JP7491458B2 - 電柱位置特定方法及び架空光ファイバケーブルの状態推定方法 - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバ振動分布測定法を利用した電柱位置特定方法及び架空光ファイバケーブルの状態推定方法に関する。
従来、架空光ファイバケーブルの故障リスクを最小限にするために、架空光ファイバケーブルの状態は目視によって把握していた。つまり、作業員を現地に派遣して、重量物が光ファイバケーブルにぶら下がっているのか、樹木等が光ファイバケーブルに接触しているのかを把握していた。このような目視に頼るには、人的稼働が避けられない。
光ファイバケーブルの故障を探索するために、光パルス試験法がある。光パルス試験法では、損失の発生している距離を特定できたとしても、設備位置と対照できなければ、故障位置を特定することができない。
設備位置を対照するために、光ファイバケーブルに意図的に振動を付与する方法が提案されている（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照。）。非特許文献１及び非特許文献２に記載の方法は、光ファイバケーブル等に振動を付与し、光パルス試験法で特定の位置での散乱光の時間変化を測定するものである。
飯田 大輔他、２０１９年信学会総合大会、 Ｂ－１３－１０．
Ｔｉｅｊｕｎ Ｊ． Ｘｉａ ｅｔ ａｌ．、ｉｎ Ｐｒｏｃ ＯＦＣ２０２０、 Ｔｈ３Ａ．５．
しかしながら、非特許文献１、２に記載の方法でも、現地に作業員を派遣して、振動を付与しなければならない。従って、人的稼働が避けられない。
このため、現地に作業員を派遣することなく、電柱位置を特定したり、架空光ファイバケーブルの状態を推定したりすることが課題となった。
そこで、本開示は、遠隔で電柱位置を特定したり、架空光ファイバケーブルの状態を推定したりする方法を提供することを目的とする。
本開示の電柱位置特定方法及び架空光ファイバケーブルの状態推定方法では、光ファイバ振動分布測定方法（ＤＡＳ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｓｅｎｓｉｎｇ）を利用して、光ファイバ距離に対する振動分布パターンから電柱位置を特定したり、架空光ファイバケーブルの状態を推定する。
具体的には、本開示の電柱位置特定方法は、光ファイバ振動分布測定方法で測定した光ファイバの距離に対する歪量を時間ごとに順次積み上げた振動分布パターンから、振動分布の境界領域が電柱位置であると特定することを特徴とする。
具体的には、本開示の架空光ファイバケーブルの状態推定方法は、光ファイバ振動分布測定方法で測定した電柱スパン内の光ファイバ距離に対する歪量を時間ごとに順次積み上げた振動分布パターンから、振動が光ファイバに沿って伝搬し、かつ振動の振幅が一様であれば、光ファイバケーブルが正常であると判断することを特徴とする。
具体的には、本開示の架空光ファイバケーブルの状態推定方法は、光ファイバ振動分布測定方法で測定した電柱スパン内の光ファイバ距離に対する歪量を時間ごとに順次積み上げた振動分布パターンから、振動が光ファイバに沿って伝搬し、かつ振動の振幅が一様でなければ、光ファイバケーブルに付着物による荷重があると判断することを特徴とする。
具体的には、本開示の架空光ファイバケーブルの状態推定方法は、光ファイバ振動分布測定方法で測定した電柱スパン内の光ファイバ距離に対する歪量を時間ごとに順次積み上げた振動分布パターンから、振動が光ファイバの途中で停止又は縮小していれば、光ファイバケーブルに地上障害物が接触していると判断することを特徴とする。
本開示によれば、遠隔で電柱位置を特定したり、架空光ファイバケーブルの状態を推定したりする方法を提供することができる。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
（実施形態１）
光ファイバ振動分布測定方法（ＤＡＳ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒ）を利用した電柱位置特定方法を説明する。ＤＡＳを利用して、光ファイバ距離に対する振動分布パターンから電柱位置を特定したり、架空光ファイバケーブルの架設状態を示す模式図を図１に示す。通信ビルに設置された光ファイバ振動分布測定装置から、光信号を光ケーブルに入力する。光信号は、地下に敷設された光ファイバケーブルから架空に敷設された光ファイバケーブルを伝搬する。伝搬しながら光ファイバ内でレイリー散乱を誘導し、そのうち、光ファイバ振動分布測定装置側に散乱したレイリー散乱光の一部が後方散乱光として戻ってくる。
光ファイバ振動分布測定方法（ＤＡＳ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒ）を利用した電柱位置特定方法を説明する。ＤＡＳを利用して、光ファイバ距離に対する振動分布パターンから電柱位置を特定したり、架空光ファイバケーブルの架設状態を示す模式図を図１に示す。通信ビルに設置された光ファイバ振動分布測定装置から、光信号を光ケーブルに入力する。光信号は、地下に敷設された光ファイバケーブルから架空に敷設された光ファイバケーブルを伝搬する。伝搬しながら光ファイバ内でレイリー散乱を誘導し、そのうち、光ファイバ振動分布測定装置側に散乱したレイリー散乱光の一部が後方散乱光として戻ってくる。
後方散乱光の測定手段としては、公知のＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）やＯＦＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）が適用できる。架空光ファイバケーブルの振動周波数は１０Ｈｚ以下で、波長は２ｍ程度であることが分かっている。後方散乱光の測定手段に要求される測定性能は、サンプリング周波数が２０Ｈｚ以上で、空間分解能が１ｍ程度となる。この要求条件を満たすのは、現状では、Ｃ－ＯＴＤＲ（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ＯＴＤＲ）又はＯＦＤＲである。
ＤＡＳの測定原理を図２及び図３で説明する。本実施形態のＤＡＳは、後方散乱光測定手段としてＯＦＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）を利用して、光ファイバケーブルの距離Ｚに対する後方散乱光波形を測定する。図２に示すように、最初に、「参照測定」となる光ファイバケーブルの距離に対する後方散乱光強度を取得し、時間を追って、「１回目の測定」、「２回目の測定」・・「ｎ回目の測定」となる後方散乱光波形を順次取得する。
これらの波形の例えば、Ｚ１とＺ２の距離にある波形（図２の実線部分）をスペクトル解析（フーリエ変換）し、スペクトルシフトを算出すると、図３のスペクトル波形を得る。参照測定の際に得られたスペクトルを参照波形とし、各時刻におけるスペクトルとの相互相関を計算し、相互相関ピークを与えるスペクトルシフトを算出する。このようにして、図３に示すように、「参照測定」、「１回目の測定」、「２回目の測定」の順にスペクトルシフトが算出される。なお、スペクトルシフトΔνは非特許文献３の（８）式を変形して、次式で表される。
Δν＝－０．７８＊ε＊ν０ （１）
ここで、εは歪量、ν０はプローブ光の中心周波数を表す。
Δν＝－０．７８＊ε＊ν０ （１）
ここで、εは歪量、ν０はプローブ光の中心周波数を表す。
距離に対するスペクトルシフトの量を白黒の濃淡で表し、時間ごとに順次積み上げると図４のような光ファイバの振動分布パターンが得られる。歪がプラスの部分は光ファイバが延伸されており、歪がマイナスの部分は光ファイバが圧縮されていることを示す。図４では、歪がプラス部分を白、歪がマイナス部分を黒で表しているが、白黒の濃淡は一例であって、歪がプラス部分を青の濃淡、歪がマイナス部分を赤の濃淡のように色彩を変えた濃淡で表してもよい。
架空光ファイバケーブルは電柱スパンごとに固有に振動する弦とみなすことができる。図４から、風で発生した振動が、時間と共に電柱スパン内を伝搬し、その振動の振幅の大きさや伝搬速度が電柱スパンごとに異なる。このため、電柱スパンごとに異なる振動パターンを有することが分かった。逆にいえば、図４の振動パターンの境界領域が電柱位置であると判断できる。
（実施形態２）
光ファイバ振動分布測定方法（ＤＡＳ）を利用した架空光ファイバケーブルの状態推定方法を説明する。ＤＡＳで測定した電柱スパン内の光ファイバ距離に対する歪量を時間ごとに順次積み上げた光ファイバの振動分布パターンの例を図５、図６及び図７に示す。架空光ファイバケーブルは、電柱スパンごとに振動する弦とみなすことができ、振動パターンを測定することで、光ファイバケーブルの敷設状態を推定することができる。
光ファイバ振動分布測定方法（ＤＡＳ）を利用した架空光ファイバケーブルの状態推定方法を説明する。ＤＡＳで測定した電柱スパン内の光ファイバ距離に対する歪量を時間ごとに順次積み上げた光ファイバの振動分布パターンの例を図５、図６及び図７に示す。架空光ファイバケーブルは、電柱スパンごとに振動する弦とみなすことができ、振動パターンを測定することで、光ファイバケーブルの敷設状態を推定することができる。
図５は、光ファイバケーブルが正常な場合の振動パターンである。図５では、風で発生した振動が架空光ファイバケーブルに沿って、時間と共に電柱スパン内を伝搬し、電柱スパン内では振動の振幅が一様であることが分かる。
図６は、光ファイバケーブルへ付着物による荷重がある場合の振動パターンである。図６では、風で発生した振動が架空光ファイバケーブルに沿って、時間と共に電柱スパン内を伝搬する。しかし、付着物の荷重点で振動の振幅が大きくなっている。即ち、電柱スパン内で振動の振幅が一様でないことが分かる。
図７は、光ファイバケーブルに地上障害物、例えば樹木が接触している場合の振動パターンである。図７では、風で発生した振動が電柱と地上障害物との間を伝搬するものの、地上障害物で振動が停止又は縮小していることが分かる。即ち、振動が電柱スパン内の途中で停止又は縮小して、光ファイバケーブルに沿って伝搬していない
これらの現象から、光ファイバの振動分布パターンを観測すれば、光ファイバケーブルの正常、異常を判断できる。光ファイバケーブルの正常、異常を判断するフローチャートを図８に示す。図８において、実施形態１で説明したように、光ファイバ振動分布測定方法（ＤＡＳ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒ）を利用して、光ファイバ距離に対する振動分布パターンを測定する。最初に、振動パターンの境界領域から電柱位置を特定する（Ｓ１１）。次に、架空光ファイバケーブルのどの電柱スパンの状態を推定するかを決定する（Ｓ１２）。
振動が架空光ファイバケーブルに沿って、電柱スパン内を伝搬し（Ｓ１３のＹｅｓ）、電柱スパン内で振動の振幅が一様であれば（Ｓ１４のＹｅｓ）、光ファイバケーブルは正常である（Ｓ１５）と推定する。
振動が架空光ファイバケーブルに沿って、電柱スパン内を伝搬し（Ｓ１３のＹｅｓ）、電柱スパン内で振動の振幅が一様でないときは（Ｓ１４のＮｏ）、光ファイバケーブルには付着物による荷重がある（Ｓ１６）と推定する。さらには、振動の振幅の不連続点に付着物があると特定することができる。
振動が電柱と地上障害物との間で伝搬するものの、電柱スパン内の途中で停止又は縮小して、光ファイバケーブルに沿って伝搬していないときは（Ｓ１３のＮｏ）、光ファイバケーブルが地上障害物に接触している（Ｓ１７）と推定する。さらには、振動の停止点又は縮小点で光ファイバケーブルが地上障害物に接触していると特定することができる。
以上説明したように、本開示によれば、通信ビルに設置した光ファイバ振動分布測定方法（ＤＡＳ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒ）を利用して算出した振動分布パターンから、遠隔で電柱位置を特定したり、架空光ファイバケーブルの状態を推定したり、障害位置を特定したりすることができる。
本開示は情報通信産業に適用することができる。
Claims (3)
- 光ファイバ振動分布測定方法で測定した電柱スパン内の光ファイバ距離に対する歪量を時間ごとに順次積み上げた振動分布パターンから、振動が光ファイバに沿って伝搬し、かつ振動の振幅が一様であれば、光ファイバケーブルが正常であると判断する架空光ファイバケーブルの状態推定方法。
- 光ファイバ振動分布測定方法で測定した電柱スパン内の光ファイバ距離に対する歪量を時間ごとに順次積み上げた振動分布パターンから、振動が光ファイバに沿って伝搬し、かつ振動の振幅が一様でなければ、光ファイバケーブルに付着物による荷重があると判断する架空光ファイバケーブルの状態推定方法。
- 光ファイバ振動分布測定方法で測定した電柱スパン内の光ファイバ距離に対する歪量を時間ごとに順次積み上げた振動分布パターンから、振動が光ファイバの途中で停止又は縮小していれば、光ファイバケーブルに地上障害物が接触していると判断する架空光ファイバケーブルの状態推定方法。
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