[發明專利]面向地下管網安全監測的分布式光纖傳感信號處理方法

有效

• 申請號: 201710613247.4
• 申請日: 2017-07-25
• 公開（公告）號: CN107425906B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發明（設計）人: 吳慧娟;張偉;劉香榮;饒云江
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04B10/071
• 分類號: H04B10/071;H04B10/077;G01N23/20
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 徐金瓊;劉東

1.一種面向地下管網安全監測的分布式光纖傳感信號處理方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、利用監測范圍內布設的探測光纜，拾取探測光纜沿線上各空間點的聲音或振動信號；

步驟2、采集整個監測范圍內各空間點的聲音或振動信號進行基于信號相對量自定義的短時特征提取；

步驟3、各空間點根據短時特征檢測是否有異常事件，對有異常事件的信號進行長時特征累積計算，累積計算后進行離散化處理，再輸入對應該空間點訓練好的貝葉斯識別分類網絡進行識別和分類；

所述步驟3中，各空間點的貝葉斯識別分類網絡構建的具體步驟如下：

步驟31、累積各空間點的聲音或振動信號并進行預處理，預處理后得到的長時間段信號構建典型事件數據訓練集；

步驟32、對典型事件數據訓練集進行基于信號相對量自定義的短時特征提取，提取后累積計算長時特征，將典型事件數據訓練集轉化為對應的長時特征訓練集；

步驟33、基于長時特征訓練集中各長時特征的概率分布信息，結合各空間點背景環境的先驗概率信息，構建貝葉斯識別分類網絡拓撲結構并進行參數學習，得到訓練好的貝葉斯識別分類網絡；

所述步驟32的具體步驟如下：

步驟321、對短時間段信號提取4個短時特征，分別為：主沖擊強度特征A₁、次沖擊強度特征A₂、主次沖擊幅值比例特征A₃和小波包能量譜特征A₄；

步驟322、在短時特征的基礎上累積計算得到6個長時特征，分別為：長時主沖擊強度特征B₁，長時次沖擊強度特征B₂，長時幅值比例特征B₃，長時小波包能量譜特征B₄，長時環境背景特征B₅和長時嚴格沖擊個數特征B₆；

步驟323、根據長時特征和其對應的事件類型標簽，將典型事件數據訓練集轉換為對應的長時特征訓練集。

2.根據權利要求1所述的一種面向地下管網安全監測的分布式光纖傳感信號處理方法，其特征在于，所述步驟3的具體步驟如下：

步驟3.1、給定判斷閾值，根據短時特征對各空間點聲音或振動信號進行異常判斷；

步驟3.2、若檢測出某空間點發生異常事件，對該空間點從發生異常事件的時刻開始進行長時特征累積計算，累積計算后進行離散化處理；

步驟3.3、將離散處理后的結果輸入對應該空間點訓練好的貝葉斯識別分類網絡進行識別和分類。

3.根據權利要求1所述的一種面向地下管網安全監測的分布式光纖傳感信號處理方法，其特征在于，所述步驟31的具體步驟如下：

步驟311、基于周期性觸發脈沖采集各空間點的聲音或振動信號，第k個觸發脈沖周期內采集的整個監測范圍的聲音或振動信號為：

X_k＝{x_ki(i＝1,2,…,N)}＝[x_k1,x_k2,…,x_kN] (1)；

式中，N為整個監測范圍內的數據采集長度；

步驟312、將每個光脈沖觸發周期內采集的聲音或振動信號沿時間軸進行累積，構建一個空間N維，時間T維的時空信號響應矩陣為：

XX＝{x_ki(k＝1,2,…,T；i＝1,2,…,N)} (2)；

步驟313、空間N維，時間T維的時空信號響應矩陣中，第i個空間點累積得到的短時間段信號為：

w_i＝{x_ki,k＝1,2,…,M} (3)；

步驟314、各空間點在時間軸上連續累積m個短時段信號構成一個長時

間段信號為：W_i＝{x_ki(k＝1,2,…,L)} (4)；

L＝m×M m≥1，

式中，L為長時間段信號長度,M為短時間段信號長度；

步驟315、累積空間長度為L的長時間段信號，按實際發生的事件類型分別給長時間段信號貼上事件類型標簽，并添加到數據庫中構建典型事件數據訓練集。