基于光时域反射探测技术管道监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于光时域反射探测技术管道监测方法及系统，其中方法包括以下步骤：采集整个探测范围内的探测单元的光时域反射信号并缓存；将缓存信号分成多段，估算每段数据的三阶累积量值，以及整个缓存信号的三阶累积量估计值；对三阶累积量进行多谱分析。本发明专利技术利用多谱域分析技术，提取多谱分析结果的特征进行事件行为类型的判断，对不同行为信号存在较好的辨识度和识别率。

【技术实现步骤摘要】
基于光时域反射探测技术管道监测系统及方法
本专利技术适用于基于光时域反射探测
，尤其是一种基于光时域反射探测技术的管道安全监测系统。
技术介绍
20世纪以来国内经济高速发展，管道施工建设爆发式增长，但地下管道安全管理缺乏规范性，导致违章占压和新增设施与燃气管线安全间距不足形成安全隐患；油气管道与密闭空间、人员密集区、市政和民用管道、公路、铁路、河流等各类目标交叉穿越，安全距离不符合规范要求；同时前期建设的管网老化、腐蚀严重、存在很大安全隐患。随着管道安全事故的频发和影响恶劣，基于光时域反射探测技术的管道安全监测系统越来越受到广泛关注，而目前基于光时域反射探测技术存在信号弱，噪声非线性等问题。专利(201110214678.6)主要涉及了差分法和多小波综合判断进行定位识别和检测；专利(201110214679.0)中涉及短时傅里叶变换的方法对事件进行监测；以上专利中主要提出了光时域反射探测技术中的线性噪声的影响，可以对事件进行定位，但未涉及事件行为类型的判断，而实际工程中，系统信号呈现多元化，复杂化，并存在相互交叉耦合等问题，上述专利技术并不适用。
技术实现思路
针对现有技术对实际工程中的信号多元化、复杂化及交叉耦合等问题无法解决问题，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于光时域反射探测技术管道监测方法，包括以下步骤：采集整个探测范围内的探测单元的光时域反射信号；缓存每个探测单元预设时间的光时域反射信号；将缓存信号分成多段，对每段提取平均值，将每段数据减去相应平均值后，再估算每段数据的三阶累积量值，并计算所有数据段的三阶累积量的均值，得到整个缓存信号的三阶累积量估计值；对三阶累积量进行多谱分析，得到图谱，以图谱的中心为圆心，以第一预设长度为半径画圆，圆内为第一图谱,其它部分为第二图谱，分别对第一图谱和第二图谱提取能量特征，并计算其差值；若第二图谱的能量大于第一预设值，且第一图谱和第二图谱的能量差值小于第二预设值，则判定是常态，不输出事件；否则，则以图谱的中心为圆心，以第二预设长度为半径画圆，圆内为第三图谱,其它部分为第四图谱；提取第三图谱和第四图谱的能量并计算能量差值，并计算第三图谱的特征，形成特征向量，基于最小错误概率准则对该特征向量进行条件判断，选择特征向量满足条件最多的事件行为输出。本专利技术所述的方法中，在缓存每个探测单元预设时间的光时域反射信号时，时间长度重复若干秒。本专利技术所述的方法中，所述第二预设长度小于所述第一预设长度。本专利技术所述的方法中，所述第二预设长度为所述第一预设长度的一半。本专利技术所述的方法中，第三图谱的特征包括惯性矩和熵。本专利技术还提供了一种基于光时域反射探测技术管道监测系统，其特征在于，包括：采集模块，用于采集整个探测范围内的探测单元的光时域反射信号；缓存模块，用于缓存每个探测单元预设时间的光时域反射信号；计算模块，用于将缓存信号分成多段，对每段提取平均值，将每段数据减去相应平均值后再估算每段数据的三阶累积量值，并计算所有数据段的三阶累积量的均值，得到整个缓存信号的三阶累积量估计值；分析模块，用于对三阶累积量进行多谱分析，得到图谱，以图谱的中心为圆心，以第一预设长度为半径画圆，圆内为第一图谱,其它部分为第二图谱，分别对第一图谱和第二图谱提取能量特征，并计算其差值；该分析模块还用于若第二图谱的能量大于第一预设值，且第一图谱和第二图谱的能量差值小于第二预设值，则判定是常态，不输出事件；反之，则以图谱的中心为圆心，以第二预设长度为半径画圆，圆内为第三图谱,其它部分为第四图谱；提取第三图谱和第四图谱的能量并计算能量差值，并计算第三图谱的特征，形成特征向量，基于最小错误概率准则对该特征向量进行条件判断，选择特征向量满足条件最多的事件行为输出。本专利技术所述的系统中，所述缓存模块还用于在缓存每个探测单元预设时间的光时域反射信号时，时间长度重复若干秒。本专利技术所述的系统中，所述第二预设长度小于所述第一预设长度。本专利技术所述的系统中，所述第二预设长度为所述第一预设长度的一半。本专利技术所述的系统中，所述第三图谱的特征包括惯性矩、熵和相关特征。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术利用多谱域分析技术，综合分析幅频域和相频域及其耦合效应，并提取多谱分析结果的特征进行事件行为类型的判断，对不同行为信号存在较好的辨识度和识别率，适合管道监测。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术实施例基于光时域反射探测技术管道监测方的流程图；图2是本专利技术较佳实施例基于光时域反射探测技术管道监测方的流程图；图3表示常态条件多谱分析的结果；图4表示铲车激励事件的多谱分析结果；图5表示人激励事件多谱分析结果。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例基于光时域反射探测技术管道监测方法，如图1所示，包括以下步骤：S1、采集整个探测范围内的探测单元的光时域反射信号；S2、缓存每个探测单元预设时间的光时域反射信号；S3、将缓存信号分成多段，对每段提取平均值，将每段数据减去相应平均值后，再估算每段数据的三阶累积量值，并计算所有数据段的三阶累积量的均值，得到整个缓存信号的三阶累积量估计值；S4、对三阶累积量进行多谱分析，得到图谱，以图谱的中心为圆心，以第一预设长度为半径画圆，圆内为第一图谱,其它部分为第二图谱，分别对第一图谱和第二图谱提取能量特征，并计算其差值；S5、判断第二图谱的能量是否大于第一预设值，且第一图谱和第二图谱的能量差值小于第二预设值；S6、若步骤S5判断的结果为是，则判定是常态，不输出事件；S7、若步骤S5判断的结果为否，则以图谱的中心为圆心，以第二预设长度为半径画圆，圆内为第三图谱,其它部分为第四图谱；提取第三图谱和第四图谱的能量并计算能量差值，并计算第三图谱的特征，形成特征向量，基于最小错误概率准则对该特征向量进行条件判断，选择特征向量满足条件最多的事件行为输出。本专利技术的一个较佳实施例中，如图2所示，包括以下步骤：开始采集整个探测范围内的探测单元的光时域反射信号；缓存每个探测单元5s的光时域反射信号，时间长度重复2.5s,以避免缓存数据导致事件行为信号的不完整问题；对探测单元缓存的光时域反射信号进行多谱域分析，具体步骤如下：将缓存信号分成K段，数据长度为M；对每段提取信号数据平均值并将该段数据减去均值；然后估计每段数据的三阶累计量值；其中s1＝max(0，‐m,‐n),s2＝min(M‐1,M‐1‐m,M‐1‐n)。m、n表示累积量的角标，取值范围取决于采样频率及数据长度。并计算所有数据段的三阶累积量的均值，得到整个信号的三阶累积量估计值；最后对累积量进行多谱域分析，具体计算式如下：式中L<M-1,w(m，n)是二维的窗函数。多谱分析的结果如图3、图4和图5所示，其中图3表示常态条件多谱分析的结果；图4表示铲车激励事件的多谱分析结果；图5表示人激励事件多谱分析结果。针对图3、图4和图5的图谱，以图谱(0,0)为中心，100为半径画圆，圆内为图谱1,其它部分为图谱2，然后分别对图谱1、2提取能量特征，并计算其差值；然后进行判断，如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光时域反射探测技术管道监测方法，其特征在于，包括以下步骤：采集整个探测范围内的探测单元的光时域反射信号；缓存每个探测单元预设时间的光时域反射信号；将缓存信号分成多段，对每段提取平均值，将每段数据减去相应平均值后，再估算每段数据的三阶累积量值，并计算所有数据段的三阶累积量的均值，得到整个缓存信号的三阶累积量估计值；对三阶累积量进行多谱分析，得到图谱，以图谱的中心为圆心，以第一预设长度为半径画圆，圆内为第一图谱,其它部分为第二图谱，分别对第一图谱和第二图谱提取能量特征，并计算其差值；若第二图谱的能量大于第一预设值，且第一图谱和第二图谱的能量差值小于第二预设值，则判定是常态，不输出事件；否则，则以图谱的中心为圆心，以第二预设长度为半径画圆，圆内为第三图谱,其它部分为第四图谱；提取第三图谱和第四图谱的能量并计算能量差值，并计算第三图谱的特征，形成特征向量，基于最小错误概率准则对该特征向量进行条件判断，选择特征向量满足条件最多的事件行为输出。

【技术特征摘要】
1.一种基于光时域反射探测技术管道监测方法，其特征在于，包括以下步骤：采集整个探测范围内的探测单元的光时域反射信号；缓存每个探测单元预设时间的光时域反射信号；将缓存信号分成多段，对每段提取平均值，将每段数据减去相应平均值后，再估算每段数据的三阶累积量值，并计算所有数据段的三阶累积量的均值，得到整个缓存信号的三阶累积量估计值；对三阶累积量进行多谱分析，得到图谱，以图谱的中心为圆心，以第一预设长度为半径画圆，圆内为第一图谱,其它部分为第二图谱，分别对第一图谱和第二图谱提取能量特征，并计算其差值；若第二图谱的能量大于第一预设值，且第一图谱和第二图谱的能量差值小于第二预设值，则判定是常态，不输出事件；否则，则以图谱的中心为圆心，以第二预设长度为半径画圆，圆内为第三图谱,其它部分为第四图谱；提取第三图谱和第四图谱的能量并计算能量差值，并计算第三图谱的特征，形成特征向量，基于最小错误概率准则对该特征向量进行条件判断，选择特征向量满足条件最多的事件行为输出。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在缓存每个探测单元预设时间的光时域反射信号时，时间长度重复若干秒。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二预设长度小于所述第一预设长度。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二预设长度为所述第一预设长度的一半。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第三图谱的特征包括惯性矩、熵和相关特征。6.一种基于光时域反射探测技术管道监测系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军荣，闫奇众，杨玥，董雷，印新达，
申请(专利权)人：武汉理工光科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42