分布式光缆线路预警系统解决方案

基于DVS的分布式光缆线路预警系统利用已敷设好的普通光缆中的一根空余纤芯，直线型监测该光纤上的微振动分布信号，从而可以线性地，还原出人对光缆的触摸，以及被监测光缆周边的大型施工车辆经过、人工挖掘、机械挖掘及鼠咬等事件，产生的振动信息。

分布式光缆线路预警系统解决方案

一、应用背景

随着人类经济生活进入互联网时代，人们越来越依赖于网络，其中，光缆是网络传输的主要载体，星罗棋布铺设在城市的每一个角落，大部分浅埋在城市道路两旁，大约一米深处。通信光缆非常脆弱，一个小小的非法施工，即可截断光纤。现阶段，只是靠环网切换保护，网管系统异常报警后，启动OTDR进行断点探测，人工巡查找到断点，对光缆进行修复，往往已经几个小时过去了。修复费用加上营运损失，接入网还好，城域网或骨干网，往往会损失巨大，如果碰上不可断线协议专网，生产事故的严重程度就更高了。光纤网络规模极大，对整个网络进行安全预警防护的投入成本太高，只能有选择的对重点光纤进行安全防护。

运营商对光纤资源管理的基本要求，应当是光纤资源是可管、可控、可调度。具体表现为：

所有光纤链路的物理连接都是明确的，都是可查，可管的。
每条具体的光纤链路上，运行的业务内容是明确的，都是可查，可管的。
可针对每根光纤、每个承载业务的光纤链路，进行光路调度。

在光纤资源管理系统的支撑下，我们建议先对以下光纤进行重点的安全防护：

骨干网上，易遭第三方施工意外破坏的光缆管线。
政府、军队、银行和安全等部门的重点光纤链路。
运行大型互联网业务的IDC机房的光纤链路。
客户要求的特定光纤链路。

二、系统简介

因此，可以全天候24小时监测光纤所在的光缆，以及该光缆所在路由上，所有缆线的侵入事件。用户不再需要重新敷设新的专用光缆，只需一台设备放置在机房。理论上，系统单端可监测40KM光缆，双端可以达到80km光缆监测。重要的是，它还可以保护同缆沟的其它所有线缆（包括电缆），从而同时保护了周边线缆安全，保护费用分摊到所有维护线缆上，成本极低。另外，井盖防护可作为一个选项，用一个机械装置，将通过的传感光缆与井盖软性相连，一旦井盖开启，立即报警；授权的井盖开启，可预先解除报警。

光缆周界安防智能预警系统，彻底解决光缆路由缆沟7天24小时对第三方侵入的探测，从人员防护，转为技术防护，即预警防护。另一方面，也是量子通讯成熟前，远距离保密通讯的唯一手段。

三、技术原理

基于DVS的分布式光缆线路预警系统是一套长距离、分布式、可精确定位的振动监测系统。该系统集成智能化信号处理算法可实现事件精确定位、多事件同时报警、事件类型准确识别、个性化分区配置、地图展示等多个功能。系统基于 φ-OTDR 原理，利用高相干度背向瑞利散射光的干涉现象，以普通通讯光缆本身作为传感设备，可以检测一根长达几千米到几十千米的光纤的振动情况，定位精度达到5m以内，告警响应时间小于5s。

如图所示，当光脉冲传播到受外界振动信号作用的光纤段时，其瑞利散射回到探测器的光信号也会产生变化，通过检测散射光信号的变化就可以检测出测量区域的振动情况，同时通过模式识别算法可以准确判断出多种不同的入侵和破坏方式，并能实现多点入侵的同时监测和精确定位。可应用于油气管道、通信线路、输电线缆等的安全监测和定位；可用于重要区域的入侵安全防护，比如管廊入侵监测、管廊内人员定位、管廊塌陷监测等。

四、系统优势

◆实现长距离光缆线路监控：单端40km，双端80km
定位精度高：探测触发报警事件，光缆纵向定位精确到±5米，快速定位事件位置
横向灵敏度校验：可满足业主个性化需求，如：根据业主场景探测需要，对手工挖掘事件，可设置光缆上方横向探测3米（建议值）；机械挖掘事件，光缆上方横向探测10米（建议值）。并且，可对不同介质进行振动波形图的采集，如：水泥、沙石、粘土等，以提升个性化触发事件的探测率和减低误报率。
探测率极高：伤害光缆事件单次触发（触摸光缆、人工挖掘、机械挖掘、鼠害等）的探测率＞99.7%，伤害光缆事件多次触发的探测率=100%。
即时告警：系统的报警响应时间小于5秒。
系统具有AI学习机制：安装校验后，经过‘训练集数据采集’与‘盲测’，建立了事件数据库，（虚警）误报率小于1%。
系统设置具有人性化与多样性：可针对不同的事件，对系统进行设置，对于正常的施工等常规作业事件，可手工设置为正常事件，从而减少误报
敏感数据光缆保护：一旦开启系统，即可监控光缆，任何的光缆触摸即可探测到，从而防止了数据的截断及数据的盗窃，因此实现保密通信。
早期预警非法的机械施工、非授权的人工挖掘：在还没有挖到光缆，或者刚开始施工时，系统即可发现并报警，给线缆巡护员充分的到场时间。
减少蓄意破坏：偷盗电缆、光缆，增加井盖传感装置，贼人在开入孔时，系统即可探测到位置，可立即派附近线缆巡护员进行制止。
确保施工的准确性：多台设备应用后，可确认光缆拓扑结构，监控施工方向的对错。
光缆全域安全管理：监控光缆内的全部光纤，及同路由的缆线，实现全域管理。
系统兼容性强，无干扰：监控与现有的数据传输不冲突，不需担心干扰。
实现对光缆网络的有效管理：翻新了现有的数据网络，从放任自流的管理，到全域预警可控的7*24小时的精细化管理。

五、技术指标

光纤类型：普通通信单模光纤
通道数：1/2路
探测光缆长度：40km@通道
响应时间：< 5s
信噪比 ≥12dB
频响范围：40km：0.2Hz～1000Hz（探测距离相关）
定位精度：±5 米
工作温度：-25℃～65℃
工作湿度 <90%RH

六、系统界面

系统软件功能主要包括：可视化报警显示：提供形象的可视化显示界面，通过图形组态模块将光纤位置映射到图像上，一旦某点发生入侵事故，报警信息直接显示在图像上，形象直观；

振动曲线显示：系统可以实时显示整根光缆的振动信号分布曲线，当某处振动信号应变异常时，通过曲线可以显示该处实时信息；

分区 / 分级事件报警：提供多种灵活的报警方式，报警参数可以分级、分区域设置；

历史统计分析提供历史振动数据统计分析功能，包括： a. 某时刻光缆不同位置的振动分布曲线 b. 某时段光缆某点的振动变化曲线

自动化识别：系统可以获得振动事件的时间、地点、事件趋势等信息，通过对振动波形分析和特征信号提取，对入侵事件提前预警，保障运行安全。

七、安装应用

实际使用过程中，分布式光缆线路监测只需要用到缆线中一根空闲纤芯即可完成整条线路入侵监测，无需额外安装传感介质，整个系统只需将主机接入需要监测的通信线路即可完成布设安装，如图所示，监控主机可直接安装于室内线路终端机房中，方便快捷。根据监测现场不同环境，通信光缆的安装布设主要分为架空布设、埋地布设、穿管布设等几种布设方式，实际应用中一条监测线路可能由多种布设方式组成，系统可以根据线缆的不同布设方式进行分区分级管理，不同防区采取不同报警灵敏度和报警级别，以适应整条线路的复杂环境。