光纖振動模型確定方法以及光纖預警裝置、系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖通信領域，特別是涉及光纖振動模型確定方法以及光纖預警裝置、系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]光纖是光導纖維的簡寫，是一種由玻璃或塑料制成的纖維，可作為光傳導工具，傳輸原理是光的全反射。多數(shù)光纖在使用前必須由幾層保護結構包覆，包覆后的纜線即被稱為光纜。
[0003]光纖具有廣泛的應用，除了常用的傳輸信號之外，還用于監(jiān)測外界的震動，其中，外界震動包括人工挖掘、機械挖掘、汽車經過等。這些震動會引起附近光纖信號的變化，再根據(jù)對光纖信號的分析從而判斷震動的類型。
[0004]—般情況下，是通過向光纖的一端通入測試光信號，光纖中的每一個點都會產生瑞利散射，根據(jù)散射信號的變化以及持續(xù)時間，可以確定光纖震動的位置、持續(xù)時間以及震動的類型。在現(xiàn)有技術中，由于對數(shù)據(jù)的特征提取不具有獨特性，在分析震動類型時不具有辨識度。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明主要解決的技術問題是提供光纖振動模型確定方法以及光纖預警裝置、系統(tǒng)，能夠快速、精確判斷光纖的振動類型。
[0006]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的一個技術方案是:提供一種光纖振動模型確定方法，該方法包括:當接收到光纖電信號時，獲取光纖電信號中對應若干個光纖位置在若干個時間的信號值;其中，光纖電信號是由光纖反射的光信號轉換得到的；以光纖位置與光纖起點的距離為第一坐標軸、時間為第二坐標軸建立信號狀態(tài)圖；其中，信號狀態(tài)圖用于表征光纖若干個光纖位置在若干個時間上的信號值的信息;根據(jù)信號狀態(tài)圖確定光纖的振動模型。
[0007]其中，以光纖位置與光纖起點的距離為第一坐標軸、時間為第二坐標軸建立信號狀態(tài)圖，包括:以光纖位置與光纖起點的距離為第一坐標軸、時間為第二坐標軸、光纖位置在若干個時間上的信號值為第三坐標軸建立信號狀態(tài)圖。
[0008]其中，信號狀態(tài)圖為熱力圖，其中，熱力圖中的像素值用于表征光纖若干個光纖位置在若干個時間上的信號值的信息。
[0009]其中，根據(jù)信號狀態(tài)圖確定光纖的振動模型，具體包括:對信號狀態(tài)圖進行圖像預處理;提取經過圖像預處理后的信號狀態(tài)圖的形狀信息;對形狀信息進行分類，以確定光纖的振動模型。
[0010]其中，圖像預處理的方法包括聚類、二值化、腐蝕、膨脹中的一種。
[0011]其中，對形狀信息進行分類的方法包括貝葉斯分類算法，決策樹算法，SVM算法中的一種。
[0012]其中，光纖電信號為數(shù)字電信號；其中，數(shù)字電信號是由模擬電信號轉化得到的，模擬電信號是由光纖反射的光信號轉換得到的。
[0013]其中，還包括:根據(jù)公式L=(c*T/n)/2計算光纖位置與光纖起點之間的距離；其中，c為光在真空中的速度，T為光纖位置在光纖電信號中的時間長度，η為光纖的折射率。
[0014]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的另一個技術方案是:提供一種光纖預警裝置，該裝置包括:采樣模塊，用于在接收到光纖電信號時，獲取光纖電信號中對應若干個光纖位置在若干個時間的信號值;其中，光纖電信號是由光纖反射的光信號轉換得到的；圖形建立模塊，用于以光纖位置與光纖起點的距離為第一坐標軸、時間為第二坐標軸建立信號狀態(tài)圖；其中，信號狀態(tài)圖用于表征光纖若干個光纖位置在若干個時間上的信號值的信息;模型確定模塊，用于根據(jù)信號狀態(tài)圖確定光纖的振動模型;預警模塊，用于在振動模型滿足預設條件時，發(fā)出預警信號。
[0015]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的另一個技術方案是:提供一種光纖預警系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括信號收發(fā)裝置，光電轉換裝置、模數(shù)轉換裝置以及光纖預警裝置;信號收發(fā)裝置，用于從光纖起點輸入第一光信號并獲取第一光信號在光纖中反射得到的第二光信號；光電轉換裝置，用于將第二光信號轉化為模擬電信號;數(shù)模轉換裝置，用于將模擬電信號轉化為數(shù)字電信號;光纖預警裝置是如上的光纖預警裝置。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:區(qū)別于現(xiàn)有技術的情況，本發(fā)明通過將得到的光纖反射的信號數(shù)據(jù)來繪制信號狀態(tài)圖，增加回傳的光纖數(shù)據(jù)的維度來豐富回傳數(shù)據(jù)的信息量，直觀的體現(xiàn)不同光纖位置在不同時間的振動情況，有利于提高模型的辨識度與識別率，快速精確的判斷振動類型。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明光纖振動模型確定方法一實施方式的流程示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明光纖振動模型確定方法一實施方式的信號狀態(tài)圖；
[0019]圖3是本發(fā)明光纖振動模型確定方法另一實施方式的一種信號狀態(tài)圖；
[0020]圖4是本發(fā)明光纖振動模型確定方法另一實施方式的另一種信號狀態(tài)圖；
[0021 ]圖5是本發(fā)明光纖預警裝置一實施方式的結構示意圖；
[0022]圖6是本發(fā)明光纖預警裝置另一實施方式的結構示意圖；
[0023]圖7是本發(fā)明光纖預警系統(tǒng)一實施方式的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024]參閱圖1，本發(fā)明光纖振動模型確定方法一實施方式的流程示意圖，該方法包括:
[0025]Sll:當接收到光纖電信號時，獲取光纖電信號中對應若干個光纖位置在若干個時間的信號值;其中，光纖電信號是由光纖反射的光信號轉換得到的。
[0026]可選的，光纖反射的光信號是從光纖起點通入的第一光信號在光纖中各個位置經過瑞利散射形成的并反射的第二光信號。
[0027]可選的，光纖電信號為數(shù)字電信號；其中，數(shù)字電信號是由模擬電信號轉化得到的，模擬電信號是由光纖反射的光信號轉換得到的。由于背向散射的光信號及其微弱，且其信噪比較小，在對光信號處理的過程中難度較大、精度較小，因此將光信號轉化為模擬電信號便于信號的處理。這里可以通過一般的光電轉換器進行轉換，例如APD(Avalanche PhotoD1de，雪崩光電二極管)等。
[0028]可選的，將模擬電信號轉換為數(shù)字電信號可以采用模數(shù)轉換器。
[0029]可選的，第一光信號為連續(xù)通入的脈沖光信號，在通入第一光信號后，在光纖起點不斷的對反射的第二光信號進行采樣，然后通過光電轉換和模數(shù)轉換得到數(shù)字電信號。例如，第一光信號為脈沖寬度為1ns的光信號，根據(jù)公式L=(c*T/n)/2，假設取光速c = 3*108m/s，T = 10ns，n=l.5，貝IjL= Im，即每I米光纖都可以獲取到一個信號值，那么每隔Ims就可以采樣得到光纖起點到光纖100公里處共100000個信號值。
[0030]進一步，下一個Ims就又會得到從光纖起點到終點共100000個位置的信號，這樣，同一個位置在每Ims就會得到一個信號值了，即可以獲得目標光纖位置每Ims的信號值。
[0031]S12:以光纖位置與光纖起點的距離為第一坐標軸、時間為第二坐標軸建立信號狀態(tài)圖；其中，信號狀態(tài)圖用于表征光纖若干個光纖位置在若干個時間上的信號值的信息。
[0032]可選的，S12之前還可以包括:根據(jù)公式L=(c*T/n)/2計算光纖位置與光纖起點之間的距離;其中，c為光在真空中的速度，T為光纖位置在光纖電信號中的時間長度，即接收到第二光信號的時間長度，η為光纖的折射率。
[0033]參閱圖2，光纖振動模型確定方法一實施方式的信號狀態(tài)圖。
[0034]可選的，圖2以平面笛卡爾坐標系為例，其中，X軸表示第一坐標軸，Y軸表示第二坐標軸。
[0035]其中，信號值的信息可以是表征某一光纖位置在某一時間是否振動。例如，可以設置一閾值，某一光纖位置在某一時間的信號值大于該閾值就在信號狀態(tài)圖的相應位置繪制一個點，用以表不振動。
[0036]S13:根據(jù)信號狀態(tài)圖確定光纖的振動模型。
[0037]再參閱圖2，從圖2中可以看出，第3秒第I米處振動，第4秒第2米處振動，第5秒未檢測到振動……第10秒第8米處振動；由于在3-10秒時間內，光纖中1-8米處連續(xù)振動，可以類比重型車輛經過的模型。
[0038]其中，S13可以具體包括:
[0039]S131:對信號狀態(tài)圖進行圖像預處理。
[0040]其中，圖像預處理的方法包括聚類、二值化、腐蝕、膨脹中的一種。
[0041]聚類:將物理或抽象對象的集合分成由類似的對象組成的多個類的過程被稱為聚類。由聚類所生成的簇是一組數(shù)據(jù)對象的集合，這些對象與同一個簇中的對象彼此相似，與其他簇中的對象相異?！拔镆灶惥郏艘匀悍帧?，在自然科學和社會科學中，存在著大量的分類問題。聚類分析又稱群分析，它是研究(樣品或指標)分類問題的一種統(tǒng)計分析方法。聚類分析起源于分類學，但是聚類不等于分類。聚類與分類的不同在于，聚類所要求劃分的類是未知的。聚類分析內容非常豐富，有系統(tǒng)聚類法、有序樣品聚類法、動態(tài)聚類法、模糊聚類法、圖論聚類法、聚類預報法等。
[0042]二值化:圖像的二值化，就是將圖像上的像素點的灰度值設置為O或255，也就是將整個圖像呈現(xiàn)出明顯的只有黑和白的視覺效果。
[0043]腐蝕:腐蝕主要用于形態(tài)學中除去圖像的某些部分。
[0044]膨脹:運算前，Α，Β分別為兩個區(qū)域，B中的黑點為B的中心，運算后相當于用B的中心在A的邊界走一圈，B的邊界掃過的區(qū)域加上A本身的區(qū)域就是A膨脹B的結果。
[0045]S132:提取經過圖像預處理后的信號狀態(tài)圖的形狀信息。
[0046]形狀信息可以是振動點的數(shù)量、振動點連線長度、振動點連線與坐標軸的角度等等。
[0047]S133:對形狀信息進行分類，以確定光纖的振動模型。
[0048]其中，對形狀信息進行分類的方法包括貝葉斯分類算法，決策樹算法，SVM算法中的一種。
[0049]通過上述的圖像預處理和分類處理，可以將得到的模型與預設的模型進行對比，或者通過分類方法判斷得到的模型和預設的模型是否為一類，從而判斷振動的類型。
[0050]區(qū)別于現(xiàn)有技術，本實施方式通過將得到的光纖反射的信號數(shù)據(jù)來繪制信號狀態(tài)圖，增加回傳的光纖數(shù)據(jù)的維度來豐富回傳數(shù)據(jù)的信息量，直觀的體現(xiàn)不同光纖位置在不同時間的振動情況，有利于提高模型的辨識度與識別率，快速精確的判斷振動類型。
[0051]在本發(fā)明光纖振動模型確定方法另