海底光纜工程設計簡介

　　1）布設測線和測站（大陸架和近岸調(diào)查）

　　測量海纜路由寬度，按滿足水深、旁側聲納和淺地層剖面探測等多波束全覆蓋測量布設測線及測站。根據(jù)水深布設數(shù)量不等的測線，測線平行于路由中心線，并在垂直方向上布設足夠的橫向測線，以校驗測深和導航精度。

　　2）導航定位（所有調(diào)查內(nèi)容）

　　測量采用GPS|0">DGPS（深海區(qū)域精度應小于20 m。大陸架區(qū)域精度應小于10 m）進行實時差分定位，導航采用圖像導航軟件系統(tǒng)，所有導航系統(tǒng)同計算機系統(tǒng)聯(lián)機。路由勘測應采用墨卡脫投影方式，WGS-84座標系，以海圖基準面（CD）為高程基準。所有定位數(shù)據(jù)均采用計算機自動記錄并存儲、打印。

　　3）水深測量（深海、大陸架和近岸調(diào)查）

　　近岸段測深：采用雙頻測深儀測量和多波束回聲探測系統(tǒng)或相位測量系統(tǒng)或同相位干涉聲納測量系統(tǒng)，同時在作業(yè)區(qū)附近設站進行同步檢測，經(jīng)過聲速改正、水位改正測得實際水深。

　　遠海段測深：采用多波速探測系統(tǒng)進行全覆蓋測量，測量中應布設適當數(shù)量的聲速剖面站（測量時空上均勻分布，并能控制聲速的區(qū)域變化），通過聲速剖面儀進行改正，所有測深數(shù)據(jù)采用數(shù)字磁帶記錄，保證測量精度。

　　4）海底地貌及障礙物勘測（大陸架和近岸調(diào)查）

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

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

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

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

　　遠海段測量：使用側掃聲納／淺地層剖面儀組合系統(tǒng)，側掃探測與多波束測量等進行同步測量，同時進行模擬和磁帶記錄，將淺地層剖面繪制出圖。

　　6）海底取樣與探測（大陸架和近岸調(diào)查）

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

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

　　7）岸灘和登陸點測量（岸端調(diào)查）

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

　　在上述勘測過程中，尚需對海纜路由區(qū)附近出現(xiàn)的海洋開發(fā)活動進行調(diào)查（如港口、航線、錨地、漁場、養(yǎng)殖區(qū)、旅游區(qū)、軍事訓練區(qū)、傾廢區(qū)、已敷設海纜和管道等內(nèi)容），并做詳細記錄。

　　目前海纜80%以上的故障都是人類對海洋的開發(fā)活動造成的，如捕魚和拖錨行船等，因此調(diào)查海洋開發(fā)活動作為勘測主要內(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。通過試驗，有的捕魚固定網(wǎng)帶1.2 t錨作業(yè)，入土深度能達到2.0 m，對于埋深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、深埋或有效保護等措施保障海纜的安全。

　　綜上所述，海纜工程勘測內(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；特點是各項內(nèi)容進行同步全覆蓋測量，將測量旁掃和淺剖面等資料通過計算機有序地整理排列，并繪制出直方圖，對海纜路由狀況進行同位顯示及說明，真實、直觀、明了。

　　1.1.3　海纜登陸點、登陸灘地的路由的選擇

　　選定的海纜登陸點及登陸灘地應滿足以下條件：

　　a）至海纜登陸站距離較近的岸灘地點；

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

　　c）全年風浪比較平穩(wěn)，海潮流比較小的岸灘地區(qū)；

　　d）沿岸流砂少，地震、海嘯及洪水災害等不易波及的地段；

　　e）登陸灘地附近避開其他設施或海底障礙（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)和建成后維護的地點；

　　g）將來不會在沿岸進行治水、護岸和修建港灣的地點。

　　1.1.4　海纜線路路由選擇

　　海纜線路路由應避開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，通常應為15-20°；

　　f）陡崖下面；

　　g）2條平行海纜之間的距離應不小于2 n mile（3.704 km），與其他設施的距離應符合國家的有關規(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)設計

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

　　a）遠供設備功率：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個光放大器，則此段海纜系統(tǒng)全開通運行時功耗為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供設備（PFE）來提供的，故有中繼型海纜的芯數(shù)不能太大。

　　b）維修時間：有中繼型海纜往往是跨洋國際海纜，海纜站間的距離較大，海纜穿越了大洋深海區(qū)域，因而在海纜搶修時更易遭遇過多的惡劣天氣。在深海區(qū)域，當搶修船只將海纜打撈上來并修復時，可能被海浪的顛簸將修復中的海纜直接掛斷，這種情況在海纜的搶修中并不鮮見，因此若海纜芯數(shù)過大，則海纜熔接時間就長，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　海纜設計方法

　　傳輸系統(tǒng)的設計方法有最壞值設計法與統(tǒng)計值設計法2種。

　　目前國內(nèi)陸上光纜傳輸系統(tǒng)中繼段和陸纜+局部無中繼海纜傳輸系統(tǒng)的計算一般采用最壞值設計法，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。這種計算方法簡便可靠，在排除人為和外界自然因素后，整個系統(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。但采用最壞值設計法所考慮的富余度比實際情況要大，計算結果過于保守，光放大距離較短，系統(tǒng)的總成本偏高，并且當系統(tǒng)中有海底光放大器時，采用最壞值設計法，還需注意考慮接收光功率接近或超過過載點電平的因素。

　　有中繼型海纜傳輸系統(tǒng)通常采用統(tǒng)計值設計法，即按預先確定要求足夠小的系統(tǒng)先期失效概率根據(jù)相關的統(tǒng)計分布概率取定的參數(shù)進行系統(tǒng)設計。

　　1.4　海纜系統(tǒng)設計中需考慮的因素

　　海纜系統(tǒng)的總體設計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)抖動性能、FEC配置、色散補償方式、系統(tǒng)可靠性、網(wǎng)管系統(tǒng)配置、施工和維護余量、供電系統(tǒng)配置。

　　1.5　海纜系統(tǒng)設計中余量考慮

　　海纜系統(tǒng)工程設計中考慮的余量包括系統(tǒng)、設備和海纜的老化余量，海纜敷設施工光纖接續(xù)以及海纜系統(tǒng)運行維護期間的海纜修理余量等。

　　海纜敷設施工余量包括海纜在敷設施工時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)還應考慮到一些不可預見的某些因素，如臺風引起的切斷海纜后海纜再接續(xù)等情況。

　　海纜系統(tǒng)設計中要考慮到海纜的修理余量，這是因為在修復海纜故障時，每修復一個海纜的斷點（故障點），就要介入約為2倍海水深度的海纜及至少2個接頭。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）可按0.2 dB/4 km考慮，但最小不能小于0.8 dB。此外，還要計入修復一次海灘連接點（即海纜登陸后的終端接頭點，此接頭點位于海纜登陸處，海纜在此終端后與至登陸站的光纜相連接）的接頭損耗，（2個光纖接續(xù)損耗）；

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

　?。╞）1 000 m以內(nèi)水深部分每個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，這主要是因為：

　?。╝）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)對海纜的修理需要介入較長的附加海纜，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)光放大段的長度；

　?。╟）在深海地區(qū)如果需要對海纜進行修復，在必要時需增加光放大器以解決增加的光損耗問題。

2、海纜類型和敷設方式

　　海纜的護層結構根據(jù)敷設地段及海底環(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（鎧裝鋼絲的粗細不同）等，在需要特別保護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型的海纜；

　　c）其他海纜類型還有防鯊魚海纜（有鯊魚出沒的深海海域）、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，但在需要對海底光放大器進行供電的情況下使用陸上光纜需要考慮解決遠供電流的傳送問題。

　　海纜的安裝分為直接敷設和埋設2種。直接敷設即為海纜直接布放在海底層的表面；海纜的埋設需用專用海纜埋設犁或沖埋設備將海纜埋設在海底層以內(nèi)，以增強海纜的保護性。海纜登陸施工時其登陸部分海纜先不直接進行埋設，待登陸施工結束后再完成這一部分海纜的埋設深度工作。

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

3、海纜系統(tǒng)遠端PFE的設計要求

　　需要遠供的海纜系統(tǒng)在海纜系統(tǒng)的兩端均應配置遠供設備，并同時向海底光放大器供電。海纜系統(tǒng)的遠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體組成全系統(tǒng)的恒流供電回路。在接地故障情況下，遠供設備輸出電壓將會改變，假設海纜站A和站B間距離為L，站A的遠供設備電壓為+V，站B的遠供設備電壓為V，正常工作時，站A和站B兩站的中點附近位置電壓為0V，當距站AL/4位置的光纜發(fā)生接地故障時（此點海洋接地），站A的遠供電源電壓由+V降為+0.5 V。站B的遠供電源電壓由-V變?yōu)?1.5 V，從而保持海纜遠供的恒流。

　　遠供電源設備的供電電壓必須滿足以下要求：

　　a）在正常工作情況下，提供整個海纜傳輸系統(tǒng)所需遠供電壓；

　　b）在一端遠供設備出現(xiàn)故障的情況下，另一端遠供設備可單獨對整個海纜系統(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，遠供設備可使輸出電壓降至最低工作電壓。

　　遠供設備必須設計單獨的遠供接地裝置（即海洋接地），其接地電阻應不大于5Ω。要求在遠供接地發(fā)生故障時可轉換至局（站）接地系統(tǒng)。海纜系統(tǒng)的遠供方式見圖2。