(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111670018.9 (22)申请日 2021.12.31 (71)申请人 郑州信大 先进技术研究院 地址 450000 河南省郑州市高新 技术产业 开发区莲 花街55号 (72)发明人 杨纳川　王坤　邵佳　张路路　 (74)专利代理 机构 郑州德勤知识产权代理有限 公司 41128 代理人 黄红梅 (51)Int.Cl. G01H 9/00(2006.01) G08B 7/06(2006.01) G06N 3/04(2006.01) G06N 3/08(2006.01) (54)发明名称 一种四通道地埋光缆分布式光纤振动传感 预警方法及系统 (57)摘要 本发明提供一种四通道地埋光缆分布式光 纤振动传感预警方法及系统， 方法包括： 通过光 纤实时采集管道沿线振动数据； 所采集的管道沿 线振动数据经切比雪夫 Ⅰ型数字带通滤波器处理 后得到预处理数据； 预置两种探测模式和四种应 用场景， 根据不同的探测模式和应用场景对预处 理数据进行计算得到最终数据； 记录使用不同机 械工具在检测范围内的振动数据， 并标注破坏等 级， 通过检测振动数据轮廓点特征判断是否满足 预警要求； 若满足预警要求， 则选取振动数据的 特征值入库形成数据集训练神经网络模型择优 入库； 突发性振动事件发生时， 振动数据经由神 经网络模型判断振动破坏等级， 业务层根据有限 状态机相关条件执 行对应联动操作。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 114323248 A 2022.04.12 CN 114323248 A 1.一种四通道地 埋光缆分布式光纤振动传感预警方法， 其特 征在于， 包括： （1） 将8芯单模G.652.D光缆敷设在地埋管道上方或侧方监测区域， 搭建四通道地埋光 缆分布式光纤振动传感光路， 通过光纤实时采集管道沿线振动数据； （2） 所采集的管道沿线振动数据经切比雪夫 Ⅰ型数字带通滤波器处理后得到预处理数 据； （3） 预置两种探测模式和四种应用场景， 根据不同的探测模式和应用场景对预处理数 据进行计算得到最终数据； （4） 记录使用不同机械工具在检测范围内的振动数据， 并标注破坏等级， 通过检测振动 数据轮廓点特 征判断是否满足预警要求； （5） 若满足预警要求， 则选取振动数据的特征值入库形成数据集， 以数据集为基础通过 卷积神经网络建立振动数据与破坏等级链接， 训练神经网络模型 择优入库； （6） 突发性振动事件发生 时， 振动数据经由神经网络模型判断振动破坏等级， 再将判断 结果送入云服 务平台业 务层， 业务层根据有限状态机相关条件执 行对应联动操作。 2.根据权利要求1所述的四通道地 埋光缆分布式光纤振动传感预警方法， 其特 征在于： 将8芯单模G.652.D光缆敷设在地埋管道上方或侧方10cm处监测区域； 每个方向探测光 缆需至少预留两芯光纤； 光纤振动传感光路中， 光源包括1550nm激光源和1455nm拉曼泵浦光； 激光源生成相参 光， 经声光调制器移频200MHz并生 成脉冲光， 脉冲光经掺铒光纤放大器、 耦合器 分光组将相 参光分为四路脉冲光， 各自经环形器、 带通滤光片注入单模 振动探测光纤； 拉曼泵浦光经耦合器分光组分成四路， 分别与 脉冲相参光一并通过带通滤光片注入探 测光纤； 四路探测光纤后向散射光进入光电转换器生成四路经模数转换器生成原始振动数 据。 3.根据权利要求2所述的四通道地 埋光缆分布式光纤振动传感预警方法， 其特 征在于： 对于不同通道、 不同区域设计对应切比雪夫 Ⅰ型数字带通滤波器。 4.根据权利要求3所述的四通道地 埋光缆分布式光纤振动传感预警方法， 其特 征在于： 四种应用场景包括： 四通道分散场景、 四通道三路场景、 四通道双路场景、 四通道单路 场景； 两种探测模式包括： 直接探测模式， 一个探测通道对应一个 检测方向； 联合探测模式， 两个探测通道对应一个检测方向， 该情况下， 同一检测方向在过对应数 字滤波器后有两组数据矩阵取算 术平均值作为 最终振动数据。 5.根据权利要求 4所述的四通道地 埋光缆分布式光纤振动传感预警方法， 其特 征在于： 将管道破坏等级分为危害、 严重、 轻微、 正常四个等级， 使用不同机械工具模拟不同破 坏等级振动事 件， 通过四通道光纤传感振动探测设备采集振动数据， 并标注破坏等级； 振动数据矩阵生成振动时空图， 记录图像 轮廓点； 通过计算轮廓点高度、 宽度、 面积以及平均强度， 达到报警阈值的情况下， 提取振动信 号能量、 均值、 方差、 三阶中心 矩、 四阶中心 矩、 轮廓高度、 宽度以及面积作为特 征值入库。 6.根据权利要求5所述的四通道地埋光缆分布式光纤振动传感预警方法， 其特征在于： 使用14层卷积神经网络构建振动图像与4种破坏等级链接， 其中softmax层为4个输出， 对应权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114323248 A 2于4种破坏等级， 输入为64 ×64信号矩阵； 使用随机梯度下降SGD对训练集数据进行训练。 7.根据权利要求1所述的四通道地 埋光缆分布式光纤振动传感预警方法， 其特 征在于： 当地埋管道 附近发生振动事件时， 采集的振动数据经轮廓检测振动数据过报警阈值 后， 通过确认得到对应振动破坏等级并将振动特征以及振动等级传送之业务层， 更新数据 库和模型。 8.一种四通道地埋光缆分布式光纤振动传感预警系统， 其特征在于： 包括四通道地埋 光缆分布式光纤振动传感光路和云服务平台， 四通道地埋光缆分布式光纤振动传感光路与 云服务平台通信连接， 用以实现权利要求1 ‑7任一项所述的四通道地埋光缆分布式光纤振 动传感预警方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114323248 A 3