CN103489275A - 一种提高光纤长距离监控定位精度的监测线路以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高光纤长距离监控定位精度的监测线路以及方法，本发明首先对长距离直线型布设的光缆间隔一定距离进行一段距离的冗余绕制形成光缆环圈，该冗余绕制形成的光缆环圈对所受环境影响的区位一致性，环圈内的光波波形呈现明显的强一致性，当入侵事件发生时，通过对全线光路的波形信号扫描过程中发现波形异常点，再通过物理性的冗余绕制的光缆环圈，判断识别事件发生的位置区段；最后对已确定的位置区段内的信号进行扫描与识别分析，将事件发生位置进行准确定位。通过本方案能够有效的提高光纤长距离监控定位精度。

Description

一种提高光纤长距离监控定位精度的监测线路以及方法

技术领域：

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种提高光纤长距离监控定位精度的技术。 

背景技术：

维护基础设施的安全是社会稳定、经济快速发展的一个基本要求。对通信光缆（包括海底光缆）、高压电网、输油管道、输气管道、电缆沟等基础设施进行安全监测，不仅是这些设施实现技术性功能的保障，更是避免造成重大经济损失、维护社会稳定发展的有效手段。特别是随着基础设施建设的快速发展，呈现出区域分布广、复杂程度高、重要性进一步提高的新特点，这就使得基础设施受到危害的范围、频率也随之增加，安全监测的难度、重要性也相应增加。据不完全统计，仅中国每年因外界破坏而造成的管道泄漏或爆炸上千余次，直接经济损失达几亿元。由此带来的环境污染、商业信用等损失更是难以估量。 

为了维护干线的完整性，防止第三方破坏，直接负责管道、电网、通信网等运营部门已经投入了巨大的人力和财力。各级政府和社会各界也非常关注，从专项立法到具体防范、舆论宣传、专项治理等方面都做了大量的工作。国务院曾召开电视电话会议，部署开展输油管道生产治安秩序专项行动，公安部也加大了打击盗油犯罪的力度，并收到了一定的成效。 

各种管道运输安全监测技术也在这种强烈的市场需求中不断发展，目前已有的管道安全生产监测技术主要有“管内流体力学状态检测技术”、“分布式光纤温度和应力监测技术”、“声波监测技术”、“M－Z光纤干涉技术”、“OTDR光时域反射技术”、“单芯反馈式光纤干涉技术”等。 

由于长距离干线的监测，容易受电磁干扰的影响且长距离供电的困难性，因此，光纤类技术成为了进行电力、通信和油气管道等行业的安全监测和预防人为破坏的主要技术手段。光纤传感器是以光学理论为基础，将非光 量转化为光量进行测量。以光纤作为信息传递媒介的传感器具有一系列其它传感器无法比拟的优点：不受电磁场干扰，能应用在强电磁场的场合；不会产生电磁骚扰；感应端无需供电，使用、维护方便；耐腐蚀、本质安全等等。而且光纤定位监测能够对威胁管道安全的各种行为进行早期监测、定位和预警，“未雨绸缪”，给管道维护者留出足够时间来制止破坏或强化防范的话，就会彻底扭转运营部门当前这种被动堵漏的不利局面，从根本上避免损失。 

目前已有的光纤类长距离定位监控技术主要包括“分布式光纤温度和应力监测技术”、“M－Z光纤干涉技术”、“OTDR光时域反射技术”、“单芯反馈式光纤干涉技术”，各类技术原理相异，达到的效果也各有不同，各类技术理论所能达到的定位精度普遍在±10米/百公里～±100米/百公里，但该类技术由于受到普遍存在的环境干扰、光路系统不稳定、探测敏感度低、长距离光缆布设条件难一致性等问题，造成实际应用中定位精度不高，定位报警位置差错等问题。给安全监控带来了困搅，系统往往达不到预期的效果。 

发明内容：

针对现有光纤类长距离定位监控技术定位精度以及报警精准度不高的问题，本发明的目的在于提供一种提高光纤长距离监控定位精度的监测线路。 

同时，作为本发明的第二目的，本发明还提供一种提高光纤长距离监控定位精度的方法。 

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案： 

一种提高光纤长距离监控定位精度的监测线路，所述监测线路包括用于监测的光缆，所述光缆长距离直线型布设，且间隔一定距离进行一段距离的冗余绕制形成光缆环圈。 

在该监测线路的优选方案中，所述光缆等距的进行光缆环圈的冗余绕制。 

进一步的，所述光缆环圈的内径≥光缆无损耗的最小绕制内径。 

作为本发明的第二目的，一种提高光纤长距离监控定位精度的方法，所述方法通过对光缆进行冗余绕制形成光缆环圈以此来提高光纤长距离监控 定位精度。 

在该方法的优选方案中，所述方法中冗余绕制形成的光缆环圈对所受环境影响的区位一致性，环圈内的光波波形呈现明显的强一致性，当入侵事件发生时，通过对全线光路的波形信号扫描过程中发现波形异常点，再通过物理性的冗余绕制的光缆环圈，判断识别事件发生的位置区段；最后对已确定的位置区段内的信号进行扫描与识别分析，将事件发生位置进行准确定位。 

本发明提供的方案不仅提高了系统的定位精度而且对于在刮风、下雨、雷电和车辆通行等复杂环境状态中发生的入侵行为也能准确报警，有效剔除了误报和漏报，提高了系统对环境的适应性。 

附图说明：

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。 

图1为本发明的系统结构图； 

图2为风、雨等外界干扰因素显示的系统波形； 

图3为某入侵行为发生时系统显示的波形。 

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。 

参见图1，本发明通过在光缆构造的长距离监测线路中，将长距离直线型布设的光缆100，间隔一定距离L（等距的）进行一段距离的光缆环圈101的冗余绕制。 

对于绕制光缆环圈101之间的距离L，在实际中根据光缆长距离定位精度的不同，以及根据监控光缆周围环境干扰的情况不同，来调整间隔距离：环境干扰多，干扰情况较复杂的区域，可以缩短间隔距离；环境情况较一致的区域，间隔距离可拉长，一般为≥定位精度。 

对于绕制的光缆环圈101，其内径≥光缆无损耗的最小绕制内径，光缆环圈的长度根据传感光缆的监测距离以及定位精度不同而不同。 

该光缆环圈在进行冗余绕制时，首先，准备一个光缆环圈骨架，环圈骨 架内径≥光缆无损耗的最小绕制内径，将环圈骨架通过固定用工装固定在绕线机上。 

接着，将绕线机的计数归零，转动绕线机，开始绕制光纤环圈。在绕制过程中注意张力的控制，避免光缆拉得太紧，同时避免隆起。 

当计数器的数值达到需要的圈数，停止绕制，将光缆截断，记录光缆的读数。 

最后，将环圈骨架从光缆环圈上卸下，在拆卸的过程中，注意保持光缆环圈的形状，同时注意避免夹断光缆。 

对于绕制的光缆环圈的长度根据传感光缆的监测距离以及定位精度不同而不同。 

由此冗余绕制的光纤环圈对所受环境影响的区位一致性，环圈内的光波波形呈现明显的强一致性。因此，当入侵事件发生时，与其配合的光缆定位监测系统在全线光路的波形信号扫描过程中发现波形异常点，通过物理性的光缆冗余绕制，判断识别事件发生的位置区段，再通过算法对冗余绕制光缆的逻辑判定，从而提高定位精度。 

基于上述方案，进行光纤长距离监控定位的实施过程如下： 

该监控定位实例基于光缆定位监测系统进行，光缆定位监测系统主要监测通过直接触及光缆，或通过介质物传递的机械振动、冲击量，监测振动信号，实现对长距离线性物质的定位精度。 

参见图1，当光缆定位监测系统通过光缆监测到振动信号，光缆定位监测系统将其转换并返回到系统处理器。系统监测到振动点S后，以振动点S为中心对前后光缆进行扫描，看光缆线路附近是否还有其它振动点。 

当向前、向后监测到冗余绕制的光缆环圈（如图中环圈n和n-1）位置时，由于冗余绕制的光缆环圈区段所受环境状态的一致性，其感应波形呈现出明显的一致性。因此系统可以首先对事件发生的相邻绕制环圈的区段（如图中环圈n和n-1）进行定位，排除掉长距离全线路中其它波形信号的干扰。 

系统再通过对已确定的相邻绕制环圈的区段内的信号扫描与识别分析，将事件发生位置进行准确定位。具体可通过算法对冗余绕制光缆的逻辑判定，从而提高定位精度。 

系统不仅能精确检测出监测介质的振动信号，而且能识别出是某一点振动还是沿路的相邻多环圈均发生振动，判断是真正的报警事件引起的单点振动还是环境因素引起的分布式振动。 

同时利用该方法，当相邻多个环圈呈现出一致性的振动信号时，系统可判别为该区域为刮风、下雨、雷电和车辆通行等环境因素造成的振动而不予处理。当该区域内出现特殊相异的信号时，通过系统对该点信号的分析识别，判断其为小动物或其它一过性干扰还是怀疑的入侵行为，只有达到一定的判定条件才判断为入侵信号。 

参见图2，其所示为采用本监测线路的光缆定位监测系统在风、雨、小动物等外界环境干扰因素时，所显示的系统波形。通过对该波形分析得到，在监测线路上相邻的多个环圈呈现出一致性的振动信号。 

参见图3，其所示为采用本监测线路的光缆定位监测系统在某真实的入侵行为发生时，所统显示的系统波形。通过对该波形分析得到，在监测线路上某个出现特殊相异的信号。 

由此，监测系统通过对这两种不同波形的分析、判断，过滤环境干扰，能够准确的对真实入侵行为报警。 

由此，通过该方案不仅提高了系统的定位精度而且对于在刮风、下雨、雷电和车辆通行等复杂环境状态中发生的入侵行为也能准确报警，有效剔除了误报和漏报，提高了系统对环境的适应性。 

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。 

Claims (5)

1.一种提高光纤长距离监控定位精度的监测线路，所述监测线路包括用于监测的光缆，其特征在于，所述光缆长距离直线型布设，且间隔一定距离进行一段距离的冗余绕制形成光缆环圈。

2.根据权利要求1所述的一种提高光纤长距离监控定位精度的监测线路，其特征在于，所述光缆等距的进行光缆环圈的冗余绕制。

3.根据权利要求1所述的一种提高光纤长距离监控定位精度的监测线路，其特征在于，所述光缆环圈的内径≥光缆无损耗的最小绕制内径。

4.一种提高光纤长距离监控定位精度的方法，其特征在于，所述方法通过对光缆进行冗余绕制形成光缆环圈以此来提高光纤长距离监控定位精度。

5.根据权利要求4所述的一种提高光纤长距离监控定位精度的方法，其特征在于，所述方法中冗余绕制形成的光缆环圈对所受环境影响的区位一致性，环圈内的光波波形呈现明显的强一致性，当入侵事件发生时，通过对全线光路的波形信号扫描过程中发现波形异常点，再通过物理性的冗余绕制的光缆环圈，判断识别事件发生的位置区段；最后对已确定的位置区段内的信号进行扫描与识别分析，将事件发生位置进行准确定位。

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