基于GIS的机场光缆管理与维护

谢威

（民航西北空管局通信网络中心，西安 710082）

1 引言

民航空管部门直接关系到民航飞机的飞行线路、飞行安全以及日常飞机起降，在整个民航体系中具有非常重要的地位。当前，各大民航空管局都进行了光纤环网建设，光缆通信在民航通信中已经占据了主导地位，光缆传输涵盖雷达、气象、转报、卫星、录音、通信、管制等众多数据业务。而通信链路是民航业务的基础，光缆的传输质量及光缆的维护管理情况更是所有通信保障的基础。随着我国机场建设“十二五”规划的实施，全国各地机场改扩建工程的全面展开，各大空管局所负责的机场通信光缆经常出现被挖断的事件，导致空管通信中断，为航空飞行安全带来重大隐患。另外，全国各大空管前期光缆建设普遍存在重建设轻管理的问题，绝大多数光缆线路建设不符合光缆工程建设标准，基本上是随用随建，缺少对后期光缆维护和管理的考虑，从而为今后的维护和管理带来不便，对提高空管通信保障能力造成潜在威胁。

2 空管通信光缆管理现状

以西北空管局西安咸阳机场为例，前期光缆建设对管线没有做任何地上探测的考虑，单纯考虑了缆线的铺设，对于旧的缆线管沟缺少正规的规划设计图。随着机场周边建设的推进，地表发生了显著的变化，以前的参照物也随之发生变化，这对在管线周边施工或故障出现时快速定位都带来了问题，如果在管线周围施工开挖，则不能准确的判断线缆管道距地表的距离，而且故障出现事不能准确定位故障点，进而导致开挖挖断光缆，另外由于建设资料的缺失，对管道孔内的光缆不能实现精细的区分和管理。

在光缆的维护方面只限于根据PDH，SDH，PCM或其他通信设备的运行状态来判断光缆的通或断，如果发现这些通信设备运行不正常，如遇到光缆衰减引起的设备运行不正常，就很容易引起误判。比如在雷家村雷达信号传输PCM发生一起运行不正常时，起初认为是PCM设备发生了故障，后来在厂商的协助下，判定是光缆衰减过大造成的，果然在排查中发现确实是因地面施工造成光缆形变造成的，最终在更换光路由后PCM设备恢复正常。目前，对光缆监测的判断手段和方法无法做到精准和快速，现有的维护和管理方法无法提前预判故障点，从而导致通信中断的时间延长，对飞行保障带来更严重的威胁。

3 光缆的电子标识

在光缆建设初期，除了严格按照通信光缆工程国家标准执行建设外，在设计时还要考虑后期光缆的管理与维护，因此，建设初期要考虑光缆的电子标识问题，使用电子标识系统（EMS）对机场地下通信光缆管线进行标识，可以为光缆建成后精准、安全、快速的定位，提高管理水平和工作效率。一般电子标识系统主要由电子标识器和标识器定位仪两部份组成。其原理图如图1所示。

首先，将电子标识器根据管线施工图纸上预设计的安装位置预埋在定位线缆或管道上，当用标识器定位仪进行探测时，定位仪先向地下发出一定频率的电磁波信号，当靠近标识器时，电子标识会反射定位仪发出的信号，从而被定位仪发现和接受，并通过声音和读书告知操作者地下管线的全面信息。电子标识器内部是一个无源电路，外壳防潮、防酸碱、耐挤压，能充分抵抗外界环境的剧烈变化，长期埋在地下而不会发生变化。在民航空管的光缆建设时同时部署电子标识系统，为管线的维护带来极大的方便，也提高了工作效率。

图1 电子标识探测原理图

基于GIS的光缆电子标识系统是一套光缆数字化管理的信息化系统，对光缆建设的后期维护和管理具有重要意义。该系统由探测仪和标志器（Marker）组成，可以根据管线的深浅，距离长短，沿管线放置。当需要查找管道路由时便可用EMS探测仪，很方便地找到并确定其走向及正确的方位，并能在电子地图中显示出来。其系统组成结构示意图如图2所示。

图2 电子标识系统示意图

4 机场光缆的监测与管理

通信光缆的建设和管理是个一体化的长期系统工程，电子标识系统为快速定位故障点、查找光缆位置起到及其重要作用。传统的光缆线路维护管理模式的故障查找困难，排障时间长，影响通信网的正常工作，每年因通信光缆故障而造成的经济损失巨大及飞行安全隐患问题严重。因此，实施对民航空管光缆线路的实时监测与管理，动态地观察光缆线路传输性能的劣化情况，及时发现和预报光缆隐患，以降低光缆阻断的发生率，缩短光缆的故障历时显得至关重要。

OTDR是光缆监测的重要工具，传统意义上的OTDR作为测试仪表的使用是一种分散式、被动式的手工维护手段，难以满足更高的光缆安全要求。因此，利用多台OTDR实现一个集测试、分析、告警、定位、信息管理、业务报表功能于一体的光缆网络集中监测系统，是传统OTDR使用方式和维护体制进一步的发展和革新，能大大提高维护效率和水平。

光缆自动监测系统是一种综合了计算机、网络通信、自动化测量、DBMS、GIS、光时域测量分析等技术的综合性系统，通过对光缆中光信号强度的实时监测，及时反映光缆通信网的通、断、异常损耗、潜在故障等状态，同时，通过定期测试，光缆自动监测系统能及时判断光缆接头盒进水进潮情况，通过OTDR测试和GIS技术，实现光缆网络的故障自动监测和自动定位，为排除故障和隐患提供依据，从而达到减少故障次数、缩短故障时间，提高光缆网的通信可靠性，及早发现光缆劣化情况，提高光缆的维护质量。

常见的光缆监测系统分为离线监测、在线监测两种，具体可根据实际情况选择使用不同的监测系统。

4.1 离线监测

离线监测就是监测备纤中的光信号，需要增加激光光源，给备纤提供光信号；还可以通过通信设备的接口收集通信设备给出的有关信息，监测方法如图3所示。

图3 离线监测示意图

4.2 在线监测

在线监测就是监测工作纤中的光信号，需要用到分光器、波分复用器、滤波器、垮接设备等,监测方法如图4所示。

图4 在线监测示意图

光缆自动监测系统是大规模、高密度光缆线路网实现集中监控监测和现代化维护的技术手段。

光缆自动监测系统不是对传统仪表的一种简单的换代，其价值与意义也不仅止于可以减少维护人员往返现场的穿梭负担，其更重要的价值在于光缆自动监测系统为网络维护提供了一种实时的、在线的、测试参数可调整的、网络微小衰变可觉察的、网络历史数据可记录的、电信设备可管理的、智能化、图形化、自动化的监测、维护与预警系统。光缆自动监测系统的主要功能特点如下：

（1）图形化操作接口。系统提供Windows图形窗口平台。

（2）告警管理。系统提供TCP/IP及PPP通讯协议，可支持PSTN，PSDN，DDN，SDH（E1/T1）等多种网络通讯方式。中央监测站（TSC）收到告警讯息可以透过电话、传真、E-mail和声光等多样告警方式通知相关人员。

（3）准确的故障定位。当系统确认出高精度故障点距离后，会根据光缆路由上的节点（如人孔、电杆等）距离及光缆绕线余长，辅以数学高阶算法缩减误差，准确定位出故障点位于哪两个节点中间，提供故障抢修最直接具体的讯息。

（4）GIS图资。可配合地理信息得到精确、可缩的定位与显示信息。

（5）前瞻的决策支持信息。提供芯线劣化分析、事件劣化分析、故障种类及原因统计等多项决策支持功能，让管理阶层提早预估问题光纤或故障原因，及早预防改善、提升光纤传输质量。

（6）实用的缆线布线管理。各种缆线布线管理功能,配合GIS地理信息系统,提供维护人员一个实用的管理查询工具。另外，用户所需的系统数据也可透过ODBC与大型数据库链接。

（7）系统维护容易。能透过远程更新监控软件，操作人员不需到现场更新，有效节省时间及人力资源；而模块化的硬件设计使维护程序简单而容易。

（8）强大的芯线测试功能。可提供两种测试架构及多项测试功能，用户可依需要设置测试周期及测试参数，对光纤网络进行全盘的检测及分析。

（9）缆线防窃。可提供实时缆线问题告警，当缆线发生问题影响传输时，系统会实时发出告警讯息通知维护人员。

光缆监测系统可提供强大的芯线测试分析功能、GIS地理信息系统接口、完整的实时故障告警、准确的故障定位、实用的缆线布线管理、多样的告警回报方式等，协助管理人员维护及制定决策，全面掌握光纤网络状况。根据光缆自动监测系统的特点，建设一套针对空管民航的光缆自动监测系统极为重要。

5 结束语

光纤在民航空管通信中占据了主导地位，做好建设光缆和管理维护光缆的工作对民航空管具有积极意义，对提升民航整体通信保障能力意义重大。因此，在光缆建设时就要充分考虑将来的管理维护工作，部署光缆的电子标识系统、建设光缆自动监测系统，整体考虑光缆建设的全面性、长期性、完整性、可维护性。

[1]中华人民共和国通信行业标准《光缆线缆自动监测系统工程设计规范》，2004版

[2]3M电子标识系统介绍

[3]李玉权，朱勇，王江平．《光通信原理与技术》．北京：科学出版社

[4]于庆波．光纤网络实时监测系统的设计与实现，20060510

[5]杨毅，富璇，柏树春．光纤和光缆监测及管理系统．《科技资讯》，2007年20期

[6]光缆离线监测系统．中国开关电器网，2008-12-5

[7]方东．光缆线路监测系统的原理及应用．《光纤通信》，2007-12-27