一种优选的技术方案，所述步骤S5中，OTDR曲线包括盲区、非反射事件、反射事件和光纤末端；所述OTDR曲线分析流程如下：

步骤S51：从数据库中的定义文本类型确定故障事件类型；

步骤S52：采用回归分析中的预测模型来对OTDR曲线事件进行故障定位；

步骤S53：根据分析出的事件，生成事件图表；

所述事件图表包括事件具体位置、事件点到被测光缆的距离、事件点衰减、光缆线路上没公里损耗以及Y轴上的光功率强度。

作为一种优选的技术方案，所述步骤S52中，对OTDR曲线事件进行故障定位的算法公式如下：

式中，X_F和Y_F分别是故障点的X坐标轴和Y轴坐标轴位置，X_N是同R_N相对应的余缆杆点在X轴上的位置，Y_N是同R_N相对应的余缆杆点在Y轴上的位置，为R_N对应余缆杆点到机房的长度，D为OTDR的测试距离。

第二方面，本发明为一种基于GIS的通信光缆故障点定位装置，用于实现第一方面所述的基于GIS的通信光缆故障点定位方法，所述装置包括：

至少一个处理器；以及，与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被至少一个所述处理器执行的指令；所述指令被所述处理器执行，用于执行权利要求1-8任意所述的基于GIS的通信光缆故障点定位方法。

第三方面，本发明还提供了一种种非易失性计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，用于完成所述的基于GIS的通信光缆故障点定位方法。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明通过对光缆工程进行实测，制作光缆工程GIM数字模型，利用监测站获取OTDR曲线，计算出光缆故障点与监测站的距离，并在可视化界面进行故障点展示，避免了人工巡检，及时发现光缆故障点，提高巡检效率，节约人力成本。

(2)本发明通过GIS对光缆系统进行实地采集制作数字地图，运用BIM三维几何图像计算工具，利用BIM可视化编程工具在GIM三维图形工具的基础上，生成光缆工程GIM数字模型，能够对光缆设备状态和运行环境的实时监测、预警和评估功能，形成信息共享平台，提高了光缆工程的智能化程度和监控力度。

(3)本发明通过将测算的光缆故障点在光缆工程GIM数字模型上进行展示，直观的展示故障位置，使管理员及时分配维护人员前去维修，提高检修效率，最大程度降低损失。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于GIS的通信光缆故障点定位方法流程图；

图2为实施例提供的矢量化处理流程图；

图3为实施例提供的GIS数据组织结构示意图；

图4为实施例提供的基于GIS的通信光缆故障点定位系统的结构示意图；

图5为实施例提供的OTDR曲线事件检测流程；

图6为实施例提供的基于GIS的通信光缆故障点定位装置结构示意图。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例一提供了一种基于GIS的通信光缆故障点定位方法，在GIS平台软件的基础上进行二次应用程序的研发，需要运行环境包括以下几方面：

操作系统：Windows XP，Windows NT Server，Windows 2000Professional等；

软件平台：组件式GIS软件MapInfo平台；

数字化软件：采用MapInfo的智能扫描矢量化方法；

数据库：SQLServer2000；

开发语言：VisualC++；

在运行环境部署完成后，如图1所示，方法包括：

在步骤S1中，通过GIS对光缆系统进行实地采集，并依据实地采集绘制出光缆工程地图；其中，在所述光缆工程系统中包括电力设备、设备GPS坐标、设备连接关系、海拔高度、环境要素、地貌轮廓、设备信息中的一项或者多项；

在步骤S2中，对光缆工程地图进行矢量化处理，将空间数据与属性数据相连，得到数字化地图；同时加载数字化地图和监控网络分布图，对与相应的监测站分布在光缆设备附近，建立相应光缆设备与一个或者多个监测站之间的关联关系；

如果通信光缆存在故障，对其进行及时、准确的定位，并在地图上标注障碍点或者周边地形状况，能有效减少由于故障持续时间长而引发的经济损失。数字化地图是GIS的基础内容，不仅可以提供地理实体有关的空间和属性信息，而地理信息系统各项功能必须在数字化地图层面实现。当图形数据录入完成以后，必须开展一系列的处理，包含地图矢量化、空间与属性数据相连的设计。系统对地图扫描处理流程见图2所示。扫描矢量化能够自动展开，但扫描地图内包括各类信息，系统无法自动识别分辨，如：在一幅地图内，包含等高线、河流等不同的线地物，虽然不这些地物会使用不同线型、颜色进行表示。但对于计算机系统而言，很难对它们执行自动区分操作，这会使用获取的完全自动矢量化结果并不一定可靠。因此，在具体使用过程中，一般采用人工交互功能对矢量化地图进行跟踪。

矢量化操作中，可能出现一定的误差，例如：纸张由于受热发生变形的状况，矢量化设备由于自身具有一定缺陷或者操作不当引起的误差。为有效纠正这些因素带来的影响，应对矢量化操作后的地图展开纠正处理。几何纠正就是实施数学变换(X′,Y′)＝F(X,Y)，最常使用的就是仿射变换。在此基础上，实施直线变换处理后仍然为直线，而平行线变换操作后依然为平行线等特点。GIS软件之中，多使用防射变换完成纠正处理，如：取出冗余定点等。

在步骤S4中，运用BIM三维几何图像计算工具，利用BIM可视化编程工具在GIM三维图形工具的基础上，生成光缆工程GIM数字模型；

在整个系统中最为基础的内容是数字化地图，数字化地图为系统提供了地理实体的空间和属性信息，这些信息将成为系统后续功能实现的基础。从本质上讲，地图数字化就是将地理实体转换成为可计算的数据，计算机可以对这些数据进行计算、兼容、存储等。在地图数字化的过程中有以下几个关键步骤：

配网地图信息数据是基于GIS(Geographic Information System或Geo－Information System，地理信息系统)用于展示配光缆分布信息的地图，是包含配光缆信息的地图。电力GIS地图库用来存放公用的配网GIS地图。

配网拓扑结构数据，用于展示配光缆线路上各个节点的连接关系。如，一条线路从变压器出来，是通过电线杆分成一段一段的。每个电线杆有编号，依次1、2、3……，通过配网拓扑结构展示一条线路中电线杆的位置、以及电线杆与上一个电线杆的距离或上一个电线杆编号、下一个电线杆编号等。运维人员根据配网线路拓扑情况将配网拓扑结构数据录入线路单线图到线路单线图库。

继电保护装置安装在配网的重要节点处，如线路上、配电变压器和分段母线上，架空线路的就是在电线杆上，电缆线路就是环网柜里面。通过继电保护装置可以获取保护开关状态数据，即获取保护开关是开或关的状态。在本申请实施例中，继电保护装置的数量通常不止一个。

如：电压电流检测装置安装在配网的重要节点处，如线路上、配电变压器和分段母线上，架空线路的就是在电线杆上，电缆线路就是环网柜里面。通过电压电流检测装置获取配网分支节点实时状态数据，状态数据主要是电压、电流、输电线的线芯温度、周围湿度。在本申请具体实施方式中，电压电流检测装置为实时状态监测装置，用于实时监测配网节点处的电压、电流、输电线的线芯温度、周围湿度等数据。在本申请实施例中，电压电流检测装置的数量通常不止一个。

本发明实施例一另一方面的创新点还表现在，提供了一套行之有效的，将归属于不同管辖主体的检测站集中利用起来了，此处的管辖主体可以类似理解为特定的平原监控点、山区监控点、丘陵监控点等等。并且本发明一方面通过GIS对光缆系统进行实地采集制作数字地图，运用BIM三维几何图像计算工具，利用BIM可视化编程工具在GIM三维图形工具的基础上，生成光缆工程GIM数字模型，能够对光缆设备状态和运行环境的实时监测、预警和评估功能，形成信息共享平台，提高了光缆工程的智能化程度和监控力度；另一方面将测算的光缆故障点在光缆工程GIM数字模型上进行展示，直观的展示故障位置，使管理员及时分配维护人员前去维修，提高检修效率，最大程度降低损失。

实施例二

如图3所示，本实施例二根据通信光缆故障定位需求及GIS特点，文中选定SQLserver大型空间数据库，这也是一种无缝的管理模式。这种条件下，空间及属性数据均要利用网络与信息工程大型的商业数据库实施管理，它借助长二字节型和相应的技术支持，将图像要素看成数据库字段予以存储处理，并重视进行空间结构化查询等操作，确保图形数据与属性数据实现无缝管理。

如图4所示，本发明为一种基于GIS的通信光缆故障点定位系统，可用于执行完成本发明实施例1以及后续实施例3的方法内容，包括模型制作单元和光缆故障识别定位单元；

模型制作单元包括光缆实测模块、GIS系统、BIM三维建模模块、光缆沿线数字地图数字化处理模块和人机界面可视化展示模块；光缆实测模块用于对光缆工程进行实测，获取光缆工程的实际情况；GIS系统用于对地理空间实体和现象的特征要素进行表达、获取、处理、管理、分析与应用的计算机空间或时空信息系统；BIM三维建模模块用于GIS系统数据与实测数据导入BIM三维建模工具构建BIM三维模型；光缆沿线数字地图数字化处理模块用于根据BIM三维模型生成光缆工程GIM数字模型；人机界面可视化展示模块用于对光缆工程进行GIM数字模型展示并实时显示故障点位，直观的展示故障位置，使管理员及时分配维护人员前去维修，提高检修效率，最大程度降低损失。

光缆故障识别定位单元包括光时域反射仪、OTDR曲线处理模块、OTDR曲线分析模块和故障点定位模块；光时域反射仪通过对测量曲线的分析，了解光纤的均匀性、缺陷、断裂、接头耦合等若干性能的仪器。它根据光的后向散射与菲涅耳反向原理制作，利用光在光纤中传播时产生的后向散射光来获取衰减的信息，可用于测量光纤衰减、接头损耗、光纤故障点定位以及了解光纤沿长度的损耗分布情况等，是光缆施工、维护及监测中必不可少的工具；如图5所示，OTDR曲线处理模块要噪声抑制，最大程度上突出有用信息；将高频信息进行过滤，减弱噪声之后方可以进行相关的计算。这样曲线中的噪声充分的得到了弱化，而有用信息得到了加强而更多的保留在了曲线中，非常有利于确定曲线事件点的具体位置。

OTDR曲线上包含了4项内容即：盲区、非反射事件、反射事件、光纤末端，对OTDR曲线进行分析主要目的就是从OTDR曲线中找出熔接点、光纤断电、光纤尾端等事件，通过数据库中的定义文本类型来区分是哪种事件，然后采用回归分析中的预测模型来对OTDR曲线事件进行定位，之后会在系统中生成一张事件图表，将所分析出的事件通过图表呈现出来。呈现事件的图表主要包含了这几项内容：事件点具体位置也就是说事件点到被测光纤的距离，事件点衰减，光纤线路上的每公里损耗以及Y轴上的光功率强度。

OTDR曲线处理过程中，包括步骤如下：

(1)地图矢量化。纸质地图通过扫描实现矢量化，从而形成若干矢量化地图，最后将这些矢量化地图进行拼接从而变成完整的矢量化地图存入系统的数据库中。

(2)地图矢量化后续处理。在纸质地图通过扫描转化成为矢量化地图与实际地图之间存在一些误差，那么接下来将存在误差的矢量化地图进行纠正就非常重要，在GIS中常用的纠正功能是仿射变换方法，通过该方法使得矢量化地图精准度更高。

(3)建立拓扑关系。建立拓扑关系就是要将各种数据进行分类、分层处理，建立网络关系等。

(4)空间数与属性数据的关联。整个系统的核心内容就是数据，没有数据GIS就无法实现它的功能。在GIS中，地理空间数据有两种展现形式，一种是空间地理位置信息，另外一种是地理图形信息，空间数据与属性数据是相辅相成的关系，将二者之间关联起来这是GIS能够实现其功能的关键内容。通过上述四个步骤可以实现地图数字化。

实施例三

本发明实施例为一种基于GIS的通信光缆故障点定位方法，相应方法内容是实施例一技术方案结合具体平台、工具和算法之后体现的内容，另外，本发明实施例是从基础方法理论侧进行阐述，涉及实施例一中的关联优选方案并未在本发明实施例中过多的阐述，如图1所示：

步骤S1：通过GIS对光缆系统进行实地采集，并依据实地采集绘制出光缆工程地图；其中，在光缆工程系统中包括电力设备、设备GPS坐标、设备连接关系、海拔高度、环境要素、地貌轮廓、设备信息中的一项或者多项；

步骤S2：对光缆工程地图进行矢量化处理，将空间数据与属性数据相连，得到数字化地图；

步骤S3：同时加载数字化地图和监控网络分布图，对与相应的监测站分布在光缆设备附近，建立相应光缆设备与一个或者多个监测站之间的关联关系；

步骤S4：运用BIM三维几何图像计算工具，利用BIM可视化编程工具在GIM三维图形工具的基础上，生成光缆工程GIM数字模型；

步骤S5：每个监测站使用OTDR实时监测负责区域内光缆，获取OTDR曲线；

步骤S6：对OTDR曲线进行分析，获取故障点到监测站距离长度，通过故障定位算法，计算出光缆故障点与监测站的距离；

步骤S7：找出故障点的地理位置并在光缆工程GIM数字模型上进行可视化展示。

拼接子地图，进行裁剪绘图具体步骤包括：

利用图像分割算法对扫描地图进行分割，生成图像的不同初始化区域T＝{y₁,y₂,...,y_n}，初始化后默认所有图像的相似度为Y＝100％；

对不同初始化区域的原始地图图像数据，依次进行均值、样本方差、标准化处理；

利用图像极值点的检测方法对地图图像进行特征提取，并用尺度不变特征转换描述子对地图图像的局部特征进行表示，分为四步：地图矢量化、地图矢量化后续处理、建立拓扑关系和空间数与属性数据的关联。

原始地图图像数据利用高斯马尔可夫随机场模型对原始光缆图像进行建模，模型表达式为：

A(B_d|B(C))＝A(B_d|B(γ_d))＞0；

式中，B表示原始地图图像，d表示原始地图图像中一部分光缆的位置，Y表示相邻位置，故障点的位置B(d)＝B_d的概率表示为A(B(d)＝B_d)，C表示自定义的平面；

原始地图图像B用高斯马尔可夫随机场模型模拟，B_d的表达式为：

式中，η_a表示高斯马尔可夫随机场的模型参数，d表示光缆任意一点的位置图像，a表示图像的尺寸大小，B_d+a表示地图图像离散区域，b_d表示零均值的高斯噪声，利用析取正态水平集对原始地图图像的纹理中像素点之间的相互作用进行表示，析取正态水平集的能量函数公式为：

D(e₁,e₂)＝∫β((B(n)-e₁)²f(n)+(B(n)-e₂)²(1-f(n)))dn；

式中，e₁,e₂分别表示原始地图图像前景区域、背景区域的灰度均值，β表示图像的全部区域集，B(n)表示能量函数的均值，dn表示对地图图像的积分，n表示单个的图像区域，f(n)表示观测图像；

前景区域的灰度均值表达式：

式中，G表示为海维赛德函数，f(n)表示观测图像；

背景区域的灰度均值表达式为：

式中，f(n)表示观测图像，计算迭代e₁和e₂直到收敛为止，输出分割后的图像，完成图像分割。

对不同初始化区域的原始地图图像数据，依次进行均值、样本方差、标准化处理，其中：

均值表达式为：

式中，ρ_ε表示地图图像均值结果，x表示任一的地图图像数据点，ε表示地图图像最小批处理值，g表示地图图像数据点个数，h表示所有地图图像数据点灰度值的和；

样本方差表达式为：

式中，表示地图图像的样本方差值；

标准化处理表达式为：

式中，表示地图图像的标准化值。

计算尺度不变特征转换描述子的步骤为：

以每个关键点为中心，将光缆图像坐标Ⅹ轴旋转到尺度不变特征转换关键点的主方向上；

以每个关键点为中心分割成子区域，在每个子区域上计算高斯加权梯度方向角直方图，绘制每个梯度方向的累加值，即可形成一个种子点。

步骤S5中，OTDR曲线包括盲区、非反射事件、反射事件和光纤末端；OTDR曲线分析流程如下：

步骤S51：从数据库中的定义文本类型确定故障事件类型；

步骤S52：采用回归分析中的预测模型来对OTDR曲线事件进行故障定位；

步骤S53：根据分析出的事件，生成事件图表；

事件图表包括事件具体位置、事件点到被测光缆的距离、事件点衰减、光缆线路上没公里损耗以及Y轴上的光功率强度。

步骤S52中，对OTDR曲线事件进行故障定位的算法公式如下：

式中，X_F和Y_F分别是故障点的X坐标轴和Y轴坐标轴位置，X_N是同R_N相对应的余缆杆点在X轴上的位置，Y_N是同R_N相对应的余缆杆点在Y轴上的位置，为R_N对应余缆杆点到机房的长度，D为OTDR的测试距离。

实施例四

如图6所示，是本发明实施例的基于GIS的通信光缆故障点定位方法的架构示意图。本实施例的基于GIS的通信光缆故障点定位装置包括一个或多个处理器以及存储器。其中，图6中以一个处理器为例。

处理器和存储器可以通过总线或者其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。

存储器作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序和非易失性计算机可执行程序，如实施例1中的基于GIS的通信光缆故障点定位方法。处理器通过运行存储在存储器中的非易失性软件程序和指令，从而执行基于GIS的通信光缆故障点定位方法。

存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

所述程序指令/模块存储在所述存储器中，当被所述一个或者多个处理器执行时，执行上述实施例1中的基于GIS的通信光缆故障点定位方法，例如，执行以上描述的图1-图2，以及图4-图5所示的各个步骤。

值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种基于GIS的通信光缆故障点定位方法，其特征在于，方法包括：

步骤S1：通过GIS对光缆系统进行实地采集，并依据实地采集绘制出光缆工程地图；其中，在所述光缆工程系统中包括电力设备、设备GPS坐标、设备连接关系、海拔高度、环境要素、地貌轮廓、设备信息中的一项或者多项；

步骤S2：对光缆工程地图进行矢量化处理，将空间数据与属性数据相连，得到数字化地图；

步骤S3：同时加载数字化地图和监控网络分布图，对与相应的监测站分布在光缆设备附近，建立相应光缆设备与一个或者多个监测站之间的关联关系；

步骤S4：运用BIM三维几何图像计算工具，利用BIM可视化编程工具在GIM三维图形工具的基础上，生成光缆工程GIM数字模型；

步骤S5：每个监测站使用OTDR实时监测负责区域内光缆，获取OTDR曲线；

步骤S6：对OTDR曲线进行分析，获取故障点到监测站距离长度，通过故障定位算法，计算出光缆故障点与监测站的距离；

步骤S7：找出故障点的地理位置并在光缆工程GIM数字模型上进行可视化展示。

2.根据权利要求1所述的一种基于GIS的通信光缆故障点定位方法，其特征在于，所述步骤S2中，对光缆工程地图进行矢量化处理流程如下：

步骤S21：对光缆地图进行扫描转换；

步骤S22：拼接子地图，进行裁剪绘图；

步骤S23：对绘制好的地图进行图像矢量化处理；

步骤S24：合成矢量图，并对矢量图进行编辑。

3.根据权利要求2所述的一种基于GIS的通信光缆故障点定位方法，其特征在于，所述步骤S22中，拼接子地图，进行裁剪绘图具体步骤包括：

利用图像分割算法对扫描地图进行分割，生成图像的不同初始化区域T＝{y₁,y₂,...,y_n}，初始化后默认所有图像的相似度为Y＝100％；

对不同初始化区域的原始地图图像数据，依次进行均值、样本方差、标准化处理；

利用图像极值点的检测方法对地图图像进行特征提取，并用尺度不变特征转换描述子对地图图像的局部特征进行表示，分为四步：地图矢量化、地图矢量化后续处理、建立拓扑关系和空间数与属性数据的关联。

4.根据权利要求3所述的一种基于GIS的通信光缆故障点定位方法，其特征在于，所述原始地图图像数据利用高斯马尔可夫随机场模型对原始光缆图像进行建模，模型表达式为：

A(B_d|B(C))＝A(B_d|B(γ_d))＞0；

式中，B表示原始地图图像，d表示原始地图图像中一部分光缆的位置，Y表示相邻位置，故障点的位置B(d)＝B_d的概率表示为A(B(d)＝B_d)，C表示自定义的平面；

原始地图图像B用高斯马尔可夫随机场模型模拟，B_d的表达式为：

式中，η_a表示高斯马尔可夫随机场的模型参数，d表示光缆任意一点的位置图像，a表示图像的尺寸大小，B_d+a表示地图图像离散区域，b_d表示零均值的高斯噪声，利用析取正态水平集对原始地图图像的纹理中像素点之间的相互作用进行表示，析取正态水平集的能量函数公式为：

D(e₁,e₂)＝∫β((B(n)-e₁)²f(n)+(B(n)-e₂)²(1-f(n)))dn；

式中，e₁,e₂分别表示原始地图图像前景区域、背景区域的灰度均值，β表示图像的全部区域集，B(n)表示能量函数的均值，dn表示对地图图像的积分，n表示单个的图像区域，f(n)表示观测图像；

所述前景区域的灰度均值表达式：

式中，G表示为海维赛德函数，f(n)表示观测图像；

所述背景区域的灰度均值表达式为：

式中，f(n)表示观测图像，计算迭代e₁和e₂直到收敛为止，输出分割后的图像，完成图像分割。

5.根据权利要求3所述的一种基于GIS的通信光缆故障点定位方法，其特征在于，对所述不同初始化区域的原始地图图像数据，依次进行均值、样本方差、标准化处理，其中：

所述均值表达式为：

式中，ρ_ε表示地图图像均值结果，x表示任一的地图图像数据点，ε表示地图图像最小批处理值，g表示地图图像数据点个数，h表示所有地图图像数据点灰度值的和；

所述样本方差表达式为：

式中，表示地图图像的样本方差值；

所述标准化处理表达式为：

式中，表示地图图像的标准化值。

6.根据权利要求1所述的一种基于GIS的通信光缆故障点定位方法，其特征在于，计算所述尺度不变特征转换描述子的步骤为：

以每个关键点为中心，将光缆图像坐标Ⅹ轴旋转到尺度不变特征转换关键点的主方向上；

以每个关键点为中心分割成子区域，在每个子区域上计算高斯加权梯度方向角直方图，绘制每个梯度方向的累加值，即可形成一个种子点。

7.根据权利要求1所述的一种基于GIS的通信光缆故障点定位方法，其特征在于，所述步骤S5中，OTDR曲线包括盲区、非反射事件、反射事件和光纤末端；所述OTDR曲线分析流程如下：

步骤S51：从数据库中的定义文本类型确定故障事件类型；

步骤S52：采用回归分析中的预测模型来对OTDR曲线事件进行故障定位；

步骤S53：根据分析出的事件，生成事件图表；

所述事件图表包括事件具体位置、事件点到被测光缆的距离、事件点衰减、光缆线路上没公里损耗以及Y轴上的光功率强度。

8.根据权利要求8所述的一种基于GIS的通信光缆故障点定位方法，其特征在于，所述步骤S52中，对OTDR曲线事件进行故障定位的算法公式如下：

式中，X_F和Y_F分别是故障点的X坐标轴和Y轴坐标轴位置，X_N是同R_N相对应的余缆杆点在X轴上的位置，Y_N是同R_N相对应的余缆杆点在Y轴上的位置，为R_N对应余缆杆点到机房的长度，D为OTDR的测试距离。

9.一种基于GIS的通信光缆故障点定位装置，其特征在于，所述装置包括：

至少一个处理器；以及，与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被至少一个所述处理器执行的指令；所述指令被所述处理器执行，用于执行权利要求1-8任意所述的基于GIS的通信光缆故障点定位方法。