海底光纜工程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

　　1）布設(shè)測(cè)線和測(cè)站（大陸架和近岸調(diào)查）

　　測(cè)量海纜路由寬度，按滿足水深、旁側(cè)聲納和淺地層剖面探測(cè)等多波束全覆蓋測(cè)量布設(shè)測(cè)線及測(cè)站。根據(jù)水深布設(shè)數(shù)量不等的測(cè)線，測(cè)線平行于路由中心線，并在垂直方向上布設(shè)足夠的橫向測(cè)線，以校驗(yàn)測(cè)深和導(dǎo)航精度。

　　2）導(dǎo)航定位（所有調(diào)查內(nèi)容）

　　測(cè)量采用GPS|0">DGPS（深海區(qū)域精度應(yīng)小于20 m。大陸架區(qū)域精度應(yīng)小于10 m）進(jìn)行實(shí)時(shí)差分定位，導(dǎo)航采用圖像導(dǎo)航軟件系統(tǒng)，所有導(dǎo)航系統(tǒng)同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)機(jī)。路由勘測(cè)應(yīng)采用墨卡脫投影方式，WGS-84座標(biāo)系，以海圖基準(zhǔn)面（CD）為高程基準(zhǔn)。所有定位數(shù)據(jù)均采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄并存儲(chǔ)、打印。

　　3）水深測(cè)量（深海、大陸架和近岸調(diào)查）

　　近岸段測(cè)深：采用雙頻測(cè)深儀測(cè)量和多波束回聲探測(cè)系統(tǒng)或相位測(cè)量系統(tǒng)或同相位干涉聲納測(cè)量系統(tǒng)，同時(shí)在作業(yè)區(qū)附近設(shè)站進(jìn)行同步檢測(cè)，經(jīng)過(guò)聲速改正、水位改正測(cè)得實(shí)際水深。

　　遠(yuǎn)海段測(cè)深：采用多波速探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行全覆蓋測(cè)量，測(cè)量中應(yīng)布設(shè)適當(dāng)數(shù)量的聲速剖面站（測(cè)量時(shí)空上均勻分布，并能控制聲速的區(qū)域變化），通過(guò)聲速剖面儀進(jìn)行改正，所有測(cè)深數(shù)據(jù)采用數(shù)字磁帶記錄，保證測(cè)量精度。

　　4）海底地貌及障礙物勘測(cè)（大陸架和近岸調(diào)查）

　　近岸段測(cè)量：使用雙頻側(cè)掃聲納系統(tǒng)等儀器與水深、淺地層剖面同步進(jìn)行全覆蓋測(cè)量，同時(shí)進(jìn)行模擬和數(shù)字記錄，繪制地貌圖。

　　遠(yuǎn)海段測(cè)量：使用側(cè)掃聲納／淺地層剖面儀組合系統(tǒng)和多波束回聲探測(cè)系統(tǒng)或相位測(cè)量系統(tǒng)或同相位干涉聲納測(cè)量系統(tǒng)，同步進(jìn)行全覆蓋測(cè)量，測(cè)量時(shí)拖曳聲納系統(tǒng)拖曳位置或水下機(jī)器人（ROV）控制在水深約2/3處，模擬和數(shù)字同時(shí)記錄，并能繪制出海底地貌圖。

　　5）海底底質(zhì)（淺地層剖面）測(cè)量（大陸架和近岸調(diào)查）

　　近岸段測(cè)量：使用淺地層剖面儀和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，與水深、側(cè)掃聲納等進(jìn)行同步探測(cè)，采集數(shù)據(jù)。進(jìn)行模擬記錄，進(jìn)行初步分析。

　　遠(yuǎn)海段測(cè)量：使用側(cè)掃聲納／淺地層剖面儀組合系統(tǒng)，側(cè)掃探測(cè)與多波束測(cè)量等進(jìn)行同步測(cè)量，同時(shí)進(jìn)行模擬和磁帶記錄，將淺地層剖面繪制出圖。

　　6）海底取樣與探測(cè)（大陸架和近岸調(diào)查）

　　在上述測(cè)量的同時(shí)，還使用柱狀重力活塞取樣器隔一定距離對(duì)海底土壤進(jìn)行樣品采集，取樣點(diǎn)設(shè)在勘測(cè)的中心線上，采集間隔視調(diào)查時(shí)所見(jiàn)的條件而變化，但每條測(cè)線采樣點(diǎn)不少于3點(diǎn)。取樣長(zhǎng)度為2 m，不足2 m時(shí)，再采用蚌式取泥器取表層樣品，位置用GPS定位。先對(duì)樣品的頂、底部進(jìn)行十字板扭力試驗(yàn)，作PH值、H2S、總含硫、總C1以及其他必要分析。然后進(jìn)行土質(zhì)類型、顏色、結(jié)構(gòu)的目測(cè)描述和拍照，視情況進(jìn)行樣品棄存。

　　采用質(zhì)子磁力儀，對(duì)已有或側(cè)聲納發(fā)現(xiàn)的水下纜線、沉船等異物進(jìn)行探測(cè)、定位和標(biāo)記，在水深小于3 m的淺海近岸區(qū)域必要時(shí)還要派潛水員下水探摸。

　　7）岸灘和登陸點(diǎn)測(cè)量（岸端調(diào)查）

　　在海纜登陸區(qū)埋設(shè)2根相互通視，相距小于2 km的水泥標(biāo)志樁，建立測(cè)量基線，使用D-GPS定位系統(tǒng)和智能型全站儀進(jìn)行標(biāo)志樁、登陸點(diǎn)附近的岸灘地形、地物測(cè)量，繪制出1:1000地形圖，標(biāo)出標(biāo)志樁、海陸纜接頭入孔和路由位置。另外，測(cè)量中還應(yīng)用手持鋼釬進(jìn)行地層土質(zhì)和沉積物厚度調(diào)查，做好描述記錄。
　　8）海洋開(kāi)發(fā)活動(dòng)調(diào)查（所有調(diào)查內(nèi)容）

　　在上述勘測(cè)過(guò)程中，尚需對(duì)海纜路由區(qū)附近出現(xiàn)的海洋開(kāi)發(fā)活動(dòng)進(jìn)行調(diào)查（如港口、航線、錨地、漁場(chǎng)、養(yǎng)殖區(qū)、旅游區(qū)、軍事訓(xùn)練區(qū)、傾廢區(qū)、已敷設(shè)海纜和管道等內(nèi)容），并做詳細(xì)記錄。

　　目前海纜80%以上的故障都是人類對(duì)海洋的開(kāi)發(fā)活動(dòng)造成的，如捕魚(yú)和拖錨行船等，因此調(diào)查海洋開(kāi)發(fā)活動(dòng)作為勘測(cè)主要內(nèi)容之一，尤其是易遭受船錨和漁網(wǎng)破壞地段的海纜路由調(diào)查。通過(guò)試驗(yàn)，有的捕魚(yú)固定網(wǎng)帶1.2 t錨作業(yè)，入土深度能達(dá)到2.0 m，對(duì)于埋深1.0 m左右的海纜危害極大，故在調(diào)查中要著重收集海洋活動(dòng)的性質(zhì)、內(nèi)容、特征、作業(yè)規(guī)律及范圍、損壞海纜的歷史等資料，并根據(jù)綜合分析，在海纜施工中必要的路由段落可采用繞避、深埋或有效保護(hù)等措施保障海纜的安全。

　　綜上所述，海纜工程勘測(cè)內(nèi)容主要為水深、潮流、地形、地貌、淺地層剖面、障礙物、路由定位等；特點(diǎn)是各項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行同步全覆蓋測(cè)量，將測(cè)量旁掃和淺剖面等資料通過(guò)計(jì)算機(jī)有序地整理排列，并繪制出直方圖，對(duì)海纜路由狀況進(jìn)行同位顯示及說(shuō)明，真實(shí)、直觀、明了。

　　1.1.3　海纜登陸點(diǎn)、登陸灘地的路由的選擇

　　選定的海纜登陸點(diǎn)及登陸灘地應(yīng)滿足以下條件：

　　a）至海纜登陸站距離較近的岸灘地點(diǎn)；

　　b）避免有巖石，選擇登陸潮灘較短（主要方便海纜登陸施工）以及有盤(pán)留余纜區(qū)域的地點(diǎn)；

　　c）全年風(fēng)浪比較平穩(wěn)，海潮流比較小的岸灘地區(qū)；

　　d）沿岸流砂少，地震、海嘯及洪水災(zāi)害等不易波及的地段；

　　e）登陸灘地附近避開(kāi)其他設(shè)施或海底障礙（如電力電纜、水管、油管及其他海纜等）；

　　f）便于今后海纜登陸作業(yè)和建成后維護(hù)的地點(diǎn)；

　　g）將來(lái)不會(huì)在沿岸進(jìn)行治水、護(hù)岸和修建港灣的地點(diǎn)。

　　1.1.4　海纜線路路由選擇

　　海纜線路路由應(yīng)避開(kāi)有下列特征的地形和區(qū)域：

　　a）河道的入口處；

　　b）巖石地帶；

　　c）避免橫越海谷；

　　d）火山地帶附近；

　　e）大于30°的陡峭斜面，通常應(yīng)為15-20°；

　　f）陡崖下面；

　　g）2條平行海纜之間的距離應(yīng)不小于2 n mile（3.704 km），與其他設(shè)施的距離應(yīng)符合國(guó)家的有關(guān)規(guī)定；

　　h）盡量減少與其他海纜或管線的交越；

　　i）捕撈作業(yè)區(qū)和其他特殊作業(yè)區(qū)；

　　j）各類錨地。

　　1.2　海纜芯數(shù)設(shè)計(jì)

　　海纜芯數(shù)與海纜類型有很大關(guān)系，無(wú)中繼型海纜的芯數(shù)可以較大，有中繼型海纜的芯數(shù)一般不超過(guò)8芯，其芯數(shù)主要是受以下2方面的限制：

　　a）遠(yuǎn)供設(shè)備功率：光放大器功耗平均為P，海纜的芯數(shù)為2n（目前海纜芯數(shù)均為偶數(shù)），海纜站間共有K個(gè)光放大器，則此段海纜系統(tǒng)全開(kāi)通運(yùn)行時(shí)功耗為Pnk，即海纜芯數(shù)與功耗是成正比的。這些光放大器完全是由在岸端的遠(yuǎn)供設(shè)備（PFE）來(lái)提供的，故有中繼型海纜的芯數(shù)不能太大。

　　b）維修時(shí)間：有中繼型海纜往往是跨洋國(guó)際海纜，海纜站間的距離較大，海纜穿越了大洋深海區(qū)域，因而在海纜搶修時(shí)更易遭遇過(guò)多的惡劣天氣。在深海區(qū)域，當(dāng)搶修船只將海纜打撈上來(lái)并修復(fù)時(shí)，可能被海浪的顛簸將修復(fù)中的海纜直接掛斷，這種情況在海纜的搶修中并不鮮見(jiàn)，因此若海纜芯數(shù)過(guò)大，則海纜熔接時(shí)間就長(zhǎng)，被海浪掛斷海纜的幾率就大，這也是有中繼型海纜的芯數(shù)不能太大的原因之一。

　　1.3　海纜設(shè)計(jì)方法

　　傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法有最壞值設(shè)計(jì)法與統(tǒng)計(jì)值設(shè)計(jì)法2種。

　　目前國(guó)內(nèi)陸上光纜傳輸系統(tǒng)中繼段和陸纜+局部無(wú)中繼海纜傳輸系統(tǒng)的計(jì)算一般采用最壞值設(shè)計(jì)法，即將所有的參數(shù)值都按最壞值選取，而不管其具體分布和組合如何。這種計(jì)算方法簡(jiǎn)便可靠，在排除人為和外界自然因素后，整個(gè)系統(tǒng)在壽命終了且所有富余度用完的極端情況下仍能完全保證系統(tǒng)的性能要求。但采用最壞值設(shè)計(jì)法所考慮的富余度比實(shí)際情況要大，計(jì)算結(jié)果過(guò)于保守，光放大距離較短，系統(tǒng)的總成本偏高，并且當(dāng)系統(tǒng)中有海底光放大器時(shí)，采用最壞值設(shè)計(jì)法，還需注意考慮接收光功率接近或超過(guò)過(guò)載點(diǎn)電平的因素。

　　有中繼型海纜傳輸系統(tǒng)通常采用統(tǒng)計(jì)值設(shè)計(jì)法，即按預(yù)先確定要求足夠小的系統(tǒng)先期失效概率根據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)分布概率取定的參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

　　1.4　海纜系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需考慮的因素

　　海纜系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)需考慮的因素與陸地光纜系統(tǒng)相似，主要考慮系統(tǒng)的BOL和EOL性能和可用性要求、Q值和光通OSNR、系統(tǒng)誤碼性能、系統(tǒng)抖動(dòng)性能、FEC配置、色散補(bǔ)償方式、系統(tǒng)可靠性、網(wǎng)管系統(tǒng)配置、施工和維護(hù)余量、供電系統(tǒng)配置。

　　1.5　海纜系統(tǒng)設(shè)計(jì)中余量考慮

　　海纜系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中考慮的余量包括系統(tǒng)、設(shè)備和海纜的老化余量，海纜敷設(shè)施工光纖接續(xù)以及海纜系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)期間的海纜修理余量等。

　　海纜敷設(shè)施工余量包括海纜在敷設(shè)施工時(shí)所需介入的海上接續(xù)或岸端部分的登陸接續(xù)以及陸上部分的施工接續(xù)等。此外海上施工接續(xù)還應(yīng)考慮到一些不可預(yù)見(jiàn)的某些因素，如臺(tái)風(fēng)引起的切斷海纜后海纜再接續(xù)等情況。

　　海纜系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要考慮到海纜的修理余量，這是因?yàn)樵谛迯?fù)海纜故障時(shí)，每修復(fù)一個(gè)海纜的斷點(diǎn)（故障點(diǎn)），就要介入約為2倍海水深度的海纜及至少2個(gè)接頭。修理余量的取定依位置的不同分為下列幾種情況：

　　a）岸端部分

　?。╝）陸纜段（即從海纜登陸站到海纜登陸點(diǎn)）可按0.2 dB/4 km考慮，但最小不能小于0.8 dB。此外，還要計(jì)入修復(fù)一次海灘連接點(diǎn)（即海纜登陸后的終端接頭點(diǎn)，此接頭點(diǎn)位于海纜登陸處，海纜在此終端后與至登陸站的光纜相連接）的接頭損耗，（2個(gè)光纖接續(xù)損耗）；

　?。╞）海纜段（即從海灘連接點(diǎn)至靠近岸端的第一個(gè)光放大器）可按0.2 dB/10 km考慮，也可按每段3個(gè)修理量考慮，這里指的每個(gè)修理量包括所增加的修復(fù)海纜以及至少2個(gè)修理接續(xù)的損耗（即2倍的海水深度×修復(fù)用海纜的平均損耗+2個(gè)光纜接頭的接續(xù)損耗）。

　?。╞）1 000 m以內(nèi)水深部分每個(gè)光放大段修理余量按岸端部分中海纜段的修理余量考慮。

　?。╟）水深大于1 000 m的部分一般不考慮修理余量，這主要是因?yàn)椋?

　　（a）深海地區(qū)海纜發(fā)生人為損傷的概率比淺海地區(qū)小許多；

　?。╞）由于深海地區(qū)對(duì)海纜的修理需要介入較長(zhǎng)的附加海纜，因而考慮的修理余量就較大，這樣就限制了深海地區(qū)海纜系統(tǒng)光放大段的長(zhǎng)度；

　　（c）在深海地區(qū)如果需要對(duì)海纜進(jìn)行修復(fù)，在必要時(shí)需增加光放大器以解決增加的光損耗問(wèn)題。

2、海纜類型和敷設(shè)方式

　　海纜的護(hù)層結(jié)構(gòu)根據(jù)敷設(shè)地段及海底環(huán)境的不同分為深海型海纜及鎧裝型海纜，其使用區(qū)域如下：

　　a）深海區(qū)域使用深海型（無(wú)鎧裝）海纜；

　　b）淺海區(qū)域及登陸部分使用鎧裝型海纜，可再細(xì)分為輕鎧裝、單鎧裝和重鎧裝海纜，單鎧裝還可再分為中型單鎧裝和重型單鎧裝（鎧裝鋼絲的粗細(xì)不同）等，在需要特別保護(hù)的地段可采用加粗鋼絲鎧裝型或使用雙層鎧裝型及特殊保護(hù)型的海纜；

　　c）其他海纜類型還有防鯊魚(yú)海纜（有鯊魚(yú)出沒(méi)的深海海域）、防硫化氫（用于硫化氫濃度較高的海域，如上海近岸海域等）等特殊類型的海纜；

　　d）海纜登陸點(diǎn)至海纜登陸站之間可以使用海纜，也可以使用陸上光纜，但在需要對(duì)海底光放大器進(jìn)行供電的情況下使用陸上光纜需要考慮解決遠(yuǎn)供電流的傳送問(wèn)題。

　　海纜的安裝分為直接敷設(shè)和埋設(shè)2種。直接敷設(shè)即為海纜直接布放在海底層的表面；海纜的埋設(shè)需用專用海纜埋設(shè)犁或沖埋設(shè)備將海纜埋設(shè)在海底層以內(nèi)，以增強(qiáng)海纜的保護(hù)性。海纜登陸施工時(shí)其登陸部分海纜先不直接進(jìn)行埋設(shè)，待登陸施工結(jié)束后再完成這一部分海纜的埋設(shè)深度工作。

　　登陸部分的海纜應(yīng)進(jìn)行埋設(shè)處理，埋設(shè)深度根據(jù)工程的實(shí)際情況和要求確定，但一般不得小于2 m。海纜的海中布放分為直接敷設(shè)和埋設(shè)2種。工程中應(yīng)根據(jù)海纜路由的實(shí)際情況和海纜的保護(hù)要求確定，一般在深海地區(qū)采用直接敷設(shè)方式。海纜在淺海地區(qū)一般采用埋設(shè)方式，埋設(shè)深度應(yīng)按照工程的具體要求、海纜需要保護(hù)的程度和海底的地質(zhì)情況等綜合考慮，一般要求在我國(guó)大陸架100 m水深之內(nèi)海纜的埋設(shè)深度應(yīng)不小于3 m，100-200 m水深之內(nèi)海纜的埋設(shè)深度應(yīng)不小于2 m。

3、海纜系統(tǒng)遠(yuǎn)端PFE的設(shè)計(jì)要求

　　需要遠(yuǎn)供的海纜系統(tǒng)在海纜系統(tǒng)的兩端均應(yīng)配置遠(yuǎn)供設(shè)備，并同時(shí)向海底光放大器供電。海纜系統(tǒng)的遠(yuǎn)供采用恒流供電方式。供電回路采用一線一地方式，即由大地和海纜中的供電導(dǎo)體組成全系統(tǒng)的恒流供電回路。在接地故障情況下，遠(yuǎn)供設(shè)備輸出電壓將會(huì)改變，假設(shè)海纜站A和站B間距離為L(zhǎng)，站A的遠(yuǎn)供設(shè)備電壓為+V，站B的遠(yuǎn)供設(shè)備電壓為V，正常工作時(shí)，站A和站B兩站的中點(diǎn)附近位置電壓為0V，當(dāng)距站AL/4位置的光纜發(fā)生接地故障時(shí)（此點(diǎn)海洋接地），站A的遠(yuǎn)供電源電壓由+V降為+0.5 V。站B的遠(yuǎn)供電源電壓由-V變?yōu)?1.5 V，從而保持海纜遠(yuǎn)供的恒流。

　　遠(yuǎn)供電源設(shè)備的供電電壓必須滿足以下要求：

　　a）在正常工作情況下，提供整個(gè)海纜傳輸系統(tǒng)所需遠(yuǎn)供電壓；

　　b）在一端遠(yuǎn)供設(shè)備出現(xiàn)故障的情況下，另一端遠(yuǎn)供設(shè)備可單獨(dú)對(duì)整個(gè)海纜系統(tǒng)提供所有海底光放大器所需的電流；

　　c）在接地故障情況下，遠(yuǎn)供設(shè)備可使輸出電壓降至最低工作電壓。

　　遠(yuǎn)供設(shè)備必須設(shè)計(jì)單獨(dú)的遠(yuǎn)供接地裝置（即海洋接地），其接地電阻應(yīng)不大于5Ω。要求在遠(yuǎn)供接地發(fā)生故障時(shí)可轉(zhuǎn)換至局（站）接地系統(tǒng)。海纜系統(tǒng)的遠(yuǎn)供方式見(jiàn)圖2。