CN110912605B - 一种光缆或光电复合缆的安全监测预警装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种光缆或光电复合缆的安全监测预警装置及方法，包括分布式光纤传感器、现场监测设备、远程预警设备，在现场监测设备与通信链路；光纤应变分析模块用于接收并分析分布式光纤传感器采集的实时应变信号，得到包含特征信息及位置信息的实时应变信息；光纤扰动分析模块包括MZ干涉模块及

模块，接收并分析得到包含特征信息及位置信息的MZ干涉扰动信息及

扰动信息；远程预警设备包括远程通信服务器、预警控制主机以及若干监控终端；预警控制主机设有故障类型分析模块，所述故障类型分析模块根据获取的异常应变信息的位置信息、异常MZ干涉扰动信息的位置信息、异常

扰动信息，三者或三者中任两者之间位置信息的一致性预判光缆或光电复合缆的故障类型。

Description

一种光缆或光电复合缆的安全监测预警装置及方法

技术领域

本发明涉及光缆或光电复合缆的在线安全监测预警领域，尤其涉及一种光缆或光电复合缆的安全监测预警装置及方法。

背景技术

分布式光纤传感技术(DOFS)采用光纤做传感介质和传输信号介质，通过测量光纤中特定散射光的信号来反映光纤自身或所处环境的应变或温度的变化，一根光纤可实现成百上千传感点的分布式传感测量。因光纤具有尺寸小、重量轻、耐腐蚀、抗辐射抗电磁干扰、方便布设等特点，分布式光纤传感技术具有传统传感器不可比拟的优势，目前，国内外都推出了商用化的分布式光纤传感测量系统，广泛应用到各个领域。

在光通信领域，基于分布式光纤传感技术的OTDR技术的应用日趋成熟，能够在光缆或光电复合缆的链路中简单诊断光纤故障，但受限于探测光脉冲宽度，其空间分辨率与动态范围有限，诊断测试中有盲区，特别是架网光缆或光电复合缆的或在海底光缆或光电复合缆的安全监测中使用时，误报率特别高，难以满足较大动态范围和较高空间分辨率的应用领域。授权公告号为CN207180866U的实用新型专利公开了一种基于MZ干涉和

的分布式振动定位传感系统，解决了传统的基于

的光纤振动传感系统因为需要产生自干涉而要求第一激光源的线宽较高的问题，且具有很高的频率响应，能够很方便的对振动定位，但是无法判定光缆或光电复合缆的故障的类型并自动报警，且误报率仍旧较高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种光缆或光电复合缆的安全的监测预警装置及方法，大幅降低了光缆或光电复合缆的安全监测的误报率且能够判断识别光缆或光电复合缆的故障类型并自动报警。

本发明采用以下技术方案：

一种光缆或光电复合缆的安全监测预警装置，包括分布式光纤传感器、现场监测设备、远程预警设备，在现场监测设备与远程预警设备之间进行数据传输的通信链路；

所述分布式光纤传感器包括分布式应变传感器和分布式扰动传感器；

所述现场监测设备包括光纤应变分析模块和光纤扰动分析模块；

所述光纤应变分析模块用于接收并分析分布式光纤传感器采集的实时应变信号，得到包含特征信息及位置信息的实时应变信息；

所述光纤扰动分析模块包括MZ干涉模块及

模块，用于接收并通过MZ干涉技术及

技术分析所述分布式光纤传感器采集的实时扰动信号，得到包含特征信息及位置信息的实时扰动信息；所述实时扰动信息包括MZ干涉扰动信息及

扰动信息；

所述远程预警设备包括远程通信服务器、预警控制主机以及若干监控终端；所述远程通信服务器接收来自现场监测设备的实时扰动信息及实时应变信息并传输至预警控制主机；所述预警控制主机设有故障类型分析模块，所述故障类型分析模块根据获取的实时应变信息及实时扰动信息，与其预存的光缆或光电复合缆的参考信息库比对判断是否存在光缆或光电复合缆的故障；并根据比对出的异常应变信息的位置信息、和/或异常MZ干涉扰动信息的位置信息、和/或异常

扰动信息，特别是三者之间或三者中任两者之间的位置信息的一致性预判光缆或光电复合缆的故障类型；所述预警控制主机根据各监控终端的预设信息需求以及监控终端使用人员的申请将相关预警或报警信息和/或预判故障类型和/或预处理方案发送至监控终端。

作为优选，所述故障类型分析模块接收并分析所述实时应变信息及所述实时扰动信息，所述实时应变信息及所述实时扰动信息中，若无异常应变信息及异常扰动信息出现，所述故障类型分析模块给出光缆或光电复合缆的结构正常的判断；若同时存在异常应变信息及异常扰动信息，且异常应变信息的位置信息及异常扰动信息的位置信息一致，所述故障类型分析模块报警并给出光缆或光电复合缆的结构遭到牵拉和/或破坏的故障预判；若仅存在异常应变信息，所述故障类型分析模块报警并给出光缆或光电复合缆的结构遭到牵拉的故障预判；

若不存在异常应变信息，但MZ干涉扰动信息及

扰动信息中均存在异常扰动信息，且其位置信息一致，所述故障类型分析模块报警并给出光缆或光电复合缆的结构遭到破坏的故障预判；若不存在异常应变信息，但MZ干涉扰动信息及

扰动信息中均存在异常扰动信息，且其位置信息不一致，所述故障类型分析模块给出故障预警的预判；若不存在异常应变信息，但仅有MZ干涉扰动信息或

扰动信息中存在异常扰动信息，所述故障类型分析模块给出不报警的预判。

作为优选，所述现场监测设备还包括用于存储并分析所述实时应变信息、实时扰动信息的设备数据库，以及通过通信链路向远程预警设备发送分析结果的现场通信服务器；所述设备数据库包括所述故障类型分析模块、模式数据判断模块及自学习模块；

所述模式数据判断模块根据所述实时应变信号中的异常应变信号预警光缆或光电复合缆的受力形变的幅度大小，并根据分析出的光纤应变的变化率判断光缆或光电复合缆的受力事件是人为作用还是自然灾害作用，然后结合所述故障类型分析模块的判断结果给出人为牵拉、和/或人为破坏、和/自然灾害牵拉、和/或自然灾害破坏的预判；其中，若异常应变信号分析的光纤应变量的增加是相对快速、显性的过程，且光纤应变量增加的相对长度范围较小，则判断为人为牵拉或破坏；若应变增加是一个非常缓慢的过程、应变量变化范围相对较大，则判断为自然灾害牵拉或破坏；

所述自学习模块用于将不同的光缆或光电复合缆的受力事件存储归类为新的光缆或光电复合缆的参考信息；如发生危及信息安全的窃听事件时，人工剪切光缆或光电复合缆的或光电复合缆的外护层、铠装材料、开剥光纤套管单元、在裸光纤上实施各种操作，都会产生一些有规律的信号，且这些信号会有明显的先后顺序，将类似信号存储至光缆或光电复合缆的参考信息库，经软件算法综合分析判断其特征规律，存储至光缆或光电复合缆的参考信息库，当实时扰动信息及实时应变信息中出现类似特征的异常信息，故障类型分析模块及时预警和报警并给出人为破坏和窃听信息的预判。

作为优选，所述预警控制主机也设有所述模式数据判断模块及所述自学习模块。

作为优选，所述预警控制主机还设有应急预案模块，用于根据各监控终端的预设信息需求以及监控终端使用人员的申请将与相关预警或报警的故障预判类型相对应的预处理方案发送至监控终端。

作为优选，所述监控终端包括电脑，移动终端和其他网络数据访问接口。

作为优选，所述分布式应变传感器及所述分布式扰动传感器为光缆或光电复合缆的中的既有的光纤，或所述分布式应变传感器及所述分布式扰动传感器为粘贴于电缆表面或沿电缆埋设的光缆或光电复合缆的中的光纤。

作为优选，所述光纤应变分析模块包括基于BOTDA技术的应变分析系统；该系统连接两根远端环接的单模光纤组成的分布式应变传感器，通过用于测量分布式应变和温度的电光调制器实现应变/温度信号的实时采集，并通过振动信号解调主机对采集到的高相干度瑞利散射信号进行解调，高保真还原异常应变信号的位置、幅度和频率信息。

一种光缆或光电复合缆的安全监测预警方法，使用上述的光缆或光电复合缆的安全监测预警装置，包括以下步骤：

(1)准备阶段，在确认光缆或光电复合缆的正常状态下，通过分布式应变传感器及分布式扰动传感器采集光缆或光电复合缆的沿途所有点的应变及扰动信息，并在不同光缆或光电复合缆的状态下采集多组对应不同状况的应变及扰动信息，设为光缆或光电复合缆的参考信息库；根据该光缆或光电复合缆的参考信息库预设报警信息；并将以上信息存储于所述设备数据库和/或所述预警控制主机；

(2)实时监控阶段，所述光纤应变分析模块和光纤扰动分析模块实时接收并分析来自于分布式光纤传感器的实时应变信号及实时扰动信号得到实时应变信息与实时扰动信息，并在故障类型分析模块中将实时应变信息与实时扰动信息与所述光缆或光电复合缆的参考信息相比对，且根据比对出的异常应变信息的位置信息、和/或异常MZ干涉扰动信息的位置信息、和/或异常

扰动信息，特别是三者之间或三者中任两者之间的位置信息的一致性，预判光缆或光电复合缆的故障类型，将判断结果存储至设备数据库并发送至安全监测预警设备储存及显示；

(3)自学习及报警处理阶段，所述应急预案模块根据光缆或光电复合缆的故障类型将相应的应急预案根据监控终端使用人员的申请显示于所述监控终端，并将光缆或光电复合缆的参考信息中不存在的异常应变信息与异常扰动信息的特征信息存储至设备数据库及预警控制主机，丰富光缆或光电复合缆的参考信息库。

作为优选，所述监控终端设有地理信息系统(GIS)，根据光缆或光电复合缆的所经区域的地质构造以及采空区的位置范围等情况，辅助判断自然灾害破坏和人为施工破坏。

本发明公开的光缆或光电复合缆的安全监测预警装置及方法具有如下优点：

本发明所述的一种光缆或光电复合缆的安全监测预警装置及方法，用光缆或光电复合缆的或光电复合缆里面的光纤作为分布式应变传感器和分布式扰动传感器，分别连接到光纤应变、扰动信号分析模块，通过基于BOTDA的光纤应变分析模块，高保真还原应变事件的位置、幅度和频率，从而实现对微振动事件的实时精确监测预警，不仅定位准确，还能获取应变的变化快慢，并与基于MZ干涉技术及

技术的光纤扰动分析模块相结合，MZ干涉设备采集的信号和振动事件的特征匹配度较好，能更好的区分异常扰动事件的性质特征，比如可以判断出振动是因为挖土机、打桩机和电镐等施工、人为施工、恶意破坏窃听等；

原理采用相位光时域原理，对异常事件发生的位置定位更准确，综合利用MZ干涉和

两套设备实现对危及光电缆安全的事件的识别预警和精确定位；光纤应变分析模块与光纤扰动分析模块的相互印证与比对，进一步的提升了光缆或光电复合缆的故障检测的精确度。

本发明所述的一种光缆或光电复合缆的安全监测预警装置及方法，通过监测及比对光缆或光电复合缆的的异常应变信息和异常扰动信息的一致性，及时对光缆或光电复合缆的故障进行精确高效的报警，并根据异常应变信息和异常扰动信息中位置信息的一致性及异常应变的特征信息预判故障类型。

本发明所述的一种光缆或光电复合缆的安全监测预警装置及方法，可用于埋地或者管道管沟光缆或光电复合缆的或光电缆、海底光电缆的防开挖、防破坏监测预警，采用先进的分布式光纤传感技术，能连续实时监测预警＞40Km长度的光缆或光电复合缆的或光电复合缆，并能精确显示应变和扰动异常区域的准确位置。

附图说明

图1为本发明所述的一种光缆或光电复合缆的安全监测预警装置的结构简图；

图2为本发明所述的一种光缆或光电复合缆的安全监测预警装置及方法的原理图；

图3为本发明所述的一种光缆或光电复合缆的安全监测预警装置中基于

的分布式振动定位传感系统原理图；

图4为本发明所述的一种光缆或光电复合缆的安全监测预警装置的Mach-Zehnder干涉仪的干涉原理图；

图5为本发明所述的一种光缆或光电复合缆的安全监测预警装置的基于BOTDA技术的应变分析系统原理图。

图中各标号列示如下：

1—分布式光纤传感器；

2—现场监测设备；21—光纤应变分析模块；22—光纤扰动分析模块；221—MZ干涉模块； 222—

模块；23—设备数据库；24—现场通信服务器；

3—通信链路；

4—远程预警设备；41—远程通信服务器；42—预警控制主机；43—监控终端；431—电脑；432—移动终端；433—网络数据访问接口。

具体实施方式

一种光缆或光电复合缆的安全监测预警装置，如图1-2所示，包括分布式光纤传感器1、现场监测设备2、远程预警设备4，在现场监测设备2与远程预警设备4之间进行数据传输的通信链路3；所述通信链路3可为有线或无线通信链路。所述分布式光纤传感器1包括分布式应变传感器和分布式扰动传感器；

所述现场监测设备2包括光纤应变分析模块21和光纤扰动分析模块22；

所述光纤应变分析模块21用于接收并分析分布式光纤传感器1采集的实时应变信号，得到包含特征信息及位置信息的实时应变信息；

所述光纤扰动分析模块22包括MZ干涉模块221及

模块222，用于接收并通过 MZ干涉技术及

技术(相位敏感光时域反射技术)分析所述分布式光纤传感器采集的实时扰动信号，进行信号调试、算法选取及滤波强化后，进行测振环境数据的标准化变换即，进行信号频谱分析及空间定位，得到包含特征信息及位置信息的实时扰动信息；所述实时扰动信息包括MZ干涉扰动信息及

扰动信息；

所述MZ干涉模块221优选为Mach-Zehnder干涉仪，

模块222优选为基于

的分布式振动定位传感系统。MZ干涉仪采集的信号和振动事件的特征匹配度较好，通过对信号特征的分析，可以更好的区分异常扰动事件的性质特征，比如可以判断出振动是因为挖土机、打桩机和电镐等施工、人为施工、恶意破坏窃听等；

原理采用相位光时域原理，对异常事件发生的位置定位更准确。

基于

的分布式振动定位传感系统的原理如下：激光器输出的连续激光光波经声光调制器(AOM)转换成脉冲光。通过掺铒光纤放大器(EDFA)对脉冲光强进行放大，通过环形器注入到分布式扰动传感器的光纤中，传感光纤中产生的后向瑞利散射光经环形器被光电探测器(PD)接收后，由数据采集卡采集光强信号，交由计算机进行数据处理分析。其中使用窄线宽激光器以实现脉宽范围内后向瑞利散射光之间发生干涉，提高灵敏度，使之能够响应扰动引起的光相位变化。基于

的分布式振动定位传感系统原理如图3所示。

Mach-Zehnder干涉仪由两个3dB的光纤耦合器串联而成，具体原理如图4所示，由激光器发出的相干光，分别送入两根长度基本相同的单模光纤，即干涉仪的两臂，其一为探测臂，另一为参考臂。两臂中传输的光在第二个耦合器中发生干涉，将两干涉臂的相位差信息转换为光功率信息，从而通过观测光功率变化判断探测臂上的物理量变化。

Mach-Zehnder干涉仪与基于

的分布式振动定位传感系统可以相互独立运行各自通过分布式光纤传感器采集其实时扰动信号，并独立分析得到MZ干涉扰动信息及

扰动信息；也可将Mach-Zehnder干涉仪与基于

的分布式振动定位传感系统结合起来，作为如授权公告号为CN207180866U的实用新型专利公开的基于MZ干涉和Φ-OTDR的分布式振动定位传感系统进行扰动信号的采集及数据分析。

所述远程预警设备4包括远程通信服务器41、预警控制主机42以及若干监控终端43；所述监控终端43包括电脑431，移动终端432和其他网络数据访问接口433。

所述远程通信服务器41接收来自现场监测设备2的实时扰动信息及实时应变信息并传输至预警控制主机42；所述预警控制主机42设有故障类型分析模块，所述故障类型分析模块根据获取的实时应变信息及实时扰动信息，与其预存的光缆或光电复合缆的参考信息比对判断是否存在光缆或光电复合缆的故障；并根据比对出的异常应变信息的位置信息、和/或异常 MZ干涉扰动信息的位置信息、和/或异常

扰动信息，特别是三者之间或三者中任两者之间的位置信息的一致性预判光缆或光电复合缆的故障类型；所述预警控制主机42根据各监控终端43的预设信息需求以及监控终端使用人员的申请将相关预警或报警信息和/或预判故障类型和/或预处理方案发送至监控终端43。所述预警控制主机42设有用户管理平台，可以进行光缆或光电复合缆的线路信息(包括实时应变信息及实时扰动信息)的浏览及预警信息的编辑。

作为优选，所述故障类型分析模块接收并分析所述实时应变信息及所述实时扰动信息，所述实时应变信息及所述实时扰动信息中，若无异常应变信息及异常扰动信息出现，所述故障类型分析模块给出光缆或光电复合缆的结构正常的判断；若同时存在异常应变信息及异常扰动信息，且异常应变信息的位置信息及异常扰动信息的位置信息一致，所述故障类型分析模块报警并给出光缆或光电复合缆的结构遭到牵拉和/或破坏的故障预判；若仅存在异常应变信息，所述故障类型分析模块报警并给出光缆或光电复合缆的结构遭到牵拉的故障预判；

若不存在异常应变信息，但MZ干涉扰动信息及

扰动信息中均存在异常扰动信息，且其位置信息一致，所述故障类型分析模块报警并给出光缆或光电复合缆的结构遭到破坏的故障预判；若不存在异常应变信息，但MZ干涉扰动信息及

扰动信息中均存在异常扰动信息，且其位置信息不一致，所述故障类型分析模块给出故障预警的预判；若不存在异常应变信息，但仅有MZ干涉扰动信息或

扰动信息中存在异常扰动信息，所述故障类型分析模块给出不报警的预判。所述不报警预判反映到监控终端43，可以为不显示或者线路颜色改变标识预警。

所述现场监测设备2还包括用于存储并分析所述实时应变信息、实时扰动信息的设备数据库23，以及通过通信链路3向远程预警设备4发送分析结果的现场通信服务器24；采集到的实时应变信号、实时扰动信号及分析得到的实时应变信息和实时扰动信息经过设备数据库 23进行数据压缩及统计降噪后经由现场通信服务器24发送到远程预警设备4。

所述设备数据库23 包括所述故障类型分析模块、模式数据判断模块及自学习模块，所述模式数据判断模块根据所述实时应变信号预警光缆或光电复合缆的受力形变的幅度大小，并根据实时应变信息判断光纤应变的变化率进而判断光缆或光电复合缆的受力事件是人为作用还是自然灾害作用；然后结合所述故障类型分析模块的判断结果给出人为牵拉、和/或人为破坏、和/自然灾害牵拉、和/或自然灾害破坏的预判；其中，若异常应变信号分析的光纤应变量的增加是相对快速、显性的过程，且光纤应变量增加的相对长度范围较小，则判断为人为牵拉或破坏；若应变增加是一个非常缓慢的过程、应变量变化范围相对较大，则判断为自然灾害牵拉或破坏；并可根据光缆或光电复合缆的所经区域的地质构造以及采空区的位置范围等情况，辅助判断自然灾害和人为施工破坏。实时应变信息反映的光纤应变量的增大过程相对缓慢、应变量变化范围相对较大时是自然灾害作用导致的光缆或光电复合缆的产生应变受力事件；光纤应变量增加是相对快速、且光纤应变量增加相对长度范围较小时人为作用包括人类施工意外、或故意破坏导致的光缆或光电复合缆的产生应变受力事件。比如地质沉降、山体滑坡初期导致光纤的应变增加是一个非常缓慢的过程；大型船舶抛锚后，船舶会随海风洋流漂移而带动锚钩在海底淤泥中移动，锚钩钩住海光缆或光电复合缆的或光电复合缆时，被钩住位置的光纤应变会显著快速增大。优选地，所述模式数据判断模块还可根据所述实时扰动信号预警光缆或光电复合缆的振动扰动的频率及振幅，进一步辅助判断光缆或光电复合缆的受力事件是人为作用还是自然灾害作用；比如，自然原因导致的振动扰动基本以低频信号为主；人类施工、破坏活动特别是机械施工产生的振动信号以高频为主；海浪和洋流冲刷和局部掏空导致的海光缆或光电复合缆的或光电复合缆裸露、架空后，海光缆或光电复合缆的或光电复合缆随海浪和洋流引起的舞动具有规律性和周期性，而人为破坏和窃听光通信工程中的扰动没有规律性。将这些情况下的扰动信号分析并存储到光缆或光电复合缆的参考信息库，进一步完善系统的预警可靠性。

所述自学习模块用于将不同的光缆或光电复合缆的或光电复合缆的受力事件存储归类为新的光缆或光电复合缆的参考信息并等待故障类型分析模块、模式数据判断模块分析过程中的调用和匹配。如发生危及信息安全的窃听事件时，人工剪切光缆或光电复合缆的或光电复合缆的外护层、铠装材料、开剥光纤套管单元、在裸光纤上实施各种操作，都会产生一些有规律的信号，且这些信号会有明显的先后顺序，将类似信号存储至光缆或光电复合缆的参考信息库，经软件算法综合分析判断其特征规律，存储至光缆或光电复合缆的参考信息库，当实时扰动信息及实时应变信息中出现类似特征的异常信息，故障类型分析模块及时预警和报警并给出人为破坏和窃听信息的预判。

优选地，所述预警控制主机42也设有所述故障类型分析模块、所述模式数据判断模块及所述自学习模块。所述电脑431，移动终端432等监控终端43可预设有地理信息系统(GIS) 与分布式光纤传感器的地理位置相结合进行光纤模拟定位显示，并根据光缆或光电复合缆的所经区域的地质构造以及采空区的位置范围等情况，辅助判断自然灾害破坏和人为施工破坏。

作为优选，所述预警控制主机42还设有应急预案模块，用于根据各监控终端43的预设信息需求以及监控终端使用人员的申请将与相关预警或报警的故障类型相对应的预处理方案发送至监控终端。

作为优选。所述分布式应变传感器及所述分布式扰动传感器为光缆或光电复合缆的中的既有的光纤，或所述分布式应变传感器及所述分布式扰动传感器为粘贴于电缆表面或沿电缆埋设的光缆或光电复合缆的中的光纤。

作为优选，所述光纤应变分析模块21包括基于BOTDA技术的应变分析系统；该系统利用了光纤中的布里渊散射光频率变化量(频移量)与光纤轴向应变或环境温度之间的线性关系来实现传感。具体地，如图5所示，所述光纤应变分析模块21连接两根远端环接的单模光纤组成的分布式应变传感器，通过用于测量分布式应变和温度的电光调制器实现应变/温度信号的实时采集，当危及光缆或光电复合缆的或光电复合缆的各种外力作用会让其受到额外张力，导致分布式应变传感器光纤中光的布里渊散射信号发生变化，从而分析出异常应变信息；并通过振动信号解调主机对采集到的高相干度瑞利散射信号进行解调，高保真还原异常应变信号的位置、幅度和频率信息。

当发生危及光缆或光电复合缆的或光电复合缆安全的自然灾害(如地震、海啸、山体滑坡、泥石流、地质沉降、采空区塌陷等)、机械作业(如陆地上的挖掘、打桩、盾构、顶管等，海底光电缆受到水枪冲刷、锚钩钩缆、养殖锚杆等)、人工施工(挖掘、大锤敲击)或恶意破坏(剪切光缆(光电复合缆))事件时，都会发生振动或者扰动。振动和扰动会通过埋设在光缆(光电复合缆)周围的介质如土壤、空气和水传递给光缆(光电复合缆)中的传感光纤上，引起传感光纤中光的干涉信号特性发生变化，从而被扰动监测预警系统感知到；本发明所述的光缆安全监测预警装置通过对采集到的实时应变信号和实时扰动信号进行综合分析、处理，结合故障类型分析模块、模式数据判断模块和自学习模块，及时发出报警并智能判断危险事件的性质，以便及时采取相应的应急预案，减小损失。

一种光缆或光电复合缆的安全监测预警方法，使用上述的光缆或光电复合缆的安全监测预警装置，具体包括以下步骤：(1)准备阶段，在确认光缆或光电复合缆的正常状态下，通过分布式应变传感器及分布式扰动传感器采集光缆或光电复合缆的沿途所有点的应变及扰动信息，并在不同光缆或光电复合缆的状态下采集多组对应不同状况的应变及扰动信息，设为光缆或光电复合缆的参考信息库；根据该光缆或光电复合缆的参考信息库预设报警信息；并将以上信息存储于所述设备数据库和/或所述预警控制主机；

(2)实时监控阶段，所述光纤应变分析模块和光纤扰动分析模块实时接收并分析来自于分布式光纤传感器的实时应变信号及实时扰动信号得到实时应变信息与实时扰动信息，并在故障类型分析模块中将实时应变信息与实时扰动信息与所述光缆或光电复合缆的参考信息相比对，且根据比对出的异常应变信息的位置信息、和/或异常MZ干涉扰动信息的位置信息、和/或异常

扰动信息，特别是三者之间或三者中任两者之间的位置信息的一致性，预判光缆或光电复合缆的故障类型，将判断结果存储至设备数据库并发送至安全监测预警设备储存及显示；

(3)自学习及报警处理阶段，所述应急预案模块根据光缆或光电复合缆的故障类型将相应的应急预案根据监控终端使用人员的申请显示于所述监控终端，并将光缆或光电复合缆的参考信息中不存在的异常应变信息与异常扰动信息的特征信息存储至设备数据库及预警控制主机，丰富光缆或光电复合缆的参考信息库。

作为优选，在模式数据判断模块中，若异常应变信号分析的光纤应变量的增加是相对快速、显性的过程，且光纤应变量增加的相对长度范围较小，则判断为人为破坏；若应变增加是一个非常缓慢的过程、应变量变化范围相对较大，则判断为自然灾害破坏。

作为优选，当发生危及信息安全的窃听事件时，人工剪切光缆或光电复合缆的或光电复合缆的外护层、铠装材料、开剥光纤套管单元、在裸光纤上实施各种操作，都会产生一些有规律的信号，且这些信号会有明显的先后顺序，将类似信号存储至光缆或光电复合缆的参考信息库，经软件算法综合分析判断其特征规律，当实时扰动信息及实时应变信息中出现类似特征的异常信息，及时发出人为破坏和窃听信息的预警和报警。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种光缆或光电复合缆的安全监测预警装置，其特征在于，包括分布式光纤传感器、现场监测设备、远程预警设备，在现场监测设备与远程预警设备之间进行数据传输的通信链路；

所述分布式光纤传感器包括分布式应变传感器和分布式扰动传感器；

所述现场监测设备包括光纤应变分析模块和光纤扰动分析模块；

所述光纤应变分析模块用于接收并分析分布式光纤传感器采集的实时应变信号，得到包含特征信息及位置信息的实时应变信息；

所述光纤扰动分析模块包括MZ干涉模块及φOTDR模块，用于接收并通过MZ干涉技术及φOTDR技术分析所述分布式光纤传感器采集的实时扰动信号，得到包含特征信息及位置信息的实时扰动信息；所述实时扰动信息包括MZ干涉扰动信息及φOTDR扰动信息；

所述远程预警设备包括远程通信服务器、预警控制主机以及若干监控终端；所述远程通信服务器接收来自现场监测设备的实时扰动信息及实时应变信息并传输至预警控制主机；所述预警控制主机设有故障类型分析模块，所述故障类型分析模块根据获取的实时应变信息及实时扰动信息，与其预存的光缆或光电复合缆的参考信息库比对判断是否存在光缆或光电复合缆的故障；并根据比对出的异常应变信息的位置信息、异常MZ干涉扰动信息的位置信息和异常φOTDR扰动信息三者之间或三者中任两者之间的位置信息的一致性预判光缆或光电复合缆的故障类型；所述预警控制主机根据各监控终端的预设信息需求以及监控终端使用人员的申请将相关预警或报警信息和/或预判故障类型和/或预处理方案发送至监控终端。

2.根据权利要求1所述的光缆或光电复合缆的安全监测预警装置，其特征在于，所述故障类型分析模块接收并分析所述实时应变信息及所述实时扰动信息，所述实时应变信息及所述实时扰动信息中，若无异常应变信息及异常扰动信息出现，所述故障类型分析模块给出光缆或光电复合缆的结构正常的判断；若同时存在异常应变信息及异常扰动信息，且异常应变信息的位置信息及异常扰动信息的位置信息一致，所述故障类型分析模块报警并给出光缆或光电复合缆的结构遭到牵拉和/或破坏的故障预判；若仅存在异常应变信息，所述故障类型分析模块报警并给出光缆或光电复合缆的结构遭到牵拉的故障预判；

若不存在异常应变信息，但MZ干涉扰动信息及φOTDR扰动信息中均存在异常扰动信息，且其位置信息一致，所述故障类型分析模块报警并给出光缆或光电复合缆的结构遭到破坏的故障预判；若不存在异常应变信息，但MZ干涉扰动信息及φOTDR扰动信息中均存在异常扰动信息，且其位置信息不一致，所述故障类型分析模块给出故障预警的预判；若不存在异常应变信息，但仅有MZ干涉扰动信息或φOTDR扰动信息中存在异常扰动信息，所述故障类型分析模块给出不报警的预判。

3.根据权利要求2所述的光缆或光电复合缆的安全监测预警装置，其特征在于，所述现场监测设备还包括用于存储并分析所述实时应变信息、实时扰动信息的设备数据库，以及通过通信链路向远程预警设备发送分析结果的现场通信服务器；所述设备数据库包括所述故障类型分析模块、模式数据判断模块及自学习模块；

所述模式数据判断模块根据所述实时应变信号中的异常应变信号预警光缆或光电复合缆的受力形变的幅度大小，并根据分析出的光纤应变的变化率判断光缆或光电复合缆的受力事件是人为作用还是自然灾害作用，然后结合所述故障类型分析模块的判断结果给出人为牵拉、和/或人为破坏、和/自然灾害牵拉、和/或自然灾害破坏的预判；其中，若异常应变信号分析的光纤应变量的增加是相对快速、显性的过程，且光纤应变量增加的相对长度范围较小，则判断为人为牵拉或破坏；若应变增加是一个非常缓慢的过程、应变量变化范围相对较大，则判断为自然灾害牵拉或破坏；

所述自学习模块用于将不同的光缆或光电复合缆的受力事件存储归类为新的光缆或光电复合缆的参考信息；如发生危及信息安全的窃听事件时，人工剪切光缆或光电复合缆，都会产生一些有规律的信号，且这些信号会有明显的先后顺序，将类似信号存储至光缆或光电复合缆的参考信息库，经软件算法综合分析判断其特征规律，存储至光缆或光电复合缆的参考信息库，当实时扰动信息及实时应变信息中出现类似特征的异常信息，故障类型分析模块及时预警和报警并给出人为破坏和窃听信息的预判。

4.根据权利要求3所述的光缆或光电复合缆的安全监测预警装置，其特征在于，所述预警控制主机也设有所述模式数据判断模块及所述自学习模块。

5.根据权利要求3或4所述的光缆或光电复合缆的安全监测预警装置，其特征在于，所述预警控制主机还设有应急预案模块，用于根据各监控终端的预设信息需求以及监控终端使用人员的申请将与相关预警或报警的故障预判类型相对应的预处理方案发送至监控终端。

6.根据权利要求5所述的光缆或光电复合缆的安全监测预警装置，其特征在于，所述监控终端包括电脑，移动终端和其他网络数据访问接口。

7.根据权利要求1所述的光缆或光电复合缆的安全监测预警装置，其特征在于，所述分布式应变传感器及所述分布式扰动传感器为光缆或光电复合缆的中的既有的光纤，或所述分布式应变传感器及所述分布式扰动传感器为粘贴于电缆表面或沿电缆埋设的光缆或光电复合缆的中的光纤。

8.根据权利要求5所述的光缆或光电复合缆的安全监测预警装置，其特征在于，所述光纤应变分析模块包括基于BOTDA技术的应变分析系统；该应变分析系统连接两根远端环接的单模光纤组成的分布式应变传感器，通过用于测量分布式应变和温度的电光调制器实现应变/温度信号的实时采集，并通过振动信号解调主机对采集到的高相干度瑞利散射信号进行解调，高保真还原异常应变信号的位置、幅度和频率信息。

9.一种光缆或光电复合缆的安全监测预警方法，其特征在于，使用如权利要求8所述的光缆或光电复合缆的安全监测预警装置，包括以下步骤：

（1）准备阶段，在确认光缆或光电复合缆的正常状态下，通过分布式应变传感器及分布式扰动传感器采集光缆或光电复合缆的沿途所有点的应变及扰动信息，并在不同光缆或光电复合缆的状态下采集多组对应不同状况的应变及扰动信息，设为光缆或光电复合缆的参考信息库；根据该光缆或光电复合缆的参考信息库预设报警信息；并将以上信息存储于所述设备数据库和/或所述预警控制主机；

（2）实时监控阶段，所述光纤应变分析模块和光纤扰动分析模块实时接收并分析来自于分布式光纤传感器的实时应变信号及实时扰动信号得到实时应变信息与实时扰动信息，并在故障类型分析模块中将实时应变信息与实时扰动信息与所述光缆或光电复合缆的参考信息相比对，且根据比对出的异常应变信息的位置信息、异常MZ干涉扰动信息的位置信息、和异常φOTDR扰动信息三者之间或三者中任两者之间的位置信息的一致性，预判光缆或光电复合缆的故障类型，将判断结果存储至设备数据库并发送至远程预警设备储存及显示；

（3）自学习及报警处理阶段，所述应急预案模块根据光缆或光电复合缆的故障类型将相应的应急预案根据监控终端使用人员的申请显示于所述监控终端，并将光缆或光电复合缆的参考信息中不存在的异常应变信息与异常扰动信息的特征信息存储至设备数据库及预警控制主机，丰富光缆或光电复合缆的参考信息库。

10.根据权利要求9所述的光缆或光电复合缆的安全监测预警方法，其特征在于，所述监控终端设有地理信息系统（GIS），根据光缆或光电复合缆的所经区域的地质构造以及采空区的位置范围情况，辅助判断自然灾害破坏和人为施工破坏。

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