【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及分布式光纤传感和人工智能，尤其涉及一种基于issa-hc的pccp断丝信号分析系统。
技术介绍
1、预应力钢筒混凝土管(pccp)是由混凝土管芯、钢筒、预应力钢丝和砂浆保护层组成的复合型管材，因具有强度高、抗渗性强、耐腐蚀性好、服役寿命长等优点，其在长距离输水工程中得到了广泛地应用。pccp的承载力取决于缠绕在管芯上的预应力钢丝，受腐蚀环境影响或者在氢脆效应的作用下，预应力钢丝可能发生断裂，当断丝达到一定数量后，存在极大的爆管风险，后果非常严重，不仅造成极大的人员伤亡和财产损失，亦将引起严重的次生灾害。采用科学的实时监测手段有助于技术人员准确地获取pccp断丝发生的时间、位置、数量等信息，对保障工程安全服役意义重大。
2、分布式光纤传感是一种先进的pccp断丝监测技术，具有监测距离远、时空分辨率高、响应速度快、本征安全等诸多优点，已成功应用于实际工程，取得了显著的成效。相位敏感光时域反射(φ-otdr)是一种新型的分布式光纤监测技术，在结构上可分为直接探测式和相干探测式，相比于直接探测式，相干探测式具有更广的动态范围以及更高的信噪比，适用于微弱信号的远距离探测。为有效地探测pccp断丝，不仅需要对信号监测系统进行优化改进，而且需要研发高效的信号分析系统，科学地挖掘出监测信号的振动特征，进而实现对异常信号类型的准确辨识。特征参量的有效性对保障模式识别准确率具有重要影响，目前，一些学者已从时域、频域、时频域、空间域等角度构建了多种类型的特征参量，但是某些特征参量是无效的或者冗余的，在模式识别时若忽略特征参量
3、封装式算法的核心在于构建科学的特征子集搜索策略，目前已形成3种基本模式，即：全局搜索、序列搜索和随机搜索，3种模式均存在自身的优缺点和适用条件。全局搜索的优势在于可寻找到全局最优解，但时间复杂度太高，适用于特征参量集合维度较低的情况；序列搜索的时间复杂度最低，但搜索到的仅为局部最优解，模式识别性能较差；随机搜索则结合了全局搜索和序列搜索的优势，时间复杂度比全局搜索低，但比序列搜索高，并可搜索到近似全局最优解，适用于解决pccp断丝信号有效特征挖掘这一技术问题。麻雀搜索算法(ssa)是依据麻雀种群的觅食行为和逃避捕食者行为而建立的元启发式算法，在ssa中，麻雀种群被划分为发现者、追随者和警戒者，发现者负责引导种群觅食，追随者跟随发现者觅食，警戒者则承担侦察预警的职能。标准ssa具有较强的全局探索和局部开发的能力，但在求解高维复杂的优化问题时，学习能力仍旧不足。现有成果着重提升ssa在邻域空间的搜索能力，未从根本上改变算法的优化机制，尤其当搜索接近全局最优解时，种群多样性将显著减少，易陷入局部最优，为提升ssa的搜索性能，算法的改进策略尚需深入研究。层次聚类(hc)属于无监督学习的范畴，在没有先验知识的情况下，依据相似性原则对研究对象进行分类，hc对振动信号的分类准确率可为特征子集评价提供一条有效途径。
4、综上所述，综合应用现代数学、分布式光纤传感以及人工智能技术，开发一种基于issa-hc的pccp断丝信号分析系统，来解决现有技术中存在的困难，是本领域技术人员亟需解决的瓶颈问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术公开了一种基于issa-hc的pccp断丝信号分析系统，旨在提升pccp断丝信号实时监测的准确率，为在役pccp工程的健康诊断及灾害预警提供技术支持。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案。
3、一种基于issa-hc的pccp断丝信号分析系统，包括依次连接的φ-otdr型信号监测模块、特征计算模块、特征优化模块、振动模式识别模块和可视化显示模块；
4、其中，φ-otdr型信号监测模块用于采集pccp在运行过程中的振动信号；
5、特征计算模块用于对采集到的振动信号进行时域、频域和时频域分析，计算得到一级特征参量；
6、特征优化模块用于从一级特征参量中挖掘出有效特征参量；
7、振动模式识别模块依据有效特征参量集合对振动信号的类型进行辨识；
8、可视化显示模块用于将特征分析和模式识别结果直观地呈现给操作人员。
9、上述的系统，可选的，φ-otdr型信号监测模块依据相干探测式设计，包括：激光器、第一分束器、声光调制器、掺铒光纤放大器、环形器、第二分束器、光电探测器以及数据采集卡；
10、其中，激光器输出端与第一分束器输入端连接，第一分束器第一输出端与声光调制器输入端连接，声光调制器输出端与掺铒光纤放大器输入端连接，掺铒光纤放大器输出端与环形器第一端口连接，传感光纤紧贴pccp内壁布置，传感光纤输出端与环形器第二端口连接，环形器第三端口与第二分束器的第一输入端连接，第一分束器第二输出端连接第二分束器的第二输入端，第二分束器输出端与光电探测器输入端连接，光电探测器输出端与数据采集卡输入端连接。
11、上述的系统，可选的，特征计算模块用于对数据采集卡中的数据进行分析，计算得到一级特征参量，包括依次连接的时域计算单元、频域计算单元和时频域计算单元。
12、上述的系统，可选的，一级特征参量包括：时域特征参量、频域特征参量和时频域特征参量；
13、其中，时域计算单元通过对时域信号进行分析，计算得到时域特征参量，频域计算单元则利用离散傅里叶变换将时域信号映射到频域，进而计算得到频域特征参量，时频域计算单元依据离散小波变换对时域信号进行多频分解，据此计算出时频域特征参量。
14、上述的系统，可选的，特征优化模块包括依次连接的过滤式优化单元和封装式优化单元；
15、其中，过滤式优化单元的输出端连接封装式优化单元的输入端。
16、上述的系统，可选的，在过滤式优化单元中，依据fisher准则对特征计算模块输出的一级特征参量进行评判，选择出符合评判准则的二级特征参量。
17、上述的系统，可选的，在封装式优化单元中，通过改进ssa，建立issa优化策略，以hc对振动信号的分类准确率作为评价特征参量子集优劣程度的判别准则，在此基础上，借助封装式建模理论构建issa-hc集成框架，依据issa-hc对过滤式优化单元输出的二级特征参量进行深度挖掘，建立有效特征参量集合。
18、上述的系统，可选的，ssa的改进过程为：引入自适应调整策略，增强算法在前期的全局搜索能力以及在后期的局部搜索能力，并通过等概率交替执行高斯变异扰动和tent混沌扰动，提升算法的局部逃逸能力。...
【技术保护点】
1.一种基于ISSA-HC的PCCP断丝信号分析系统，其特征在于，包括依次连接的Φ-OTDR型信号监测模块、特征计算模块、特征优化模块、振动模式识别模块和可视化显示模块；
2.根据权利要求1所述的一种基于ISSA-HC的PCCP断丝信号分析系统，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的一种基于ISSA-HC的PCCP断丝信号分析系统，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的一种基于ISSA-HC的PCCP断丝信号分析系统，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的一种基于ISSA-HC的PCCP断丝信号分析系统，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的一种基于ISSA-HC的PCCP断丝信号分析系统，其特征在于，
7.根据权利要求5所述的一种基于ISSA-HC的PCCP断丝信号分析系统，其特征在于，
8.根据权利要求7所述的一种基于ISSA-HC的PCCP断丝信号分析系统，其特征在于，
9.根据权利要求1所述的一种基于ISSA-HC的PCCP断丝信号分析系统，其特征在于，
【技术特征摘要】
1.一种基于issa-hc的pccp断丝信号分析系统，其特征在于，包括依次连接的φ-otdr型信号监测模块、特征计算模块、特征优化模块、振动模式识别模块和可视化显示模块；
2.根据权利要求1所述的一种基于issa-hc的pccp断丝信号分析系统，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的一种基于issa-hc的pccp断丝信号分析系统，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的一种基于issa-hc的pccp断丝信号分析系统，其特征在于，
5...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨光，孙锦，栾博文，王琳，林海波，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。