CN113295248B - 一种基于分布式光纤监测汽车超载的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽车超载监测技术，特别涉及一种基于分布式光纤监测汽车超载的方法。本发明的基于分布式光纤监测汽车超载的方法包括获得应变‑载重函数，以及利用应变‑载重函数监测汽车载重，其中，所述获得应变‑载重函数包括实验确定汽车频率特征，以及使用归一化应变量和载重拟合出应变‑载重函数。优点：充分利用现有路段中的分布式光纤设备，不增加成本的情况下，实现对经过车辆的超载检测，整个方法算法简单，计算量小，扩展了分布式光纤的运用领域。
Description
技术领域
本发明涉及汽车超载监测技术，特别涉及一种基于分布式光纤监测汽车超载的方法。
背景技术
在公路建设中，由于边坡地质条件在前期勘察工作中难以认识透彻，而且边坡的稳定性又受环境综合因素影响具有动态变化的特点，加上山区岩土边坡地质情况复杂、工程规模大，所涉及的岩土问题相应也较多，这样就需要对这些部位进行重点监测。曲靖东南过境公路东过境段项目利用分布式光纤抗干扰能力强、灵敏度高、全长覆盖(对于每一点都可以监测，避免重灾害发生漏检)监测等优点，实现了对边坡的安全监测取得了良好的效果。
对于一个运行良好的系统，如果充分利用其技术特点，开发出一个新的功能，将极大的提高系统的价值。
众所周知，超载运输的对道路的危害极大，其严重破坏公路设施,增加公路维护费用,缩短公路使用寿命。如果利用现有边坡中的分布式光纤监测汽车超载，将在几乎不增加成本的情况下，极大提高道路监控水平。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于分布式光纤监测汽车超载的方法，有效的克服了现有技术的缺陷。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种基于分布式光纤监测汽车超载的方法，包括获得应变-载重函数，上述获得应变-载重函数包括：实验确定汽车频率特征，以及使用归一化应变量和载重拟合出应变-载重函数：
上述实验确定汽车频率特征包括以下步骤：
S101，让实验车辆经过分布式光纤起点位置；
S102，定时记录上述实验车辆经过时的分布式光纤应变数据；
S103，将S102得到的上述分布式光纤应变数据用时域展示，并将时域信号用傅里叶变换转换为频谱信号；
S104，找到上述实验车辆的频率；
S105，找出实验车俩经过起点时，分布式光纤上各点频谱信号中上述频率对应的幅度，生成位置/幅度图；
S106，将位置/幅度图用一元线性方程拟合，求得函数f(x)＝ax+b；
S107，利用公式(1)求得拟合优度：
其中，
是拟合函数f(x)求得，yi是实际测量值，
是实际测量值的平均值，n是分布式光纤上的总点数；a和拟合优度是上述频率特征；
S108，不同载重的汽车多次实验，得到斜率a的范围和拟合优度范围；
上述使用归一化应变量和载重拟合出应变-载重函数包括以下步骤：
S201，以分布式光纤上的一个点做参考，设定一个时间窗为k，取Ti、Ti+1…Ti+k时上述点上述频率的应变量平均值，找到平均值最大的时间点Tj；
S202，将Tj、Tj+1…Tj+k时分布式光纤上所有点上述频率的幅度求平均得到
S203，将Tj、Tj+1…Tj+k时分布式光纤上所有点的应变量取平均得到
归一化应变量
S204，不同载重的汽车多次实验，得到多组上述归一化应变量和汽车载重的数据，通过拟合得到应变-载重函数；
还包括利用应变-载重函数监测汽车载重，上述利用应变-载重函数监测汽车载重包括以下步骤：
S301，定时记录社会车辆经过时的分布式光纤应变数据；
S302，将S301得到的分布式光纤应变数据用时域展示，并将时域信号用傅里叶变换转换为频谱信号；
S303，找到分布式光纤中各点都出现的频率集W{f1，f2…}；
S304，生成各频率的位置/幅度图；
S305，将上述各频率位置/幅度图用一元线性方程拟合；
S306，保留a和拟合优度在S108步骤确定的范围中的频率，得到频率集V{f1，f2…}；
S307，选频率集V{f1，f2…}中的一个频率,找到分布式光纤上的一个点做参考，设定时间窗为k，取Ti、Ti+1…Ti+k时该点上述频率的应变量平均值，找到平均值最大的时间点Tj；
S308，将Tj、Tj+1…Tj+k时分布式光纤上所有点上述频率的幅度求平均得到
S309，将Tj、Tj+1…Tj+k时分布式光纤上所有点的应变量取平均得到
归一化应变量
S310，利用上述应变-载重函数求得载重，如果超重报警。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，还包括S311，上述S311包括：重复步骤S307-S310，监测所有社会车辆是否超载。
进一步，上述S102中，时间间隔取分布式光纤设备的最小值。
进一步，上述S301中，时间间隔取分布式光纤设备的最小值。
本发明的有益效果是：充分利用现有路段中的分布式光纤设备，不增加成本的情况下，实现对经过车辆的超载检测，整个方法算法简单，计算量小，扩展了分布式光纤的运用领域。
附图说明
图1为本发明的基于分布式光纤监测汽车超载的方法中确定汽车频率特征的方法示意图；
图2为本发明的基于分布式光纤监测汽车超载的方法中使用归一化应变量和载重拟合出应变-载重函数的方法示意图；
图3为本发明的基于分布式光纤监测汽车超载的方法中利用应变-载重函数监测汽车载重的方法示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例：如图1、2、3所示，本实施例的基于分布式光纤监测汽车超载的方法，其特征在于，
包括获得应变-载重函数，上述获得应变-载重函数包括：实验确定汽车频率特征，以及使用归一化应变量和载重拟合出应变-载重函数：
上述实验确定汽车频率特征包括以下步骤：
S101，让实验车辆经过分布式光纤起点位置；
S102，定时记录上述实验车辆经过时的分布式光纤应变数据，时间间隔取分布式光纤设备的最小值；
S103，将S102得到的上述分布式光纤应变数据用时域展示，并将时域信号用傅里叶变换转换为频谱信号；
S104，找到上述实验车辆的频率；
S105，找出实验车俩经过起点时，分布式光纤上各点频谱信号中上述频率对应的幅度，生成位置/幅度图；
S106，将位置/幅度图用一元线性方程拟合，求得函数f(x)＝ax+b；
S107，利用公式(1)求得拟合优度：
其中，
是拟合函数f(x)求得，yi是实际测量值，
是实际测量值的平均值，n是分布式光纤上的总点数；a和拟合优度是上述频率特征；
S108，不同载重的汽车多次实验，得到斜率a的范围和拟合优度范围；
上述使用归一化应变量和载重拟合出应变-载重函数包括以下步骤：
S201，以分布式光纤上的一个点做参考，设定一个时间窗为k，取Ti、Ti+1…Ti+k时上述点上述频率的应变量平均值，找到平均值最大的时间点Tj；
S202，将Tj、Tj+1…Tj+k时分布式光纤上所有点上述频率的幅度求平均得到
S203，将Tj、Tj+1…Tj+k时分布式光纤上所有点的应变量取平均得到
归一化应变量
S204，不同载重的汽车多次实验，得到多组上述归一化应变量和汽车载重的数据，通过拟合得到应变-载重函数；
还包括利用应变-载重函数监测汽车载重，上述利用应变-载重函数监测汽车载重包括以下步骤：
S301，定时记录社会车辆经过时的分布式光纤应变数据，时间间隔取分布式光纤设备的最小值；
S302，将S301得到的分布式光纤应变数据用时域展示，并将时域信号用傅里叶变换转换为频谱信号；
S303，找到分布式光纤中各点都出现的频率集W{f1，f2…}；
S304，生成各频率的位置/幅度图；
S305，将上述各频率位置/幅度图用一元线性方程拟合；
S306，保留a和拟合优度在S108步骤确定的范围中的频率，得到频率集V{f1，f2…}；
S307，选频率集V{f1，f2…}中的一个频率,找到分布式光纤上的一个点做参考，设定时间窗为k，取Ti、Ti+1…Ti+k时该点上述频率的应变量平均值，找到平均值最大的时间点Tj；
S308，将Tj、Tj+1…Tj+k时分布式光纤上所有点上述频率的幅度求平均得到
S309，将Tj、Tj+1…Tj+k时分布式光纤上所有点的应变量取平均得到
归一化应变量
S310，利用上述应变-载重函数求得载重，如果超重报警；
S311，重复步骤S307-S310，监测所有社会车辆是否超载。
整个方法利用利用现有边坡中的分布式光纤监测汽车超速，将在几乎不增加成本的情况下，极大提高道路监控水平，机具市场价值及经济效益，降低了道路安全监测的成本投入。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (4)
1.一种基于分布式光纤监测汽车超载的方法，其特征在于，
包括获得应变-载重函数，所述获得应变-载重函数包括：实验确定汽车频率特征，以及使用归一化应变量和载重拟合出应变-载重函数：
所述实验确定汽车频率特征包括以下步骤：
S101，让实验车辆经过分布式光纤起点位置；
S102，定时记录所述实验车辆经过时的分布式光纤应变数据；
S103，将S102得到的所述分布式光纤应变数据用时域展示，并将时域信号用傅里叶变换转换为频谱信号；
S104，找到所述实验车辆的频率；
S105，找出实验车俩经过起点时，分布式光纤上各点频谱信号中所述频率对应的幅度，生成位置/幅度图；
S106，将位置/幅度图用一元线性方程拟合，求得函数f(x)＝ax+b；
S107，利用公式(1)求得拟合优度：
其中，
是拟合函数f(x)求得，yi是实际测量值，
是实际测量值的平均值，n是分布式光纤上的总点数；a和拟合优度是所述频率特征；
S108，不同载重的汽车多次实验，得到斜率a的范围和拟合优度范围；
所述使用归一化应变量和载重拟合出应变-载重函数包括以下步骤：
S201，以分布式光纤上的一个点做参考，设定一个时间窗为k，取Ti、Ti+1…Ti+k时所述点所述频率的应变量平均值，找到平均值最大的时间点Tj；
S202，将Tj、Tj+1…Tj+k时分布式光纤上所有点所述频率的幅度求平均得到
S203，将Tj、Tj+1…Tj+k时分布式光纤上所有点的应变量取平均得到
归一化应变量
S204，不同载重的汽车多次实验，得到多组所述归一化应变量和汽车载重的数据，通过拟合得到应变-载重函数；
还包括利用应变-载重函数监测汽车载重，所述利用应变-载重函数监测汽车载重包括以下步骤：
S301，定时记录社会车辆经过时的分布式光纤应变数据；
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S304，生成各频率的位置/幅度图；
S305，将所述各频率位置/幅度图用一元线性方程拟合；
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S308，将Tj、Tj+1…Tj+k时分布式光纤上所有点所述频率的幅度求平均得到
S309，将Tj、Tj+1…Tj+k时分布式光纤上所有点的应变量取平均得到
归一化应变量
S310，利用所述应变-载重函数求得载重，如果超重报警。
2.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤监测汽车超载的方法，其特征在于,还包括S311，所述S311包括：重复步骤S307-S310，监测所有社会车辆是否超载。
3.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤监测汽车超载的方法，其特征在于：所述S102中，时间间隔取分布式光纤设备的最小值。
4.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤监测汽车超载的方法，其特征在于：所述S301中，时间间隔取分布式光纤设备的最小值。
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