本發(fā)明屬于光纜故障定位領(lǐng)域，具體是一種應(yīng)用于光纜故障位置的定位系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)通信光纜一般采用架空或地埋方式，風(fēng)機(jī)與升壓站間、風(fēng)機(jī)與風(fēng)機(jī)之間光纜較遠(yuǎn)，光纜常因地質(zhì)沉降、施工破壞、農(nóng)田耕種、蟲(chóng)咬鼠噬、自然老化等原因被破壞；

2、風(fēng)電場(chǎng)光纜問(wèn)題分析方式主要由維護(hù)人員利用手持otdr儀表對(duì)測(cè)試曲線進(jìn)行逐一分析然后表格記錄的形式，指導(dǎo)光纜線路的維護(hù)、優(yōu)化和故障處理，但人工方式耗時(shí)、耗力，容易出錯(cuò)?，F(xiàn)有的otdr故障定位方法主要依賴于曲線分析和經(jīng)驗(yàn)判斷，由于這些方法僅能提供光纖鏈路中故障點(diǎn)的邏輯距離(測(cè)試芯長(zhǎng))，而未結(jié)合光纖的實(shí)際鋪設(shè)路徑、地形變化及接頭盤(pán)留等復(fù)雜因素，因此無(wú)法直接將測(cè)試芯長(zhǎng)準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換為具體的地理空間位置，導(dǎo)致定位結(jié)果在復(fù)雜環(huán)境中存在較大偏差，難以滿足高精度地理空間定位的需求。

3、因此，本發(fā)明提出一種應(yīng)用于光纜故障位置的定位系統(tǒng)及方法，以解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一；為此，本發(fā)明提出了一種應(yīng)用于光纜故障位置的定位系統(tǒng)及方法，用于解決現(xiàn)有的otdr故障定位方法主要依賴于曲線分析和經(jīng)驗(yàn)判斷，由于這些方法僅能提供光纖鏈路中故障點(diǎn)的邏輯距離(測(cè)試芯長(zhǎng))，而未結(jié)合光纖的實(shí)際鋪設(shè)路徑、地形變化及接頭盤(pán)留等復(fù)雜因素，因此無(wú)法直接將測(cè)試芯長(zhǎng)準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換為具體的地理空間位置，導(dǎo)致定位結(jié)果在復(fù)雜環(huán)境中存在較大偏差，難以滿足高精度地理空間定位的需求的技術(shù)問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面提供了一種應(yīng)用于光纜故障位置的定位系統(tǒng)，包括：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊和光纜故障定位模塊；

3、數(shù)據(jù)采集模塊：獲取光纖鏈路的初始數(shù)據(jù)，并基于初始數(shù)據(jù)建立光纖鏈路的空間模型；

4、數(shù)據(jù)分析模塊：通過(guò)對(duì)光線鏈路進(jìn)行切分，得到若干段光纜線段；基于otdr獲取光纖鏈路中故障點(diǎn)的邏輯距離；以及，

5、通過(guò)對(duì)每段光纜線段長(zhǎng)度進(jìn)行修正，得到每段光纜線段的目標(biāo)線段長(zhǎng)度；

6、光纜故障定位模塊：基于每段光纜線段的目標(biāo)線段長(zhǎng)度和光纖鏈路中故障點(diǎn)的邏輯距離計(jì)算得到光纖鏈路中故障點(diǎn)的坐標(biāo)。

7、優(yōu)選的，所述基于初始數(shù)據(jù)建立光纖鏈路的空間模型，包括：

8、基于初始數(shù)據(jù)通過(guò)三維構(gòu)建軟件構(gòu)建光纖鏈路的空間模型；其中，初始數(shù)據(jù)包括：光纖路徑、接頭位置和盤(pán)留長(zhǎng)度；三維構(gòu)建軟件包括：autocad或blender；

9、以光纖鏈路的起點(diǎn)為原點(diǎn)，建立空間直角坐標(biāo)系，并獲取光纖鏈路中每個(gè)接頭位置的三維坐標(biāo)；將每個(gè)接頭位置的三維坐標(biāo)標(biāo)記為(xi,yi,zi)；其中i是光纖鏈路中接頭的標(biāo)號(hào)，i＝{1,2,3,…,n}，n是光纖鏈路中接頭的總數(shù)。

10、需要說(shuō)明的是，所述光纖路徑是指光纖從起點(diǎn)到終點(diǎn)的實(shí)際鋪設(shè)路線，包括其經(jīng)過(guò)的所有關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)(如起點(diǎn)、終點(diǎn)、接頭、分支點(diǎn)等)以及地形特征(如山地、河流、橋梁等)；通過(guò)光纖鋪設(shè)時(shí)的施工圖紙或記錄文件，獲取光纖路徑的具體描述和地理坐標(biāo)；所述接頭位置指光纖鏈路上各個(gè)接頭的具體物理位置，通常用于連接兩段光纖或進(jìn)行維護(hù)操作；通過(guò)otdr測(cè)試數(shù)據(jù)中的反射信號(hào)特征檢測(cè)接頭位置，接頭通常會(huì)在otdr曲線上表現(xiàn)為明顯的尖峰或突變點(diǎn)；所述盤(pán)留長(zhǎng)度是指光纖在某些節(jié)點(diǎn)處為了便于維護(hù)或調(diào)整而預(yù)留的額外光纖長(zhǎng)度；通過(guò)光纖鋪設(shè)時(shí)的設(shè)計(jì)圖紙或施工記錄，明確每個(gè)節(jié)點(diǎn)的盤(pán)留長(zhǎng)度。

11、優(yōu)選的，所述通過(guò)對(duì)光纖鏈路進(jìn)行切分，得到若干段光纜線段，包括：

12、基于光纖鏈路上的接頭位置將光纖鏈路劃分為若干段光纜線段，并將若干段光纜線段標(biāo)記為lj；其中，lj＝{(xi,yi,zi),(xi+1,yi+1,zi+1)}，j是指每個(gè)光纜線段的標(biāo)號(hào)，j＝{1,2,3,…,n-1}，每段光纜線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)由相鄰的接頭組成。

13、需要說(shuō)明的是，所述若干段光纜線段，當(dāng)j＝1時(shí)，表示第一段光纜線段，即l1＝{(x1,y1,z1),(x2,y2,z2)}。

14、本發(fā)明通過(guò)基于初始數(shù)據(jù)構(gòu)建光纖鏈路的空間模型，并對(duì)光纖鏈路進(jìn)行切分以得到若干段光纜線段，顯著提升了光纜故障定位的準(zhǔn)確性和效率；利用三維構(gòu)建軟件結(jié)合光纖路徑、接頭位置和盤(pán)留長(zhǎng)度等初始數(shù)據(jù)，能夠全面反映光纖的實(shí)際鋪設(shè)情況及其地形特征，為后續(xù)分析提供了精確的空間參考；以光纖鏈路起點(diǎn)為原點(diǎn)建立空間直角坐標(biāo)系，并獲取每個(gè)接頭的三維坐標(biāo)，進(jìn)一步細(xì)化了光纖鏈路的幾何結(jié)構(gòu)描述，確保每段光纜線段的位置信息清晰明確；通過(guò)對(duì)光纖鏈路基于接頭位置進(jìn)行切分，將整條鏈路劃分為若干獨(dú)立的光纜線段，并標(biāo)記其起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)，不僅簡(jiǎn)化了復(fù)雜鏈路的處理過(guò)程，還為后續(xù)每段線段的長(zhǎng)度修正和故障點(diǎn)定位奠定了基礎(chǔ)；有效解決了傳統(tǒng)方法中因未充分考慮實(shí)際鋪設(shè)路徑和復(fù)雜因素而導(dǎo)致的定位偏差問(wèn)題，從而大幅提高了光纜故障點(diǎn)地理空間定位的精度，同時(shí)減少了人工分析的時(shí)間成本和潛在誤差，為風(fēng)電場(chǎng)光纜線路的維護(hù)和優(yōu)化提供了科學(xué)可靠的依據(jù)。

15、優(yōu)選的，所述基于otdr獲取光纖鏈路中故障點(diǎn)的邏輯距離，包括：

16、通過(guò)otdr測(cè)試獲取光信號(hào)從光纖鏈路起點(diǎn)傳播到故障點(diǎn)再返回起點(diǎn)所需的時(shí)間t；

17、通過(guò)公式d＝(c×t)/(2×ior)計(jì)算得到光纖鏈路中故障點(diǎn)的邏輯距離；其中，d是光纖鏈路起點(diǎn)和故障點(diǎn)的距離，c是光在真空中的速度，ior光纖的折射率。

18、需要說(shuō)明的是，otdr向光纖發(fā)送一個(gè)高能量的激光脈沖，當(dāng)光信號(hào)遇到故障點(diǎn)(如斷點(diǎn)、接頭或其他異常位置)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射光，otdr接收并記錄反射光返回的時(shí)間t。

19、優(yōu)選的，所述通過(guò)對(duì)每段光纜線段長(zhǎng)度進(jìn)行修正，得到每段光纜線段的目標(biāo)線段長(zhǎng)度，包括：

20、a1：提取每段光纜線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)的坐標(biāo)；

21、a2：獲取每段光纜線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)對(duì)應(yīng)的海拔高度，并基于海拔高度對(duì)起點(diǎn)和終點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行修正，得到目標(biāo)起點(diǎn)坐標(biāo)和目標(biāo)終點(diǎn)坐標(biāo)；

22、a3：獲取目標(biāo)起點(diǎn)坐標(biāo)和目標(biāo)終點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的經(jīng)緯度，并基于經(jīng)緯度計(jì)算得到每段光纜線段的長(zhǎng)度；

23、a4：基于每段光纜線段的盤(pán)留長(zhǎng)度和每段光纜線段的長(zhǎng)度計(jì)算得到每段光纜線段的目標(biāo)線段長(zhǎng)度。

24、需要說(shuō)明的是，所述每段光纜線段的盤(pán)留長(zhǎng)度可通過(guò)光纖鋪設(shè)時(shí)的設(shè)計(jì)圖紙或施工記錄獲取。

25、優(yōu)選的，所述基于海拔高度對(duì)起點(diǎn)和終點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行修正，包括：

26、通過(guò)dem獲取光纖鏈路中每個(gè)接頭的海拔高度，并標(biāo)記為hi；

27、基于光纖鏈路中每個(gè)接頭的海拔高度對(duì)每個(gè)接頭位置的三維坐標(biāo)進(jìn)行修正，具體為：lj'＝{(xi,yi,zi+hi),(xi+1,yi+1,zi+1+hi+1)}；其中，(xi,yi,zi+hi)是光纜線段的起點(diǎn)的坐標(biāo)修正后得到的目標(biāo)起點(diǎn)坐標(biāo)，(xi+1,yi+1,zi+1+hi+1)是光纜線段得終點(diǎn)的坐標(biāo)修正后得到的目標(biāo)終點(diǎn)坐標(biāo)，lj'是對(duì)光纜線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行修正后得到的新光纜線段。

28、優(yōu)選的，所述基于經(jīng)緯度計(jì)算得到每段光纜線段的長(zhǎng)度，包括：

29、獲取每段光纜線段的目標(biāo)起點(diǎn)坐標(biāo)和目標(biāo)終點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的經(jīng)緯度，并分別標(biāo)記為(φi,λi)和(φi+1,λi+1)；其中，φi表示第i個(gè)接頭的經(jīng)度，λi表示第i個(gè)接頭的緯度；

30、通過(guò)公式：

31、

32、計(jì)算得到每段光纜線段的長(zhǎng)度；其中，dlj是指第j段光纜線段的長(zhǎng)度，r為地球半徑。

33、需要說(shuō)明的是，所述每段光纜線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)，起點(diǎn)是該段光纜與前一段光纜的連接點(diǎn)(接頭)或光纖鏈路的起始點(diǎn)，終點(diǎn)則是該段光纜與下一段光纜的連接點(diǎn)(接頭)或光纖鏈路的結(jié)束點(diǎn)。

34、優(yōu)選的，所述基于每段光纜線段的盤(pán)留長(zhǎng)度和每段光纜線段的長(zhǎng)度計(jì)算得到每段光纜線段的目標(biāo)線段長(zhǎng)度，包括：

35、提取每段光纜線段的盤(pán)留長(zhǎng)度；

36、通過(guò)計(jì)算每段光纜線段的盤(pán)留長(zhǎng)度與每段光纜線段的長(zhǎng)度的和，得到每段光纜線段的目標(biāo)線段長(zhǎng)度。

37、本發(fā)明通過(guò)對(duì)每段光纜線段長(zhǎng)度進(jìn)行修正，最終得到目標(biāo)線段長(zhǎng)度，顯著提升了光纖鏈路故障定位的精確性和可靠性；通過(guò)提取每段光纜線段起點(diǎn)和終點(diǎn)的坐標(biāo)，并結(jié)合dem獲取的海拔高度數(shù)據(jù)對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行修正，有效彌補(bǔ)了地形起伏對(duì)長(zhǎng)度計(jì)算的影響，確保了三維空間中光纜線段的真實(shí)幾何形態(tài)得以準(zhǔn)確反映；基于修正后的目標(biāo)起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的經(jīng)緯度，利用地球半徑及公式計(jì)算每段光纜線段的實(shí)際長(zhǎng)度，進(jìn)一步考慮了地理曲率因素，避免了平面計(jì)算可能帶來(lái)的誤差；將每段光纜線段的盤(pán)留長(zhǎng)度與計(jì)算所得長(zhǎng)度相加，得到目標(biāo)線段長(zhǎng)度，充分考慮了光纖鋪設(shè)時(shí)預(yù)留的額外長(zhǎng)度對(duì)總長(zhǎng)度的影響。

38、優(yōu)選的，所述基于每段光纜線段的目標(biāo)線段長(zhǎng)度和光纖鏈路中故障點(diǎn)的邏輯距離計(jì)算得到光纖鏈路中故障點(diǎn)的坐標(biāo)，包括：

39、b1：將故障點(diǎn)所在的光纜線段標(biāo)號(hào)標(biāo)記為k；將每段光纜線段的目標(biāo)線段長(zhǎng)度標(biāo)記為mdlj；其中，mdlj是指第j段光纜線段的目標(biāo)線段長(zhǎng)度；

40、b2：判斷當(dāng)j＝1時(shí)，是否滿足判斷條件：是，則輸出k＝j(luò)，表示故障點(diǎn)位于第k段光纜線段上；否，則令j＝j(luò)+1，繼續(xù)判斷，直至滿足判斷條件，并輸出k的對(duì)應(yīng)的值；

41、b3：通過(guò)公式計(jì)算得到故障點(diǎn)在第k段光纜線段上的比例位置；其中，q是故障點(diǎn)在第k段光纜線段上的比例位置，mdlk是第k段光纜線段的目標(biāo)線段長(zhǎng)度；

42、b4：基于故障點(diǎn)在第k段光纜線段上的比例位置計(jì)算得到故障點(diǎn)在光纖鏈路中的坐標(biāo)；

43、所述故障點(diǎn)在光纖鏈路中的坐標(biāo)具體為：

44、(xd,yd,zd)＝(xk,yk,zk)+q×[(xk+1-xk),(yk+1-yk),(zk+1-zk)]；其中，(xd,yd,zd)是故障點(diǎn)在光纖鏈路中的坐標(biāo)，(xk,yk,zk)是第k段光纜線段的起點(diǎn)坐標(biāo)。

45、本發(fā)明的第二方面提供了一種應(yīng)用于光纜故障位置的定位方法，包括：

46、步驟一：獲取光纖鏈路的初始數(shù)據(jù)，并基于初始數(shù)據(jù)建立光纖鏈路的空間模型；

47、步驟二：通過(guò)對(duì)光線鏈路進(jìn)行切分，得到若干段光纜線段；基于otdr獲取光纖鏈路中故障點(diǎn)的邏輯距離；

48、步驟三：通過(guò)對(duì)每段光纜線段長(zhǎng)度進(jìn)行修正，得到每段光纜線段的目標(biāo)線段長(zhǎng)度；

49、步驟四：基于每段光纜線段的目標(biāo)線段長(zhǎng)度和光纖鏈路中故障點(diǎn)的邏輯距離計(jì)算得到光纖鏈路中故障點(diǎn)的坐標(biāo)。

50、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

51、1.現(xiàn)有的otdr故障定位方法主要依賴于曲線分析和經(jīng)驗(yàn)判斷，由于這些方法僅能提供光纖鏈路中故障點(diǎn)的邏輯距離(測(cè)試芯長(zhǎng))，而未結(jié)合光纖的實(shí)際鋪設(shè)路徑、地形變化及接頭盤(pán)留等復(fù)雜因素，因此無(wú)法直接將測(cè)試芯長(zhǎng)準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換為具體的地理空間位置，導(dǎo)致定位結(jié)果在復(fù)雜環(huán)境中存在較大偏差，難以滿足高精度地理空間定位的需求的技術(shù)問(wèn)題；本發(fā)明通過(guò)獲取光纖鏈路的初始數(shù)據(jù)，并基于初始數(shù)據(jù)建立光纖鏈路的空間模型；通過(guò)對(duì)光纖鏈路進(jìn)行切分，得到若干段光纜線段；基于otdr獲取光纖鏈路中故障點(diǎn)的邏輯距離；通過(guò)對(duì)每段光纜線段長(zhǎng)度進(jìn)行修正，得到每段光纜線段的目標(biāo)線段長(zhǎng)度；基于每段光纜線段的目標(biāo)線段長(zhǎng)度和光纖鏈路中故障點(diǎn)的邏輯距離計(jì)算得到光纖鏈路中故障點(diǎn)的坐標(biāo)，解決了現(xiàn)有技術(shù)的定位結(jié)果在復(fù)雜環(huán)境中存在較大偏差，難以滿足高精度地理空間定位的需求的技術(shù)問(wèn)題。

52、2.本發(fā)明通過(guò)提取每段光纜線段起點(diǎn)和終點(diǎn)的坐標(biāo)，并結(jié)合dem獲取的海拔高度數(shù)據(jù)對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行修正，有效彌補(bǔ)了地形起伏對(duì)長(zhǎng)度計(jì)算的影響，確保了三維空間中光纜線段的真實(shí)幾何形態(tài)得以準(zhǔn)確反映；基于修正后的目標(biāo)起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的經(jīng)緯度，利用地球半徑及公式計(jì)算每段光纜線段的實(shí)際長(zhǎng)度，進(jìn)一步考慮了地理曲率因素，避免了平面計(jì)算可能帶來(lái)的誤差；將每段光纜線段的盤(pán)留長(zhǎng)度與計(jì)算所得長(zhǎng)度相加，得到目標(biāo)線段長(zhǎng)度，充分考慮了光纖鋪設(shè)時(shí)預(yù)留的額外長(zhǎng)度對(duì)總長(zhǎng)度的影響，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)光纜實(shí)際物理長(zhǎng)度的全面還原，不僅大幅提高了光纜長(zhǎng)度測(cè)量的準(zhǔn)確性，還為后續(xù)基于邏輯距離轉(zhuǎn)換為地理空間位置的故障點(diǎn)定位提供了可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，有效解決了現(xiàn)有方法中因忽略地形變化、盤(pán)留長(zhǎng)度等因素而導(dǎo)致的定位偏差問(wèn)題，顯著提升了風(fēng)電場(chǎng)光纜維護(hù)和故障處理的效率與精度。