[发明专利]一种四通道地埋光缆分布式光纤振动传感预警方法及系统

说明书

本发明提供一种四通道地埋光缆分布式光纤振动传感预警方法及系统，方法包括：通过光纤实时采集管道沿线振动数据；所采集的管道沿线振动数据经切比雪夫Ⅰ型数字带通滤波器处理后得到预处理数据；预置两种探测模式和四种应用场景，根据不同的探测模式和应用场景对预处理数据进行计算得到最终数据；记录使用不同机械工具在检测范围内的振动数据，并标注破坏等级，通过检测振动数据轮廓点特征判断是否满足预警要求；若满足预警要求，则选取振动数据的特征值入库形成数据集训练神经网络模型择优入库；突发性振动事件发生时，振动数据经由神经网络模型判断振动破坏等级，业务层根据有限状态机相关条件执行对应联动操作。

技术领域

本发明属于地埋管道振动等级监测划分领域，具体涉及一种四通道地埋光缆分布式光纤振动传感预警方法及系统。

背景技术

地埋管道在城市环境中大量存在，如水利管道、油气管道、热力管道等，是整个城市得以正常运转的关键部分。特别是随着经济和社会的快速发展，在城市建设中，管道安全监测越来越受到施工人员以及管道维护人员的重视。管道安全关乎到民生安全、社会公共资产安全，越来越多的管道使用单位意识到其重要性。管道一旦出现安全事故，会造成巨大的财产，甚至是人员生命损失。对于地埋管道安全防护需求，传统检测方式多为人员定期巡检，难免出现安全监测不及时甚至忽视危险振源。其次，多数场景都会出现多条管道交汇，多个管道延展方向需要同时检测的场景。此外，传统的检测方式通过人工智能方法识别处振动源模式，而实际应用场景中振源模式会远多于预制项，且结合实际，最终用户只需要监测预知振源对管道的破坏程度来做相应决策。针对以上问题，亟需一种多通道长距离监测管网振动预警方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种四通道地埋光缆分布式光纤振动传感预警方法及系统，该方法针对地埋管道实际应用检测环境，结合应用部门实际监测需求，通过设计四通道分布式光纤振动传感光路，实时监测多检测四个方向的管道振动状况。具备直接探测模式和联合探测模式，有效利用多通道在管道振动检测的优势，灵活可调，振动数据通过轮廓检测方法可以有效分析振动源位置和对应时间，并将振动数据转化为管道破坏程度等级以供最终使用方查看分析，且可以通过有限状态机机制自动做出相应对策。

本发明第一方面提供了一种四通道地埋光缆分布式光纤振动传感预警方法，包括：

(1)将8芯单模G.652.D光缆敷设在地埋管道上方或侧方监测区域，搭建四通道地埋光缆分布式光纤振动传感光路，通过光纤实时采集管道沿线振动数据；

(2)所采集的管道沿线振动数据经切比雪夫Ⅰ型数字带通滤波器处理后得到预处理数据；

(3)预置两种探测模式和四种应用场景，根据不同的探测模式和应用场景对预处理数据进行计算得到最终数据；

(4)记录使用不同机械工具在检测范围内的振动数据，并标注破坏等级，通过检测振动数据轮廓点特征判断是否满足预警要求；

(5)若满足预警要求，则选取振动数据的特征值入库形成数据集，以数据集为基础通过卷积神经网络建立振动数据与破坏等级链接，训练神经网络模型择优入库；

(6)突发性振动事件发生时，振动数据经由神经网络模型判断振动破坏等级，再将判断结果送入云服务平台业务层，业务层根据有限状态机相关条件执行对应联动操作。

基于上述，将8芯单模G.652.D光缆敷设在地埋管道上方或侧方10cm处监测区域；每个方向探测光缆需至少预留两芯光纤；光纤振动传感光路中，光源包括1550nm激光源和1455nm拉曼泵浦光；激光源生成相参光，经声光调制器移频200MHz并生成脉冲光，脉冲光经掺铒光纤放大器、耦合器分光组将相参光分为四路脉冲光，各自经环形器、带通滤光片注入单模振动探测光纤；拉曼泵浦光经耦合器分光组分成四路，分别与脉冲相参光一并通过带通滤光片注入探测光纤；四路探测光纤后向散射光进入光电转换器生成四路经模数转换器生成原始振动数据。

基于上述，对于不同通道、不同区域设计对应切比雪夫Ⅰ型数字带通滤波器。