一种面向电力通信电缆的数字孪生系统及运行方法与流程

本发明涉及电力通信的，更具体地，涉及一种面向电力通信网的数字孪生系统架构。

背景技术：

1、电力通信网作为电网的基础设施，依托于电网并服务于电网。电力通信网的运行水平与电网电能传输、系统响应速度、系统控制稳定性和系统运行安全性等方面直接相关，电力通信网数字化、智能化越来越成为推动电网智能化发展的迫切需求。当前，数字经济已成为全球发展的热点，世界各国分别提出数字经济发展战略，数字孪生技术与社会经济发展不断融合深化。数字孪生作为一项新兴发展迅速的数字信息化技术，是以数字化的方式建立物理实体的多维、多时空尺度、多学科、多物理量的动态虚拟模型来仿真和刻画物理实体在真实环境中的属性、行为、规则等，并通过承载指令的数据回馈到物理空间的设备或系统进行指导决策。数字孪生网络的构建，可使传统作业模式和运营模式发生革命性变化，网络运行、管理由实入虚的转变，加强了自我感知、自我决策和自我进化能力，支撑各项业务的数字化运行。

2、现有技术文件1(cn115580540a)公开了一种基于数字孪生的通信网络优化方法，包括：第一步，结合数字孪生的通用架构，建设面向电力通信网系统的孪生架构，孪生架构包括：感知层、边缘计算层、物联层、数字孪生层和交互层；第二步，将大量从电力通信网物理实体目标设备中产生的数据，通过感知层中的采集设备进行采集，然后在边缘计算层进行汇聚和分析；第三步，边缘计算层通过边缘计算设备将数据以光纤或无线网络的形式传送给云端物联层；第四步，云端物联层将数据流转到数字孪生层，通过建模管理、仿真服务后进行数据整合和模拟运算；第五步，交互层以虚拟和显示的方式实现人机交互。

3、现有技术文件1还存在以下技术缺陷：技术文件1所提到的通信网络优化方法只针对信息传输信道，优化信息的传输路径，而没有针对通信设备本身，缺乏对通信设备的健康状态监测和管理。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种面向电力通信网的数字孪生系统架构，能够提高电力通信网的运行水平与电网电能传输、系统响应速度、系统控制稳定性和系统运行安全性。

2、本发明采用如下的技术方案。

3、一种面向电力通信光缆的数字孪生系统运行方法，包括如下步骤：

4、步骤1，开启opm，对光纤链路的功率进行采集和实时监控，当发现功率异常时，发出检测启动信号给otdr和das；

5、步骤2，基于检测启动信号启动otdr和das，通过otdr进行光功率测试并定位故障位置，通过das检测光纤振动并提供预警信号；

6、步骤3，构建多源异构数据库，并向多源异构数据库中导入光缆线路的基本信息，构建光缆运行的数字孪生模型和知识图谱；

7、步骤4，基于数字孪生模型和知识图谱对所述故障位置、所述预警信号进行分析，以实现光缆性能隐患排查、光缆性能隐患预警和光缆分段性能评估。

8、优选地，所述步骤2中，通过otdr进行光功率测试并定位故障位置还包括：

9、otdr通过在光纤的一端发射光子并测试接收由散射或反射回来的光子数，得到光功率损耗的实时测试结果；

10、otdr发送光脉冲信号测量出光缆故障位置距otdr所在位置的光学长度，从而定位故障所在位置。

11、优选地，所述步骤2中，通过das检测光纤振动并提供预警信号还包括：

12、通过das获取当前光纤的振动数据，并根据光纤的正常振动幅度和频率判断光纤的振动数据正常或异常，若异常则发出预警信号。

13、优选地，所述步骤3中还包括：将opm、otdr和das采集的数据传输到服务器，将服务器的控制数据传输到远端管理模块，以通过所述远程管理模块对传输到服务器的数据进行识别和处理。

14、优选地，所述步骤3中，构建多源异构数据库还包括：opm、otdr和das得到的监测数据，以及监测光缆的历史数据；

15、多源异构数据库中存储的数据类型包括：监测数据和光纤属性信息，监测数据包括光纤的功率、光纤振动数据、光功率损耗、故障信息；光纤属性信息包括光纤编号、类型、长度、光纤起点和终点、投入运营时间、光纤的使用年限、线芯数和运维单位；

16、通过统一的数据接口标准将监测光缆的历史数据直接导入数据库，针对在线检测数据进行自动处理分析，得到当前的监测对象相关数据。

17、优选地，所述步骤4中，光缆性能隐患排查还包括：基于多源异构数据库中采集整合的监测数据和光纤属性信息，分析光缆可用纤芯情况、运行环境、纤芯衰耗和应变性能测试数据，对光缆纤芯长期的性能趋势进行变化分析，评估光缆运行状态，实现隐患的排查。

18、优选地，所述步骤4中，光缆性能隐患预警还包括：结合光缆性能隐患排查的结果数据基础上，通过配置相应预警指标的阈值及相关参数，实现光缆性能隐患的主动预警，预警指标项包括：光缆可用纤芯告警、纤芯衰耗告警、光缆运行环境告警；

19、优选地，所述步骤4中，光缆分段性能评估还包括：针对不同光缆线路段的实测数据及历史运行故障数据进行分析对比，基于已有分析模型，综合分析评估各段光缆的性能指数。

20、本发明还提供了一种面向电力通信光缆的数字孪生系统，包括：实体物理层、数据感知层、数据治理层、功能模型层和模型应用层；

21、实体物理层中包含各检测仪器：das、otdr和opm，使用opm监测光功率，当其监测数据异常时，启动otdr模块进行光功率测试并定位故障位置，das用来检测光纤振动并提供预警功能；

22、数据感知层接收实体物理层中各监测仪器上传的数据，将其传输至数据治理层；

23、数据治理层将数据感知层传输的数据进行数据集成、数据存储、数据服务和数据管理，构建统一接口的多源异构数据库，数据治理层支持离线数据的导入与采集，包括监测数据和光纤属性信息的导入；

24、功能模型层能够利用多源异构数据库实现对光缆资源管理，包括基于光缆各类性能运行数据，构建数字孪生模型和知识图谱，建立光缆数据资源生命周期管理，综合对比、判断和分析光缆性能运行趋势；

25、模型应用层通过功能服务接口，向用户展现功能模型层中光缆资源管理情况，包括光缆性能隐患排查、光缆性能隐患预警和光缆分段性能评估。

26、本发明还提供了一种终端，包括处理器及存储介质；

27、所述存储介质用于存储指令；

28、所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行所述面向电力通信光缆的数字孪生系统运行方法的步骤。

29、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述面向电力通信光缆的数字孪生系统运行方法的步骤。

30、本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明的为提高电力通信网的运行水平与电网电能传输、系统响应速度、系统控制稳定性和系统运行安全性等方面，促进电力通信网数字化转型，提出一种面向电力通信网的数字孪生系统架构。利用数字孪生技术作为支撑，推动电力通信网进行数字化转型，推动电力通信网向智能化发展，利用多源异构数据库统一对数据进行管理，利用具有边缘计算功能的实体物理设备降低服务器的数据处理压力，加快设备响应速度。

31、本发明提出的面向电力通信电缆的数字孪生系统支持离线数据导入与采集，包括光缆信息、线路杆塔信息、光缆性能测试数据和应变等测试数据导入与清洗，纸质文件、图像文件的识别、数据清洗与校验，对于各种数据源，建立光缆数据资源生命周期管理和光缆数据的etl机制，支持数据抽取、数据清洗转换、数据加载等操作，支持数据的标准化、空间化和格式化，并实现光缆数据的校验。基于光缆各类性能运行数据，综合对比、判断和分析光缆性能运行趋势，针对光缆劣化情况进行分析。利用平台中离线接入和在线检测的光缆纤芯衰耗、应力应变、舞动等测试数据，计算分析光缆沿线分布的衰耗、应变等性能变化情况，支持按不同时间维度的对比和关联分析，判断光缆运行状态，实现光缆性能趋势分析。