基于支持向量回歸的光纖復(fù)合架空地線光纜應(yīng)變檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于支持向量回歸的光纖復(fù)合架空地線光纜應(yīng)變檢測方法，首先檢測光纖上的布里淵頻移并將數(shù)據(jù)傳給管理計算機(jī)；然后通過對標(biāo)準(zhǔn)差聚類分析分劃光纜受力段；對于受力段上的頻移分布，使用支持向量回歸算法算出應(yīng)變預(yù)測值。本發(fā)明基于支持向量回歸的光纖復(fù)合架空地線光纜應(yīng)變檢測方法實(shí)現(xiàn)了光纖運(yùn)行狀態(tài)在低應(yīng)變下的實(shí)時檢測，避免了傳統(tǒng)檢測方法費(fèi)時費(fèi)力、準(zhǔn)確度低的缺點(diǎn)，提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
【專利說明】基于支持向量回歸的光纖復(fù)合架空地線光纜應(yīng)變檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)智能狀態(tài)檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種光纖復(fù)合架空地線光纜應(yīng) 變檢測方法，具體涉及一種基于支持向量回歸的光纖復(fù)合架空地線（0PGW)光纜應(yīng)變檢測 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會的不斷發(fā)展和用電需求的不斷提高，國家加快建設(shè)高壓電網(wǎng)的同時還要 建立完整的電力系統(tǒng)的光通信網(wǎng)絡(luò)。光纖復(fù)合架空地線光纜在電力系統(tǒng)通信中的應(yīng)用越來 越廣泛。其兼具普通地線和通信光纜的雙重功能，具有通信容量大、不受強(qiáng)電干擾、不易受 外力破壞，以及不需另設(shè)空間走廊等優(yōu)點(diǎn)，是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中一種可靠性較高、安裝成本較 低的通信方式。
[0003] 然而，光纖復(fù)合架空地線長期暴露在野外，常受持續(xù)的機(jī)械張力、電氣閃絡(luò)、材料 老化和外界環(huán)境變化等影響，容易產(chǎn)生斷股、磨損、腐蝕等損傷，這些損傷會導(dǎo)致光纖復(fù)合 架空地線發(fā)生形變，造成內(nèi)部光纜產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變。通常狀態(tài)下，光纖復(fù)合架空地線的應(yīng)力應(yīng) 變對內(nèi)部光纖的傳輸性能的影響非常小，常規(guī)檢測無法檢測到光纖應(yīng)力應(yīng)變的變化，一旦 光纖應(yīng)力應(yīng)變積累到一定程度最終發(fā)生斷裂，將對電力系統(tǒng)通信和電網(wǎng)的安全可靠性產(chǎn)生 嚴(yán)重影響。因此，需使用準(zhǔn)確度高、可靠性好的儀器對光纖復(fù)合架空地線進(jìn)行長期的應(yīng)變 測量監(jiān)控，實(shí)時監(jiān)測光纖復(fù)合架空地線的健康狀況，及時發(fā)現(xiàn)和處理故障隱患，使其更好地 為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行服務(wù)，這是電力部門必須解決的一大問題。
[0004] 布里淵光時域反射計是目前常用的一種光纖復(fù)合架空地線狀態(tài)檢測技術(shù)，該技術(shù) 基本原理如下：光在光纖中傳播時在傳播的反方向會產(chǎn)生散射光，其背向散射光光譜如圖 2所示，包括了瑞利散射、布里淵散射和拉曼散射。其中布里淵散射是由介質(zhì)中的聲學(xué)聲子 引起的一種非彈性光散射，布里淵散射光的頻率相對于入射光頻率發(fā)生的漂移稱為布里淵 頻移，由介質(zhì)的聲學(xué)特性和彈性力學(xué)特性決定。
[0005] 布里淵光時域反射計的測量原理是后向布里淵散射信號：脈沖光從光纖的一端 輸入，并在同一端測量后向返回的自發(fā)布里淵散射光，通過將后向自發(fā)布里淵散射光與一 個頻率較為接近的參考光進(jìn)行差頻相干，測量頻率較低的拍頻信號來得到布里淵頻移。
[0006] 按一定間隔不斷變化入射脈沖光的頻率，就可以獲得光纖上每個采樣點(diǎn)的布里淵 頻移。由于光纖復(fù)合架空地線光纜中光纖余長的影響，在光纜受到小于60%額定拉斷力 (RTS, Rated Tensile Strength)的拉力時，光纖的頻移變化很小，在小于60% RTS的拉力 狀態(tài)下，光纖復(fù)合架空地線拉伸，但是光纖復(fù)合架空地線內(nèi)的光纖余長并沒有消耗完，光纖 處于未受拉力狀態(tài)；而當(dāng)光纖復(fù)合架空地線受拉力大于等于60% RTS時，則頻移變化非常 明顯，且隨拉力呈線性變化，此時光纖復(fù)合架空地線內(nèi)部光纖余長已經(jīng)被消耗，光纖已經(jīng)受 力產(chǎn)生應(yīng)變。典型的頻移-拉力擬合線性關(guān)系如圖3所示。目前的光纜頻移測量技術(shù)雖然 能準(zhǔn)確捕捉光纖復(fù)合架空地線高應(yīng)變時刻的應(yīng)變信息，但是當(dāng)拉力低于60% RTS時，難以 判斷光纜是否受到拉力作用，而在線路運(yùn)行狀態(tài)檢測中，人們更關(guān)心的是光纜在30% RTS 左右時的數(shù)據(jù)特征。因此，探索研究一種新的檢測方法用于實(shí)現(xiàn)光纖復(fù)合架空地線線路應(yīng) 力應(yīng)變實(shí)時在線監(jiān)測，是十分必要的。


【發(fā)明內(nèi)容】
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[0007] 本發(fā)明要針對上述【背景技術(shù)】存在的問題，提供一種基于支持向量回歸的光纖復(fù)合 架空地線光纜應(yīng)變檢測方法，解決現(xiàn)有布里淵頻移檢測方法不能檢測低應(yīng)變的問題，以及 時處理故障隱患，減少光纜斷裂事故的發(fā)生，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0008] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為
[0009] 一種基于支持向量回歸的光纖復(fù)合架空地線光纜應(yīng)變檢測方法，包括如下步驟：
[0010] 步驟1 :依據(jù)光源散射在光纖上的點(diǎn)到光入射端的距離確定數(shù)個測量點(diǎn)Zi，利用布 里淵光時域反射計測量每個測量點(diǎn)Zi的布里淵頻移，

【權(quán)利要求】
1. 一種基于支持向量回歸的光纖復(fù)合架空地線光纜應(yīng)變檢測方法，其特征在于，包括 如下步驟： 步驟1 :依據(jù)光源散射在光纖上的點(diǎn)到光入射端的距離確定數(shù)個測量點(diǎn)Zi，利用布里淵 光時域反射計測量每個所述測量點(diǎn)Zi的布里淵頻移人； 步驟2 :對每個所述測量點(diǎn)Zi的布里淵頻移&的標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行聚類分析確定光纜受 力部位，對每一時刻t,綜合所述受力部位上每個測量點(diǎn)Zi的頻移fB建立頻移向量Ft = (ft, 1，ft, 2，? ? ?，ft，n); 步驟3 :運(yùn)用支持向量機(jī)建立頻移向量Ft與受力段拉力yt的非線性回歸模型； 步驟4 :將步驟2得到的頻移向量Ft代入步驟3得到的非線性回歸模型，得到光纖復(fù)合 架空地線受力段拉力yt。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于支持向量回歸的光纖復(fù)合架#地線光纜應(yīng)變檢測 方法，其特征在于：所述光源散射在光纖上的點(diǎn)到光入射端的距離戈
，式中，c為真空中 的光速，n為光纖的折射率，At為發(fā)出光與接收光的時間間隔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于支持向量回歸的光纖復(fù)合架空地線光纜應(yīng)變檢測 方法，其特征在于，所述步驟2的具體步驟包括： 21) 對于光纜上每個測量點(diǎn)集合X=Iz1,z2, ...，zn}，對該集合內(nèi)每一點(diǎn)的布里淵頻fB 移求一段時間內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)差Stddev(X); 22) 對光纜上所有測量點(diǎn)Zi布里淵頻移/A的標(biāo)準(zhǔn)差的集合進(jìn)行聚類，聚類結(jié)果不為1 的相鄰點(diǎn)段被分劃為一個受力段； 23) 綜合受力段的每個位置上的頻移fB建立頻移向量Ft = (ft;1，ft，2, ? ? ?，ft，n)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于支持向量回歸的光纖復(fù)合架空地線光纜應(yīng)變檢測 方法，其特征在于：對光纜上所有位置標(biāo)準(zhǔn)差的集合進(jìn)行聚類時采用K-Means聚類算法。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于支持向量回歸的光纖復(fù)合架空地線光纜應(yīng)變檢測 方法，其特征在于，所述步驟3的具體步驟包括： 31) 根據(jù)拉力實(shí)驗和電力現(xiàn)場采集樣本數(shù)據(jù)，對樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行校正和異常點(diǎn)篩除處理， 并將所述樣本數(shù)據(jù)根據(jù)布里淵光時域反射計初步預(yù)估頻移，將所述布里淵光時域反射計明 顯可測應(yīng)變的數(shù)據(jù)劃分為訓(xùn)練集，將其余不可測的數(shù)據(jù)劃分為測試集； 32) 應(yīng)用支持向量回歸算法建立非線性回歸方程yt =WTFt+b，通過訓(xùn)練集數(shù)據(jù)計算 該方程參數(shù)W，b，并根據(jù)所述非線性回歸方程yt =WTFt+b計算所述測試集輸出拉力值 /=曠<+6,式中< 為測試集； 33) 對所述測試集的輸出數(shù)據(jù) <進(jìn)行篩選，依據(jù)經(jīng)驗人工剔除所述測試集數(shù)據(jù)中大于 實(shí)測拉力值20%的測試集數(shù)據(jù)，將經(jīng)過篩選得出的測試集數(shù)據(jù)并入訓(xùn)練集，再次執(zhí)行支持 向量回歸算法，得到最終非線性回歸模型的參數(shù)W和b，即可得到頻移向量Ft與受力段拉力 yt的非線性回歸模型yt =WTFt+b。
【文檔編號】G01B11/16GK104266600SQ201410387837
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】余雷, 劉曉華, 劉越, 向文祥, 張雪峰, 龔浩, 田丁, 楊帆 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司, 國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司