CN109741560A - 基于声阵列传感技术的变电站地埋光缆防外破预警方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力技术领域，公开了一种基于声阵列传感技术的变电站地埋光缆防外破预警方法及装置，其利用高灵敏度振动传感器可以判断变电站周围施工是否合法，然后通过高灵敏度声定位传感器对可能造成地埋光缆遭受破坏的开挖活动的声指纹进行实时检测和预警，并基于云台视频进行辅助查看现场工况，其能够准确有效的侦测并判断地埋光缆的外力破坏类型和方位，对可能引起损坏的外力进行及时检测和实时预警，通过上位监控报警主机，利用喇叭语音、警报等手段发出预警信号，其有效的解决了地埋通信光缆时常被外力施工器械破坏的问题。

Description

基于声阵列传感技术的变电站地埋光缆防外破预警方法及 装置

技术领域

本发明涉及电力技术领域，具体为一种基于声阵列传感技术的变电站地埋光缆防外破预警方法。

背景技术

目前变电站基础设施建设不断加快，变电站改、扩、建工程增多；早期敷设的电力光缆，或竣工资料不全、或线路动迁而没有及时修正记录；施工人员不具备此方面意识；导致地埋光缆被外力破坏时有发生，产生了较严重的光缆通信事故，造成变电站重大损失。传统预防光缆外力破坏依靠人工定期巡视，人工巡视属于被动防护，地埋光缆覆盖面积广泛，无法时刻做到人工巡视全覆盖，地埋光缆经常受外力破坏而导致故障，而且在光缆发生故障后很难立即对故障进行定位。

发明内容

本发明的目的是：针对地埋通信光缆时常被外力施工器械破坏等问题，提供一种基于声阵列传感技术的变电站地埋光缆防外破预警方法及装置，以实时监测地埋通信光缆运行状态，保障地埋地埋通信光缆安全运行。

本发明的基于声阵列传感技术的变电站地埋光缆防外破预警方法的技术方案是：一种基于声阵列传感技术的变电站地埋光缆防外破预警方法，包括以下步骤：

①、采集工程机械的声音特征构建声指纹并建立工程机械的声指纹库；

②、利用高灵敏度振动传感器对变电站周围施工进行监测，高灵敏度振动传感器判断施工的合法性；

③、当变电站周围施工不合法时，启动高灵敏度声定位传感器对声源进行定位，并采集施工现场声音与声指纹库内的声音特征进行比对，确定声音类型；

④、当采集的声音类型符合声指纹库内的声音特征时同步启动视频监测，将视频指向施工现场并将视频画面上传至监测平台，由监测平台管理人员对施工现场进一步确认，并发出预警信号。

所述第①步中的声指纹是利用声音采集器采集各种工程机械的声音，先将不同工程机械的声音分别利用倒谱法计算出基音周期参数，然后通过Mel滤波器组将小波系数转换成Mel倒谱系数，再将得出的基音周期参数和Mel倒谱系数两种参数组成一个特征矢量作为声指纹特征。

所述工程机械的声音包含安静环境下的单独作业的声音及噪声较大的环境下单独作业的声音，并对不同环境下工程机械的声音分别构建声指纹。

所述第③步中，其是将采集到的声音信号先利用正交小波滤波器组来对信号进行预滤波，对声音信号的每个频率段进行细粒度去噪，提取出各频段小波系数，重构出声音信号，计算出该声音信号的特征矢量序列，然后与声指纹库进行对比计算每个似然函数，确定声音类型。

所述的工程机械包括桩基施工设备、破碎设备、挖掘设备、切割设备、钻孔设备及打夯机。

本发明的基于声阵列传感技术的变电站地埋光缆防外破预警装置的技术方案是：一种基于声阵列传感技术的变电站地埋光缆防外破预警装置，其特征在于，包括：

高灵敏度振动传感器，用于监测变电站周围地面的振动信号，并将振动信号上传至上位机；

高灵敏度声定位传感器，用于采集施工现场的声音信号并判断声源的方向；

云台摄像头，可以将施工现场画面上传至监测平台；

上位机，内置声指纹库和施工注册表，其不仅可以根据高灵敏度振动传感器上传的振动信号与施工注册表比对判断施工是否合法，还可以根据高灵敏度声音定位传感器采集的声音信号判断声源方向并与声指纹库比对声音类型，同时控制云台摄像头启动和转向。

所述的高灵敏度振动传感器安装在光缆井壁上。

所述高灵敏度声定位传感器包括四个呈正方形排列的驻极体传感器，该四个驻极体传感器两两相隔30厘米。

与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：

本发明首先利用高灵敏度振动传感器可以判断变电站周围施工是否合法，然后通过高灵敏度声定位传感器对可能造成地埋光缆遭受破坏的开挖活动的声指纹进行实时检测和预警，并基于云台视频进行辅助查看现场工况，其能够准确有效的侦测并判断地埋光缆的外力破坏类型和方位，对可能引起损坏的外力进行及时检测和实时预警，通过上位监控报警主机，利用喇叭语音、警报等手段发出预警信号，其有效的解决了地埋通信光缆时常被外力施工器械破坏的问题。

具体实施方式

本发明提供了一种基于声阵列传感技术的变电站地埋光缆防外破预警装置，该装置包括：高灵敏度振动传感器，其安装在光缆井壁上，用于监测变电站周围地面的振动信号，并将振动信号上传至上位机；高灵敏度声定位传感器，其包括四个呈正方形排列的驻极体传感器，该四个驻极体传感器两两相隔30厘米，其不仅可以用于采集施工现场的声音信号，同时还可以利用同一个声源产生的声波传至四个驻极体传感器之间的时间差判断出声源的方向；云台摄像头，可以将施工现场画面上传至监测平台；上位机，内置声指纹库和施工注册表，其不仅可以根据高灵敏度振动传感器上传的振动信号与施工注册表比对判断施工是否合法，还可以根据高灵敏度声音定位传感器采集的声音信号判断声源方向并与声指纹库比对声音类型，同时控制云台摄像头启动和转向。

本发明的基于声阵列传感技术的变电站地埋光缆防外破预警装置在使用时，首先选取多种土建施工场地，对试验场地和环境进行勘察，一方面采集桩基施工设备、破碎设备、挖掘设备、切割设备、钻孔设备及打夯机等工程机械在非常安静的环境下的单独作业的声指纹，另一方面采集桩基施工设备、破碎设备、挖掘设备、切割设备、钻孔设备及打夯机等工程机械在噪声较大的环境下的声指纹，然后建立桩基施工设备、破碎设备、挖掘设备、切割设备、钻孔设备及打夯机等工程机械的声指纹，将各声指纹利用倒谱法计算出基音周期参数，通过Mel滤波器组将小波系数转换成Mel倒谱系数(MFCC)，将得出的两种参数组成一个特征矢量作为声纹特征，从而在上位机中建立声指纹库。

使用时，利用安装在光缆井壁上的高灵敏度振动传感器监测变电站周围地面的振动，高灵敏度振动传感器将检测到的振动信号发送至上位机，上位机根据内置的施工注册表判断施工是否合法。

如果变电站周围的施工不合法，则启动安装在变电站周围的高灵敏度声定位传感器，采集施工现场的声音信号发送至上位机，上位机将采集到的声音信号先利用正交小波滤波器组来对信号进行预滤波，对声音信号的每个频率段进行细粒度去噪，提取出各频段小波系数，重构出声音信号，计算出该声音信号的特征矢量序列，然后与声指纹库进行对比计算每个似然函数，确定声音类型，同时，利用同一个声源产生的声波传至四个驻极体传感器之间的时间差判断出声源的方向。

当采集的声音类型符合声指纹库内的声音特征时且施工现场声源方向距离地下光缆在100米范围内时，则启动云台摄像头转向施工现场，将施工现场的视频画面上传至监测平台，由监测平台管理人员对施工现场的非法开挖破坏进一步确认，并利用喇叭语音、警报等手段发出预警信号。

本发明首先利用高灵敏度振动传感器可以判断变电站周围施工是否合法，然后通过高灵敏度声定位传感器对可能造成地埋光缆遭受破坏的开挖活动的声指纹进行实时检测和预警，并基于云台视频进行辅助查看现场工况，其能够准确有效的侦测并判断地埋光缆的外力破坏类型和方位，对可能引起损坏的潜在危险进行及时监测和实时预警，其有效的解决了地埋通信光缆时常被外力施工器械破坏的问题。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种基于声阵列传感技术的变电站地埋光缆防外破预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

①、采集工程机械的声音特征构建声指纹并建立工程机械的声指纹库；

②、利用高灵敏度振动传感器对变电站周围施工进行监测，高灵敏度振动传感器判断施工的合法性；

③、当变电站周围施工不合法时，启动高灵敏度声定位传感器对声源进行定位，并采集施工现场声音与声指纹库内的声音特征进行比对，确定声音类型；

④、当采集的声音类型符合声指纹库内的声音特征时同步启动视频监测，将视频指向施工现场并将视频画面上传至监测平台，由监测平台管理人员对施工现场进一步确认，并发出预警信号。

2.根据权利要求1所述的基于声阵列传感技术的变电站地埋光缆防外破预警方法，其特征在于，所述第①步中的声指纹是利用声音采集器采集各种工程机械的声音，先将不同工程机械的声音分别利用倒谱法计算出基音周期参数，然后通过Mel滤波器组将小波系数转换成Mel倒谱系数，再将得出的基音周期参数和Mel倒谱系数两种参数组成一个特征矢量作为声指纹特征。

3.根据权利要求1或2所述的基于声阵列传感技术的变电站地埋光缆防外破预警方法，其特征在于，所述工程机械的声音包含安静环境下的单独作业的声音及噪声较大的环境下单独作业的声音，并对不同环境下工程机械的声音分别构建声指纹。

4.根据权利要求1所述的基于声阵列传感技术的变电站地埋光缆防外破预警方法，其特征在于，所述第③步中，其是将采集到的声音信号先利用正交小波滤波器组来对信号进行预滤波，对声音信号的每个频率段进行细粒度去噪，提取出各频段小波系数，重构出声音信号，计算出该声音信号的特征矢量序列，然后与声指纹库进行对比计算每个似然函数，确定声音类型。

5.根据权利要求1所述的基于声阵列传感技术的变电站地埋光缆防外破预警方法，其特征在于，所述的工程机械包括桩基施工设备、破碎设备、挖掘设备、切割设备、钻孔设备及打夯机。

6.一种基于声阵列传感技术的变电站地埋光缆防外破预警装置，其特征在于，包括：

高灵敏度振动传感器，用于监测变电站周围地面的振动信号，并将振动信号上传至上位机；

高灵敏度声定位传感器，用于采集施工现场的声音信号并判断声源的方向；

云台摄像头，可以将施工现场画面上传至监测平台；

上位机，内置声指纹库和施工注册表，其不仅可以根据高灵敏度振动传感器上传的振动信号与施工注册表比对判断施工是否合法，还可以根据高灵敏度声音定位传感器采集的声音信号判断声源方向并与声指纹库比对声音类型，同时控制云台摄像头启动和转向。

7.根据权利要求6所述的基于声阵列传感技术的变电站地埋光缆防外破预警装置，其特征在于，所述的高灵敏度振动传感器包括安装在光缆井壁上的高灵敏度振动传感器。

8.根据权利要求6所述的基于声阵列传感技术的变电站地埋光缆防外破预警装置，其特征在于，所述高灵敏度声定位传感器包括四个呈正方形排列的驻极体传感器，该四个驻极体传感器两两相隔30厘米。