[發明專利]一種基于OTDR和GIS的光纜故障監控方法

在審

• 申請號: 202010995727.3
• 申請日: 2020-09-21
• 公開（公告）號: CN112019265A
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 宋敏;霍朝暉;陳浩;林燕華;吳常勝;吳文心;步冬靜;王孝友;李得兵
• 申請（專利權）人: 國網安徽省電力有限公司池州供電公司;國家電網有限公司
• 主分類號: H04B10/071
• 分類號: H04B10/071;H04B10/079
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

1.一種基于OTDR和GIS的光纜故障監控方法，其特征是應用于由多個機房與一個監測站之間通過光纜以及光纜接頭盒連接所組成的網絡環境中，其步驟包括：

步驟1、在監測站中部署服務器；

所述服務器包括：數據接收服務接口、數據存儲服務接口、數據分析處理服務接口；

步驟2、在所述監測站安裝N個OTDR監測板；

所述OTDR監測板包括：s個網口和一個WIFI芯片，用于同時監測s根光纖；且N＝X/s的全進位整數；

步驟3、數據初始化；

將多個機房、一個監測站、N個OTDR監測板、所有光纖和光纜接頭盒的數據通過所述數據存儲服務接口傳輸至所述服務器；

機房數據包括：機房ID、與監測站的距離、機房名稱和機房GIS經緯度；

監測站數據包括：監測站GIS經緯度；

OTDR板數據包括：OTDR板ID、OTDR板名稱、OTDR板各網口綁定的光纖ID、以及OTDR板GIS經緯度；

光纖數據包括：光纖ID、光纖名稱、光纜接頭盒ID和光纖長度；

光纜接頭盒數據包括：光纜接頭盒ID、光纜預留光纜長度和GIS經緯度；

步驟4、采集OTDR曲線數據；

在監測被測光纖時，OTDR監測板的發射端產生光脈沖，并經過耦合后發送到被測光纖，所述被測光纖的連接處、斷裂處或者尾部將所述光脈沖的部分信號反射回OTDR監測板的接收端，再經過光/電轉換、放大、去噪處理后，得到所述被測光纖的OTDR曲線監測數據，并將所述OTDR曲線監測數據通過所述數據接收服務接口上傳給所述服務器；

步驟5、所述服務器對所述OTDR曲線監測數據采用故障定位算法進行數據分析，得到故障點的GIS經緯度坐標值并通過所述數據存儲服務接口發給用戶端；

步驟6、所述用戶端將所述故障點的GIS經緯度坐標值在數字地圖中顯示。

2.根據權利要求1所述的基于OTDR和GIS的光纜故障監控方法，其特征是，所述OTDR曲線監測數據是按如下步驟獲得：

步驟a、利用式(1)得到光纖在距離OTDR監測板L處的反射光功率Ρ_f：

P_f＝δP₀e^-βL (1)

式(1)中，P₀為OTDR監測板所產生的光脈沖的功率，β為光纖傳輸損耗系數，δ為光纖反射系數；L為光纖與OTDR監測板之間的距離，并有：

式(2)中，γ為在實際測量中光纖的折射率；t為與OTDR監測板從發射光脈沖至接收到反射光功率所用的時間，c為光在真空中的傳播速度；

步驟b、利用式(3)得到光纖在距離OTDR監測板L處的反射光返回到OTDR監測板的接收端時的反射功率Ρ_rf：

P_rf＝P_fe^-βL (3)

步驟c、利用式(4)得到OTDR監測板接收到反射功率P_rf相對于入射光脈沖的功率P₀的相對功率P′_OTDR：

步驟d、利用式(5)將式(4)轉換為分貝形式，記為P_OTDR：

步驟e、所述OTDR監測板以一定的時間間隔對返回的反射光功率進行采樣，從而得到反射光的相對功率與光纖到OTDR監測板之間的距離的線性關系曲線即為OTDR曲線監測數據。

3.根據權利要求2所述的基于OTDR和GIS的光纜故障監控方法，其特征是，所述步驟5中的數據分析是按如下過程進行：

步驟5.1、根據所述OTDR曲線監測數據以所述反射光的相對功率為Y軸，以光纖到OTDR監測板之間的距離為X軸，在坐標系中繪制OTDR曲線，并得到曲線在采樣點處與X軸的各個角度值θ_x，剔除差異較大的值后，計算出角度均值θ；

步驟5.2、將剔除后的各個角度值分別與所述角度均值θ進行比對，若差值的絕對值大于所設定的閾值時，則表示相應的反射光是由光纜接頭盒處反射回的，并獲得光纜接頭盒與OTDR監測板的距離，再通過比對所述服務器中各個機房的光纜接頭盒與監測站的距離，并選擇距離最近的光纜接頭盒所在的機房；

步驟5.3、在OTDR曲線中，故障點為光脈沖所能抵達的最遠距離，從而通過OTDR曲線，得到故障點距離OTDR監測板的長度為d_f；

步驟5.4、將故障點定位到兩個機房之前的光纜上；

若機房A與OTDR監測板的距離為d_A，機房B與OTDR監測板的距離為d_B，且d_ad_fd_b，則判斷故障點在機房a和機房b之間的光纜上；

步驟5.5、故障點精確定位；

步驟5.5.1、若故障點定位到光纜接頭盒A和光纜接頭盒B之間，令光纜接頭盒A的緯度為x_A、經度為y_A，且光纜距離OTDR監測板的長度為d_jA，預留光纜長度為L_pA；令光纜接頭盒B的緯度為x_B、經度為y_B，且光纜距離OTDR監測板的長度為d_jB，預留光纜長度為L_pB；

步驟5.5.2、利用式(6)計算光纜接頭盒A與B的緯度差Δx、經度差Δy：

步驟5.5.3、利用式(7)和式(8)分別計算光纜接頭盒A與B之間的空間距離S_AB和光纜長度L_AB：

L_AB＝S_AB+L_pA+L_pB (8)

式(7)，R為地球半徑；

步驟5.5.4、利用式(9)計算故障點距離光纜接頭盒A的光纜長度L_f：

步驟5.5.5、根據數據得出故障點的經緯度坐標：

當L_fL_pA時，則表示故障點發生在光纜接頭盒A處，故障點的GIS經緯度坐標值即為光纜接頭盒A的經緯度；

當L_fL_pA+S_AB時，則表示故障點發生在光纜接頭盒B處，故障點的GIS經緯度坐標值即為光纜接頭盒B的GIS經緯度。