一种基于光纤地震计阵列技术的外界入侵监测预警方法技术

本发明专利技术公开了一种基于光纤地震计阵列技术的外界入侵监测预警方法，涉及地铁周界振动监测预警技术领域，本发明专利技术通过对地铁隧道实时的异常振动加速度的频谱分析和时域分析得到了其特征参数，并判定其是否为违章施工事件，实现了在环境噪声和地铁列车强振动信号中对施工钻探信号的自动提取、识别和预警，本发明专利技术通过融合地震监测技术和光纤传感技术，可有效防范地铁线路周界危险施工造成的地铁隧道和地铁列车行车安全隐患，具有良好的时效性、准确性和可靠性，可有效识别违章施工钻探事件，解决了现有技术中存在的针对振动外界入侵监测，地铁存在较大的监管盲区，少有的监测预警系统存在成本较高且单一数据的入侵监测系统准确性较低的问题。准确性较低的问题。准确性较低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤地震计阵列技术的外界入侵监测预警方法


[0001]本专利技术涉及地铁周界振动监测预警
，具体为一种基于光纤地震计阵列技术的外界入侵监测预警方法。

技术介绍

[0002]在城市建设高速发展的情况下，各种违章施工等机械作业对地铁隧道结构安全和地铁列车内的人员生命安全造成极大威胁，地铁相关的安全职能部门也提出了对地铁防外界入侵技术的迫切需求。
[0003]目前国内主要地铁城市在防止外界入侵打穿地铁方面主要采用人工巡防的方式，即巡检人员每天分时段对地铁运营线路进行例行巡检。
[0004]但采用该手段无法做到全时段、全方位的地铁全线路覆盖，存在很大的监管盲区，且人力物力消耗极大，目前国内外尚无成熟可靠的地铁防外界入侵监测预警技术，实现24小时全时段、地铁线路无人值守的外界入侵实时自动监测预警，少有的监测预警系统类似上述专利中的方案同样采用虽然可以对地铁周边地震进行监测，但前提是采用了多传感器监测，成本较高而且所监测数据中仅对单振动信息中的单一数据进行获取，如上述专利中采用皮尔森相关系数算出两组数据的相关性γ，根据监测阈值来判定危险振动，监测数据单一，就会导致系统误报、多报、无法及时预警，依然无法有效规避振动类外界入侵，因此亟需一种非单一数据检测的高准确性外界入侵监测预警方法来解决此类问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的，针对振动外界入侵监测，地铁存在较大的监管盲区，少有的监测预警系统存在成本较高且单一数据的入侵监测系统准确性较低的问题。<br/>[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：本专利技术提供了一种基于光纤地震计阵列技术的外界入侵监测预警方法，其特征在于，该方法包括：安装光纤地震计阵列，在地铁路线上的路线顶部和周边地区埋设光纤地震计阵列；数据采集和传输，光纤地震计阵列通过传输光缆将监测到的振动数据传输至光纤地震计数据采集器以及数据处理中心，并进行数据解调；数据处理和分析，在数据处理中心对采集到的地震信号进行实时处理和分析，提取瞬时频率和瞬时幅值；阈值设定和模式识别，根据地铁系统的特性、监测数据以及危险施工，确定危险施工信号区间，并进行信号判别；报警与反应，将判定的危险钻探施工事件信息选用有线网络和4G网络传输至服务器预警终端，发出危险预警，当检测到超过危险振动，系统将触发报警机制，选用声音、视觉
和电子信息的形式通知地铁管理人员。
[0007]本专利技术进一步地设置为：所述安装光纤地震计阵列步骤中，具体的，按照指定间距D
i
（i=1,2,3
……
，n）在地铁隧道环壁布置光纤地震计，形成监测阵列；本专利技术进一步地设置为：所述数据采集和传输步骤中，通过传输光缆将监测到的振动数据A
Tij
即j时刻的振动加速度，传输至光纤地震计数据采集器进行数据解调；本专利技术进一步地设置为：所述数据处理和分析步骤中，采用经验模式分解（EMD）方法将振动信号分解为若干个固有模态函数（IMF
ij
）分量之和，再对每个IMF
ij
分量进行Hilbert变换得到瞬时频率F
ij
和瞬时幅值P
ij
；本专利技术进一步地设置为：所述阈值设定和模式识别步骤中，基于监测数据与危险施工判定指标瞬时频率F0和瞬时幅值P0进行初步判定，若施工信号瞬时频率落在指标区间[F
0,min
,F
0,max
]，瞬时幅值Pi落在指标区间[P
0,min
,P
0,max
]，则初步判定为危险施工信号及类别，否则归为环境干扰信号；本专利技术进一步地设置为：所述阈值设定和模式识别步骤中，若j时刻判定为危险钻探施工事件，则继续下一步，开展j+1时刻的分析和判定，得到瞬时频率F
ij+1
和瞬时幅值P
ij+1
；本专利技术进一步地设置为：所述阈值设定和模式识别步骤中，选取时长T=T
j+n
‑
T
j
，对该时长T范围内同时满足瞬时频率F
i
落在指标区间[F
0,min
,F
0,max
]和瞬时幅值P
i
同时落在指标区间[P
0,min
,P
0,max
]的累计持续时间T
D
进行二次判定，若持续时间参量指标T
D
大于等于持时阈值T
T，
则判定为危险钻探施工事件。
[0008]采用本专利技术提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：本专利技术提供的基于光纤地震计阵列技术的外界入侵监测预警技术方法，通过对地铁隧道实时的异常振动加速度的频谱分析和时域分析得到了其特征参数，并判定其是否为违章施工事件，实现了在环境噪声和地铁列车强振动信号中对施工钻探信号的自动提取、识别和预警，本专利技术通过融合地震监测技术和光纤传感技术，可有效防范地铁线路周界危险施工造成的地铁隧道和地铁列车行车安全隐患，具有良好的时效性、准确性和可靠性，可有效识别违章施工钻探事件，解决了现有技术中存在的针对振动外界入侵监测，地铁存在较大的监管盲区，少有的监测预警系统存在成本较高且单一数据的入侵监测系统准确性较低的问题。
附图说明
[0009]图1为本专利技术的一种基于光纤地震计阵列技术的外界入侵监测预警方法的流程图；图2为本专利技术的一种基于光纤地震计阵列技术的外界入侵监测预警方法的振动入侵判定流程图；图3为本专利技术一种基于光纤地震计阵列技术的外界入侵监测预警方法的地铁隧道外界光缆地震计阵列埋设图。
具体实施方式
[0010]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施条例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0011]请参阅图1
‑
图3，本专利技术提供一种技术方案：一种基于光纤地震计阵列技术的外界入侵监测预警方法，其特征在于，该方法包括：S1、安装光纤地震计阵列，在地铁路线上的路线顶部和周边地区埋设光纤地震计阵列；具体的，按照指定间距D
i
(i=1,2,3
……
，n)在地铁隧道环壁布置光纤地震计，形成监测阵列，地铁隧道外界入侵监测设备光纤地震计布设于隧道管环片预留孔，实时感知获取地铁隧道结构本身不同幅值和频率的振动信号，包含环境振动、列车行车振动及地铁上方施工信号引起的管环振动；S2、数据采集和传输，光纤地震计阵列通过传输光缆将监测到的振动数据传输至光纤地震计数据采集器以及数据处理中心，并进行数据解调；通过传输光缆将监测到的振动数据A
Tij
（j时刻的振动加速度）传输至光纤地震计数据采集器进行数据解调，光纤地震计记录到的实时变化的振动光信号，通过光缆传输至设备间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤地震计阵列技术的外界入侵监测预警方法，其特征在于，该方法包括：安装光纤地震计阵列，在地铁路线上的路线顶部和周边地区埋设光纤地震计阵列；数据采集和传输，光纤地震计阵列通过传输光缆将监测到的振动数据传输至光纤地震计数据采集器以及数据处理中心，并进行数据解调；数据处理和分析，在数据处理中心对采集到的地震信号进行实时处理和分析，提取瞬时频率和瞬时幅值；阈值设定和模式识别，根据地铁系统的特性、监测数据以及危险施工，确定危险施工信号区间，并进行信号判别；报警与反应，将判定的危险钻探施工事件信息选用有线网络和4G网络传输至服务器预警终端，发出危险预警，当检测到超过危险振动，系统将触发报警机制，选用声音、视觉和电子信息的形式通知地铁管理人员。2.根据权利要求1所述的一种基于光纤地震计阵列技术的外界入侵监测预警方法，其特征在于，所述安装光纤地震计阵列步骤中，具体的，按照指定间距D
i
（i=1,2,3
……
，n）在地铁隧道环壁布置光纤地震计，形成监测阵列。3.根据权利要求1所述的一种基于光纤地震计阵列技术的外界入侵监测预警方法，其特征在于，所述数据采集和传输步骤中，通过传输光缆将监测到的振动数据A
Tij
即j时刻的振动加速度，传输至光纤地震计数据采集器进行数据解调。4.根据权利要求1所述的一种基于光纤地震计阵列技术的外界入侵监测预警方法，其特征在于，所述数据处理和分析步骤中，采用经验模式分解（EMD）方法将振动信号分解为若干个固有模态函数（IMF
ij
）分量之和，再对每个IMF
ij
分量进行Hilbert变换得到瞬时频率F
ij
和瞬时幅值P...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘智，张文涛，黄剑涛，黄稳柱，黄文辉，张楚玥，
申请(专利权)人：深圳防灾减灾技术研究院，
类型：发明
国别省市：