CN117118508A - 一种面向电力通信电缆的数字孪生系统及运行方法 - Google Patents

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Abstract

一种面向电力通信光缆的数字孪生系统及运行方法，包括如下步骤：步骤1，开启OPM，对光纤链路的功率进行采集和实时监控，当发现功率异常时，发出检测启动信号给OTDR和DAS；步骤2，基于检测启动信号启动OTDR和DAS，通过OTDR进行光功率测试并定位故障位置，通过DAS检测光纤振动并提供预警信号；步骤3，构建多源异构数据库，并向多源异构数据库中导入光缆线路的基本信息，构建光缆运行的数字孪生模型和知识图谱；步骤4，基于数字孪生模型和知识图谱对所述故障位置、所述预警信号进行分析，以实现光缆性能隐患排查、光缆性能隐患预警和光缆分段性能评估。本发明能够针对光缆劣化情况进行分析，判断光缆运行状态，实现光缆性能趋势的实时跟踪和分析。

Description

一种面向电力通信电缆的数字孪生系统及运行方法
技术领域
本发明涉及电力通信的技术领域，更具体地，涉及一种面向电力通信网的数字孪生系统架构。
背景技术
电力通信网作为电网的基础设施，依托于电网并服务于电网。电力通信网的运行水平与电网电能传输、系统响应速度、系统控制稳定性和系统运行安全性等方面直接相关，电力通信网数字化、智能化越来越成为推动电网智能化发展的迫切需求。当前，数字经济已成为全球发展的热点，世界各国分别提出数字经济发展战略，数字孪生技术与社会经济发展不断融合深化。数字孪生作为一项新兴发展迅速的数字信息化技术，是以数字化的方式建立物理实体的多维、多时空尺度、多学科、多物理量的动态虚拟模型来仿真和刻画物理实体在真实环境中的属性、行为、规则等，并通过承载指令的数据回馈到物理空间的设备或系统进行指导决策。数字孪生网络的构建，可使传统作业模式和运营模式发生革命性变化，网络运行、管理由实入虚的转变，加强了自我感知、自我决策和自我进化能力，支撑各项业务的数字化运行。
现有技术文件1(CN115580540A)公开了一种基于数字孪生的通信网络优化方法，包括：第一步，结合数字孪生的通用架构，建设面向电力通信网系统的孪生架构，孪生架构包括：感知层、边缘计算层、物联层、数字孪生层和交互层；第二步，将大量从电力通信网物理实体目标设备中产生的数据，通过感知层中的采集设备进行采集，然后在边缘计算层进行汇聚和分析；第三步，边缘计算层通过边缘计算设备将数据以光纤或无线网络的形式传送给云端物联层；第四步，云端物联层将数据流转到数字孪生层，通过建模管理、仿真服务后进行数据整合和模拟运算；第五步，交互层以虚拟和显示的方式实现人机交互。
现有技术文件1还存在以下技术缺陷：技术文件1所提到的通信网络优化方法只针对信息传输信道，优化信息的传输路径，而没有针对通信设备本身，缺乏对通信设备的健康状态监测和管理。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种面向电力通信网的数字孪生系统架构，能够提高电力通信网的运行水平与电网电能传输、系统响应速度、系统控制稳定性和系统运行安全性。
本发明采用如下的技术方案。
一种面向电力通信光缆的数字孪生系统运行方法，包括如下步骤：
步骤1，开启OPM，对光纤链路的功率进行采集和实时监控，当发现功率异常时，发出检测启动信号给OTDR和DAS；
步骤2，基于检测启动信号启动OTDR和DAS，通过OTDR进行光功率测试并定位故障位置，通过DAS检测光纤振动并提供预警信号；
步骤3，构建多源异构数据库，并向多源异构数据库中导入光缆线路的基本信息，构建光缆运行的数字孪生模型和知识图谱；
步骤4，基于数字孪生模型和知识图谱对所述故障位置、所述预警信号进行分析，以实现光缆性能隐患排查、光缆性能隐患预警和光缆分段性能评估。
优选地，所述步骤2中，通过OTDR进行光功率测试并定位故障位置还包括：
OTDR通过在光纤的一端发射光子并测试接收由散射或反射回来的光子数，得到光功率损耗的实时测试结果；
OTDR发送光脉冲信号测量出光缆故障位置距OTDR所在位置的光学长度，从而定位故障所在位置。
优选地，所述步骤2中，通过DAS检测光纤振动并提供预警信号还包括：
通过DAS获取当前光纤的振动数据，并根据光纤的正常振动幅度和频率判断光纤的振动数据正常或异常，若异常则发出预警信号。
优选地，所述步骤3中还包括：将OPM、OTDR和DAS采集的数据传输到服务器，将服务器的控制数据传输到远端管理模块，以通过所述远程管理模块对传输到服务器的数据进行识别和处理。
优选地，所述步骤3中，构建多源异构数据库还包括：OPM、OTDR和DAS得到的监测数据，以及监测光缆的历史数据；
多源异构数据库中存储的数据类型包括：监测数据和光纤属性信息，监测数据包括光纤的功率、光纤振动数据、光功率损耗、故障信息；光纤属性信息包括光纤编号、类型、长度、光纤起点和终点、投入运营时间、光纤的使用年限、线芯数和运维单位；
通过统一的数据接口标准将监测光缆的历史数据直接导入数据库，针对在线检测数据进行自动处理分析，得到当前的监测对象相关数据。
优选地，所述步骤4中，光缆性能隐患排查还包括：基于多源异构数据库中采集整合的监测数据和光纤属性信息，分析光缆可用纤芯情况、运行环境、纤芯衰耗和应变性能测试数据，对光缆纤芯长期的性能趋势进行变化分析，评估光缆运行状态，实现隐患的排查。
优选地，所述步骤4中，光缆性能隐患预警还包括：结合光缆性能隐患排查的结果数据基础上，通过配置相应预警指标的阈值及相关参数，实现光缆性能隐患的主动预警，预警指标项包括：光缆可用纤芯告警、纤芯衰耗告警、光缆运行环境告警；
优选地，所述步骤4中，光缆分段性能评估还包括：针对不同光缆线路段的实测数据及历史运行故障数据进行分析对比，基于已有分析模型，综合分析评估各段光缆的性能指数。
本发明还提供了一种面向电力通信光缆的数字孪生系统，包括：实体物理层、数据感知层、数据治理层、功能模型层和模型应用层；
实体物理层中包含各检测仪器：DAS、OTDR和OPM，使用OPM监测光功率，当其监测数据异常时，启动OTDR模块进行光功率测试并定位故障位置，DAS用来检测光纤振动并提供预警功能；
数据感知层接收实体物理层中各监测仪器上传的数据，将其传输至数据治理层；
数据治理层将数据感知层传输的数据进行数据集成、数据存储、数据服务和数据管理，构建统一接口的多源异构数据库，数据治理层支持离线数据的导入与采集，包括监测数据和光纤属性信息的导入；
功能模型层能够利用多源异构数据库实现对光缆资源管理，包括基于光缆各类性能运行数据，构建数字孪生模型和知识图谱，建立光缆数据资源生命周期管理，综合对比、判断和分析光缆性能运行趋势；
模型应用层通过功能服务接口，向用户展现功能模型层中光缆资源管理情况，包括光缆性能隐患排查、光缆性能隐患预警和光缆分段性能评估。
本发明还提供了一种终端，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行所述面向电力通信光缆的数字孪生系统运行方法的步骤。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述面向电力通信光缆的数字孪生系统运行方法的步骤。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明的为提高电力通信网的运行水平与电网电能传输、系统响应速度、系统控制稳定性和系统运行安全性等方面，促进电力通信网数字化转型，提出一种面向电力通信网的数字孪生系统架构。利用数字孪生技术作为支撑，推动电力通信网进行数字化转型，推动电力通信网向智能化发展，利用多源异构数据库统一对数据进行管理，利用具有边缘计算功能的实体物理设备降低服务器的数据处理压力，加快设备响应速度。
本发明提出的面向电力通信电缆的数字孪生系统支持离线数据导入与采集，包括光缆信息、线路杆塔信息、光缆性能测试数据和应变等测试数据导入与清洗，纸质文件、图像文件的识别、数据清洗与校验，对于各种数据源，建立光缆数据资源生命周期管理和光缆数据的ETL机制，支持数据抽取、数据清洗转换、数据加载等操作，支持数据的标准化、空间化和格式化，并实现光缆数据的校验。基于光缆各类性能运行数据，综合对比、判断和分析光缆性能运行趋势，针对光缆劣化情况进行分析。利用平台中离线接入和在线检测的光缆纤芯衰耗、应力应变、舞动等测试数据，计算分析光缆沿线分布的衰耗、应变等性能变化情况，支持按不同时间维度的对比和关联分析，判断光缆运行状态，实现光缆性能趋势分析。
附图说明
图1是本发明中面向电力通信电缆的数字孪生系统运行方法的流程示意图；
图2是本发明中面向电力通信电缆的数字孪生系统结构示意图；
图3是本发明中光缆资源管理系统组网结构图；
图4是本发明中对光缆监测数据得出的隐患分析示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本申请所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明精神，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有所其它实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，图1为面向电力通信电缆的数字孪生系统运行方法的流程示意图，本发明所提出的面向电力通信电缆的数字孪生系统运行方法，具体包括如下步骤：
步骤1，开启OPM，对光纤链路的功率进行采集和实时监控，当发现功率异常时，发出检测启动信号给OTDR和DAS；
步骤2，基于检测启动信号启动OTDR和DAS，通过OTDR进行光功率测试并定位故障位置，通过DAS检测光纤振动并提供预警信号；
具体的，通过OTDR进行光功率测试并定位故障位置还包括：
OTDR通过在光纤的一端发射光子并测试接收由散射或反射回来的光子数，得到光功率损耗的实时测试结果；
OTDR发送光脉冲信号测量出光缆故障位置距OTDR所在位置的光学长度，从而定位故障所在位置。
通过DAS检测光纤振动并提供预警信号还包括：通过DAS获取当前光纤的振动数据，并根据光纤的正常振动幅度和频率判断光纤的振动数据正常或异常，若异常则发出预警信号。
步骤3，构建多源异构数据库，并向多源异构数据库中导入光缆线路的基本信息，构建光缆运行的数字孪生模型和知识图谱；
具体的，将OPM、OTDR和DAS采集的数据传输到服务器，将服务器的控制数据传输到远端管理模块，以通过所述远程管理模块对传输到服务器的数据进行识别和处理。
构建多源异构数据库还包括：OPM、OTDR和DAS得到的监测数据，以及监测光缆的历史数据；
多源异构数据库中存储的数据类型包括：监测数据和光纤属性信息，监测数据包括光纤的功率、光纤振动数据、光功率损耗、故障信息；光纤属性信息包括光纤编号、类型、长度、光纤起点和终点、投入运营时间、光纤的使用年限、线芯数和运维单位；
通过统一的数据接口标准将监测光缆的历史数据直接导入数据库，针对在线检测数据进行自动处理分析，得到当前的监测对象相关数据。
步骤4，基于数字孪生模型和知识图谱对所述故障位置、所述预警信号进行分析，以实现光缆性能隐患排查、光缆性能隐患预警和光缆分段性能评估。
其中，光缆性能隐患排查还包括：基于多源异构数据库中采集整合的监测数据和光纤属性信息，分析光缆可用纤芯情况、运行环境、纤芯衰耗和应变性能测试数据，对光缆纤芯长期的性能趋势进行变化分析，评估光缆运行状态，实现隐患的排查。
光缆性能隐患预警还包括：结合光缆性能隐患排查的结果数据基础上，通过配置相应预警指标的阈值及相关参数，实现光缆性能隐患的主动预警，预警指标项包括：光缆可用纤芯告警、纤芯衰耗告警、光缆运行环境告警；
光缆分段性能评估还包括：针对不同光缆线路段的实测数据及历史运行故障数据进行分析对比，基于已有分析模型，综合分析评估各段光缆的性能指数。
图2为数字孪生系统五层模型，本发明结合实际电力生产需求，提出了一种面向电力通信网的数字孪生系统架构，该系统包括：实体物理层、数据感知层、数据治理层、功能模型层和模型应用层；
按电力通信网实际需求划分，其中实体物理层包括：对基础设施进行运行数据采集的数据采集传感器，基础设施包括电力厂站、通信站、书店线路、光缆、电源、传感器等基础设施。数据感知层主要将实体物理层中传感器上传的数据进行采集和处理，包括警告数据和控制数据。
数据治理层主要将下层传输的数据进行数据集成、数据存储、数据服务、数据管理等，将不同格式不同来源的数据统一起来，构建多源异构的数据库。功能模型层利用数字孪生模型和多源异构数据库中的数据进行状态映射，实现风险预警、智能诊断、仿真预测、辅助决策、可靠性评估、路由规划、动态分析、方式编排等功能。模型应用层通过功能服务接口，直接调用功能模型层中的不同功能，按用户需求构建不同的系统。并将数据和结果向用户进行展现。
按电力通信网实际需求划分，其中实体物理层包括：对基础设施进行运行数据采集的数据采集传感器，基础设施包括电力厂站、通信站、书店线路、光缆、电源、传感器、机房。
数据感知层主要将实体物理层中传感器上传的数据进行接收和转发，包括警告数据和控制数据，其中警告数据由实体物理层上传至数据感知层并由数据感知层发送至数据治理层，控制数据由模型应用层通过数据感知层下发给实体物理层。
数据治理层主要将数据感知层传输的数据进行数据集成、数据存储、数据服务、数据管理等，将不同格式不同来源的数据统一起来，构建多源异构的数据库。
具体的，数据治理层主要作用包括数据存储管理、数据清洗和数据特征提取。多源异构数据库的数据包含了结构化、半结构化和非结构化的数据。
多源异构数据库的建立，首先通过标准格式文件和统一的数据接口标准将监测对象的往年数据直接导入数据库，针对在线检测数据进行自动处理分析，得到当前的监测对象相关数据，汇集存储至多源异构数据库。在建立标准文件的同时对往年的数据进行抽取和转换，完成对数据的清洗，以尽可能小的代价将数据导入数据库中，随后将两大系统的监测设备的实时测量数据输入到数据库中。
例如，通过实体物理层安装光纤损耗监测设备用来监测光纤损耗，则往年的数据包括过去的光纤损耗，对在线监测的光纤损耗数据进行处理分析，得到不同地段的光纤损耗数据，若监测对象为光纤振动数据，则处理分析后得到的是光纤何处存在振动，以及振动为正常或不正常的判断结果。
通过加入时间轴的方案，将设备的变化数据按时间顺序记录下来，实现对设备和线路的全生命周期预测，对设备和线路的数据进行包含行、列以及时间轴的三维结构，将数据按照不同的取值区间分配到不同的数据库中，满足多源异构数据库的存储要求。
数据库的网络历史数据和实时数据为数据建模提供足够的数据量支撑。通过两大电力通信网系统的监测仪器的测量和算法处理得当光缆线路的重要参数，将特征数据存储到数据库中，为模型应用层和后续的训练算法提供重点数据支撑。
功能模型层通过构建数字孪生模型，利用多源异构数据库中的数据进行状态映射，过实体物理层采集数据和真实物理原理构建数字孪生模型，通过数字孪生模型实现风险预警、智能诊断、仿真预测、辅助决策、可靠性评估、路由规划、动态分析、方式编排等功能。
模型应用层通过功能服务接口，直接调用功能模型层中的不同功能，并将数据和结果向用户进行展现。
在实际应用中可以按用户需求构建不同的系统，例如需要对通信光缆和通信电源进行监测，则分别针对通信光缆和通信电源构建两个数字孪生系统，并对用户提供统一的功能服务接口，使用户可以根据需求获取通信光缆和通信电源的相关信息。
针对图1所提出的面向电力通信网的数字孪生系统的运行方法，具体包括如下步骤：
步骤1，通过实体物理层的监测仪器进行数据采集和边缘计算处理；
具体的，实体物理层的设备将数据采集后，利用设备上的采集卡或自带服务器直接进行边缘计算处理，将测量得到的数据进行一定量的处理，得到测量的特征数据，然后在通过数据感知层上传，这样可以降低数据治理层的数据处理压力，就是降低总服务器对数据处理的压力。
步骤2，数据感知层将采集的数据进行上传到数据治理层，同时负责将模型应用层的控制信号传递给实体物理层；
步骤3，数据治理层将数据进行数据处理，得到测量的特征参数，同时对数据进行管理，比如将错误或者无用数据进行清洗，将同一类数据进行集成到一起。更重要的是对历史数据进行保持。然后将功能模型层需要的数据进行上传；
步骤4，功能模型层利用数据治理层数据构建数字孪生模型，对数据进行分析，形成单点功能，包括风险预警、智能诊断、路由规划等等；同时将实体物理层实时采集的数据可以反馈给数字孪生模型，进行相互映射，来相互修正，数据修正模型，使模型更准确，模型对被测物体进行预测，给出被测物体的未来运行状态；
步骤5，模型应用层调用功能模型层的数个单点功能形成系统，利用显示或虚拟效果进行人机交互，提供系统管理和指导分析功能。
具体的，本发明结合光缆资源数字化管理系统、通信电源故障分析和远程管理系统这两大电力通信网系统对五层模型进行介绍：
实体物理层主要包含构成电力通信网的所有物理实体。包括分布式光纤振动声波传系统(DAS)、光时域反射仪(OTDR)、蓄电池信息采集模块等监测仪器。传输网络中的各种网元、设备、机框、板卡，以及承载大电网及保护、安控、自动化等二次专业业务的通道和光路；还包括通信缺陷，通信检修，通信电源与光缆告警等业务信息。
其中，光时域反射仪OTDR用于监测光缆线路的传输损耗，分布式光纤振动声波传系统DAS用于监测光缆线路的振动情况，即通过光时域反射仪监测光缆线路的静态变化，通过分布式光纤振动声波传系统监测光缆线路的动态变化。
数据感知层：数据感知层分为数据采集和数据处理。数据采集通过部署各种传感器对系统各类对象进行感知。然后对对象数据进行识别和处理，最后将数据上传到数据治理层。通过DAS、OTDR实时监测仪器获得光缆线路的振动和损耗数据。这些数据上传到数据治理层。
数据治理层：多源异构数据库的构建支撑数据治理层。通过对不同来源、不同格式、不同标准的数据进行统一化处理，建立多源异构的数据库，为功能模型层作数据支撑。同时纳入设备的历史数据进行设备的全生命周期管理。
针对光路资源管理功能：针对OTDR检测到的特定事件类型(反射事件、非反射事件)，分析检测光缆中的线路状况，每个事件点对应相应的事件或物件，如接续盒。并探明光纤现有备用线路的情况。配合地图信息，在地图上将光缆线路进行标记。
针对光缆智能故障定位：先将光缆的实际线路信息输入数据库。通过DAS的振动探测。随意振动光缆点，观察DAS探测出的光缆光学长度。将实际线路的长度与光学长度进行一一比对，随后OTDR探测出故障点时就能快速将探测仪器探测出的光学长度与线路实际长度进行匹配。使得系统的故障告警更加准确。针对光缆性能预判：将OTDR监测到的线路实时损耗记录下来。按照时间顺序进行记录。对光缆的损耗趋势进行预测，在损耗将要达到线路损坏值前进行告警，提醒工作人员进行提前维修。
功能模型层：是指针对特定的应用场景，充分利用知识图谱体系中的知识，建立可用于通信电源与光缆的网络分析、仿真、诊断、预测、保障等各种数据模型。同时，功能模型层可以通过多个维度构建和扩展。利用数据治理层提供的数据，实现光缆资源光缆、光缆智能故障定位、光缆性能预判的功能。
模型应用层：通过数字孪生模型展现在控制下发后物理实体可能出现的变化，例如针对光缆资源数字化的应用，能够基于孪生模型的光缆故障模拟分析结果数据，实现对故障光缆的模拟与上图可视化，实现故障光缆的在线定位、故障告警、地图标绘、指标制图与事件展示输出等功能。
在模型应用层将通信电源管理系统与光缆资源管理系统上传的数据进一步分析，由于在两个系统中的监测设备十分敏感，在数据治理层加入训练算法，利用两个系统中OTDR和DAS等检测仪器上传的数据对系统的警告功能进行训练，比如地埋光缆附件有车辆、行人、农用机械经过时，识别他们的波动曲线，将该曲线判定为正常现象不进行告警。将挖掘机挖掘、施工仪器工作的曲线判定为非正常现象，进行告警处理。这样来降低系统的误报率。
进一步的，本案例深度融合数字孪生技术，在虚拟场景中还原电力通信光缆及附属设施所处的真实场景，并通过物联网技术，接入通信光缆及附属设施实时监测数据指标，实现数字孪生状态下电力通信光缆运维环境和状况的仿真和数字孪生服务，所构建的数字孪生系统整体结构如图2所示，远端设备通过以太网和上位机通信，在远端可以通过手机APP进行信息展示和功能使用，APP支持的功能有：工单接收、工单管理、光缆巡检、隐患上报、数据上送等。针对光缆资源数字化管理，项目主要实现三大功能：光缆资源管理、光缆故障智能定位、光缆性能预判。
如图3所示，本发明提出了一种面向电力通信电缆的数字孪生系统，该系统包括实体物理层、数据感知层、数据治理层、功能模型层和模型应用层，具体各层的功能和结构关系如下：
(1)实体物理层：
光缆资源管理系统中，实体物理层主要包括DAS、OTDR和OPM三种检测仪器来获取链路的实时数据，使用OPM监测模块监测光功率，当其监测数据异常时，启动OTDR模块进行光功率测试并定位故障位置。DAS用来检测光纤振动，提供预警功能。
具体的，由于光缆线路传输功率均在一定范围内，因此当传输功率超出规定范围时判定为监测数据异常，出现异常后OPM上报至服务器端，由服务器端对OTDR模块下达控制指令，并启动OTDR模块进行光功率测试并定位故障位置。
优选的，通常每台OTDR只能测量一条光缆线路，因此本发明中将OTDR接上光开关，使得OTDR可以在多条光缆线路上进行切换，对多条光缆实现轮询监测，当OPM对某条光缆线路的监测数据出现异常时，将OTDR调用至异常的光缆线路上进行光功率测试，OTDR模块为常开模式。
(2)数据感知层
数据感知层主要提供数据传输和处理服务，将实体物理层中各检测仪器采集的传感数据传输到服务器，将服务器的控制数据传输到远端管理模块。还会对传输到服务器的数据进行识别和处理，最后将数据传到数据治理层。
(3)数据治理层
在数据治理层构建多源异构数据库，采用模块化结构，方便扩展，支持横向接口与TMS系统、调度微应用系统、GIS系统的互联互通，支持南向向下兼容在线测量装置网管系统。支持离线数据导入与采集，包括光缆信息、线路杆塔信息、光缆性能数据等。
(4)功能模型层
功能模型层能够实现光缆资源管理、光缆故障智能定位、光缆性能的预判。通过将光缆、光路和基础设施建模，使用检测仪器探明光缆线路的状况，线路上各种资源统计起来，利用多源异构数据库实现对光缆资源管理。光缆故障定位主要是利用OTDR和DAS等检测仪器通过测量得到光缆故障的光学长度，然后利用数据库中的光缆物理长度进行对比，来实现光缆故障的只能定位。基于光缆各类性能运行数据，构建数字孪生模型，建立光缆数据资源生命周期管理，综合对比、判断和分析光缆性能运行趋势。
根据多源异构数据库，提取各对象属性信息，根据对象实体间关系，基于Protege工具进行知识图谱本体构建，自顶向下建立各个实体之间的关系约束及实体属性定义。基于neo4j图数据库，实现实体、关系、属性的图存储，完成知识图谱的构建
(5)模型应用层
以光缆故障智能定位为例，由于不同厂家、不同类型甚至同一类型不同批次的OPGW光缆在熔接点的布里渊频移存在一定的差异，两根初始布里渊频移不同的光纤在熔接处会发生布里渊频移，一条光缆中多条纤芯在同一位置都发送布里渊跳变，则判定此位置光纤接续盒的熔接点，通过OTDR测量出接续盒和测试点之间的光缆光学长度。通过结合光缆杆塔编号、杆塔档距及GIS信息，以一个接续段为单位，逐段比对光缆纤芯长度与累计档距信息，定位所有接续盒所在接续杆塔，实现光缆接续盒处空间距离与光缆光学距离的对应关系，并输入数据库。故障发送后，通过测试故障点和测试站点之间的光学测试距离，结合数据库中接续杆塔光缆长度和GIS信息，快速定位故障点所在接续杆塔或与杆塔间的光缆长度，从而快速定位故障点位置。
优选的，将功能模型层的各种功能集合到APP上，将功能展示到用户面前。同时通过数字孪生模型展现在控制下发后物理实体可能出现的变化，例如针对光缆资源数字化的应用，能够基于数字孪生模型的光缆故障模拟分析结果数据，实现对故障光缆的模拟与上图可视化，实现故障光缆的在线定位、故障告警、地图标绘、指标制图与事件展示输出等功能。
建立光缆故障的历史资料库，实现光缆诊断分析、预警的特征信息提取，提供故障分析处理辅助决策，实现光缆隐患及故障从发现到处置的全过程技术支撑的智能化运维。
如图4所示，图4为根据巡检相关数据统计一定周期内的光缆监测数据得出的隐患分析示意图，主要包括以下三个业务场景：
1)实现光缆性能隐患排查
基于多源异构数据库中采集整合的各类数据资源，综合分析光缆可用纤芯情况、运行环境、纤芯衰耗和应变性能测试数据等，对光缆纤芯长期的性能趋势进行变化分析，评估光缆运行状态，实现隐患的排查。
2)实现光缆性能隐患预警
结合光缆性能隐患排查的结果数据基础上，通过配置相应预警指标的阈值及相关参数，实现光缆性能隐患的主动预警。预警指标项包括：光缆可用纤芯告警；纤芯衰耗告警；光缆运行环境告警。
3)实现光缆分段性能评估
针对不同光缆线路段的实测数据及历史运行故障数据进行分析对比，基于已有分析模型，综合分析评估各段光缆的性能指数。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明能够对通信光缆实时监测，并支持按不同时间维度的对比和关联分析，判断光缆运行状态，实现光缆运行状况的监测、光缆性能趋势分析和预警。
名词解释：
OPM：Optical Power Meter，光功率计；
OTDR：Optical Time-domain Reflectometer，光时域反射仪；
DAS：Distributed Acoustic Sensing，分布式声波传感。
本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其它自由传播的电磁波、通过波导或其它传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言-诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言-诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络-包括局域网(LAN)或广域网(WAN)-连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (11)

1.一种面向电力通信光缆的数字孪生系统运行方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，开启OPM，对光纤链路的功率进行采集和实时监控，当发现功率异常时，发出检测启动信号给OTDR和DAS；
步骤2，基于检测启动信号启动OTDR和DAS，通过OTDR进行光功率测试并定位故障位置，通过DAS检测光纤振动并提供预警信号；
步骤3，构建多源异构数据库，并向多源异构数据库中导入光缆线路的基本信息，构建光缆运行的数字孪生模型和知识图谱；
步骤4，基于数字孪生模型和知识图谱对所述故障位置、所述预警信号进行分析，以实现光缆性能隐患排查、光缆性能隐患预警和光缆分段性能评估。
2.根据权利要求1所述的面向电力通信光缆的数字孪生系统运行方法，其特征在于，
所述步骤2中，通过OTDR进行光功率测试并定位故障位置还包括：
OTDR通过在光纤的一端发射光子并测试接收由散射或反射回来的光子数，得到光功率损耗的实时测试结果；
OTDR发送光脉冲信号测量出光缆故障位置距OTDR所在位置的光学长度，从而定位故障所在位置。
3.根据权利要求2所述的面向电力通信光缆的数字孪生系统运行方法，其特征在于，
所述步骤2中，通过DAS检测光纤振动并提供预警信号还包括：
通过DAS获取当前光纤的振动数据，并根据光纤的正常振动幅度和频率判断光纤的振动数据正常或异常，若异常则发出预警信号。
4.根据权利要求1所述的面向电力通信光缆的数字孪生系统运行方法，其特征在于，
所述步骤3中还包括：将OPM、OTDR和DAS采集的数据传输到服务器，将服务器的控制数据传输到远端管理模块，以通过所述远程管理模块对传输到服务器的数据进行识别和处理。
5.根据权利要求1所述的面向电力通信光缆的数字孪生系统运行方法，其特征在于，
所述步骤3中，构建多源异构数据库还包括：OPM、OTDR和DAS得到的监测数据，以及监测光缆的历史数据；
多源异构数据库中存储的数据类型包括：监测数据和光纤属性信息，监测数据包括光纤的功率、光纤振动数据、光功率损耗、故障信息；光纤属性信息包括光纤编号、类型、长度、光纤起点和终点、投入运营时间、光纤的使用年限、线芯数和运维单位；
通过统一的数据接口标准将监测光缆的历史数据直接导入数据库，针对在线检测数据进行自动处理分析，得到当前的监测对象相关数据。
6.根据权利要求5所述的面向电力通信光缆的数字孪生系统运行方法，其特征在于，
所述步骤4中，光缆性能隐患排查还包括：基于多源异构数据库中采集整合的监测数据和光纤属性信息，分析光缆可用纤芯情况、运行环境、纤芯衰耗和应变性能测试数据，对光缆纤芯长期的性能趋势进行变化分析，评估光缆运行状态，实现隐患的排查。
7.根据权利要求1所述的面向电力通信光缆的数字孪生系统运行方法，其特征在于，
所述步骤4中，光缆性能隐患预警还包括：结合光缆性能隐患排查的结果数据基础上，通过配置相应预警指标的阈值及相关参数，实现光缆性能隐患的主动预警，预警指标项包括：光缆可用纤芯告警、纤芯衰耗告警、光缆运行环境告警。
8.根据权利要求1所述的面向电力通信光缆的数字孪生系统运行方法，其特征在于，
所述步骤4中，光缆分段性能评估还包括：针对不同光缆线路段的实测数据及历史运行故障数据进行分析对比，基于已有分析模型，综合分析评估各段光缆的性能指数。
9.一种基于权利要求1-8任一项权利要求所述运行方法的面向电力通信光缆的数字孪生系统，其特征在于，包括：实体物理层、数据感知层、数据治理层、功能模型层和模型应用层；
实体物理层中包含各检测仪器：DAS、OTDR和OPM，使用OPM监测光功率，当其监测数据异常时，启动OTDR模块进行光功率测试并定位故障位置，DAS用来检测光纤振动并提供预警功能；
数据感知层接收实体物理层中各监测仪器上传的数据，将其传输至数据治理层；
数据治理层将数据感知层传输的数据进行数据集成、数据存储、数据服务和数据管理，构建统一接口的多源异构数据库，数据治理层支持离线数据的导入与采集，包括监测数据和光纤属性信息的导入；
功能模型层能够利用多源异构数据库实现对光缆资源管理，包括基于光缆各类性能运行数据，构建数字孪生模型和知识图谱，建立光缆数据资源生命周期管理，综合对比、判断和分析光缆性能运行趋势；
模型应用层通过功能服务接口，向用户展现功能模型层中光缆资源管理情况，包括光缆性能隐患排查、光缆性能隐患预警和光缆分段性能评估。
10.一种终端，包括处理器及存储介质；其特征在于：
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1-8任一项权利要求所述运行方法的步骤。
11.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-8任一项权利要求所述运行方法的步骤。
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