[发明专利]基于光纤光栅阵列识别特定工程施工设备的方法及系统

权利要求书

1.一种基于光纤光栅阵列识别特定工程施工设备的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在隧道内铺设光栅阵列光缆，根据光栅阵列各测点在光缆上的间距和编号，建立与地铁沿线的位置对应关系；

S2、采集隧道施工作业中特定设备的振动信号，包括起止时间、测点位置、测点数及采样频率；

S3、根据采集的振动信号以及预先确定的监控振动频率获取特定设备的振动特征，建立特定设备振动信号特征模型；

S4、实时采集光栅阵列光缆中的振动信号，根据特定设备振动信号特征模型识别特定设备作业事件。

2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅阵列识别特定工程施工设备的方法，其特征在于，步骤S3具体包括：

S31、建立特定设备的作业区域特征阵列集合

对采集的特定设备在施工作业事件中的振动信号的数据集{Me0,Me1,…,Mej…}中的每个振动信号数据矩阵Mej，按标准时长TS切分成若干形状为(m,TS)的设备作业观察子矩阵{MTS_j0,MTS_j1,…，MTS_jk…}；

对设备作业观察子矩阵MTS_jk的各行，使用Welch方法计算功率谱密度,得到频率阵列FXX_jk_row和相应的功率谱密度阵列PXX_jk_row；

基于预先确定的监控振动频率取频率阵列和功率谱密度阵列两个阵列的子阵列F_jk_row和P_jk_row；

以两个子阵列的长度为参数，使用三角窗函数生成调节系数阵列W_jk_row；

将功率子阵列P_jk_row乘以调节系数阵列W_jk_row后相加，得到各测点设备作业功率特征估计值，记为wp_jk_row，按测点次序将其排列，构成在测点阵列上的功率分布形态估计阵列WP_jk；

基于功率分布形态估计阵列WP_jk绘图，以光栅测点号mj为横坐标点，在图中识别凸起的范围，向两侧扩展，直到纵坐标的取值变化平坦，取凸起的横坐标范围，记为(m_jk_start,m_jk_end)，以此范围作为小标，从功率分布形态估计阵列WP_jk中取子阵列，作为特定设备的作业区域特征阵列，同理得到该特定设备的多个作业区域特征阵列，组成该特定设备的作业区域特征阵列集合，作为特定设备振动信号特征模型；

S32、建立特定设备的作业区域特征阵列相似性度量

两两比较特定设备作业区域特征阵列集合中各阵列之间的距离，得到一组距离值，计算距离平均值A,标准差S；

取特定设备作业区域特征阵列集合的各阵列大小的均值，作为后续特定设备检测阶段的待检区域大小。

3.根据权利要求2所述的基于光纤光栅阵列识别特定工程施工设备的方法，其特征在于，步骤S4中，在检测时，如果在测点区间构造的区域特征阵列与振动信号特征模型中的作业区域特征阵列集合逐一比较的距离均值小于A+S，则认为疑似设备作业事件。

4.根据权利要求2所述的基于光纤光栅阵列识别特定工程施工设备的方法，其特征在于，步骤S4具体包括以下步骤：

实时读取光栅阵列数据流，每积累到一个标准时长TS的数据后，计算出相应的测点阵列上的功率分布形态估计阵列；

依次从功率分布形态估计阵列中取长度为待检区域大小的子阵列，与设备振动信号特征模型中的每个模型通过DTW方法比较距离，并计算距离平均值，如果小于A+S，则认为此时段在测点区域范围内有疑似设备作业事件；

根据地铁沿线位置与光栅阵列位置对应关系，将测点区域转换为地铁沿线位置的值或名称，以提示隧道地面保护工作人员及时进行实地查看。

5.一种基于光纤光栅阵列识别特定工程施工设备的系统，其特征在于，包括：

测点模块，用于根据光栅阵列各测点在光缆上的间距和编号，建立与地铁沿线的位置对应关系，其中光缆为铺设在隧道内光栅阵列光缆；

振动信号采集模块，用于采集隧道施工作业中特定设备的振动信号，包括起止时间、测点位置、测点数及采样频率；

模型建立模块，用于根据采集的振动信号以及预先确定的监控振动频率获取特定设备的振动特征，建立特定设备振动信号特征模型；

识别模块，用于实时采集光栅阵列光缆中的振动信号，根据特定设备振动信号特征模型识别特定设备作业事件。