【技术实现步骤摘要】
一种隧道异物入侵识别与定位方法及装置
本专利技术属于分布式传感
，更具体地，涉及一种隧道异物入侵识别与定位方法及装置。
技术介绍
隧道是埋置于地层内的建筑物，是人类为了特定目的而建的工程，譬如交通隧道、水工隧道、市政隧道和矿山隧道，是全球各地交通和运输的枢纽，是对人们生活十分重要的建筑工程。随着全球隧道基础设施规模的扩大，在隧道附近难免会出现建筑施工的现象，而隧道施工的异物可能会威胁隧道结构安全，因此对隧道进行全方位、全天候的可靠安全监测的需求正不断地增加。目前针对隧道表面异物入侵的监控主要有基于摄像头组的方式，在沿隧道的地表上每隔一段距离布设监控摄像，将所有摄像头组成摄像头组，在上位机端实时处理摄像头组传来的图像，通过图像识别技术识别对应的异物入侵事件并对其定位，如中国专利申请CN110855948A中将实时视频图像信息与标准视频图像信息之间进行对比。此方法误报率较低，但是由于不是全分布式监测，可能会出现监控死角，从而出现漏报，且在地表大规模布置摄像头难度很大，并且成本过高，实际应用性不强。还有基于振动传感器...
【技术保护点】
1.一种隧道异物入侵识别与定位方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：发射光信号进入光缆，接收所述光缆中携带隧道外部声波信息的后向散射光信号，通过转换得到隧道外部声场数据；/nS2：基于形态学的图像处理方法，利用椭圆的相关参数表征所述外部声场数据的波形特征；/nS3：基于小波包变换方法，提取所述外部声场数据的次声波能量特征；/nS4：与数据库中异物入侵事件的波形特征和次声波能量特征进行对比，从而识别出入侵源的类型；/nS5：对入侵源在隧道轴向激发的声波振动传播情况进行计算，得到入侵源沿隧道轴向的坐标；对入侵源在隧道横截面上激发的声波能量传播规律进行计算，得到入侵源在隧道横截面的坐标。/n
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
1.一种隧道异物入侵识别与定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：发射光信号进入光缆，接收所述光缆中携带隧道外部声波信息的后向散射光信号，通过转换得到隧道外部声场数据；
S2：基于形态学的图像处理方法，利用椭圆的相关参数表征所述外部声场数据的波形特征；
S3：基于小波包变换方法，提取所述外部声场数据的次声波能量特征；
S4：与数据库中异物入侵事件的波形特征和次声波能量特征进行对比，从而识别出入侵源的类型；
S5：对入侵源在隧道轴向激发的声波振动传播情况进行计算，得到入侵源沿隧道轴向的坐标；对入侵源在隧道横截面上激发的声波能量传播规律进行计算，得到入侵源在隧道横截面的坐标。
2.如权利要求1所述的隧道异物入侵识别与定位方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
提取所述外部声场数据中超过阈值的部分，标记为特征区域，所述阈值TH为：
其中，Ai为声波信号A的第i个数据点，n为声波信号A的数据点总数；
基于形态学的图像处理方法，结合椭圆拟合法，用一个面积最小的椭圆将所述特征区域的波形完全包裹，利用椭圆的相关参数表征所述特征区域的波形特征，所述相关参数为椭圆面积S、椭圆长轴长A、椭圆内幅度最大值W、椭圆的离心率E。
3.如权利要求1所述的隧道异物入侵识别与定位方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
利用小波包变换方法，将所述外部声场数据的次声波段信号分为i段频谱，并计算i段频谱范围内的能量归一化值Ei(i＝1,2,……)；
所述外部声场数据的次声波能量特征为EHRi＝EHi/EHi+1(i＝1,2,……)，其中，EHi＝Ei*log2(Ei)。
4.如权利要求1所述的隧道异物入侵识别与定位方法，其特征在于，所述步骤S5中，在进行坐标计算之前，还包括：
识别出入侵源的类型后，从所述数据库中获取所述入侵源的波形特征和次声波能量特征；
基于所述入侵源的波形特征和次声波能量特征对所述外部声场数据进行匹配滤波处理，以去除噪声。
5.如权利要求4所述的隧道异物入侵识别与定位方法，其特征在于，所述步骤S5中得到入侵源沿隧道轴向的坐标包括：
将去除噪声后的外部声场数据，分到M个窗内进行互相关运算，生成M*M的二维时延系数矩阵；
统计所述矩阵中每一行的最大值所在的列，出现最大值最多的列为所述入侵源所在的窗口，经过换算得到入侵源沿隧道轴向的坐标。
6.如权利要求1所述的隧道异物入侵识别与定位方法，其特征在于，所述步骤S5中得到入侵源在隧道横截面的坐标包括：
技术研发人员：孙琪真，张世雄，贺韬，刘懿捷，闫志君，刘德明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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