基于智能标石的光缆巡线和管理系统设计

李红亮 廖奎 罗围峰

摘 要：通过分析光缆巡线和管理的现状，梳理总结存在的突出问题，研究智能标石的发展和应用场景，针对传统光缆巡线存在的问题结合智能标石的特点，提出基于智能标石来构建光缆巡线和管理系统的思路，并设计了系统总体方案，探讨了其在典型场景下的应用。

关键词：巡线;智能标石;预警;监测;光缆

光缆网是国家通信网的重要组成部分，是信息高速路的基石，是通信传输的重要基础设施。光缆网一旦中断，将会给人民群众生产生活带来诸多不便，而光缆线路的巡线与管理是光缆维护中不可或缺的重要环节，其目的就是保证光缆线路的完好可用，保证光缆线路安全传输，预防光缆故障，消除故障隐患。

1 光缆巡线和管理现状

我国已经建成“八纵八横”的光缆骨干网，光缆巡线主要依靠人工徒步的方式实施，通过定期指派专门的维护人员进行查看、维护线路，或者在传输网络出现问题时临时指派人员进行应急抢修，这种方式所需时间较长，效率也不高，且人工巡线容易导致漏检、误检情况的发生，会增加网络维护的时间，影响业务的传输。梳理总结了传统光缆巡线模式下，存在三个方面的问题。

1.1 受环境影响较大，巡线到位率不够理想

进行巡线任务时，需要沿着光缆路由进行检查，当地形地貌条件良好时人员能够正常地进行巡线任务，但是当光缆线路所在的环境复杂，比如高山密林、洪水淹没地段等，巡线人员很难快速到达相关区域巡检，即使能够到达相关区域也需要消耗大量时间、精力，还存在较大的人身安全隐患，严重制约光缆巡线工作有效开展。

1.2 巡线任务周期长，隐患预警难保证

光缆线路巡线受制于信息技术应用程度，实际巡线任务中会出现虽然进行了巡线工作，但是由于两次巡线任务间隔时间较长而不能及时发现光缆新的隐患、新的问题，所以光缆线路巡线存在较大的延时性、间隔性，而不能动态地保障相关光缆线路的正常运行。

1.3 受巡线方式限制，巡线监督不到位

传统的巡线方式基本依靠巡线人员眼睛观察光缆线路的情况，从而发现隐患和故障，但是光缆线路距离长，又多是在荒郊野外，巡线人员如果走马观花、偷懒耍滑，则巡线质量就大打折扣，如何有效地监督检查巡线的质量是很棘手的问题。

2 光缆线路巡线和管理中引入智能标石的需求

智能标石采用先进的物联网感知技术和音视频采集技术，内部集成震动、水浸、倾斜等多种传感器和高清音视频采集处理模块，能够对周围环境的实时感知。目前，智能标石的应用大部分为单个标石定点独立使用，如在光缆易发生故障的场镇、施工地域等，简单地实现对某个重点地段的监控，没有在光缆巡线和管理中发挥其智能化的作用。在光缆巡线和管理中系统使用智能标石有以下几个方面的需求：

一是提高光缆线路巡线效率的现实需要。光缆线路传统巡线为徒步巡线与车辆巡线结合的方式，易受到天气、人员任务等因素的影响，巡线效率普遍不高，需要一种新的巡线方式解决传统巡线效率较低的问题，因此，提出一种基于智能标石的光缆巡线方式，可以在一定程度上解决因为天气恶劣无法巡线，部分地段地形险峻巡线到达困难的问题。

二是增加光缆线路预警功能的可靠手段。通过布设智能路由标石，标石中的摄像头和多种传感设备可以增加光缆线路的预警监测功能，提高光缆线路隐患发现的效率，为光缆线路维护争取更多的时间。

三是增强光缆线路巡线智能化的有效措施。依托智能标石可以实现巡线管理的智能化，自动记录巡线轨迹和到达智能标石的时间，科学规划巡线计划，并可通过巡线终端设备指示巡线方向和智能标石位置，辅助巡线人员判定光缆及接头点位置，增强光缆巡线方式的智能化水平。

四是提升光缆线路可靠性的技术保障。传统的巡线方式维护的光缆，通常都是在已经发生中断事故时才被发现，是一种被动的维护方式，采用智能标石后能够实现远程音视频监控，出现事故前能够进行音频驱离，并在第一时间赶赴现场进行处理，能够有效减少光缆线路中断的概率，缩短故障修复时间，提升光缆线路的可靠性。

3 巡线和管理系统设计

基于智能标石的光缆巡线和管理系统改变了原有人工管理方式，为管理人员监督光缆巡线情况，实现对光缆线路巡线情况科学、高效的管理提供了一种智能化、信息化的手段。

3.1 系统总体构想

智能标石的光缆线路巡线和管理系统包括硬件和软件两大部分。

硬件包括：智能标石、智能巡检器、独立的RFID芯片、管理终端。

软件包括：服务端和客户端，服务端主要实现信息的传输、交互和管理;客户端主要实现电子地图、视频显示等功能，并可接入服务端实现对智能标石的管理。

光缆巡线系统：巡线终端设备安装电子地图、北斗导航定位模块、蓝牙模块、射频识别模块等。

预警监测系统：智能标石、服务端、客户端、短信网关等。

系统总体架构如图1所示。

3.2 智能标石设计

智能标石集成三大功能模块，预警监测模块包括：音视频采集单元、多种传感器单元、5G无线通信单元、扬声器单元等。巡线模块包括：蓝牙单元、RFID单元等。电源模块包括：太阳能电池板、蓄电池等。可以根据不同的使用需求和场景选装不同类型的功能模块。智能标石外壳可采用高强度塑料材质，内部中空，安装各种功能模块，外观尺寸与传统标石基本一致（露出地面部分尺寸一致，地下埋设部分略小），外观颜色与传统标石一致为白底红字。标石内部设计示意图如图2所示：

无线通信单元可配置5G通信模块或GSM通信模块，还可加装北斗短报文通信模块，在移动通信信号覆盖较好的地域可选装5G通信模块，5G覆盖不到的区域选装GSM模块和北斗通信模块。

3.3 巡线终端设计

巡线终端是一种智能平板终端，安装电子地图、北斗卫星模块、射频识别模块、蓝牙模块、安全保密模块等，实现巡线中辅助定位、智能标石信息采集、巡线路线导航指示功能;根据户外条件下使用的特点，巡线终端具备防水、防塵、防摔的“三防”功能;并可与管理终端通过USB方式连接，接收巡线计划，巡线结束后可连接管理终端上报巡线数据。巡线终端设计示意图如下：

巡线人员到达智能标石位置后，巡线识别信息读取单元通过蓝牙或RFID单元实现与智能标石连接读取标石编码信息，此编码每个智能标石都是不同的;采集巡线信息的同时，巡线终端会记录下采集的时间及地理位置，三个信息都会存储在终端上，巡线人员可通过巡线终端上的管理软件查看该信息，但不能修改。

3.4 管理终端设计

管理终端是在一台普通计算机上加装巡线管理软件，实现对智能标石音视频数据的实时查看、回看、清除等管理功能，还可以实现远程控制智能标石播放警示驱离音频、拍照取证等警示功能，并安装地理信息系统，可以显示智能标石的位置信息及光缆路由走向、光缆线路长度等信息。

4 典型应用

4.1 日常巡线的应用

光缆线路维护人员通过巡线终端连接管理终端，接收上级部门下达的巡线计划，之后组织光缆维护人员携带巡线终端，按照巡线计划要求的线路和时间进行巡线，巡线终端提供实时巡线导航，防止路线偏移，在智能标石附近，还可使用巡线终端上的蓝牙直接与标石连接，读取标石信息码。

4.2 智能巡线的应用

管理部门可区分“一般巡线”和“重点隐患巡线”两种指标进行巡检管理，还可动态生成“重点隐患区段巡检计划”，实现巡检工作和智能感知手段的“精确重合”，改变“无差别对待”的传统巡检模式，大大提高针对性预警管理能力，进一步节约人力物力。

巡线任务完成后，将巡线终端连接管理终端设备，上传巡线信息，管理终端存储巡线信息并与下发的巡线计划比对，评估此次巡线完成情况，管理人员通过管理终端上的软件可随时查看巡线任务完成情况，对比历史巡线记录。

管理终端还可以根据巡线完成情况、智能标石告警情况（数量和种类）、线路阻断数据、纤芯整治和预检维护数据等，按需生成光缆线路隐患级别、维护工作完成质量评估报告，以便于帮助管理人员为科学制订巡线计划提供辅助决策，从而实现巡线管理的信息化和智能化。

4.3 预警警示的应用

智能标石内部集成多种传感设备，在标石附近有施工活动发生时，一般会伴随有震动，此时标石会感应到震动发生，视频采集设备自动拍照取证，并将告警信息和照片上传到服务端，管理终端值机人员查看到告警信息后，通过短信网关或电话通知巡线人员赶赴现场处理。

智能标石内部安装有音视频采集设备，在管理终端上可以实时查看标石周围情况，在有人或车辆过于靠近智能标石，并试图破坏、盗窃智能标石时，标石会自动向服务端上报告警信息，并自动拍照取证并将照片上传至服务端，管理终端查看到告警信息后，可以在系统上选择远程播放驱离的声音信息，如你以涉嫌破坏光缆设置，请你马上离开……此时管理终端值机人员应马上通知线路维护人员赴现场查看处置。

4.4 巡线管理的应用

通过管理终端软件系统依据当前光缆线路整体情况及历史巡线数据分析，辅助管理人员制订巡线计划，下发至巡线终端，巡线人员携带终端设备按照巡线计划指定路线和巡线范围开展巡线工作，巡线任务完成后，上传巡线数据至管理终端，管理终端存储巡线数据，通过软件系统分析巡线数据，从而判定此次巡线任务完成情况，并记录在数据库中;软件系统中对巡线数据进行分类统计整理，在软件界面显示每个中继段光缆线路状态、巡线情况，在地理信息系统界面可以显示所有智能标石位置信息、告警信息、运行状态，也可以实时通过智能标石内部安装的视频采集设备查看标石周围环境情况。

结论

随着大容量、高速率光缆通信系统的广泛应用，通信网的稳定性对通信线路的日常维护管理工作提出了更高的要求。一旦发生光缆线路阻断，不但修复困难，阻断历时长，而且损失巨大。根据统计：在光缆线路阻断障碍中，大部分是由于日常巡線制度不落实造成的。因此，加强对线路巡线工作的管理是避免发生阻断的关键。基于智能标石构建的光缆巡线和管理系统能够在一定程度上提升巡线的效率，减少光缆故障的发生，提高光缆线路的可靠性和可用性，为科学管理光缆线路提供有益的借鉴。

参考文献：

[1]王亚楠.光缆线路的维护技术与经验[J].有线电视技术，2019，7：62-64.

[2]吕佩哲，梁立松，孙国善.光缆智能管理系统在光缆网络维护中的应用[J].数字通信世界，2017，7：208-209.

[3]高梅，等.光缆网技术保障能力评估指标体系构建[J].西安通信学院学报，2016，6：16-18.

作者简介：李红亮（1981— ），男，汉族，河南舞钢人，硕士，讲师，研究方向：光纤通信。