CN111024212A - 一种利用分布式光纤传感系统将光缆距离转换为地标位置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种利用分布式光纤传感系统将光缆距离转换为地标位置的方法、实现所述方法的分布式光纤传感系统以及计算机可读存储介质。本发明的技术方案不使用OTDR而是采用包含双分布马赫‑曾德尔结构光纤传感器，在光纤距离确定上，在保证速度的同时确保精度。在本发明的技术方案中，预先在所述目标区域的多个节点配置多个振动反馈传感器并将将所述多个节点的第二光缆距离和三维空间地理坐标的对应关系存储到目标区域数据库中，一旦光纤传感器检测到异常振动信号，则通过比对确定候选节点，基于所有候选节点的三维空间地理坐标位置，得出所述异常振动信号对应的地标位置。

Description

一种利用分布式光纤传感系统将光缆距离转换为地标位置的 方法

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种利用分布式光纤传感系统将光缆距离转换为地标位置的方法、实现所述方法的分布式光纤传感系统以及计算机可读存储介质。

背景技术

分布式光纤传感器利用整条光纤作为信号的传输介质和传感单元。当外界因素作用在光纤上时，光纤中传输的光波受到相应的调制，其光强、频率、相位或者偏振态等参量将随之发生变化，通过检测这些参量的变化，就能够获得外界被测参量的信息，实现对整条待测光纤连续、无盲区的传感监测。包含分布式光纤传感器的监测系统非常适合应用于具有大范围、长距离的大型基础设施的结构健康监测，包括电力电缆、隧道、油气管道和周界安防等基础设施的监测。对大型基础设施进行健康监测时，若监测到异常振动信号，则说明基础设施结构发生故障或者存在安全隐患，如土木工程结构的断裂、管道的泄漏等产生的振动事件可以反映其结构健康状态；机动车辆运行激励形成的谐振，可以反映桥梁等结构的演化，通过对振动事件的时频特性分析，能够反映出振动事件的大小、方向与位置等特性。

我国大型基础设施的建设规模已常年位居世界之首，自然灾害、人为因素以及结构自身的性能缺陷都会导致基础设施结构的损毁，造成不可估量的生命财产损失，因此需要对大型基础设施的健康状态进行实时监测，以便于及时发现安全隐患，采取相应措施避免重大事故的发生。大型基础设施结构出现故障或者存在隐患时会产生异常的振动，通过对振动信号的监测，当振动信号出现异常时，就能够对这些安全隐患做出应急响应，防患于未然。

然而，分布式光纤传感器通过检测得出的振动事件的方向和位置，通常是基于感测点的光纤路由距离（简称光纤距离或者光缆距离）位置表征的，并非实际的三维地理坐标位置。例如，在石油管道的光纤分布式监测中，异常信号代表的光缆距离位置可以通过地理信息系统APDM来实现二维的线性定位，但是，依然无法显示其实际的三维坐标距离。

传统方法通常需要一个现场技术人员,在系统安装完成后,需让每个光纤传感点经受温度或应变变化，使得传感主机可以计算该点的光纤距离。并沿着光纤路线用手持式的坐标定位设备来记录每个传感点的地图坐标。然后将地图坐标和光纤距离相互对应并输入数据库。从而建立地图显示所需要的配置关系。

为解决此类技术问题，需要将光缆距离转换为地标位置并在GIS地图上显示。为此，申请号为CN201810074817的中国发明专利申请提出一种地标位置获取方法以及一种地标位置获取装置。通过获取组成光纤的若干线段的端点地标，通过判断光纤传感点所在线段，然后根据所述光纤传感点所在线段的端点地标获取所述光纤传感点的地标。本发明的地标位置获取方法以及装置，代替传统完全通过人工测量获取光纤传感点的地标位置的方法，大大降低了光纤部署的成本和光纤传感点地标获取的难度。

该技术方案能够在一定程度上将光纤距离转化为地标位置，但是发明人在实际应用中，发现其至少存在如下问题：

（1）、针对双分布式的光缆布局，使用OTDR来获得沿着光纤路线的每个感测点的光学距离，获取精度不高；

（2）、采用投影距离计算相对距离，需要在数学上配置线性表达式，然而，实际的光纤管道位置通常并非线性。

（3）、该技术方案计算方法过于简略，虽然便于计算机快速实现，但是实际确定地标位置精确不够。

因此，有需要进一步研发一种精确更高的符合实际应用需要的将光缆距离转换为地标位置的技术方案。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种利用分布式光纤传感系统将光缆距离转换为地标位置的方法、实现所述方法的分布式光纤传感系统以及计算机可读存储介质。本发明的技术方案不使用OTDR而是采用双分布马赫-曾德尔结构光纤传感器，在光纤距离确定上，在保证速度的同时确保精度。在本发明的技术方案中，预先在所述目标区域的多个节点配置多个振动反馈传感器并将将所述多个节点的第二光缆距离和三维空间地理坐标的对应关系存储到目标区域数据库中，一旦光纤传感器检测到异常振动信号，则通过比对确定候选节点，基于所有候选节点的三维空间地理坐标位置，得出所述异常振动信号对应的地标位置。

具体来说，本发明的技术方案是如下实现的：

在本发明的第一个方面，提供一种利用分布式光纤传感系统将光缆距离转换为地标位置的方法。

不同于现有技术通常采用OTDR的做法， 本发明中，所述分布式光纤传感系统中的每一个光纤传感器均基于双分布马赫-曾德尔结构，对所述光缆配置的目标区域进行振动信号检测。

若光纤传感器检测到异常振动信号，则对振动信号进行时频分析，定位出所述异常振动信号对应的第一光缆距离。

具体而言，作为体现本发明创造性的关键技术手段之一，将所述光缆距离转化为地标位置，具体包括：

预先在所述目标区域的多个节点配置多个振动反馈传感器，所述多个节点包括所述光缆发生分叉的节点位置；

将所述多个节点的第二光缆距离和三维空间地理坐标的对应关系存储到目标区域数据库中；

获取所述异常振动信号对应的光缆距离，并将所述异常振动信号对应的第一光缆距离与所述多个节点的第二光缆距离进行比对；

如果比对结果满足预定条件，则激活当前第二光缆距离对应节点的振动反馈传感器；

所述光纤传感器重新检测所述第一光缆距离位置处的振动信号；

如果重新检测到的振动信号与前次检测到的异常振动信号的时频特征变化超过预定阈值，则将当前第二光缆距离对应的节点列为候选节点；

基于所有候选节点的三维空间地理坐标位置，得出所述异常振动信号对应的第一光缆距离对应的地标位置。

作为具体说明，基于所述光缆配置的目标区域的目标光缆的ArcGIS管道数据模型，将所述光缆距离转化为地标位置，所述光缆距离为检测到异常振动信号的感测点离传感主机的直线距离，所述地标位置为所述检测到异常振动信号的感测点的三维空间地理坐标。

在具体实施中，与上述关键技术手段相对应，如果比对结果满足预定条件，则激活当前第二光缆距离对应节点的振动反馈传感器，具体包括：

所述振动反馈传感器在当前第二光缆距离对应节点产生与所述异常振动信号时频特征一致的振动信号。

为了实现非线性的定位，在本发明中，所述候选节点至少为2个以上。

与此相对应的，其中，基于候选节点的第二光缆距离与所述异常振动信号对应的第一光缆距离的非线性拟合关系，得出所述异常振动信号的地标位置与所述候选节点的三维地理坐标的定位关系式。

为实现上述方法，在本发明的第二个方面，提供一种分布式光纤传感系统，所述分布式光纤传感系统包括预置的目标区域数据库，所述目标区域数据库存储了目标区域的多个节点的光缆距离与三维空间地理坐标的对应关系，基于所述对应关系，当所述分布式光纤传感系统检测到异常振动信号时，执行将光缆距离转换为地标位置的方法，从而准确定位出所述异常振动信号对应的地标位置。

所述方法可以通过计算机形式的流程化语言全自动化的实现，对此，本发明还提供一种用于分布式光纤传感系统的异常位置定位方法，所述方法包括如下步骤：

S1：预先在目标区域的多个节点配置多个振动反馈传感器；

S2：将所述多个节点的第二光缆距离和三维空间地理坐标的对应关系存储到目标区域数据库中；

S3：判断所述分布式光纤传感系统是否检测到异常振动信号，如果是，则进入步骤S4；否则，继续等待；

S4：对振动信号进行时频分析，定位出所述异常振动信号对应的第一光缆距离G0；

S5：获取所述目标区域数据库中的所述多个节点的第二光缆距离和三维空间地理坐标的对应关系；

S6：基于所述对应关系，获取当前节点Ji的光缆距离Gi；

S7：判断|Gi-G0|是否小于阈值£，其中£为正数；

如果是，则将当前节点加入候选节点列表ListG，

S8：重复步骤S6-S7，直到所述目标区域数据库中的所述多个节点的光缆距离均被比较过；

S9: 获取所述候选节点列表ListG中的节点对应的三维空间地理坐标位置，得出所述异常振动信号对应的第一光缆距离对应的地标位置。

为了获得更好的效果，其中，所述步骤S7进一步包括：

判断|Gi-G0|是否小于阈值£，

如果是，则激活当前第二光缆距离Gi对应节点的振动反馈传感器；

所述光纤传感器重新检测所述第一光缆距离G0位置处的振动信号；

如果重新检测到的振动信号与前次检测到的异常振动信号的时频特征变化超过预定阈值，则将当前节点加入候选节点列表ListG。

本发明的上述方法均可以通过计算机程序化语言实现，因此，在本发明的第四个方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可执行程序代码，通过处理器和存储器执行所述程序代码，用于当光纤传感器检测到异常振动信号时，实现如下的计算机流程:

M1: 在所述存储器中，建立存储多个节点的第二光缆距离和三维空间地理坐标的对应关系{Gi-Vi|i=1,2,……N}的数据链表，其中N为所述节点的数量，Gi为第i个节点的第二光缆距离，Vi为第i个节点的三维空间地理坐标；

M2：通过处理器对所述异常振动信号进行时频分析，定位出所述异常振动信号对应的第一光缆距离G0；

M3：令k=1；建立候选列表ListG，所述ListG初始化为空；

M4：判断|Gk-G0|<£是否成立；其中£为正数；

如果是，则将第k个节点加入候选列表ListG；

M5：判断k>N是否成立，如果是，则进入步骤M6；

如果否，则k=K+1，返回步骤M4；

M6：获取所述候选节点列表ListG中的节点对应的三维空间地理坐标位置，得出所述异常振动信号对应的第一光缆距离对应的地标位置V0。

具体实现时，其中，所述计算机流程M4还包括：

M41：如果|Gk-G0|<£，则激活当前第二光缆距离Gk对应节点的振动反馈传感器；

M42：所述光纤传感器重新检测所述第一光缆距离G0位置处的振动信号；

M43：若重新检测到的振动信号与前次检测到的异常振动信号的时频特征变化超过预定阈值，则将第k个节点加入候选列表ListG。

本发明的进一步优点将结合说明书附图在具体实施例部分进一步详细体现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是发明所使用的基于双分布马赫-曾德尔（Ｍａｃｈ－Ｚｅｎｈｄｅｒ）结构的光纤传感器的工作原理图；

图2是本发明各个实例中的目标区域铺设的光缆结构示意图；

图3是本发明一个实施例的利用分布式光纤传感系统将光缆距离转换为地标位置的方法；

图4是图3所述所述方法计算机实现的流程图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。下面，结合附图以及具体实施方式，对发明做出进一步的描述。

参照图1，是本发明所使用的基于双分布马赫-曾德尔（Ｍａｃｈ－Ｚｅｎｈｄｅｒ）结构的光纤传感器的工作原理图。

首先，介绍与本实施例有关的一些现有技术。根据传感原理的不同，分布式光纤振动传感技术可分为基于千涉和基于后向散射光两种传感方式。干涉型分布式光纤振动传感技术是通过测量参考光和信号光之间的相位差实现对扰动事件的监测。

光纤长度为L₀，在其中传输的光波相位延时

为：

……（1-1）

其中，

是真空中的波长，n是纤芯的折射率，β是光纤的传输系数。

当有外界扰动事件作用在光纤上时，会在振动区域对应的光纤位置上产生压力P， 则光纤的长度、纤芯折射率以及芯径都会受到应变效应、弹光效应以及泊松效应的影响而 发生变化，进而产生相位变化

其中，

是纤芯折射率的变化，Ｄ是光纤芯径；

经简化，公式（１－２）可表示为：

其中，E是杨氏模量，μ是泊松系数，P1和P2仅与Ｐ的值有关。

从公式（１－３）中可以看出，在光纤其他参数保持不变的情况下，相位变化

与Ｐ 成正比例关系，因此通过对相位变化

的测量就可以对外部扰动事件进行传感监测。

通常，基于干涉原理的分布式光纤振动传感系统主要包括Ｓａｇｎａｃ干涉原理、Ｍａｃｈ－Ｚｅｎｈｄｅｒ干涉（ＭＺＩ）原理。

然而，单一的ＭＺＩ仅能感测到扰动事件，很难对扰动事件进行精确定位。本发明提出基于双ＭＺＩ结构的传感器，根据两路干涉信号的时间差来实现扰动事件的定位，其结构示意图如图１所示。激光器发出的光由耦合器分为ＣＷ和ＣＣＷ两路光，且同时在传感臂和参考臂中传输。当有外界扰动事件作用在传感臂上时，两臂之间会产生相位变化。两路光在各自的接收端干涉，构成双ＭＺＩ结构。设传感臂光纤长度为扰动事件作用在光纤上的位置距离耦合器的距离为心。两个ＭＺＩ共用一条传感臂，当有振动作用在传感臂上时，两个ＭＺＩ结构的参考臂和传感臂之间产生的相位差信号传输到两个探测器的时间差为：

因此通过测量ＭＺＩ输出信号的时间差就可以实现对外界扰动事件的定位。

已有多篇现有技术开发出各种双MZI结构的传感器，具体可参见如下参考文献：

[Kizlik B . Fibre optic distributed sensor in Mach-Zehnder interferometerconfiguration[C]// Modern Problems of Radio Engineering, Telecommunicationsand Computer Science, 2002. Proceedings of the International Conference.IEEE, 2002.];

[Ma C , Liu T , Liu K , et al. Long-Range Distributed Fiber VibrationSensor Using an Asymmetric Dual Mach-Zehnder Interferometers[J]. Journal ofLightwave Technology, 2016, 34(9):1-1.]。

需要指出的是，虽然图1所述为现有技术，然而现有技术中时进行振动检测时，大多实际采用OTDR（光时域反射，Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）技术，因为该方法更为成熟；

与此相反，本实施例采用基于双分布马赫-曾德尔（Ｍａｃｈ－Ｚｅｎｈｄｅｒ）结构的光纤传感器，是本发明人针对光缆配置的目标区域铺设的主光缆为双分布式结构而选择的，双分布式结构光缆，要实现准确的定位，经发明人反复验证，发现使用双分布马赫-曾德尔（Ｍａｃｈ－Ｚｅｎｈｄｅｒ）结构的光纤传感器效果更为准确，这是本发明的创造性贡献之一；

总之，在本发明的实施例中，光纤结构传感器包含双分布马赫-曾德尔（Ｍａｃｈ－Ｚｅｎｈｄｅｒ）结构。实验证明，仅包含双分布马赫-曾德尔（Ｍａｃｈ－Ｚｅｎｈｄｅｒ）结构的定位精度可达50；

在此基础上，虽然图中未示出，但是可进一步采用其他包含双分布马赫-曾德尔（Ｍａｃｈ－Ｚｅｎｈｄｅｒ）结构以及其他优化结构的传感器。例如，本发明还可以采用将ＭＺＩ和Ｓａｇｎａｃ环结合的复合型光纤传感器。中心波长为１１５０nm的ＨｅＮｅ激光器作为传感器的光源，提供系统所需的相干长度。Ｓａｇｎａｃ环的输出与相位变化的速率、振动事件到Ｓａｇｎａｃ环中心的距离成正比，而ＭＺＩ的输出仅和振动引起的相位变化相关，该传感系统可探测２００ｍ的传感光纤上的振动事件，且空间分辨率为２０ｍ。

该复合传感器具体的结构实现，可参照如下文献:

[Dakin J P , Pearce D A J , Strong A P , et al. A Novel DistributedOptical Fibre Sensing System Enabling Location Of Disturbances In A SagnacLoop Interferometer.[J]. Proc Spie, 1988, 838:325-328.]

本发明的所有实例引用上述现有技术，并作为申请文件的一部分。

为进一步说明本发明的实施例中的光纤传感器必须包含基于双分布马赫-曾德尔（Ｍａｃｈ－Ｚｅｎｈｄｅｒ）结构，进一步参照图2。

图2所示为本发明各个实例中的目标区域铺设的光缆结构示意图。在图2中，第一水平方向上铺设的主光缆均为双分布式铺设。

图2中，在所述光缆发生分叉、交叉或者相交的多个节点位置，预设布置有多个振动反馈传感器，如图中的G1-G11位置所示。

每一个振动反馈传感器所在节点的光纤距离（又称光缆距离），定义为该节点离传感主机z的光纤传感直线距离。

举例来说，G7的光纤距离，就是Z-G10-G7；G9的光纤距离，定义为Z-G10-G7-G8-G9或者Z-G10-G4-G6-G9。

当然，以上只是示意性的说明。通过此说明，本领域技术人员能够理解，光纤距离仅仅是二维或者一维的线性化距离表征，并不能展现各个位置的实际地标位置。若光纤传感器检测到异常振动信号，通过对振动信号进行时频分析，定位出所述异常振动信号对应的第一光缆距离，而无法定位出其地标位置。

在本实施例中，地标位置为三维空间地理坐标，可以在GIS地图上展现，例如，包括三维空间坐标或者经纬度坐标。

接下来参见图3-4，分别从不同角度展现了利用分布式光纤传感系统将光缆距离转换为地标位置的方法。

总体来说，所述方法的主要构思如下：

预先在所述目标区域的多个节点配置多个振动反馈传感器，所述多个节点包括所述光缆发生分叉的节点位置；

将所述多个节点的第二光缆距离和三维空间地理坐标的对应关系存储到目标区域数据库中；

获取所述异常振动信号对应的光缆距离，并将所述异常振动信号对应的第一光缆距离与所述多个节点的第二光缆距离进行比对；

如果比对结果满足预定条件，则激活当前第二光缆距离对应节点的振动反馈传感器；

所述光纤传感器重新检测所述第一光缆距离位置处的振动信号；

如果重新检测到的振动信号与前次检测到的异常振动信号的时频特征变化超过预定阈值，则将当前第二光缆距离对应的节点列为候选节点；

基于所有候选节点的三维空间地理坐标位置，得出所述异常振动信号对应的第一光缆距离对应的地标位置。

如果比对结果满足预定条件，则激活当前第二光缆距离对应节点的振动反馈传感器，具体包括：

所述振动反馈传感器在当前第二光缆距离对应节点产生与所述异常振动信号时频特征一致的振动信号。

具体而言，参见图3，所述方法包括如下步骤S1-S9：

S1：预先在目标区域的多个节点配置多个振动反馈传感器；

S2：将所述多个节点的第二光缆距离和三维空间地理坐标的对应关系存储到目标区域数据库中；

S3：判断所述分布式光纤传感系统是否检测到异常振动信号，如果是，则进入步骤S4；否则，继续等待；

S4：对振动信号进行时频分析，定位出所述异常振动信号对应的第一光缆距离G0；

S5：获取所述目标区域数据库中的所述多个节点的第二光缆距离和三维空间地理坐标的对应关系；

S6：基于所述对应关系，获取当前节点Ji的光缆距离Gi；

S7：判断|Gi-G0|是否小于阈值£，其中£为正数；

如果是，则将当前节点加入候选节点列表ListG，

S8：重复步骤S6-S7，直到所述目标区域数据库中的所述多个节点的光缆距离均被比较过；

S9: 获取所述候选节点列表ListG中的节点对应的三维空间地理坐标位置，得出所述异常振动信号对应的第一光缆距离对应的地标位置。

其中，所述步骤S7进一步包括：

判断|Gi-G0|是否小于阈值£，

如果是，则激活当前第二光缆距离Gi对应节点的振动反馈传感器；

所述光纤传感器重新检测所述第一光缆距离G0位置处的振动信号；

如果重新检测到的振动信号与前次检测到的异常振动信号的时频特征变化超过预定阈值，则将当前节点加入候选节点列表ListG。

所述候选节点至少为2个以上。这一点，可以通过调节所述阈值£的大小来实现。即所述阈值£保证候选节点的数量。

其中，基于候选节点的第二光缆距离与所述异常振动信号对应的第一光缆距离的非线性拟合关系，得出所述异常振动信号的地标位置与所述候选节点的三维地理坐标的定位关系式。

由于可以得出2个以上的候选节点的光缆距离，再加上所述异常振动信号对应的第一光缆距离G0，便可通过得出G0与候选节点的光缆距离的非线性拟合关系式，利用所述非线性拟合关系式，将其中的光缆距离替换为坐标位置，再进行必要的修正（例如取得更多候选数据修正），就可以得出所述异常振动信号的坐标位置与候选节点的坐标位置的拟合关系式。

参见图4，上述方法可以采用计算机流程化的程序代码实现，伪语言代码的计算机程序如下：

M1: 在所述存储器中，建立存储多个节点的第二光缆距离和三维空间地理坐标的对应关系{Gi-Vi|i=1,2,……N}的数据链表，其中N为所述节点的数量，Gi为第i个节点的第二光缆距离，Vi为第i个节点的三维空间地理坐标；

M2：通过处理器对所述异常振动信号进行时频分析，定位出所述异常振动信号对应的第一光缆距离G0；

M3：令k=1；建立候选列表ListG，所述ListG初始化为空；

M4：判断|Gk-G0|<£是否成立；其中£为正数；

如果是，则将第k个节点加入候选列表ListG；

所述计算机流程M4还包括：

M41：如果|Gk-G0|<£，则激活当前第二光缆距离Gk对应节点的振动反馈传感器；

M42：所述光纤传感器重新检测所述第一光缆距离G0位置处的振动信号；

M43：若重新检测到的振动信号与前次检测到的异常振动信号的时频特征变化超过预定阈值，则将第k个节点加入候选列表ListG。

M5：判断k>N是否成立，如果是，则进入步骤M6；

如果否，则k=K+1，返回步骤M4；

M6：获取所述候选节点列表ListG中的节点对应的三维空间地理坐标位置，得出所述异常振动信号对应的第一光缆距离对应的地标位置V0。

在技术效果上，以图2为例，光纤传感器检测到X1或者X2存在异常事件，通过上述方法可以确定对于X1，G1、G2、G6、G9为候选节点，从而基于这些候选节点的地标位置可以准确确定出X1的地标位置，而无需其他候选节点的数据；对于X2，只需要G10、G11以及传感器主机Z的位置信息即可，定位准确并且迅速。

采用上述技术方案，本发明的创造性至少体现在：

1.针对双分布式的光缆铺设，选择包含双分布马赫-曾德尔（Ｍａｃｈ－Ｚｅｎｈｄｅｒ）结构的传感器，定位精度可达20m；

2.预先在目标区域的多个节点配置多个振动反馈传感器，并且只在所述分布式光纤传感系统检测到异常振动信号时，进行是否激活的条件判断；

3.获取2个以上的候选节点进行非线性拟合，不采用线性模型或者OTDR技术。与现有技术相比，计算机速度更快，精确度更高。

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 (9)

1.一种利用分布式光纤传感系统将光缆距离转换为地标位置的方法，所述分布式光纤传感系统中的每一个光纤传感器包含双分布马赫-曾德尔结构，对所述光缆配置的目标区域进行振动信号检测；

其特征在于：

若光纤传感器检测到异常振动信号，则对振动信号进行时频分析，定位出所述异常振动信号对应的第一光缆距离；

结合所述光缆配置的目标区域的目标光缆的ArcGIS管道数据模型，将所述光缆距离转化为地标位置，所述光缆距离为检测到异常振动信号的感测点离传感主机的直线距离，所述地标位置为所述检测到异常振动信号的感测点的三维空间地理坐标；

其中，将所述光缆距离转化为地标位置，具体包括：

预先在所述目标区域的多个节点配置多个振动反馈传感器，所述多个节点包括所述光缆发生分叉的节点位置；

将所述多个节点的第二光缆距离和三维空间地理坐标的对应关系存储到目标区域数据库中；

获取所述异常振动信号对应的光缆距离，并将所述异常振动信号对应的第一光缆距离与所述多个节点的第二光缆距离进行比对；

如果比对结果满足预定条件，则激活当前第二光缆距离对应节点的振动反馈传感器；

所述光纤传感器重新检测所述第一光缆距离位置处的振动信号；

如果重新检测到的振动信号与前次检测到的异常振动信号的时频特征变化超过预定阈值，则将当前第二光缆距离对应的节点列为候选节点；

基于所有候选节点的三维空间地理坐标位置，得出所述异常振动信号对应的第一光缆距离对应的地标位置。

2.如权利要求1所述的方法，其中，如果比对结果满足预定条件，则激活当前第二光缆距离对应节点的振动反馈传感器，具体包括：

所述振动反馈传感器在当前第二光缆距离对应节点产生与所述异常振动信号时频特征一致的振动信号。

3.如权利要求1所述的方法， 其中，所述候选节点至少为2个。

4.如权利要求3所述的方法，其中，基于候选节点的第二光缆距离与所述异常振动信号对应的第一光缆距离的非线性拟合关系，得出所述异常振动信号的地标位置与所述候选节点的三维地理坐标的定位关系式。

5.一种分布式光纤传感系统，所述分布式光纤传感系统包括预置的目标区域数据库，所述目标区域数据库存储了目标区域的多个节点的光缆距离与三维空间地理坐标的对应关系，基于所述对应关系，当所述分布式光纤传感系统检测到异常振动信号时，执行权利要求1-4任一项所述的方法，定位出所述异常振动信号对应的地标位置。

6.一种用于分布式光纤传感系统的异常位置定位方法，所述方法包括如下步骤：

S1：预先在目标区域的多个节点配置多个振动反馈传感器；

S2：将所述多个节点的第二光缆距离和三维空间地理坐标的对应关系存储到目标区域数据库中；

S3：判断所述分布式光纤传感系统是否检测到异常振动信号，如果是，则进入步骤S4；否则，继续等待；

S4：对振动信号进行时频分析，定位出所述异常振动信号对应的第一光缆距离G0；

S5：获取所述目标区域数据库中的所述多个节点的第二光缆距离和三维空间地理坐标的对应关系；

S6：基于所述对应关系，获取当前节点Ji的光缆距离Gi；

S7：判断|Gi-G0|是否小于阈值£，其中£为正数；

如果是，则将当前节点加入候选节点列表ListG，

S8：重复步骤S6-S7，直到所述目标区域数据库中的所述多个节点的光缆距离均被比较过；

S9: 获取所述候选节点列表ListG中的节点对应的三维空间地理坐标位置，得出所述异常振动信号对应的第一光缆距离对应的地标位置。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述步骤S7进一步包括：

判断|Gi-G0|是否小于阈值£，

如果是，则激活当前第二光缆距离Gi对应节点的振动反馈传感器；

所述光纤传感器重新检测所述第一光缆距离G0位置处的振动信号；

如果重新检测到的振动信号与前次检测到的异常振动信号的时频特征变化超过预定阈值，则将当前节点加入候选节点列表ListG。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可执行程序代码，通过处理器和存储器执行所述程序代码，用于当光纤传感器检测到异常振动信号时，实现如下的计算机流程:

M1: 在所述存储器中，建立存储多个节点的第二光缆距离和三维空间地理坐标的对应关系{Gi-Vi|i=1,2,……N}的数据链表，其中N为所述节点的数量，Gi为第i个节点的第二光缆距离，Vi为第i个节点的三维空间地理坐标；

M2：通过处理器对所述异常振动信号进行时频分析，定位出所述异常振动信号对应的第一光缆距离G0；

M3：令k=1；建立候选列表ListG，所述ListG初始化为空；

M4：判断|Gk-G0|<£是否成立；其中£为正数；

如果是，则将第k个节点加入候选列表ListG；

M5：判断k>N是否成立，如果是，则进入步骤M6；

如果否，则k=K+1，返回步骤M4；

M6：获取所述候选节点列表ListG中的节点对应的三维空间地理坐标位置，得出所述异常振动信号对应的第一光缆距离对应的地标位置V0。

9.如权利要求8所述的计算机可读存储介质，其中，所述计算机流程M4还包括：

M41：如果|Gk-G0|<£，则激活当前第二光缆距离Gk对应节点的振动反馈传感器；

M42：所述光纤传感器重新检测所述第一光缆距离G0位置处的振动信号；

M43：若重新检测到的振动信号与前次检测到的异常振动信号的时频特征变化超过预定阈值，则将第k个节点加入候选列表ListG。

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