[發明專利]基于自適應閾值的分布式光纖管道安全監測算法

有效

• 申請號: 201811220973.0
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109470352B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 邢陸雁;張妮娜;曹峰;紀圣華;王秀亮;張玉超;劉順;王鵬耀;王煒
• 申請（專利權）人: 威海北洋光電信息技術股份公司
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 威海科星專利事務所 37202
• 代理人: 初姣姣

本發明提供了一種基于自適應閾值的分布式光纖管道安全監測算法，所述算法包括：從光纖振動傳感器采集原始信號并進行預處理；對原始信號在時域方向上進行多層小波包分解，選取某一細節分量對信號進行重構；根據重構信號計算空間特征向量；根據空間特征向量計算自適應閾值并判斷報警位置；最后進行報警類型庫比對，輸出相應的報警類型。基于自適應閾值的分布式光纖管道安全監測算法可以準確的識別人為挖掘和機械挖掘事件，并且可以有效的屏敝過車的影響，具有環境適應能力強、系統靈敏度高等特點。

技術領域：

本發明涉及分布式光纖對輸油輸氣管道振動監測的安防領域，具體的說是一種基于自適應閾值的分布式光纖管道安全監測算法。

背景技術：

在石油化工行業中，輸油輸氣管道經常會發生管道周圍施工、偷油盜油等人為破壞事件，油氣一旦泄露將會給人民群眾的生命財產安全帶來嚴重的威脅，因此管道安全監測技術越來越受到重視并得到快速發展。相比傳統的人工巡線和管道流體壓力檢測等監測手段相比，分布式光纖振動監測技術具有響應時間快、監測距離長、定位準確、工作穩定、抗電磁干擾能力強等優勢，尤其是在破壞事件發生前系統能夠給出預警，這在很大程度上可以避免事件的發生。目前，分布式光纖振動傳感技術已經越來越多的應用于輸油輸氣管道的安全監測上，并正逐漸發展為主流監測方式。

分布式光纖管道安全監測系統的性能受到一個重要因素的影響——振動監測算法，振動監測算法是實現實時高效準確識別管道破壞事件的關鍵。目前大多數算法中都會采用靜態閾值的方式進行振動報警的判斷，這種方式需要根據實際環境不斷調整靜態閾值使其在實際使用中達到最優，整個調參過程復雜，算法的環境適應性差。通過尖峰點確定光纖振動位置的方式可以克服靜態閾值帶來的調參困難等問題，但是這種方式容易受到噪聲干擾而產生誤判，并且隨著管道監測距離的增加，光的能量會產生衰減，導致尖峰點被弱化從而無法及時準確的檢測出光纖振動的位置，繼而無法監測到管道破壞事件。

發明內容：

針對上述存在的技術問題，本發明提供了一種基于自適應閾值的分布式光纖管道安全監測算法，該算法在確定閾值時融入空間位置信息，結合松弛因子使得算法在判定報警時可以不受光纖自身以及光纖所處環境的影響，使系統的環境適應性大大提高，同時該算法對長距離管道監測的光衰減會起到補償作用，有效的提高了系統的靈敏度。詳細技術方案如下文描述：

一種基于自適應閾值的分布式光纖管道安全監測算法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1：讀取光纖振動傳感器采集的數據并進行數據預處理；

步驟2：對預處理后的數據在時域方向上進行小波包分解，并重構某一細節分量；

步驟3：對各個位置點的重構信號進行分幀處理，并根據幀能量求取信號的振動突變量，各個位置點的振動突變量組成空間特征向量；

步驟4：計算空間特征向量的自適應閾值，通過閾值判斷求得破壞事件發生的位置，并設置位置狀態。

步驟5：將存在破壞事件的位置的狀態進行緩存，在一定的時間片段內將緩存的位置狀態組與報警類型庫進行比較，確定報警類型并輸出。

本發明上述步驟1中，光纖振動傳感器采集的數據為二維矩陣D_m×n＝(d_ij)_m×n,(i＝1,2…,m；j＝1,2…,n)，其中，m表示時間維度，即一秒內采集的數據點數，一秒的時間內在光纖第j個位置處采集的數據可以表示為(d_1j,d_2j,…,d_mj)^T；n表示空間維度，即某一時刻采集的整條光纖的數據，某一時刻i光纖在所有位置處采集的數據可以表示為(d_i1,d_i2,…,d_in)。

數據預處理是將采集到的原始數據進行縱向滑動平均濾波，用于濾除突變信號的影響，具體的實現步驟為：