CN112816056A - 地表挖掘作业与地下光缆相对位置的识别方法及装置 - Google Patents

地表挖掘作业与地下光缆相对位置的识别方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN112816056A
CN112816056A CN202110023542.0A CN202110023542A CN112816056A CN 112816056 A CN112816056 A CN 112816056A CN 202110023542 A CN202110023542 A CN 202110023542A CN 112816056 A CN112816056 A CN 112816056A
Authority
CN
China
Prior art keywords
frame
vibration signal
optical cable
sampling
vibration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110023542.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112816056B (zh
Inventor
刘路
钟铃铃
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Jietian Technology Co ltd
Original Assignee
Tianjin University of Technology and Education China Vocational Training Instructor Training Center
Tianjin Vocational Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University of Technology and Education China Vocational Training Instructor Training Center, Tianjin Vocational Institute filed Critical Tianjin University of Technology and Education China Vocational Training Instructor Training Center
Priority to CN202110023542.0A priority Critical patent/CN112816056B/zh
Publication of CN112816056A publication Critical patent/CN112816056A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112816056B publication Critical patent/CN112816056B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
    • G01H9/004—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means using fibre optic sensors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

地表挖掘作业与地下光缆相对位置的识别方法及装置，涉及地下光缆的定位技术。本发明是为了对地表挖掘作业与地下光缆相对位置进行识别。本发明所述的地表挖掘作业与地下光缆相对位置的识别方法及装置，当光缆沿线的地表出现人工利用镐头或铁锹进行挖掘作业而产生振动信号时，光缆上的采样点就能够捕捉到的振动信号，并对振动信号进行一系列的处理，从而判断出采样点处是否存在人工挖掘作业。当某一采样点存在挖掘作业时，就能够根据采样点所在位置确定出地表人工挖掘作业与采样点之间的位置关系。使用本发明能够实现对人工挖掘作业与地下光缆相对位置进行准确识别，降低因挖掘作业对光缆产生的威胁，为光缆安全防护提供有力保障。

Description

地表挖掘作业与地下光缆相对位置的识别方法及装置
技术领域
本发明属于通信技术领域，尤其涉及地下光缆的定位技术。
背景技术
地下掩埋敷设是通信光缆的一种常见敷设方式，经常用于网络通信、油气管道运输等需要敷设长距离光缆的工业领域。光缆埋入地下后，一旦地表发生人工挖掘作业，极易对光缆造成安全威胁。因此需要一种能够准确识别地表人工挖掘作业并能够准确定位地下光缆位置的技术，为光缆安全防护提供有力保障，实现防患于未然。
发明内容
本发明是为了对地表挖掘作业与地下光缆相对位置进行识别，现提供地表挖掘作业与地下光缆相对位置的识别方法及装置。
地表挖掘作业与地下光缆相对位置的识别方法，地下光缆上均匀分布有多个采样点，所述识别方法包括以下步骤：
步骤一：采集光缆采样点处的振动信号，
步骤二：对采集到的振动信号进行分帧处理，获得Q帧振动信号，每帧振动信号包括N个采样时刻，Q和N均为正整数，
步骤三：分别对每一帧振动信号进行S变换，获得每帧振动信号的中频带时间平均S变换系数，
步骤四：根据每帧振动信号的中频带时间平均S变换系数计算每帧振动信号的中频带除噪功率值，
步骤五：选取超出预设阈值的中频带除噪功率值所对应的每一帧振动信号，
步骤六：当步骤五选取出的所有帧振动信号中连续帧的个数在预设范围内，则这些连续帧振动信号对应的采样点处存在挖掘作业，根据存在挖掘作业采样点的位置获得挖掘作业与地下光缆的相对位置。
进一步的，上述步骤三中，首先，对每一帧振动信号按照S变换原理进行分解；然后，根据分解后的结果计算S变换系数；最后，将每帧振动信号所有采样时刻的S变换系数在时间维度上进行平均，获得每帧振动信号在预设频率范围内的中频带时间平均S变换系数。
具体的，根据下式对每一帧振动信号按照S变换原理进行分解：
Figure BDA0002889423610000021
其中，
Figure BDA0002889423610000022
为第m个采样点第q帧振动信号经过傅里叶变换后在频率
Figure BDA0002889423610000023
下的幅值，n＝0,1,2,...,N-1，T为每帧振动信号的采样时刻间隔，
x[m,q,dT]为第m个采样点第q帧振动信号中第dT个采样时刻的时域信号，d＝1,2,...,N；
根据下式获得S变换系数：
Figure BDA0002889423610000024
其中，
Figure BDA0002889423610000025
为第m个采样点第q帧振动信号中第jT个采样时刻在频率
Figure BDA0002889423610000026
下的系数，j＝1,2,...,N，p为S变换参数，取值为p＝0,1,2,...,N-1，u＝1,2,...,N-1；
根据下式将每帧振动信号所有采样时刻的S变换系数在时间维度上进行平均，获得每帧振动信号在预设频率范围内的中频带时间平均S变换系数：
Figure BDA0002889423610000027
其中，St-average[m,q,k]为第m个采样点第q帧振动信号在频率k下的中频带时间平均S变换系数，fL和fH分别为预设频率范围的下限和上限。
具体的，步骤四中，首先，根据下式获得中频带时间平均S变换系数的上包络值U[m,q,k]：
Figure BDA0002889423610000028
其中，γ为包络幅度平滑系数，U[m,q,k]为St-average[m,q,k]的上包络值，St-average[m,q,k]为第m个采样点第q帧振动信号在频率k下的中频带时间平均S变换系数；
然后，根据下式获得每帧振动信号的中频背景功率N[m,q,k]：
Figure BDA0002889423610000029
其中，β为包络功率平滑系数，N[m,q,k]为第m个采样点第q帧振动信号在频率k下的中频背景功率，fL和fH分别为预设频率范围的下限和上限；
最后，根据下式获得每帧振动信号的中频带除噪功率值MDP(m,q)：
Figure BDA0002889423610000031
其中，MDP(m,q)为第m个采样点第q帧振动信号的中频带除噪功率值。
设光缆上采样点的总数为M，M为正整数，步骤一中，采集光缆上第m个采样点处的振动信号，m＝1,2,...,M，在步骤六之后，判断m是否等于M，是则结束识别，否则使m＝m+1，然后返回步骤一。
步骤一中，同时采集光缆上所有采样点处的振动信号，或同时采集光缆上多个采样点处的振动信号。
地表挖掘作业与地下光缆相对位置的识别装置，地下光缆上均匀分布有多个采样点，所述识别装置包括：振动信号检测装置和信号分析与识别装置，所述信号分析与识别装置包括：第一计算模块、第二计算模块和确定模块，振动信号检测装置用于采集光缆采样点处的振动信号，并将振动信号发送至信号分析与识别装置，第一计算模块用于对振动信号检测装置采集到的振动信号进行分帧处理，获得Q帧振动信号，每帧振动信号包括N个采样时刻，Q和N均为正整数，还用于分别对每一帧振动信号进行S变换，获得每帧振动信号的中频带时间平均S变换系数，第二计算模块用于根据每帧振动信号的中频带时间平均S变换系数计算每帧振动信号的中频带除噪功率值，确定模块用于选取超出预设阈值的中频带除噪功率值所对应的每一帧振动信号，当选取出的所有帧振动信号中连续帧的个数在预设范围内时，确定这些连续帧振动信号对应的采样点处存在挖掘作业，并根据存在挖掘作业采样点的位置获得挖掘作业与地下光缆的相对位置。
上述第一计算模块中，首先，根据下式对每一帧振动信号按照S变换原理进行分解：
Figure BDA0002889423610000032
其中，
Figure BDA0002889423610000033
为第m个采样点第q帧振动信号经过傅里叶变换后在频率
Figure BDA0002889423610000034
下的幅值，n＝0,1,2,...,N-1，T为每帧振动信号的采样时刻间隔，
x[m,q,dT]为第m个采样点第q帧振动信号中第dT个采样时刻的时域信号，d＝1,2,...,N；
然后，根据下式获得S变换系数：
Figure BDA0002889423610000041
其中，
Figure BDA0002889423610000042
为第m个采样点第q帧振动信号中第jT个采样时刻在频率
Figure BDA0002889423610000043
下的系数，j＝1,2,...,N，p为S变换参数，取值为p＝0,1,2,...,N-1，u＝1,2,...,N-1；
最后，根据下式将每帧振动信号所有采样时刻的S变换系数在时间维度上进行平均，获得每帧振动信号在预设频率范围内的中频带时间平均S变换系数：
Figure BDA0002889423610000044
其中，St-average[m,q,k]为第m个采样点第q帧振动信号在频率k下的中频带时间平均S变换系数，fL和fH分别为预设频率范围的下限和上限。
上述第二计算模块中，首先，根据下式获得中频带时间平均S变换系数的上包络值U[m,q,k]：
Figure BDA0002889423610000045
其中，γ为包络幅度平滑系数，U[m,q,k]为St-average[m,q,k]的上包络值；
然后，根据下式获得每帧振动信号的中频背景功率N[m,q,k]：
Figure BDA0002889423610000046
其中，β为包络功率平滑系数，N[m,q,k]为第m个采样点第q帧振动信号在频率k下的中频背景功率；
最后，根据下式获得每帧振动信号的中频带除噪功率值MDP[m,q]：
Figure BDA0002889423610000047
其中，MDP[m,q]为第m个采样点第q帧振动信号的中频带除噪功率值。
上述振动信号检测装置依次采集光缆上每一个采样点处的振动信号，或者，振动信号检测装置同时采集光缆上所有采样点处的振动信号，或者，振动信号检测装置同时采集光缆上多个采样点处的振动信号。
本发明所述的地表挖掘作业与地下光缆相对位置的识别方法及装置，当光缆沿线的地表出现人工利用镐头或铁锹进行挖掘作业而产生振动信号时，光缆上的采样点就能够捕捉到的振动信号，并对振动信号进行一系列的处理，从而判断出采样点处是否存在人工挖掘作业。当某一采样点存在挖掘作业时，就能够根据采样点所在位置确定出地表人工挖掘作业与采样点之间的位置关系。使用本发明能够实现对人工挖掘作业与地下光缆相对位置进行准确识别，降低因挖掘作业对光缆产生的威胁，为光缆安全防护提供有力保障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍：
图1为本发明具体实施方式一所述地表挖掘作业与地下光缆相对位置的识别方法的流程图；
图2为本发明具体实施方式三所述地表挖掘作业与地下光缆相对位置的识别装置的结构框图；
图3为光缆沿线的某一采样点在有人工挖掘作业的情况下采集的振动信号波形图；
图4为图3所述采样点在没有人工挖掘作业的情况下采集的振动信号波形图；
图5为图3所述振动信号的中频带时间平均S变换系数波形图；
图6为图4所述振动信号的中频带时间平均S变换系数波形图；
图7为图3所述振动信号与其中每一帧信号识别结果的时域叠加图，图中锯齿状线条中的每一个点对应一个帧的识别结果，如果此帧信号识别出包含人工挖掘，则此位置的线条点的纵坐标设置为1，反之为0；因此，以纵坐标0为起点的向上部分所形成的每个矩形区域，对应原始信号中包含人工挖掘的时间段。
图8为图4所述振动信号与其中每一帧信号识别结果的时域叠加图；每一帧信号识别结果的线条为纵坐标为0的横线，代表没有发现人工挖掘信号。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的地表挖掘作业与地下光缆相对位置的识别方法，地下光缆上均匀分布有M采样点，M为正整数，所述识别方法包括以下步骤：
步骤一：采集光缆上第m个采样点处的振动信号，m＝1,2,...,M。
具体地，可采取地下光缆中的一芯光纤作为振动传感器，通过振动传感器获取每一个采样点处的振动信号。相邻采样点之间的距离分辨率可根据需要进行设置，如相邻采样点之间的距离为20米。光源发射的光脉冲沿光纤向前传播，在每一个采样点上产生背向相干瑞利散射，散射光按照位置顺序返回终端。
步骤二：对采集到的振动信号进行分帧处理，获得Q帧振动信号，每帧振动信号包括N个采样时刻，Q和N均为正整数，进一步的，N取值可以为256。
步骤三：分别对每一帧振动信号进行S变换，获得每帧振动信号的中频带时间平均S变换系数。具体如下：
首先，根据下式对每一帧振动信号按照S变换原理进行分解：
Figure BDA0002889423610000061
其中，
Figure BDA0002889423610000062
为第m个采样点第q帧振动信号经过傅里叶变换后在频率
Figure BDA0002889423610000063
下的幅值，n＝0,1,2,...,N-1，T为每帧振动信号的采样时刻间隔，i为虚数单位，
x[m,q,dT]为第m个采样点第q帧振动信号中第dT个采样时刻的时域信号，d＝1,2,...,N；
根据下式获得S变换系数：
Figure BDA0002889423610000064
其中，
Figure BDA0002889423610000065
为第m个采样点第q帧振动信号中第jT个采样时刻在频率
Figure BDA0002889423610000066
下的系数，j＝1,2,...,N，p为S变换参数，取值为p＝0,1,2,...,N-1，u＝1,2,...,N-1，此处的u即为上述n，但是u不取0；
最后，根据下式将每帧振动信号所有采样时刻的S变换系数在时间维度上进行平均，获得每帧振动信号在预设频率范围内的中频带时间平均S变换系数：
Figure BDA0002889423610000067
其中，St-average[m,q,k]为第m个采样点第q帧振动信号在频率k下的中频带时间平均S变换系数，fL和fH分别为预设频率范围的下限和上限。实际操作时，fL和fH可分别取100Hz和200Hz。
步骤四：根据每帧振动信号的中频带时间平均S变换系数计算每帧振动信号的中频带除噪功率值。具体如下：
首先，根据下式获得中频带时间平均S变换系数的上包络值U[m,q,k]：
Figure BDA0002889423610000071
其中，γ为包络幅度平滑系数，U[m,q,k]为St-average[m,q,k]的上包络值；
然后，根据下式获得每帧振动信号的中频背景功率N[m,q,k]：
Figure BDA0002889423610000072
其中，β为包络功率平滑系数，N[m,q,k]为第m个采样点第q帧振动信号在频率k下的中频背景功率；
最后，根据下式获得每帧振动信号的中频带除噪功率值MDP(m,q)：
Figure BDA0002889423610000073
其中，MDP(m,q)为第m个采样点第q帧振动信号的中频带除噪功率值。
步骤五：选取超出预设阈值的中频带除噪功率值所对应的每一帧振动信号。实际操作中，预设阈值可以取0.6。
步骤六：当步骤五选取出的所有帧振动信号中连续帧的个数在预设范围(实际可取[20,30])内，则这些连续帧振动信号对应的采样点处存在挖掘作业。进而能够根据存在挖掘作业采样点的位置获得挖掘作业与地下光缆的相对位置。
例如：光缆上的采样点从头至尾按顺序排列，且相邻两个采样点之间距离固定。当出现存在挖掘作业的采样点时，即可根据采样点的序号乘以固定距离，就能够获得挖掘作业处距离光缆首端的具体距离。
步骤七：判断m是否等于M，是则结束识别，否则使m＝m+1，然后返回步骤一。
本实施方式提供的识别方法根据光时域反射原理，通过对光缆沿线各采样点逐一识别，能够实现对人工挖掘活动位置与光缆之间相对位置的精确定位，实现了对光缆安全防护的预警，在挖掘活动对光缆造成破坏之前做到防患于未然。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一所述的地表挖掘作业与地下光缆相对位置的识别方法的区别在于，本实施方式在步骤一中，同时采集光缆上所有采样点处的振动信号。然后执行步骤二至步骤六。
具体实施方式三：参照图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的地表挖掘作业与地下光缆相对位置的识别装置，地下光缆上均匀分布有多个采样点，所述识别装置包括：振动信号检测装置、信号分析与识别装置和现场监控终端。
振动信号检测装置与两条分布式光纤振动传感器(即埋地光缆)连接，用于获取每条光缆上每个采样点处的振动信号，并将获取的振动信号发送给信号分析与识别装置，信号分析与识别装置将分析得到的结果通过网络发送给现场监控终端。具体的，振动信号检测装置依次采集光缆上每一个采样点处的振动信号；或者，振动信号检测装置同时采集光缆上所有采样点处的振动信号。
所述信号分析与识别装置包括：光源驱动及保护电路、激光光源、脉冲发生电路、脉冲光波调制器、光电探测器、采集卡与第一服务器。第一服务器包括：第一计算模块、第二计算模块和确定模块。现场监控终端包括第二服务器，用于人机交互。
激光电源包括两个端口，一个端口与光源驱动及保护电路连接，另一个端口与脉冲光波调制器连接，脉冲光波调制器有三个端口，分别与脉冲发生电路、激光光源及光缆连接，两个光电探测器分别包括两个端口，一个端口与埋地光缆连接，另一端口与信号分析与识别装置连接。采集卡包括三个端口，其中两个端口分别与两个光电探测器连接，另一个端口与第一服务器连接，第一服务器用于信号分析与数据存储，包括两个端口，一个端口与采集卡连接，另一端口与现场监控终端的第二服务器连接。
第一计算模块用于对振动信号检测装置采集到的振动信号进行分帧处理，获得Q帧振动信号，每帧振动信号包括N个采样时刻，Q和N均为正整数，还用于分别对每一帧振动信号进行S变换，获得每帧振动信号的中频带时间平均S变换系数。
具体的，第一计算模块中，首先，根据下式对每一帧振动信号按照S变换原理进行分解：
Figure BDA0002889423610000081
其中，
Figure BDA0002889423610000091
为第m个采样点第q帧振动信号经过傅里叶变换后在频率
Figure BDA0002889423610000092
下的幅值，n＝1,2,...,N-1，T为每帧振动信号的采样时刻间隔，
x[m,q,dT]为第m个采样点第q帧振动信号中第dT个采样时刻的时域信号，d＝1,2,...,N-1；
然后，根据下式获得S变换系数：
Figure BDA0002889423610000093
其中，
Figure BDA0002889423610000094
为第m个采样点第q帧振动信号中第jT个采样时刻在频率
Figure BDA0002889423610000095
下的系数，j＝0,1,2,...,N-1，p为S变换参数，取值为p＝1,2,...,N-1；
最后，根据下式将每帧振动信号所有采样时刻的S变换系数在时间维度上进行平均，获得每帧振动信号在预设频率范围内的中频带时间平均S变换系数：
Figure BDA0002889423610000096
其中，St-average[m,q,k]为第m个采样点第q帧振动信号在频率k下的中频带时间平均S变换系数，fL和fH分别为预设频率范围的下限和上限。
第二计算模块用于根据每帧振动信号的中频带时间平均S变换系数计算每帧振动信号的中频带除噪功率值，
确定模块用于选取超出预设阈值的中频带除噪功率值所对应的每一帧振动信号，当选取出的所有帧振动信号中连续帧的个数在预设范围内时，确定这些连续帧振动信号对应的采样点处存在挖掘作业，并根据存在挖掘作业采样点的位置获得挖掘作业与地下光缆的相对位置。
具体的，第二计算模块中，首先，根据下式获得中频带时间平均S变换系数的上包络值U[m,q,k]：
Figure BDA0002889423610000097
其中，γ为包络幅度平滑系数，U[m,q,k]为St-average[m,q,k]的上包络值；
然后，根据下式获得每帧振动信号的中频背景功率N[m,q,k]：
Figure BDA0002889423610000101
其中，β为包络功率平滑系数，N[m,q,k]为第m个采样点第q帧振动信号在频率k下的中频背景功率；
最后，根据下式获得每帧振动信号的中频带除噪功率值MDP[m,q]：
Figure BDA0002889423610000102
其中，MDP[m,q]为第m个采样点第q帧振动信号的中频带除噪功率值。
光电探测器实时地按位置的先后顺序获取光缆上的每个采样点的振动信号并转换为电压信号。当埋地光缆沿线的地表出现人工挖掘活动，埋地光缆上该点的振动信号增强，光电探测器探测到该点的振动信号后，发送给采集卡，采集卡将采集到的信号发送给第一服务器进行分析处理之后，通过网络发送给第二服务器，从而可根据第二服务器获取该点的振动信号信息。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所提供的方法和装置，仅仅是示意性的，例如，所述步骤和模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。上述方法和装置可以通过计算机装置运行相应的软件和硬件来实现。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.地表挖掘作业与地下光缆相对位置的识别方法，地下光缆上均匀分布有多个采样点，其特征在于，
所述识别方法包括以下步骤：
步骤一：采集光缆采样点处的振动信号，
步骤二：对采集到的振动信号进行分帧处理，获得Q帧振动信号，每帧振动信号包括N个采样时刻，Q和N均为正整数，
步骤三：分别对每一帧振动信号进行S变换，获得每帧振动信号的中频带时间平均S变换系数，
步骤四：根据每帧振动信号的中频带时间平均S变换系数计算每帧振动信号的中频带除噪功率值，
步骤五：选取超出预设阈值的中频带除噪功率值所对应的每一帧振动信号，
步骤六：当步骤五选取出的所有帧振动信号中连续帧的个数在预设范围内，则这些连续帧振动信号对应的采样点处存在挖掘作业，根据存在挖掘作业采样点的位置获得挖掘作业与地下光缆的相对位置。
2.根据权利要求1所述的地表挖掘作业与地下光缆相对位置的识别方法，其特征在于，步骤三中，
首先，对每一帧振动信号按照S变换原理进行分解；
然后，根据分解后的结果计算S变换系数；
最后，将每帧振动信号所有采样时刻的S变换系数在时间维度上进行平均，获得每帧振动信号在预设频率范围内的中频带时间平均S变换系数。
3.根据权利要求2所述的地表挖掘作业与地下光缆相对位置的识别方法，其特征在于，
根据下式对每一帧振动信号按照S变换原理进行分解：
Figure FDA0002889423600000011
其中，
Figure FDA0002889423600000012
为第m个采样点第q帧振动信号经过傅里叶变换后在频率
Figure FDA0002889423600000013
下的幅值，n＝0,1,2,...,N-1，T为每帧振动信号的采样时刻间隔，
x[m,q,dT]为第m个采样点第q帧振动信号中第dT个采样时刻的时域信号，d＝1,2,...,N；
根据下式获得S变换系数：
Figure FDA0002889423600000021
其中，
Figure FDA0002889423600000022
为第m个采样点第q帧振动信号中第jT个采样时刻在频率
Figure FDA0002889423600000023
下的系数，j＝1,2,...,N，p为S变换参数，取值为p＝0,1,2,...,N-1，u＝1,2,...,N-1；
根据下式将每帧振动信号所有采样时刻的S变换系数在时间维度上进行平均，获得每帧振动信号在预设频率范围内的中频带时间平均S变换系数：
Figure FDA0002889423600000024
其中，St-average[m,q,k]为第m个采样点第q帧振动信号在频率k下的中频带时间平均S变换系数，fL和fH分别为预设频率范围的下限和上限。
4.根据权利要求2所述的地表挖掘作业与地下光缆相对位置的识别方法，其特征在于，步骤四中，
首先，根据下式获得中频带时间平均S变换系数的上包络值U[m,q,k]：
Figure FDA0002889423600000025
其中，γ为包络幅度平滑系数，U[m,q,k]为St-average[m,q,k]的上包络值，St-average[m,q,k]为第m个采样点第q帧振动信号在频率k下的中频带时间平均S变换系数；
然后，根据下式获得每帧振动信号的中频背景功率N[m,q,k]：
Figure FDA0002889423600000026
其中，β为包络功率平滑系数，N[m,q,k]为第m个采样点第q帧振动信号在频率k下的中频背景功率，fL和fH分别为预设频率范围的下限和上限；
最后，根据下式获得每帧振动信号的中频带除噪功率值MDP(m,q)：
Figure FDA0002889423600000027
其中，MDP(m,q)为第m个采样点第q帧振动信号的中频带除噪功率值。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的地表挖掘作业与地下光缆相对位置的识别方法，其特征在于，设光缆上采样点的总数为M，M为正整数，
步骤一中，采集光缆上第m个采样点处的振动信号，m＝1,2,...,M，
在步骤六之后，判断m是否等于M，是则结束识别，否则使m＝m+1，然后返回步骤一。
6.根据权利要求1、2、3或4所述的地表挖掘作业与地下光缆相对位置的识别方法，其特征在于，步骤一中，同时采集光缆上所有采样点处的振动信号，或同时采集光缆上多个采样点处的振动信号。
7.地表挖掘作业与地下光缆相对位置的识别装置，地下光缆上均匀分布有多个采样点，其特征在于，所述识别装置包括：振动信号检测装置和信号分析与识别装置，所述信号分析与识别装置包括：第一计算模块、第二计算模块和确定模块，
振动信号检测装置用于采集光缆采样点处的振动信号，并将振动信号发送至信号分析与识别装置，
第一计算模块用于对振动信号检测装置采集到的振动信号进行分帧处理，获得Q帧振动信号，每帧振动信号包括N个采样时刻，Q和N均为正整数，还用于分别对每一帧振动信号进行S变换，获得每帧振动信号的中频带时间平均S变换系数，
第二计算模块用于根据每帧振动信号的中频带时间平均S变换系数计算每帧振动信号的中频带除噪功率值，
确定模块用于选取超出预设阈值的中频带除噪功率值所对应的每一帧振动信号，当选取出的所有帧振动信号中连续帧的个数在预设范围内时，确定这些连续帧振动信号对应的采样点处存在挖掘作业，并根据存在挖掘作业采样点的位置获得挖掘作业与地下光缆的相对位置。
8.根据权利要求7所述的地表挖掘作业与地下光缆相对位置的识别装置，其特征在于，第一计算模块中，首先，根据下式对每一帧振动信号按照S变换原理进行分解：
Figure FDA0002889423600000031
其中，
Figure FDA0002889423600000032
为第m个采样点第q帧振动信号经过傅里叶变换后在频率
Figure FDA0002889423600000033
下的幅值，n＝0,1,2,...,N-1，T为每帧振动信号的采样时刻间隔，
x[m,q,dT]为第m个采样点第q帧振动信号中第dT个采样时刻的时域信号，d＝1,2,...,N；
然后，根据下式获得S变换系数：
Figure FDA0002889423600000041
其中，
Figure FDA0002889423600000042
为第m个采样点第q帧振动信号中第jT个采样时刻在频率
Figure FDA0002889423600000043
下的系数，j＝1,2,...,N，p为S变换参数，取值为p＝0,1,2,...,N-1，u＝1,2,...,N-1；
最后，根据下式将每帧振动信号所有采样时刻的S变换系数在时间维度上进行平均，获得每帧振动信号在预设频率范围内的中频带时间平均S变换系数：
Figure FDA0002889423600000044
其中，St-average[m,q,k]为第m个采样点第q帧振动信号在频率k下的中频带时间平均S变换系数，fL和fH分别为预设频率范围的下限和上限。
9.根据权利要求7所述的地表挖掘作业与地下光缆相对位置的识别装置，其特征在于，第二计算模块中，首先，根据下式获得中频带时间平均S变换系数的上包络值U[m,q,k]：
Figure FDA0002889423600000045
其中，γ为包络幅度平滑系数，U[m,q,k]为St-average[m,q,k]的上包络值；
然后，根据下式获得每帧振动信号的中频背景功率N[m,q,k]：
Figure FDA0002889423600000046
其中，β为包络功率平滑系数，N[m,q,k]为第m个采样点第q帧振动信号在频率k下的中频背景功率；
最后，根据下式获得每帧振动信号的中频带除噪功率值MDP[m,q]：
Figure FDA0002889423600000047
其中，MDP[m,q]为第m个采样点第q帧振动信号的中频带除噪功率值。
10.根据权利要求7所述的地表挖掘作业与地下光缆相对位置的识别装置，其特征在于，振动信号检测装置依次采集光缆上每一个采样点处的振动信号，
或者，振动信号检测装置同时采集光缆上所有采样点处的振动信号，
或者，振动信号检测装置同时采集光缆上多个采样点处的振动信号。
CN202110023542.0A 2021-01-08 2021-01-08 地表挖掘作业与地下光缆相对位置的识别方法及装置 Active CN112816056B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110023542.0A CN112816056B (zh) 2021-01-08 2021-01-08 地表挖掘作业与地下光缆相对位置的识别方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110023542.0A CN112816056B (zh) 2021-01-08 2021-01-08 地表挖掘作业与地下光缆相对位置的识别方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112816056A true CN112816056A (zh) 2021-05-18
CN112816056B CN112816056B (zh) 2022-05-03

Family

ID=75868651

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110023542.0A Active CN112816056B (zh) 2021-01-08 2021-01-08 地表挖掘作业与地下光缆相对位置的识别方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112816056B (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106991773A (zh) * 2017-05-16 2017-07-28 华中科技大学 一种基于s变换特征提取的安防系统振动信号识别方法
CN107730895A (zh) * 2017-10-25 2018-02-23 同济大学 一种埋入式道路车辆类型识别系统和方法
WO2019015454A1 (zh) * 2017-07-21 2019-01-24 国网上海市电力公司 一种地埋电缆防误开挖预警装置
CN109374115A (zh) * 2018-12-07 2019-02-22 武汉理工光科股份有限公司 基于φ-OTDR的油气管线外破振动监测识别方法
CN109470352A (zh) * 2018-10-19 2019-03-15 威海北洋光电信息技术股份公司 基于自适应阈值的分布式光纤管道安全监测算法
CN110231117A (zh) * 2019-06-10 2019-09-13 中设设计集团股份有限公司 一种基于s变换的拉索基频特征辨识方法
CN111582160A (zh) * 2020-05-07 2020-08-25 四川大学 基于分布式光纤传感系统的车辆轨迹提取方法及装置
EP3715818A1 (en) * 2019-03-28 2020-09-30 Viavi Solutions France SAS Fiber optic cable location system and method
CN111912513A (zh) * 2020-07-14 2020-11-10 国家电网有限公司 一种基于φ-otdr的光缆沿线挖掘机施工事件的识别方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106991773A (zh) * 2017-05-16 2017-07-28 华中科技大学 一种基于s变换特征提取的安防系统振动信号识别方法
WO2019015454A1 (zh) * 2017-07-21 2019-01-24 国网上海市电力公司 一种地埋电缆防误开挖预警装置
JP2020510269A (ja) * 2017-07-21 2020-04-02 国网上海市電力公司Ｓｔａｔｅ Ｇｒｉｄ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ 埋設電力ケーブルが間違って掘削されることを防止する警報装置
CN107730895A (zh) * 2017-10-25 2018-02-23 同济大学 一种埋入式道路车辆类型识别系统和方法
CN109470352A (zh) * 2018-10-19 2019-03-15 威海北洋光电信息技术股份公司 基于自适应阈值的分布式光纤管道安全监测算法
CN109374115A (zh) * 2018-12-07 2019-02-22 武汉理工光科股份有限公司 基于φ-OTDR的油气管线外破振动监测识别方法
EP3715818A1 (en) * 2019-03-28 2020-09-30 Viavi Solutions France SAS Fiber optic cable location system and method
CN110231117A (zh) * 2019-06-10 2019-09-13 中设设计集团股份有限公司 一种基于s变换的拉索基频特征辨识方法
CN111582160A (zh) * 2020-05-07 2020-08-25 四川大学 基于分布式光纤传感系统的车辆轨迹提取方法及装置
CN111912513A (zh) * 2020-07-14 2020-11-10 国家电网有限公司 一种基于φ-otdr的光缆沿线挖掘机施工事件的识别方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LIU K等: "《An S-transform-based positioning method for asymmetric interferometer disturbance sensors》", 《JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY》 *
TAN D J等: "《Signal Classification for Pipeline Security Threat Event Based on Optimized Support Vector Machine》", 《KEY ENGINEERING MATERIALS》 *
王振等: "《基于光纤传感的长输管道破坏预警技术研究》", 《工业安全与环保》 *
郭远晶等: "《S变换时频谱SVD降噪的冲击特征提取方法》", 《振动工程学报》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112816056B (zh) 2022-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Advances in phase-sensitive optical time-domain reflectometry
CN105931402B (zh) 基于图像识别的光纤周界入侵监测方法
CN108254798B (zh) 一种快速定位地下光缆的方法及装置
Singh et al. Buried object detection and analysis of GPR images: Using neural network and curve fitting
CN102280001B (zh) 基于φ-otdr的分布式光纤围栏入侵检测与定位方法
CN103196465A (zh) 一种相敏光时域反射仪传感信号噪声分离及信号提取方法
CN108680796A (zh) 用于计算机显示器的电磁信息泄漏检测系统及方法
CN112032575B (zh) 一种基于弱光栅的管道安全监测方法、系统及存储介质
CN112985574B (zh) 基于模型融合的光纤分布式声波传感信号高精度分类识别方法
CN111780855A (zh) 基于光纤径向振源测距振动识别的电缆防外破方法及系统
CN115265750A (zh) 一种光纤分布式声波传感系统及方法
WO2008083014A2 (en) System and method for quality control of noisy data
CN110657879B (zh) 一种基于fft的分布式光纤振动传感定位方法及装置
CN112816056B (zh) 地表挖掘作业与地下光缆相对位置的识别方法及装置
CN111539393B (zh) 基于emd分解与lstm的油气管道第三方施工预警方法
CN105698915A (zh) 一种光纤振源识别方法及装置、系统
CN116026449B (zh) 一种基于单芯光纤传感的振动定位监测系统
CN109120336A (zh) 基于相位敏感光时域反射传感器的防误警漏警方法
CN116973043A (zh) 基于分布式光纤的管道智能监测预警方法及系统
WO2023225316A1 (en) Telecom cable tension screening technique based on wave propagation and distributed acoustic sensing
Romano et al. Robust analysis for the characterization of the seismo-electromagnetic signals observed in Southern Italy
CN108133559A (zh) 光纤端点检测在周界预警系统中的应用
CN114354744B (zh) 一种电力电缆防外破监测方法、系统及装置
Tejedor et al. Towards detection of pipeline integrity threats using a SmarT fiber-OPtic surveillance system: PIT-STOP project blind field test results
CN110440901B (zh) 一种基于脉冲累加的分布式光纤振动传感定位方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20221111

Address after: 100000 1318-23, Floor 13, Building A 1, Qinghe Jiayuan East District, Haidian District, Beijing

Patentee after: Beijing Jietian Technology Co.,Ltd.

Address before: 300222 1310 Dagu South Road, Hexi District, Tianjin

Patentee before: TIANJIN University OF TECHNOLOGY AND EDUCATION (CHINA VOCATIONAL TRAINING INSTRUCTOR TRAINING CENTER)

Patentee before: TIANJIN VOCATIONAL INSTITUTE