CN108303173B - 一种分布式光纤传感管道扰动事件检测方法 - Google Patents

一种分布式光纤传感管道扰动事件检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种分布式光纤传感管道扰动事件检测方法，所述方法包括：将获取的光纤传感信号进行预处理，获得第一信号；根据所述第一信号，获得第二信号，其中，所述第二信号为加窗信号；根据所述第二信号，计算所述第二信号的短时能量和修正的过零率；根据所述第二信号的短时能量平均值和过零率，获得基准标准差；将待检测的扰动信号的短时平均能量和过零率标准差与所述基准标准差进行比较，判定扰动是否存在。实现了有效剔除干扰、大大降低误报率，达到较高的检测概率的技术效果，解决了虚假过零造成系统误报率大的技术问题。

Description

一种分布式光纤传感管道扰动事件检测方法
技术领域
本发明涉及信号检测技术领域，尤其涉及一种分布式光纤传感管道扰动事件检测方法。
背景技术
随着我国能源需求量的增加，油气管道建设规模随之增大，管道沿途一旦发生事故，不仅会给管道运输系统和工业生产造成巨大损失，也会给社会和自然环境带来严重影响。而人为损坏和自然灾害在内的众多因素使得管道检测问题变得尤为重要。
但本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：
现有技术中短时过零率对噪声的存在非常敏感，如果背景中有反复穿越坐标轴的随机噪声，将会产生大量的虚假过零，因此会影响检测结果，造成系统误报率大。
发明内容
本发明实施例提供了一种分布式光纤传感管道扰动事件检测方法，解决了现有技术中虚假过零造成系统误报率大的技术问题，达到了有效剔除干扰、大大降低误报率，达到较高的检测概率的技术效果。
鉴于上述问题，提出了本申请实施例以便提供一种分布式光纤传感管道扰动事件检测方法和装置。
第一方面，本发明提供了一种分布式光纤传感管道扰动事件检测方法，所述方法包括：将获取的光纤传感信号进行预处理，获得第一信号；根据所述第一信号，获得第二信号，其中，所述第二信号为加窗信号；根据所述第二信号，计算所述第二信号的短时能量和修正的过零率；根据所述第二信号的短时能量平均值和过零率，获得基准标准差；将待检测的扰动信号的短时平均能量和过零率标准差与所述基准标准差进行比较，判定扰动是否存在。
优选的，所述方法还包括：所述将获取的光纤传感信号进行预处理，具体包括：将获取的光纤传感信号进行滤波降噪。
优选的，所述方法还包括：所述根据所述第一信号，获得第二信号，具体包括：对所述第一信号进行分帧处理，获得第三信号，所述第三信号为分帧后的第一信号；再将所述第三信号加汉明窗，获得第二信号。
优选的，所述方法还包括：所述第三信号包含的信号数量为M,所述第二信号数量与所述第三信号数量相同，其中，M>1。
优选的，所述方法还包括：所述将待检测的扰动信号的短时平均能量和过零率标准差与所述基准标准差进行比较，判定干扰是否存在，具体包括：获得第一预定规则；如果待检测的扰动信号的短时平均能量和过零率标准差与所述基准标准差满足所述第一预定规则，则判断为扰动不存在；如果待检测的扰动信号的短时平均能量和过零率标准差与所述基准标准差不满足所述第一预定规则，则判断为扰动存在。
第二方面，本发明提供了一种分布式光纤传感管道扰动事件检测装置，所述装置包括：管道，分布式光纤，所述分布式光纤沿着所述管道平行铺设；分布式光纤声波传感器，所述分布式光纤声波传感器与所述分布式光纤的一端连接。
本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：
1、本发明实施例提供的一种分布式光纤传感管道扰动事件检测方法，所述方法包括：将获取的光纤传感信号进行预处理，获得第一信号；根据所述第一信号，获得第二信号，其中，所述第二信号为加窗信号；根据所述第二信号，计算所述第二信号的短时能量和修正的过零率；根据所述第二信号的短时能量平均值和过零率，获得基准标准差；将待检测的扰动信号的短时平均能量和过零率标准差与所述基准标准差进行比较，判定扰动是否存在。实现了有效剔除干扰、大大降低误报率，达到较高的检测概率的技术效果，解决了虚假过零造成系统误报率大的技术问题。
2、本发明实施例通过所述将获取的光纤传感信号进行预处理，具体包括：将获取的光纤传感信号进行滤波降噪，进一步实现了有效剔除干扰、大大降低误报率的技术效果。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种分布式光纤传感管道扰动事件检测方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种分布式光纤传感管道扰动事件检测装置的结构示意图。
附图标记说明：分布式光纤声波传感(DAS)101；管道102；分布式光纤声波传感器103；地表104；扰动事件105；分布式光纤106。
具体实施方式
本发明实施例通过提供一种分布式光纤传感管道扰动事件检测方法，解决了现有技术中虚假过零造成系统误报率大的技术问题。本发明实施例中的技术方案，总体思路如下：
在本发明实施例的技术方案中，通过将获取的光纤传感信号进行预处理，获得第一信号；根据所述第一信号，获得第二信号，其中，所述第二信号为加窗信号；根据所述第二信号，计算所述第二信号的短时能量和修正的过零率；根据所述第二信号的短时能量平均值和过零率，获得基准标准差；将待检测的扰动信号的短时平均能量和过零率标准差与所述基准标准差进行比较，判定扰动是否存在。实现了有效剔除干扰、大大降低误报率，达到较高的检测概率的技术效果，解决了虚假过零造成系统误报率大的技术问题。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示，本发明提供一种分布式光纤传感管道扰动事件检测方法，所述方法包括：
步骤110：将获取的光纤传感信号进行预处理，获得第一信号；
进一步的，所述将获取的光纤传感信号进行预处理，具体包括：将获取的光纤传感信号进行滤波降噪。
具体而言，分布式光纤传感器获得光纤传感信号，分布式光纤传感器是采用独特的分布式光纤探测技术，对沿光纤传输路径上的空间分布和随时间变化信息进行测量或监控的传感器。它将传感光纤沿场排布，可以同时获得被测场的空间分布和随时间的变化信息，对于许多工业应用有许多吸引力。通过滤波器将分布式光纤传感器获取的光纤传感信号进行滤波降噪处理，去除一部分噪音干扰，获得较为纯净的光纤传感信号，从而提高所述光纤传感信号的准确性，滤波降噪处理后的信号即为第一信号。
步骤120：根据所述第一信号，获得第二信号，其中，所述第二信号为加窗信号；
进一步的，所述方法还包括：所述根据所述第一信号，获得第二信号，具体包括：对所述第一信号进行分帧处理，获得第三信号，所述第三信号为分帧后的第一信号；再将所述第三信号加汉明窗，获得第二信号。
进一步的，所述方法还包括：所述第三信号包含的信号数量为M,所述第二信号数量与所述第三信号数量相同，其中，M>1。
具体而言，针对步骤110降噪后的信号进行分帧处理，再将分帧后的每一帧信号进行加窗处理，得到的加窗信号即第二信号。其中，对经过降噪增强后的信号进行分帧处理，再用用窗函数ω(n),(0≤n≤L-1,L为窗长)来乘以每帧信号s(n)得到加窗后的信号，即第二信号sω(n)＝s(n)·ω(n)，所述的窗函数ω(n)为非矩形窗，可以为汉明窗。分帧处理后获得的第三信号与第三信号加窗后获得的第二信号数量相同，且都大于1。
步骤130：根据所述第二信号，计算所述第二信号的短时能量和修正的过零率；
具体而言，将步骤120得到每一帧加窗信号计算短时能量和修正的过零率，计算第m帧的修正的过零率Zm，即加入判定门限Δ，设tmp1和tmp2为相邻的采样点，则同时满足tmp1*tmp2<0且|tmp1-tmp2|>Δ时才判定为过零，参数Δ依据样本数据得出。
步骤140：根据所述第二信号的短时能量平均值和过零率，获得基准标准差；
具体而言，针对每帧信号重复步骤130得到的所有帧信号的短时能量和过零率，计算M帧的短时平均能量
Figure GDA0002440286020000051
和过零率标准
Figure GDA0002440286020000052
步骤150：将待检测的扰动信号的短时平均能量和过零率标准差与所述基准标准差进行比较，判定扰动是否存在。
进一步的，所述方法还包括：所述将待检测的扰动信号的短时平均能量和过零率标准差与所述基准标准差进行比较，判定干扰是否存在，具体包括：获得第一预定规则；如果待检测的扰动信号的短时平均能量和过零率标准差与所述基准标准差满足所述第一预定规则，则判断为扰动不存在；如果待检测的扰动信号的短时平均能量和过零率标准差与所述基准标准差不满足所述第一预定规则，则判断为扰动存在。
具体而言，通过上述步骤分别得到环境噪声信号短时平均能量和过零率标准差作为基准，将待检测的扰动信号的短时平均能量和过零率标准差与基准对照判定规则判定干扰是否存在。其中，对信号是否存在扰动事件进行判定，在检测前采集一段环境噪声(即不含扰动事件)，上述步骤计算短时平均能量E0和过零率标准差Zstd0，在检测过程中同样方法计算第i段信号短时平均能量E(i)和过零率标准差Zstd(i)，判定规则如下：
若E(i)＞E0且Zstd(i)＞Zstd0，则判定存在干扰事件；
若E(i)＞E0且|E(i)-E0|≥|Zstd(i)-Zstd0|，则判定不存在干扰事件；
若E(i)＜E0且|E(i)-E0|≥|Zstd(i)-Zstd0|，则判定存在干扰事件；
若Zstd(i)＞Zstd0且|E(i)-E0|＜|Zstd(i)-Zstd0|，则判定存在干扰事件；
若Zstd(i)＜Zstd0且|E(i)-E0|＜|Zstd(i)-Zstd0|，则判定不存在干扰事件。
通过上述方法，解决了虚假过零造成系统误报率大的技术问题，能够有效剔除干扰、大大降低误报率，达到较高的检测概率的技术效果。
实施例二
如图2所示，本发明提供一种分布式光纤传感管道扰动事件检测装置，所述装置包括：
管道102；
具体而言，所述管道102用于输送液体、气体或松散固体的管道。如石油管道、天然气管道等各种管道。如图2所示，本申请实施例以管道布设于地表104以下为例进行解释说明，但本申请并不仅限于将管道布设与地表104以下，也可以布设在地表104以上。
分布式光纤，所述分布式光纤106沿着所述管道102平行铺设；
具体而言，所述分布式光纤106作为传感敏感元件和传输信号介质以地埋的方式平行布设于所述管道102的顶部，即可以贴着所述管道102布设，也可以在有效范围内平行于管道102的任意距离布设。所述分布式光纤106可用于石油、天然气输送管线或储罐泄漏监测，油库、油管、油罐的温度监测及故障点的检测。分布光纤传感系统可以在易燃、易爆等环境下同时测量几万个点，并可对每个测量点进行准确定位。
分布式光纤声波传感器103，所述分布式光纤声波传感器103与所述分布式光纤106的一端连接。
具体而言，所述分布式光纤声波传感器103分别设置于所述分布式光纤106的两端，通过所述分布式光纤106将扰动事件105转换成光纤传感信号传送至分布式光纤声波传感(DAS)101。其中，所述分布式光纤声波传感器103可以用作水听器，应用于海洋、陆地石油、天然气勘探输油管道实时检测预警系统；也可用作光纤麦克风,用光纤光栅制成的声波传感探头基元以光纤光栅的中心波长调制来获得传感信息的,它具有灵敏度高、抗干扰能力强、全光纤的特点,同时还具有能够实现波分复用、检测探头的微型化等特点。
本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：
1、本发明实施例提供的一种分布式光纤传感管道扰动事件检测方法，所述方法包括：将获取的光纤传感信号进行预处理，获得第一信号；根据所述第一信号，获得第二信号，其中，所述第二信号为加窗信号；根据所述第二信号，计算所述第二信号的短时能量和修正的过零率；根据所述第二信号的短时能量平均值和过零率，获得基准标准差；将待检测的扰动信号的短时平均能量和过零率标准差与所述基准标准差进行比较，判定扰动是否存在。实现了有效剔除干扰、大大降低误报率，达到较高的检测概率的技术效果，解决了虚假过零造成系统误报率大的技术问题。
2、本发明实施例通过所述将获取的光纤传感信号进行预处理，具体包括：将获取的光纤传感信号进行滤波降噪，进一步实现了有效剔除干扰、大大降低误报率的技术效果。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种分布式光纤传感管道扰动事件检测方法，其特征在于，所述方法包括：
将获取的光纤传感信号进行预处理，获得第一信号，其中所述第一信号为环境噪声信号；
根据所述第一信号，获得第二信号，其中，所述第二信号为加窗信号；
根据所述第二信号，计算所述第二信号的短时能量和修正的过零率；
根据所述第二信号的短时能量和过零率，获得基准标准差，所述基准标准差包括所述第二信号的短时平均能量和过零率标准差；
将待检测的扰动信号的短时平均能量和过零率标准差与所述基准标准差进行比较，判定扰动是否存在；
所述将待检测的扰动信号的短时平均能量和过零率标准差与所述基准标准差进行比较，判定干扰是否存在，具体包括：
若E(i)＞E0且Zstd(i)＞Zstd0，则判定存在干扰事件；
若E(i)＞E0且|E(i)-E0|≥|Zstd(i)-Zstd0|，则判定不存在干扰事件；
若E(i)＜E0且|E(i)-E0|≥|Zstd(i)-Zstd0|，则判定存在干扰事件；
若Zstd(i)＞Zstd0且|E(i)-E0|＜|Zstd(i)-Zstd0|，则判定存在干扰事件；
若Zstd(i)＜Zstd0且|E(i)-E0|＜|Zstd(i)-Zstd0|，则判定不存在干扰事件；
其中，E0为环境噪声的短时平均能量，E(i)为第i段信号的短时平均能量，Zstd0为环境噪声的过零率标准差；Zstd(i)为第i段信号的过零率标准差。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将获取的光纤传感信号进行预处理，具体包括：
将获取的光纤传感信号进行滤波降噪。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一信号，获得第二信号，具体包括：
对所述第一信号进行分帧处理，获得第三信号，所述第三信号为分帧后的第一信号；
再将所述第三信号加汉明窗，获得第二信号。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第三信号包含的信号数量为M,所述第二信号数量与所述第三信号数量相同，其中，M>1。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111058827B (zh) * 2019-10-30 2023-06-02 武汉光谷航天三江激光产业技术研究院有限公司 一种井下窜流模拟监测系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102449263A (zh) * 2009-05-27 2012-05-09 秦内蒂克有限公司 利用分布式感测器件进行井监测
CN103488364A (zh) * 2013-09-29 2014-01-01 Tcl集团股份有限公司 一种电容式触摸屏及其自适应校正方法、系统
CN104100842A (zh) * 2014-07-14 2014-10-15 青岛厚科化学有限公司 一种基于分布式光纤传感器和声波的管道监测装置及系统
CN105261136A (zh) * 2015-10-23 2016-01-20 长沙学院 一种光纤监测报警系统中屏蔽天气干扰的方法及装置
CN105608823A (zh) * 2016-03-14 2016-05-25 北京北邮国安技术股份有限公司 基于主成分分析的光纤安防方法及系统
CN106600869A (zh) * 2016-12-31 2017-04-26 上海华魏光纤传感技术有限公司 一种用于光纤围栏安防系统的围栏入侵识别方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7488929B2 (en) * 2003-08-13 2009-02-10 Zygo Corporation Perimeter detection using fiber optic sensors

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102449263A (zh) * 2009-05-27 2012-05-09 秦内蒂克有限公司 利用分布式感测器件进行井监测
CN103488364A (zh) * 2013-09-29 2014-01-01 Tcl集团股份有限公司 一种电容式触摸屏及其自适应校正方法、系统
CN104100842A (zh) * 2014-07-14 2014-10-15 青岛厚科化学有限公司 一种基于分布式光纤传感器和声波的管道监测装置及系统
CN105261136A (zh) * 2015-10-23 2016-01-20 长沙学院 一种光纤监测报警系统中屏蔽天气干扰的方法及装置
CN105608823A (zh) * 2016-03-14 2016-05-25 北京北邮国安技术股份有限公司 基于主成分分析的光纤安防方法及系统
CN106600869A (zh) * 2016-12-31 2017-04-26 上海华魏光纤传感技术有限公司 一种用于光纤围栏安防系统的围栏入侵识别方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
分布式光纤传感系统的信号处理技术研究;徐铖晋;《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》;20170815;第31-47页 *

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