基于GIS的电力系统光缆故障快速定位研究

胡圣青

摘要：文章从地理信息收集、数据存储、方法实现等方面阐述了一种电力系统的光缆故障定位方法。这种方案能够有效地提高光缆定位的精度，精简定位的操作过程，大大缩短定位所需的时间，从而提高光缆故障检修的效率。另外，结合GIS技术和OTDR技术，创新性地提出了一种不同于现有研究的故障定位算法，并编程实现。

关键词：电力系统；光缆故障；GIS；光时域反射仪；故障定位 文献标识码：A

中图分类号：TN818 文章编号：1009-2374（2016）35-0007-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.35.004

随着电网自动化和通信行业的不断发展，电力专用通信系统在电网运行中开始占据越来越重要的地位。众多保证电网安全运行的实时业务，都承载在电力通信网络上。而在这个网络中，扮演着传输者这一重要角色的，便是连接各个骨干网和局域网的通信光缆。通信光缆由于自然或人为等多方原因，会遭受外力或内损而造成损坏中断，如不及时定位中断点并进行抢修，将会对电力系统的稳定性和安全性造成重大影响。然而，传统的光缆故障定位方法存在耗时长、效率低、人工成本高等弊端，因此，如何快速、高效地定位光缆故障的中断点便成为了电力通信人所面临的一项新挑战。

1 基于GIS的光缆故障定位背景介绍

1.1 光时域反射仪（OTDR）

光时域反射仪（OTDR）是一个集光、电、计算机于一体的系统。它的工作方式与雷达相似，在原理和技术层面上，都依赖于瑞利散射和菲涅耳散射这两种光学现象。常被用于光缆线路的施工、维护之中，可以进行光缆长度、光纤的传输衰减、接头衰减和光缆故障定位等的测量。

在日常的光缆维护中，OTDR的使用一般分为三个步骤：首先是设置参数，一般是对波长、脉冲和测量范围进行设置；接着是数据的获取，在读取数据时，必须等待设定的测试时间结束后才进行仪表数据的读取；最后是对曲线和数据进行分析，正常情况下，OTDR测试得到的光纤衰减曲线是缓慢下降的。

1.2 地理信息系统（GIS）

地理信息系统（GIS）是一个用来捕捉、存储、处理、分析、管理和提供所有类型空间或地理信息的系统。它被广泛应用在管理、运输、物流、保险、电信、商业等多个领域中，为用户提供基础的定位功能和可视化的地理信息分析服务。其应用允许用户创建互动式查询、分析空间信息、在数字地图上编辑信息，并最终为用户呈现所有这些操作的结果。

GIS系统一般由四个部分组成，分别是计算机硬件、计算机软件、地理数字化信息和管理操作人员。其中计算机软件和地理数字化信息是最为重要的两个部分。计算机软件为用户提供可视化的操作界面、决策分析系统、数据运算系统等多个功能模块，而地理数字化信息则作为以上这些模块的基础操作元素。这四个部分有机结合而成的GIS系统，其优点便是能为用户提供更好的决策、改进企业的数据综合分析能力、数字化地图的制作和高可操作性的数字地图。

2 光缆沿线地图数字化

GIS系统的基础是数字化的地理信息，这些地理信息可以包括GPS坐标、海拔高度、环境要素、地貌轮廓等，而对于光缆地理信息，最重要的要素是其GPS坐标及沿线走向。本文所研究的光缆故障快速定位方法，首先解决的便是如何把光缆沿线地图数字化，这大致分为以下的两个步骤：光缆地理信息的采样、样本数据的存储。

2.1 光缆地理信息采样

地理空间数据是GIS系统的处理对象，其数量及质量很大程度上决定了GIS系统显示、分析、统计等功能的准确性和使用性，因此使用正确并适合的地理信息采样方法对基于GIS的应用至关重要。本文要解决的问题是如何快速定位光缆故障点的地理位置，而地理位置与其GPS坐标有着密切联系，或者说，GPS坐标是地理位置在数字化系统的表征。因此，为了解决所研究的问题，首先要对光缆沿线各点的GPS坐标进行采样。然而，一条光缆由无数个点组成，为了经济性和可操作性，本文特选取固定长度为间隔，对目标光缆进行分点采样。采样间隔的粒度选取在每隔d米对光缆进行一次GPS坐标的采样。对于不足d米或者d米内存在折点的光缆段，则对首、尾或者折点进行测量。

2.2 数据存储

数据存储指的是数据以某种组织形式存储在计算机内部或者外部的存储介质中，以便系统根据自身需要来进行数据调用。本文出于目标数据的特性和经济性方面的考虑，选用了常用的关系数据库MY SQL作为存储方案的基础。MY SQL数据库能够通过长二字节型和面向对象技术，把图形要素作为数据库记录的字段保存起来，结合空间结构化查询等技术，将图形数据和属性数据实现无缝管理，使所有数据实现统一的用户、安全和共享管理。本文要解决的问题是对光缆故障点的定位，需提供故障点的GPS坐标、路名、所属光缆等信息。为了满足需求，分别设计了光缆表、GPS坐标表和光缆分段表三张表，构成了数据库主要的数据结构。

3 光缆故障快速定位实现

3.1 基于GIS的光缆故障定位系统

系统主要实现光缆相关信息的查询以及故障分析结果，以可视化的方式展现在用户面前。因此系统应具备以下四个功能：（1）光缆及其相关信息可视化展示；（2）实现图形数据和光缆属性的统一存储、统计和分析；（3）光缆数据可更新及实时反映更新结果；（4）光缆故障定位自动化、可视化。

系统的UML用例图如图1所示：

系统采用java编程，设计采用面向对象的设计方法，在逻辑层次上分为三层：数据层、处理层和交互层。数据层主要负责数据的存储，它与处理层有一个数据交互接口，处理层通过这个接口来实现数据的读、写。处理层负责信息的运算，最主要的功能定位光缆故障点的位置便在这层进行运算分析。交互层负责数据信息的可视化和接受用户的操作，交互层与处理层有若干接口，分别负责接受用户的操作和信息的反馈。

3.2 故障定位算法

在抢修过程中，我们选择光缆的第一个节点所在的站点进行OTDR距离测量，得出断点离目前测量点的距离S。另外，在每条光缆节点的存储方案中，表Optical cable section table记录了这个节点开始位置离光缆第一个节点的距离，因此断点必然会落在某一分节区间中，记这段区间的开始位置至第一个节点的距离为S1，结束位置至第一个节点的距离为S2，那么必然有：

4 结语

本文提出了基于GIS系统的光缆故障快速定位方法，利用GIS系统将OTDR中测得的光缆故障点至测量点的距离，转换成具体的可视化坐标信息，为检修人员提供了快速、可靠、准确的光缆故障定位。相比起传统的手工方法，这种定位将中间最为繁琐的人工计算故障点和信息传递两个部分交由系统自动完成，效率由以往的几十分钟甚至几个小时提高到短短的几秒钟内完成，大大节约了人工成本，为光缆故障抢修争取了宝贵的时间。

5 展望

由于现代移动智能设备的高速发展，以智能手机为首的智能移动终端的计算性能已经不断逼近台式PC端，并且其自身所具备的GPS定位等功能更是移动终端的一大突破，基于该功能兴起了许多LBS应用，并受到广泛欢迎。而鉴于光缆故障点的定位作业也是需要到站端中作业，无法在调度室完成，因此，在未来中可以结合智能终端的定位工作和计算性能开发基于GIS的光缆故障定位移动作业应用，提供更加便捷、使用的光缆故障定位服务。

参考文献

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（责任编辑：黄银芳）