OMS 系统在珠江三角洲水资源配置工程中的应用

刘 毅,殷加胜,刘 震

(1.武汉长飞智慧网络技术有限公司,湖北 武汉 430000;2.广东粤海珠三角供水有限公司,广东 广州 510000)

0 引言

珠江三角洲水资源配置工程从西江鲤鱼洲取水,经鲤鱼洲、高新沙、罗田3 级泵站加压,输水至南沙区的高新沙水库、东莞市松木山水库和深圳市公明水库,输水线路全长113.2 km,其中盾构隧洞长84.9 km。 该工程以打造新时代生态智慧水利工程为建设目标,项目建设过程中在建光缆存在多种被损坏的风险因素,需要在光缆建设过程中设置OMS 系统提高光缆建设安全性及运营稳定性。

1 珠江三角洲水资源配置工程光纤自动监测需求分析

1.1 光缆建设方案

珠江三角洲水资源配置工程中盾构隧洞段落采用在输水管道内及输水管道外各敷设一条光缆的方案。输水钢管安装前,在隧洞壁的自密实混凝土内预埋一根硅芯管;利用水流敷设法,在硅芯管内敷设一条36芯GYFY 光缆,相邻工作井中间无法设置手井,光缆需要一次性敷设;光缆敷设完成后再进行输水钢管安装。输水钢管安装好后,在管内行车道下预埋一根硅芯管,并每隔150 m 设置一处手井;利用牵引法,在硅芯管内敷设48 芯GYTA53+33 光缆。

1.2 光纤自动监测需求分析

1.2.1 施工期光纤自动监测需求分析

本工程盾构隧洞的输水管道采用直径4.8 m、单根长度12 m、重量45 t 左右的不锈钢钢管,且外部有加强筋。 钢管安装过程中存在3 类风险因素:运输安装过程中钢管与光缆或保护管碰撞造成的损坏、钢管焊接对光缆或保护管的损坏、自密实混凝土浇灌对光缆或保护管的损坏。 3 类风险因素对硅芯管的损坏无法实时监测,因此整体施工工序为光缆敷设完成后再进行输水钢管安装,在各段落光缆敷设完成后立即配置0MS 系统进行实时自动监测,可以实时监测到损坏并告警通知,以便立即进行抢修或替换,从而确保整体工程完工后光缆能全程联通。

1.2.2 运行期光纤自动监测需求分析

运行期输水管道内行车道下敷设的光缆(48 芯GYTA53+33 光缆)和输水管道外自密实混凝土内敷设的光缆(36 芯GYFY 光缆)均需要进行实时自动在线监测,需要配置OMS 系统实时监控光纤状态,及时告警,提升通信系统的可靠性。

2 光纤自动监测系统技术简介

2.1 光纤自动监测系统组成

光纤线路自动监测系统(OMS)是集光纤在线监测、告警、故障分析、定位于一体,结合地理信息系统,为光缆网络的安全高效运行提供保障,从而实现光纤物理网络资源的实时智能监控和维护管理。 系统由光纤线路监测设备(RTU)、网管服务器、网管软件、监测终端等构成。 其中,光纤线路监测设备(RTU)由光功率监测单元(OPM)、光时域反射仪(OTDR)检测单元、光开关(OSW)[1]等构成。

2.2 OMS 系统在线监测原理

OMS 系统基于光时域反射仪(OTDR)技术,即光脉冲信号沿着光纤传输时,各处瑞利散射的背向散射部分将不断返回至信号入射端,当光信号遇到衰减时,就会产生菲涅尔反射,其背向反射光也会返回光信号入射端,通过光耦合器和光电探测器检测到输入端的背向光的大小和到达时间,就能定量地测量出光纤的传输特性、长度及故障点,结合光功率监测单元、光开关等实时监测光纤链路质量并进行故障快速定位。OMS 系统工作一般分为3 个步骤[2]:收集信息、对收集的数据进行分类和综合分析、对数据进行判断和分析输出报表或告警。

2.3 OMS 系统监测方案

2.3.1 备纤轮巡监测方案

用OTDR 对备纤按照测试计划做轮巡检测,同时RTU 将实测曲线数据与参考曲线数据自动进行比较,当超过设定门限时,即产生告警。

2.3.2 备纤光功率监测方案

在备纤末端加入光源,进行光功率监测。 当光功率下降到设定门限值或出现较大衰减时产生告警,RTU 根据来自OPM 的告警信息,启动OTDR 对该纤芯进行检测。

2.3.3 业务纤在线监测方案

通过波分复用技术(WDM)把OTDR 检测波长与业务波长合波到被测纤芯,在末端通过滤波器把OTDR检测波长滤除,另1 芯用分光器分出1 路监测光功率,同时实现OTDR 在线检测且不影响业务的传输。

2.3.4 跨中继段监测方案

通过WDM 和滤波器对一个光缆段以上(中继段较短、组成网较复杂的光缆线路)的光缆线路进行远程在线光功率监测及OTDR 检测。

2.3.5 光路自动切换保护监测方案

光纤通信线路自动切换保护系统,完全独立、可对光物理链路自动监测保护。 当光路损耗增大导致通信质量下降或光路中断时,系统网管发生相应告警,并立即下发保护倒换指令,将受损光路保护倒换至备用光纤(倒换时间≤50 ms),迅速恢复业务通道至正常状态[3-4]。

3 施工期OMS 系统设置方案

3.1 施工期监测方案

本工程共有7 个土建标段涉及盾构隧洞施工(标段编号分别为A2,A3,A4,A5,A6,A7,D2),施工期采用OMS 系统的备纤轮巡监测方案。 整个监测周期从光缆敷设完成到输水管道完成验收交付使用,采用24小时实时在线监控。 监控数据通过施工现场临时宽带网络或者5G 网络上传。 运维或管理人员通过手机或电脑客户端可实时查看光纤线路参数,第一时间获得故障告警信息。

3.2 监测节点设计

根据土建施工计划以及各标段工作井的设置情况,光缆建设过程中需要设置4 个监测节点,配置7 套光纤自动监测设备。 各监测节点设置的位置及监测方案如表1 所示。

表1 OMS 系统监测节点设置

3.3 监测设备设置

根据监测节点的设计,在节点1,2,3 处各设置2台光纤监测设备(OMS),分别向东和向西两个方向进行监测;在节点4 设置1 台光纤监测设备(OMS)向东进行监测;光纤监测设备配置8 通道OTDR 监测单元。

4 运行期OMS 系统设置方案

4.1 运行期监测方案

对运行期干线光缆的监测采取备纤实时监测的方式,如图1 所示,在干线光缆的备用光纤末端加上稳定光源,向备纤发送光信号,在测试端进行光功率监测。当光功率下降到某一门限值或出现较大的衰减时产生告警,光缆监测设备根据来自光功率监测单元的告警信息,联动OTDR 单元及时对相应光路进行检测,结合地理信息系统给出精确的故障点,方便维护人员及时排除光缆的故障。

图1 运行期OMS 系统监测方案

在运行期,OMS 系统利用输水控制系统建立的网络传输监测数据。 用于运行期干线光缆监测系统的网管平台软件可以与该工程搭建的智慧监管系统、计算机监控系统等在线监测系统对接,并接入水资源配置工程监控调度中心,实时展示运行状态,并及时监测预警。

4.2 运行期监测节点设计

光缆建成运行期需要设置3 个监测节点对本工程的干线光缆实施监测。 第1 个监测节点设置在高新沙水库进库闸处,对高新沙水库进库闸至鲤鱼洲泵站的3条干线光缆进行实时监测,监测中继段长约42 km。

第2 个监测节点设置在高新沙水库泵站处,对高新沙水库至南沙黄阁水厂光缆、高新沙水库泵站至高新沙水库调控室光缆、高新沙水库泵站至沙溪高位水池光缆进行实时监测。 第3 个节点设置在罗田水库泵站处对罗田水库泵站至沙溪高位水池光缆、罗田水库泵站至松木山水库光缆、罗田水库泵站至公明水库光缆进行实时监测。

4.3 监测设备设置

根据各节点的监测范围,在高新沙水库进库闸、高新沙水库泵站、罗田水库泵站机房3 个监测节点设置处各装置1 台8 通道光缆监测设备(配置8 通道OTDR监测单元,8 通道光功率监测单元)。 在鲤鱼洲泵站、沙溪高位水池机房分别装置1 台4 路稳定光源(OLS),在高新沙水库泵站、高新沙调控室、南沙黄阁水厂、沙溪高位水池、松木山水库、公明水库机房分别装置1 台2路稳定光源(OLS)。 在高新沙调控室机房装置网管服务器,OMS 系统对运行期干线光缆监测需占用每根光缆中的2 芯空闲纤芯(即备用纤芯)。

5 结语

(1)在大型输水隧洞工程中,输水管道外建设光缆场景情况下通信管道在自密实混凝土中预埋后,由于没有很好的检测手段,在后续施工中很容易被损坏而未及时发现,导致光缆无法敷设。 采用通信管道预埋后先布放光缆,然后通过OMS 系统间接实现通信管道的监测。 该监测方案适用于施工现场环境复杂、施工周期长、后续检修或返工困难的工程场景。

(2)OMS 系统在大型输水隧洞工程中实时监测工程中已敷设的光缆,采用备纤轮巡方案,光缆敷设后快速部署监测设备,并可随着光缆的敷设进度逐步扩展监控段落;可有效控制光缆布放质量,及时发现后续施工造成的光缆损害,通过5G 等技术手段上报告警信号,指导施工人员及时检修、更换损坏的光缆,从而提高光缆建设安全性及运营稳定性。

(3)OMS 系统在通信网络运行期,可通过对备用纤芯的实时监测,及时发现光纤线路的故障并快速定位、指导维护。