基于北斗技术的国防光缆线路综合管理系统

1、基于北斗技术的光缆线路综合管理系统研 制 方 案二一五年六月一、建设目的针对国防通信光缆线路运行维护管理中存在的管理手段功能单一，智能化、国产化程度低等问题，充分利用北斗卫星导航系统的软硬件设备和定位、导航和通信等功能，构建集路由管理、巡护管理、实力管理和维修管理等功能于一体的新型光缆线路综合管理系统，推进光缆线路运维管理的智能化、信息化和应用系统的国产化，从而为首长、机关科学决策通信光缆线路运维管理工作提供高效的管理手段，提高通信光缆线路运维管理的质量效益和基础支撑能力。二、技术分析得益于移动互联网技术及安卓技术的快速发展，近几年各大运营商在通信光缆运行维护管理的信息化、智能化建设方面也得到

2、日新月异的发展。但军队系统的信息化建设因涉及安全、保密问题，使得发展受到限制：1、网络及信息安全问题决定了部队系统不能使用现有的移动互联网，但离开了2G/3G/4G网络去进行信息化、智能化的建设显然是比较费力的事，因为几乎所有与信息化、智能化密切相关的令人们体验良好的新技术都是围绕移动互联网发展的。当然军用CDMA是一个很好的机会，但这是一个涉及网络、保密及多方面协调的一个的系统工程，显然提了多年的军用CDMA可能还面临许多非技术及技术的问题需解决；2、那么北斗短报文可以承担此重任吗，我们知道短报文一次可传送多达120个汉字的信息，仅可完成位置信息上报及简单指令传递（且还存在丢包问题及通道容量

3、的问题），距离当今信息化、智能化系统所需的大数据量的高速的可靠的传输显然有质的差别，北斗短报文从其技术本质上决定了其不能承担大数据量（各类报表、照片及视频）可靠传输，这就意味着依托北斗报文技术所能现实的信息化、智能化效果必定与我们现实生活中移动互联网产品给我们带来的体验存在巨大差距；3、此外具备报文功能的北斗设备价格都不菲，与之能实现的功能而言其性价比不够高，大范围推广运用于光缆维护所投入的资金相对较大。三、解决方案部队光缆线路运维管理的智能化、信息化是一项迫切的、持续的工作，不能因存在上述问题而观望等待，我们综合考虑现有技术、光缆维护现状、投入等因素，确定了本项目整体规划、分阶段实施、后期优

4、化的建设思路,最终构建起集路由管理、巡护管理、实力管理和维修管理等功能于一体的新型光缆线路综合管理系统。1、 面向管理及决策层面的态势呈现1）、结合光缆路由及电子地图展现危险（特殊）地段的地理分布，并以不同的图形进行呈现，可方便地在图上查看图片、视频、文字类描述以及工程图纸、报告、测试数据等资料，方便决策者获得更多利于决策的信息。危险（特殊）地段类别主要有：（1）地理类：如过江过河、；（2）地质灾害类：滑坡、泥石流、；（3）施工类；（4）隐患类； 可在图上查询并呈现计划迁改（由大修计划发起的迁改，其他迁改不在此列）地理分布及图上查看迁改相关图片、视频、文字类描述以及工程图纸、报告、测试数据。注

5、意：施工、隐患、计划迁改均指处于生命周期中（即已发起或开始，但还未完成或结案），对已处理完的不作呈现。2）、动态呈现野外巡维人员实时位置分布，点击人员可查看人员资料信息，职责范围及当前任务信息。现场人员可利用北斗手持的专用软件功能，记录位置信息、现场文字描述（限100汉字），还可通过手持拍摄照片及视频，并保存为一条记录；其中位置信息及现场文字描述（限100汉字）可实时上报，所拍摄照片及视频可在归队后导入系统。3）、线路改迁大修对活动期的计划迁改（改迁进行时）的分布及信息进行呈现。图上查看迁改相关图片、视频、文字类描述以及工程图纸、报告、测试数据。4）、人员巡护的动态实时管理日常计划执行情况，当

6、月巡检计划及巡检率，结合影像地图实时呈现巡护人员分布；对于日常计划的巡检情况，可按月查询历史巡检报表（全巡概念）；重保巡护计划涉及线路地段的地理呈现、结合影像地图实时呈现巡护人员分布；2、 面向光缆线路维护的业务功能1）、线路数据采集线路基础数据采集，通过北斗手持机（安装有采集软件）采集光缆的路由、标识物信息，并上传到系统。可对基础数据进行增删改。实现线路数据的采集、上传、更新、维护、呈现的一体化功能。2）、日常巡护 *每日出发前，联网接收巡检计划； *并对北斗巡检手持进行领用登记； （方便按人巡检时长及里程统计、图上查看时可查看当天手持所对应人员）； *巡护过程中工作体现： 实现巡并护：如对

7、巡护过程中的隐患进行处理，如标石扶正、除草、培土进行处理、并对处理前后状态进行拍照，数据上传后进行统计工作量，体现巡护的质量。 *对巡护工作中发现的隐患，还可利用北斗短报文的功能结合北斗代码指挥系统规则进行实时指令信息传递，实现现场指挥实时调度；*巡检情况查看：图上实时监控、历史轨迹回放；*计划评估：可按单位及线路汇总统计当月巡检情况报表、历史情况月报；注意：计划由各团制定执行。*维护人员的自助巡线和故障抢修的导航定位利用北斗卫星导航系统的导航功能，实现维护人员的自助巡线和故障抢修的导航定位。北斗终端加载光缆路由信息后（需考虑保密问题，只要巡回点），在卫星导航系统的导航、授时功能的支持下，可对

8、不熟悉线路路由情况的维护员提供辅助巡线导航服务。当光缆线路发生阻断故障时，利用导航定位功能和已建的基准路由信息，自动选择最佳路线，引导抢修分队快速到达故障位置实施抢修作业，以缩短光缆线路故障历时。 3）、重保巡护重保巡护计划涉及线路地段的地理呈现、结合影像地图实时呈现巡护人员分布；监控中心人员对重保巡护计划可进行图上实时调度：通过短报文发送指令（结合北斗代码指挥系统规则），就近安排人员进行重报巡护，实现现场指挥实时调度。4）、线路故障由团负责线路故障的录入及维护，军区进行核查；并可查询线路故障；结合电子地图呈现线路故障的分布；统计报表：按单位及线路生成按线路故障类型月报；注意：计划由各团录入、

9、军区核查。5）、线路迁改对改迁基础资料进行录入及维护（由团级负责）；查询历史迁改；对活动期的计划迁改的分布及信息进行呈现，图上查看迁改相关图片、视频、文字类描述以及工程图纸、报告、测试数据等资料，并可对资料进行上传、删除等维护。6)、计领小修保养费标准按不同单位性质及地区类别设置计领标准；同时光缆线路实力是维护分队计领小修保养费的重要依据，可信、精准的实力数据，是搞好小修费管理的前提和基础。依据通信装备维护管理规定，光缆线路实力通常按沟/杆/孔公里数计算，并明确到具体的维护分队。7）、大中修计划实现大中修计划（如线路整治及改迁）资料的录入、维护、查询及统计。实现大中修计划的定量分析、评估，实现

10、大中修计划的统计及查询：依托电子地图呈现历年大中修及关联的光缆线路故障、特殊地段等分布，列表呈现光缆线路故障、特殊地段信息。8）、维护分队人员基础信息可对维护分队人员基础信息进行增删改及查询。9）、光缆线路资料信息对光缆线路的建设方式、建设时间、敷设方式、线路程式等光缆信息进行列表及图上呈现、查询；注意：以上信息由资源库同步。10）、工具仪表登记工具仪表登记：由团负责录入、军区也可直接录入（下发）；要素包括：入库时间、领用时间、领用单位、领用人员、数量、工具仪表类型、型号、名称、状态、生产厂家、主要参数、备注信息；工具仪表统计及查询。3、 其他功能：1）实现光缆物理路由信息的电子化管理利用北斗

11、卫星导航系统的二代定位功能采集光缆线路路由标示物信息，实现对光缆线路路由信息的电子化管理。光缆线路上通常设置有标石/线杆/人井等设施，用于标示光缆线路路由的位置。这些路由标示物均有统一的编号，具有唯一性。利用北斗系统定位功能采集这些标示物的数据信息，形成符合GIS格式的空间分布数字信息，可实现光缆物理路由信息的电子化管理，这是构建综合管理系统的基础性工作。2）实现巡线情况可追溯的信息化的管理利用北斗卫星导航系统的定位功能采集线路维护人员的位置信息，通过对线路维护人员巡线任务完成率考核，进行巡护质量的评判。方案一（不能实时，价格低，操作简便，建议普通巡线战士配备）配备北斗二代巡线专用手持终端的线

12、路维护人员，利用二代自主定位功能实现位置信息、时间、速度信息自动记录，巡线时只需开机放入包或口袋中，开启定时自动定位模式（自动定位间隔可自行设置，如10或20秒一次）即可实时自动记录经纬度及时间，每天归队后联网导入系统后，监控指挥中心可方便通过比对线路巡护人员当天轨迹与基准路由信息，实现对线路维护人员巡线任务完成率的评判，还可通过对历史巡检轨迹查看及回放，实现巡线情况可追溯管理，从而为巡检制度的落实，提供管理手段。方案二（实时巡线管理，可拍照，价格高，建议抢修及部分现场管理人员配备）配备北斗报文巡线专用手持终端的线路抢修及现场人员，利用报文功能可实现位置信息、时间、速度信息的实时回传，拍摄现场

13、照片（但照片不能通过短报文回传，只能归队后通过数据线导入系统）。如用于巡线，即可实时回传经纬度及时间，监控指挥中心可实时查看人员的位置分布。3）实现隐患图上查询及呈现管理当巡检过程中发现隐患时，巡检员只需选择相应的的隐患类型（可预设隐患类型，由类型如开挖、堆放、标石损坏等），即可自动将当前经纬度、隐患一并保存在巡检器中，可随当天巡检数据一并联网导入系统。管理者可在地图上查看隐患及分布情况。4）提高光缆线路实力管理的科学性和有效性综合利用北斗卫星导航系统的定位功能和三角测量学原理，实现光缆线路实力的自动化、科学化管理。光缆线路实力通常按沟/杆/孔公里数计算，利用北斗系统定位功能对光缆线路路由标示

14、物精确定位，采用三角测量学原理计算两点之间的线路距离，即为该段光缆线路的实力数据；通过此方法可实现光缆线路实力的自动计算、汇总，可解决现行光缆线路实力数据以人工采集、录入为主，工作量大、错误率高、可信度低等问题，提高光缆线路实力管理的科学性和有效性。5）. 施工图纸、文件、测量数据等资料集中管理通过本系统可将一些重要信息点、事故多发地附近的地理环境或参照物的照片、相关的施工图纸、迁改资料、竣工资料、重要的测量数据等资料进行集中的关联化的管理，并可在电子地图上快速查阅或更新、可确保资料一致、有效防止因人员变更造成资料流失。管理者只需简单的操作即可在第一时间内了解上述资料，为决策提供依据。6）.

15、维护车辆的实时监控管理安装在车辆上的北斗车载终端能实时接收北斗卫星信号，并将车辆的经度、纬度、时间、速度等信息周期性地以北斗报文形式实时发送到安装在机房服务器的北斗指挥机。北斗指挥机将接收到的车辆位置信息实时传到服务器，由运行在服务器上的管理系统进行运算，动态呈现车辆位置信息。北斗指挥机北斗卫星系统首长可通过本系统，在线查看车辆基本信息及实时位置，监控车辆行驶状态，还可查看历史行驶轨迹。北斗短报文实时发送位置、速度信息程序、数据库、地图服务器各用户 军网北斗车载.四、主要战术技术指标1系统硬件运行环境硬件名称硬件最低要求数量用途北斗手持终端（无报文功能）北斗二代定位，配置汉字液晶显示和键盘、嵌

16、入式专用巡线软件、三防设计，以满足野外作业要求。具有多径效应抑制算法和噪声抑制算法、智能天线调度程序、静态偏移诊断算法等功能，可有效提高精度、防止漂移，满足光缆巡检对定位精度高及漂移小的特殊要求。存储记录达3万条，循环覆盖、免维护。1操作简便，为野外巡线专业设计，内置嵌入式巡检软件。北斗手持终端（报文功能）具备北斗短报文通信功能工业三防IP66防护等级，高抗损伤触控屏幕 一指操作4英寸高清彩色触摸屏幕，超宽可视角度，高亮度屏幕，强光下清晰可读。高性能锂电 超长续航两块标准电池可持续工作12小时以上。主流 Android 4.0操作系统， 500万高像素自动对焦摄像头1需安装巡检及采集专用安卓A

17、PP北斗车载终端（报文功能）北斗二代定位、北斗报文功能；需配置北斗用户卡1车载定位并通过北斗报文功能实时回传定位数据北斗服务系统1北斗光缆维护管理北斗指挥机需配置北斗指挥卡1配置在服务器端，指挥型用户机可实时自动监收下属车载用户机的位置信息工控机/服务器CPU至强处理器、32G内存、2TGB硬盘1数据库服务器2系统软件运行环境软件名称版本号用途地图系统GIS地图数据及GIS平台数据库系统Sql2008或oracle 11g3系统应用技术指标（1）操作界面使用图形接口（GUI），响应速度500ms；（2）基础数据兼容二维表格结构，数据刷新速度2s； （3）综合统计分析，数据量级逐层分析1106；

18、（4）分类查询汇总，分析态势不同业务60种；（5）系统兼容性，支持UNIX、Windows等多种操作系统；（6）严格的安全管理机制，分级用户、数据容灾； （7）支持工作站、PC机等多种硬件系统；（8）支持地理图形显示。4数据兼容性指标系统数据库结构科学合理，数据格式规范统一，满足国军标要求，支持特定格式的基础数据批量导入、导出。光缆线路基础数据、路由数据格式、字段设置与全军光纤通信网综合网管光缆线路基础数据格式统一，符合全军“211K”数据信息量要求。5系统可扩展性要求系统的设计和开发充分考虑网络扩展需要、系统二次开发需要以及未来可能出现的新业务的需要（但未来可能出现的新业务需求具有一定不确定

19、性，故不能完全排除系统框架的改造的可能性）。系统采用开放的可扩充模块结构，保证以后可以方便地升级和不断增加新业务、增加容量以及在同一平台上扩充其他业务功能。五、建设方案1通信光缆线路的基本描述（1）光缆线路的类别：通信光缆线路按敷设方式不同可分为直埋光缆、架空光缆、管道光缆和海（水）底光缆四种类型，按照通达方向和地位作用不同可分为一、二级干线和三、四级支线两大类；按照建设方式不同可分为军民合建和部队自建两种类型。通常干线光缆线路以直埋（或管道）方式敷设，以军民合建为主；支线光缆线路以架空、管道或直埋等方式敷设，以自建为主。（2）光缆路由标示物的种类。光缆线路的路由标示物是光缆线路的重要组成部分

20、，主要用于标示光缆线路的物理路由，以方便维护管理和故障抢修。光缆线路的敷设方式不同，路由标示物的类别和设置要求不尽相同。直埋光缆线路通常每100米设一个标石，在接头处、转弯处、分支点、分界点等均设有标石，特殊地段标石密度大且设置警示牌；每个标石都有统一的编号，具有唯一性。架空光缆线路每50米设一根线杆，每个线杆有唯一的编号。管道光缆通常每100米设一个人井，在光缆转弯处、分支点均设有人井，每个人井均有唯一编号。因此，光缆线路上的标石/线杆/人井等设施，比较精准地反映了其路由位置信息。（3）光缆线路的标示段和线路段。由于光缆线路基数大、通达方向多、维护单位多，为方便描述和区分维护责任，通常按起止

21、地点进行分段，当有维护分界和光缆分支点时，再细化为多个线路段（维护分界和责任区分与计领标准经费直接相关，分支点前后通常光缆芯数会有变化，需标注清楚）。本项目把光缆线路分成若干标示段和线路段。其中，标示段是指相邻两标示物之间的光缆线路段落，是构成线路段的最小计量单位。线路段以最小维护分队进行划分，通常由若干个标示段组成。（4）光缆线路的长度。光缆线路长度通常有沟/杆/孔公里数、皮长公里数和纤长公里数等三个数据。沟/杆/孔公里数是指直埋/架空/管道光缆线路路由地表的实际长度，可直接测量；皮长公里数是指光缆的实际长度，一般可在竣工资料上核查（每盘光缆上均有皮长公里数的标志，施工时由工程人员统计并记录

22、在竣工资料上）；纤长公里数是指光纤的实际长度，可用OTDR进行测试。光纤在成缆时需要将多芯光纤扭绞在一起，以增加其机械强度；光缆在敷设时通常在接头处需预留一定的长度，以方便后续抢修和维护管理。纤长、光缆皮长和沟/杆/孔长之间的关系为：纤长光缆皮长沟/杆/孔长。（5）光缆线路的实力。光缆线路实力是维护分队计领小修保养费的重要依据，可信、精准的实力数据，是搞好小修费管理的前提和基础。依据通信装备维护管理规定，光缆线路实力通常按沟/杆/孔公里数计算，并明确到具体的维护分队。（6）光缆线路的大中修。光缆线路大中修是为改进和提高光缆线路电气性能而开展维修管理的活动，主要包括光缆路由危险地段的加固整治、改

23、过，衰耗不合格的光缆线路更换等。2系统组成结构该系统主要由北斗终端设备（北斗车载、北斗手持）、监控指挥中心系统设备和数据库系统三部分组成，如图1所示。图1 系统组成结构示意图（1）终端设备，由北斗手持型（北斗报文手持用户机、北斗二代巡检器）、车载型用户机和服务/基本型指挥机构成。*北斗二代巡检器主要配备给分队巡检人员，巡线时手持巡检器可自动定时对巡线数据保存，当发现沿途隐患巡检员只需选择相应的的隐患类型（可预设32个隐患类型，由类型名称为6个汉字，如开挖、堆放、标石损坏等），即可自动将当前经纬度、隐患一并保存在巡检器中，并随当天巡检数据一并联网导入系统。管理者可在地图上查看巡检轨迹、隐患及分布

24、。采用二代巡检器的依据是价格低，操作简便，能满足光缆巡检的基本需求。*北斗报文手持用户机主要配备给重保任务主要现场责任人、抢修现场负责人，利用报文功能可实现位置信息、时间、速度信息的实时回传，拍摄现场照片（但照片不能通过短报文回传，只能归队后通过数据线导入系统）。如用于重保巡护，即可实时回传经纬度及时间，监控指挥中心可实时查看人员的位置分布。*安装在车辆上的北斗车载下属终端能实时接收北斗卫星信号，并将车辆的经度、纬度、时间、速度等信息周期性地以北斗报文形式实时发送到安装在机房服务器的北斗指挥机。北斗指挥机将接收到的车辆位置信息实时传到服务器，由运行在服务器上的管理系统进行运算，动态呈现车辆位置

25、信息，服务/基本型指挥机，主要配置在区域管理中心，用于监控管理15000个北斗车载下属终端用户。（2）监控指挥中心，配置北斗信息服务系统、电子地图系统和相应的业务应用系统，主要用于接收用户机状态信息或主动检测，并在电子地图中实时显示安装有北斗车载的车辆的位置。（3）数据库系统，主要有电子地图数据库和非地图信息数据库构成，可为指挥员提供大量辅助指挥决策的数据信息。其中，地图信息数据库负责电子地图的存储与管理；非地图信息数据库负责光缆线路信息、维护单位信息、维修装备信息、光缆路由及标示物信息、运维数据信息、小修费计领标准等信息以及操作员信息、操作日志信息数据库的管理。3系统整体功能结构该系统主要有

26、光缆线路路由管理、实力管理、维修计划管理和线路巡护管理等功能，如图2所示。图2 系统功能结构示意图（1）光缆线路基础数据信息管理实现光缆线路信息、维护单位信息、维修装备信息、光缆路由标示物信息；实现运维数据信息和小修费计领标准等信息的采集、录入、查询、统计等，建立较为准确的基础数据信息库。（2）光缆线路巡护管理记录巡线计划和巡线落实情况，评估巡线任务完成情况；记录日常维护中路由整治情况，评估巡检工作成效。（3）光缆线路实力管理能够自动计算光缆线路距离，按单位、线路、区域分类查询统计和呈现光缆线路的实力数据；与计领标准相关联，可查询统计各单位维修经费数量；可根据用户需求，将查询统计后的结果进行打

27、印或转存为其他格式的数据信息等。（4）维修计划管理能够记录线路大中修详细数据，核查任务完成情况；记录光缆线路历年故障，路由改迁，危险地段性质和分布；按线路故障和路由状况，生成大中修方案计划；可分类查询、统计、呈现线路大中修情况等。4系统分层结构该系统由下至上分为数据采集、数据处理和数据应用三个层次，上下层之间为客户服务关系（如图3所示）。图3 系统框架结构示意图（1）数据采集层主要完成光缆线路实力、日常维护管理相关信息的建立、删除和修订完善。基础数据主要包括光缆线路信息、维护单位信息、维修装备信息和小修费计领标准，由人工负责录入、校对。线路信息主要有光缆线路名称、建设时间、敷设方式、建设方式、

28、光缆型号、纤芯数量、线路段光纤长度和损耗（用OTDR测试）等数据；维护单位信息主要有单位名称、驻地、经纬度、邮政编码、联系电话等；维修装备信息主要有装备型号、生产厂家、出厂时间、启用时间、使用管理单位等；小修费计领标准是经总部审核批准的数据信息。路由数据是指经北斗系统定位后的光缆线路路由标示物的相关信息，包括标示物类别、编号、性质（接头、分支点、分界点、转弯、特殊地段等）、所在线路段、三维坐标等。其中，标示物的编号、性质由线路维护人员输入到北斗系统用户终端，随坐标信息一并发送，接收端从北斗短消息中直接提取标示物编号、性质和三维坐标；其他信息由人工录入、校对。运维数据是指光缆线路日常运行相关信息

29、和巡护线信息等。运行相关信息包括光缆线路故障、路由改迁、大中修情况等；巡护线信息包括巡检计划、巡检评估、路由维护等。（2）数据处理层主要完成数据的整编、计算和存储。数据整编处理主要完成光缆线路路由的电子化，即对光缆线路路由标示物坐标进行排序、编号与分段；完成光缆线路故障、改造和历年大中修计划的电子化，即将上述信息与具体的线路段相结合，并能够在GIS上呈现。数据计算主要完成光缆线路实力的计算和校验，即根据光缆线路路由标示物坐标数据，逐一计算相邻标示物间的沟/杆/孔公里数，生成线路段距离数据，维护人员可根据OTDR测得的光纤长度相比对（还可与线路段起点与终点之间的距离相比对），校验数据的真伪性；完成线路故障、改造和历年大中修数据信息的校验，确保信息的完成性和一致性。数据分类存储主要完成各类数据信息的存储并提供相关服务。（3）数据应用层主要实现图形、表格和文字信