分布式光纤传感技术助力通信线路维护智能化

□曹玉考

一、分布式光纤传感技术

分布式光纤传感是利用光纤作为传感介质，光纤作为传感传输二合一的器件，通过对承载物如管道、光缆等的跟踪等行为，将触及光纤的振动信息传递进行持续和实时的监控，对传感光纤中高相干度瑞利背向散射光的相位信息进行解调分析，高保真还原振动事件的位置、幅度和频率，从而实现对传感光纤周边微扰动、振动等监测。

该技术经多年研究，在石油、天然气、污水管等上方敷设监测光缆，利用分布式光纤传感技术，通过光纤来保护管道，发挥了很好的预警作用，成功预防了多次外力破坏事件。

(一)技术原理。光纤传感系统光电部分主要由光源、传输光纤、光电探测器和信号处理部分等组成。其基本原理是将来自光源的光经过光纤送入传感头(调制器)，使待测量参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位和偏振态等)发生变化，成为被调制的信号光，经光电探测器信号处理后还原出被测物理量变化，如图1所示。

图1 光感监测信号

(二)系统功能。

1.数据采集。在长达40～80公里光纤的长度上，任意一点都是“传感器”，可有效采集线路的数据。

2.数据分析。对光信号相位改变进行探测、处理，通过大数据模式分析、判别是否触发“事件”。

3.线路自动学习。分区域线路自动学习能力，对各种干扰类型实地采集、识别的样本库分析，处理判断出不同的干扰类型，分段设置不同阈值减少系统的误报、漏报。

(三)技术特点。一是单芯光纤单端监测，设备占用空间小；二是光纤连续探测测量信息，实时监测；三是光纤抗电磁干扰、防雷；四是测量距离远，适于远程监控，无需中继的情况下可实现八十公里的远程监测，精确度±50米；五是灵敏度高，测量精度高，系统成熟度高。行业应用3年以上，产品成熟，后台积累大量数据模型，误报降低至5%以下；六是寿命长，施工简单，维护方便。

二、通信线路传统维护模式

通信线路是通信网络的主要组成部分，目前以光缆为主。保持光缆线路设备、设施良好，预防障碍并尽快排除障碍是线路维护的主要任务。

传统线路维护方式有：基于人为主的“人工防护”模式，实行包线维护制度，线路定期巡回。防障是线路维护永恒的主题，多数故障由外界因素破坏造成，包线员巡回或车巡的次数和时间有限，只能发现巡回遇到的且可见的外力隐患。很多外力故障是被动的，甚至光缆阻断才知道现场有外力施工，传统维护也无法预防到突发、隐蔽的隐患，人防为主的维护模式工作量大、效率低、线路故障多。

目前在用的光缆监测系统，为分光监测在用光纤方式和空纤监测方式，只能在光缆受侵发生断纤或衰耗较大时预警，而线路周边有外力隐患时，无法提前感知并予以预防。

三、分布式光纤传感技术在通信线路维护方面应用

为提升通信线路维护防障能力，降低维护成本，实现传统维护的“人工防护”模式向“技术防护”模式转变，将分布式光纤传感技术在通信线路维护中扩展应用，实现线路周边监测的防障，提升技术维护能力。

石家庄电信选择石家庄太原干线光缆试用，监测中继段为石家庄-井陉，线路全长58km，敷设方式有管道、直埋和架空，现场环境复杂，分布式光纤传感设备安装在井陉干线机房(单端安装)，采取的是防区式管理，监测21km线路，共分了17个防区。如图2所示。

图2 石太干线监测段防区设置及线路示意图

试用实例：试用期间，一次短信告警，维护技术员根据告警信息去现场查看，现场发现拖拉机正在耕地，耕地下方是管道光缆，管道及光缆埋深1.2米，因耕地振动引起管道光缆振动告警，现场排除故障隐患，也验证了设备监测灵敏度和运行稳定可靠。

分布式光纤传感技术应用于通信线路维护，是通信线路维护从传统维护方式向智能化维护发展的重要转折，防障从“巡回”、“三盯”看护转向传感监控防护，可有效提升线路维护技术水平，且通信网中有空余光纤用于监测，无需像石油管道监测那样新建光缆，投资少；实时在线监测，提前预警进行预防线路周边侵扰；通信网中同路由多条光缆可同时监测,减少巡线人员，降低维护成本；防障能力提高，线路故障率下降，隐患发现、定位及时，故障处置判断快，通过敲击线缆可辅助找到故障线路；断纤告警可告知故障位置，减少抢修去机房测试时间，修障快速；分布式光纤传感技术属于尖端技术，应用范围尚窄，设备目前造价偏高，通信光缆量大、分支多、网络复杂，广泛推广有难度；直埋或管道敷设方式经验借鉴较多，架空方式需实践中不断摸索。

四、结语

随着科技的发展，“分布式光纤传感技术”、“大数据智能算法”的完善和成熟，光纤传感技术在通信线路维护中延伸应用，可提升线路外力隐患预警效率，降低故障率，减少因光缆故障而造成的直接间接经济损失，降低维护成本，提升客户感知，实现了线路维护的“人防”向“技防”转变，助力通信线路维护从传统模式向智能化维护发展。