[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

说明书

本发明公开了一种基于光纤光栅阵列识别特定工程施工设备的方法，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。本发明能根据设备的作业频率特征，及时发现在地铁隧道控制线附近的设备施工作业，提高地铁隧道地面保护工作的针对性和及时性。

技术领域

本发明涉及隧道施工领域，尤其涉及一种在地铁隧道地面监测保护中基于光纤光栅阵列振动传感信号的分析而识别特定工程施工设备的方法及系统。

背景技术

如何及时发现地铁隧道地面保护控制区域一定范围内的施工作业，避免对地铁隧道造成危害，一直是隧道施工领域的一大难题。现有方法中，有的在关键区域使用摄像头视频监控，通过人工轮询查看视频或视频画面分析等方法来发现违规施工；有的通过无人机携带摄像头航拍的方法等。但是这些方法存在覆盖地段和时段不全、视频质量受天气和光线等因素制约等多种不利因素的影响。

发明内容

本发明主要目的在与提供一种基于铺设在隧道内壁的光纤光栅阵列传感器网络所感知的振动信号，具有全时全域(全天候全线路)的传感检测覆盖能力的可识别特定工程施工设备的方法。

本发明所采用的技术方案是：

提供一种基于光纤光栅阵列识别特定工程施工设备的方法，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。

接上述技术方案，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；