[發明專利]基于φ-OTDR的油氣管線外破振動監測識別方法

有效

• 申請號: 201811496892.3
• 申請日: 2018-12-07
• 公開（公告）號: CN109374115B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 劉洪凱;彭特;李俊;閆奇眾;徐紹剛
• 申請（專利權）人: 武漢理工光科股份有限公司
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 許美紅

1.一種基于φ-OTDR的油氣管線外破振動監測識別方法，其特征在于，包括以下步驟：

采用相敏感光時域反射儀監測獲得油氣管線沿線由擾動引起的光纖振動信號；

對獲得的振動信號進行小波濾波，濾除信號的直流成分和低頻成分；

將濾波后的振動信號采用短時傅立葉變換變換到時域和頻域，獲得振動信號的時頻圖譜；

根據機械作業行為、機械挖掘沖擊行為與人工挖掘行為的時頻信息特征，在時頻圖譜中提取相應行為的特征信息；

根據提取的特征信息對被監測管線附近發生的行為進行模式識別判斷，并輸出報警信息；

進行模式識別時，具體包括以下步驟：

以時間軸為橫坐標，頻率軸為縱坐標，在時頻信號圖譜g(ω,t,z)中尋找機械作業行為的直線特征(k_{t_ω},[t_str,t_end]),其中z為擾動點所處光纖位置，ω為光纖z位置處的外界擾動頻率，t為時間：

(1)當尋找到斜率k_{t_ω}≥0的直線時，判斷存在機械啟動或機械作業行為發生，輸出機械作業預警；

(2)當尋找到斜率k_{t_ω}＜0的直線時，判斷機械作業行為停止，解除機械作業預警；

以時間軸為縱坐標，頻率軸為橫坐標，在g(ω,t,z)數據中尋找沖擊行為的直線特征(k_{ω_t},[t_str1,t_end1])：

(1)當僅尋找到斜率k_{ω_t}＝0的直線時，判斷存在沖擊行為，輸出人工挖掘報警；

(2)當尋找到斜率k_{ω_t}＜0的直線時，判斷存在機械啟動，輸出機械作業預警；

(3)當尋找到斜率k_{ω_t}＞0的直線時，判斷機械作業行為停止，解除機械作業預警；

當以上兩種模式中，同時尋找到下列特征時：

(1)當尋找到k_{ω_t}＝0直線的同時，k_{t_ω}存在實數值或k_{ω_t}≠0存在，且k_{ω_t}＝0時對應的時間坐標[t_str1,t_end1]∈[t_str,t_end]，則判斷機械挖掘行為正在進行，輸出機械挖掘報警；

(2)當尋找到k_{ω_t}＝0直線的同時，k_{t_ω}存在實數值或k_{ω_t}≠0存在，但k_{ω_t}＝0時對應的時間坐標則判斷有機械作業行為和人工挖掘行為，輸出機械作業預警和人工挖掘報警；

以上表達式中，k_{t_ω}、[t_str,t_end]、k_{ω_t}、[t_str1,t_end1]分別為時間-頻率坐標空間尋找到的直線斜率、起止時間坐標和在頻率-時間坐標空間尋找到的直線斜率、起止時間坐標。

2.根據權利要求1所述的基于φ-OTDR的油氣管線外破振動監測識別方法，其特征在于，所述時頻圖譜為其中，X(z,t)為由外部擾動引起的振動信號，函數M(τ-t)是短時傅立葉變換的窗函數，τ為窗函數的時間尺度；根據設定的閾值g₀(ω,t,z)對g(ω,t,z)進行處理，令g(ω,t,z)中小于g₀(ω,t,z)的值為零，保留g(ω,t,z)≥g₀(ω,t,z)的值。