[发明专利]基于光时域反射探测技术管道监测系统及方法

说明书

技术领域

本发明适用于基于光时域反射探测技术领域，尤其是一种基于光时域反射探测技术的管道安全监测系统。

背景技术

20世纪以来国内经济高速发展，管道施工建设爆发式增长，但地下管道安全管理缺乏规范性，导致违章占压和新增设施与燃气管线安全间距不足形成安全隐患；油气管道与密闭空间、人员密集区、市政和民用管道、公路、铁路、河流等各类目标交叉穿越，安全距离不符合规范要求；同时前期建设的管网老化、腐蚀严重、存在很大安全隐患。随着管道安全事故的频发和影响恶劣，基于光时域反射探测技术的管道安全监测系统越来越受到广泛关注，而目前基于光时域反射探测技术存在信号弱，噪声非线性等问题。专利(201110214678.6)主要涉及了差分法和多小波综合判断进行定位识别和检测；专利(201110214679.0)中涉及短时傅里叶变换的方法对事件进行监测；以上专利中主要提出了光时域反射探测技术中的线性噪声的影响，可以对事件进行定位，但未涉及事件行为类型的判断，而实际工程中，系统信号呈现多元化，复杂化，并存在相互交叉耦合等问题，上述专利技术并不适用。

发明内容

针对现有技术对实际工程中的信号多元化、复杂化及交叉耦合等问题无法解决问题，

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种基于光时域反射探测技术管道监测方法，包括以下步骤：

采集整个探测范围内的探测单元的光时域反射信号；

缓存每个探测单元预设时间的光时域反射信号；

将缓存信号分成多段，对每段提取平均值，将每段数据减去相应平均值后，再估算每段数据的三阶累积量值，并计算所有数据段的三阶累积量的均值，得到整个缓存信号的三阶累积量估计值；

对三阶累积量进行多谱分析，得到图谱，以图谱的中心为圆心，以第一预设长度为半径画圆，圆内为第一图谱,其它部分为第二图谱，分别对第一图谱和第二图谱提取能量特征，并计算其差值；

若第二图谱的能量大于第一预设值，且第一图谱和第二图谱的能量差值小于第二预设值，则判定是常态，不输出事件；否则，则以图谱的中心为圆心，以第二预设长度为半径画圆，圆内为第三图谱,其它部分为第四图谱；提取第三图谱和第四图谱的能量并计算能量差值，并计算第三图谱的特征，形成特征向量，基于最小错误概率准则对该特征向量进行条件判断，选择特征向量满足条件最多的事件行为输出。

本发明所述的方法中，在缓存每个探测单元预设时间的光时域反射信号时，时间长度重复若干秒。

本发明所述的方法中，所述第二预设长度小于所述第一预设长度。

本发明所述的方法中，所述第二预设长度为所述第一预设长度的一半。

本发明所述的方法中，第三图谱的特征包括惯性矩和熵。

本发明还提供了一种基于光时域反射探测技术管道监测系统，其特征在于，包括：

采集模块，用于采集整个探测范围内的探测单元的光时域反射信号；

缓存模块，用于缓存每个探测单元预设时间的光时域反射信号；

计算模块，用于将缓存信号分成多段，对每段提取平均值，将每段数据减去相应平均值后再估算每段数据的三阶累积量值，并计算所有数据段的三阶累积量的均值，得到整个缓存信号的三阶累积量估计值；

分析模块，用于对三阶累积量进行多谱分析，得到图谱，以图谱的中心为圆心，以第一预设长度为半径画圆，圆内为第一图谱,其它部分为第二图谱，分别对第一图谱和第二图谱提取能量特征，并计算其差值；

该分析模块还用于若第二图谱的能量大于第一预设值，且第一图谱和第二图谱的能量差值小于第二预设值，则判定是常态，不输出事件；反之，则以图谱的中心为圆心，以第二预设长度为半径画圆，圆内为第三图谱,其它部分为第四图谱；提取第三图谱和第四图谱的能量并计算能量差值，并计算第三图谱的特征，形成特征向量，基于最小错误概率准则对该特征向量进行条件判断，选择特征向量满足条件最多的事件行为输出。

本发明所述的系统中，所述缓存模块还用于在缓存每个探测单元预设时间的光时域反射信号时，时间长度重复若干秒。

本发明所述的系统中，所述第二预设长度小于所述第一预设长度。

本发明所述的系统中，所述第二预设长度为所述第一预设长度的一半。

本发明所述的系统中，所述第三图谱的特征包括惯性矩、熵和相关特征。

本发明产生的有益效果是：本发明利用多谱域分析技术，综合分析幅频域和相频域及其耦合效应，并提取多谱分析结果的特征进行事件行为类型的判断，对不同行为信号存在较好的辨识度和识别率，适合管道监测。