融合智能传感器的光缆巡线分析与标定系统的制作方法

本发明涉及光缆巡检与定位，具体为融合智能传感器的光缆巡线分析与标定系统。

背景技术：

1、目前，光缆巡线标定与故障定位通常分别依赖分布式振动检测和光时域反射检测完成，但在现场施工振动、邻近光缆干扰以及通信恢复后的数据拼接情景下，往往难以将同一次施振、采集和校验过程进行统一关联，导致定位结果稳定性不足；

2、现有方式在将光学距离换算为地理位置时，常直接依据单次测量结果进行映射，未结合温度变化、固定特征点、敷设余长及空间相邻关系进行综合校正，因而容易出现标定偏差累积、故障范围判断不准以及重复复测效率较低的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供融合智能传感器的光缆巡线分析与标定系统，解决现有技术中难以将同一次施振、采集和校验过程统一关联而导致定位结果稳定性不足的问题，且能够结合温度变化、固定特征点、敷设余长及空间相邻关系进行综合校正，避免单次测量直接映射带来的标定偏差累积和故障范围判断不准。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、融合智能传感器的光缆巡线分析与标定系统，包括数据管理模块、分布式光纤振动检测主机、远端振动设备、事件提取模块、定位模块、校验模块、标定模块及故障定位单元；

4、数据管理模块获取候选光缆集合、光缆空间相邻关系及地理路线数据，接收光缆编号生成事件编号，下发采集时间段、用于建立时间基准的同步指令、候选频带集合或振动编码；

5、主机接入光缆空余纤芯采集分布式振动数据并生成光时域反射曲线，根据背景振动数据确定激励频带并发至远端振动设备；

6、远端振动设备按时间基准、事件编号、振动编码及激励频带向光缆施振，采集施振振动波形、接触状态、夹紧力、施振点全球导航卫星系统坐标及光缆表面温度；事件提取模块从光时域反射曲线提取固定特征点；

7、当事件编号、振动编码和采集时间段一致时，定位模块对施振振动波形与分布式振动数据进行相关分析，输出相关峰值、初步定位距离及时间延迟；

8、校验模块在相关峰值、夹紧力、时间延迟分别满足预设的相关阈值、夹紧力阈值、时间延迟阈值且接触状态为合格时输出有效标定点；

9、标定模块根据有效标定点、光缆表面温度、固定特征点及地理路线数据建立校正光学距离与地理路线对应关系；

10、故障定位单元获取经外部检测或输入的故障光学距离，并根据故障光学距离输出故障地理范围。

11、可选地，数据管理模块包括事件编号生成单元、任务下发单元和数据合并单元；

12、事件编号生成单元生成包含远端振动设备硬件号、该远端振动设备的累计启动次数、事件序号和随机校验码的事件编号；

13、任务下发单元向对应设备下发光缆编号、候选频带集合、采集时间段、振动编码、相关阈值、夹紧力阈值、噪声功率阈值、背景噪声持续时间阈值、集中度阈值、位置阈值、距离差阈值、时间延迟阈值和时间同步指令，并将主机确定并上传的激励频带发送至远端振动设备；

14、数据合并单元在通信恢复后，按照事件编号、振动编码、采集时间段和波形校验值合并远端振动设备采集的数据与主机采集的数据；

15、波形校验值为根据施振振动波形采样数据、时间戳和事件编号生成的哈希值或循环冗余校验值。

16、可选地，远端振动设备包括光缆夹具、机械执行器、加速度传感器、夹紧力传感器、接触状态传感器、全球导航卫星系统定位模块、温度传感器和本地控制器；

17、光缆夹具包括夹持部和刚性连接部，夹持部固定连接于刚性连接部并夹持光缆，刚性连接部连接机械执行器；

18、振动编码包括按时间排列的振动频率、持续时间、间隔和幅值序列，且该振动编码包含预设振动频率序列，该预设振动频率序列被整体平移至激励频带内；

19、加速度传感器设于刚性连接部，温度传感器采集施振点光缆表面温度；

20、本地控制器在同一事件编号下存储施振振动波形、夹紧力、接触状态、施振点全球导航卫星系统坐标、光缆表面温度和波形校验值。

21、可选地，主机包括探测光脉冲单元、后向散射光接收单元、解调单元、背景振动处理单元和光时域反射检测单元；

22、探测光脉冲单元向空余纤芯发射探测光脉冲，后向散射光接收单元接收后向散射光信号，解调单元生成沿光纤长度方向分布的振动数据；

23、背景振动处理单元在施振前的背景采样时间窗内，计算各候选频带的背景噪声功率以及连续超过噪声功率阈值的持续时间，将背景噪声功率小于或等于噪声功率阈值且持续时间低于或等于背景噪声持续时间阈值的候选频带确定为激励频带；若所有候选频带均不满足条件，则生成重新采集指令或告警信息；光时域反射检测单元生成光时域反射曲线。

24、可选地，定位模块将激励频带划分为多个用于相关分析的参与频带，并根据各参与频带的背景噪声功率确定频率权重，背景噪声功率越小的参与频带具有越大的频率权重；

25、定位模块计算各光学距离处振动时序与施振振动波形在对应参与频带内的归一化相关值，根据频率权重对归一化相关值进行加权处理，并将最大加权相关值作为相关峰值，输出该相关峰值对应的初步定位距离和时间延迟。

26、可选地，校验模块包括接触判定单元、空间判定单元、重复判定单元和标定点输出单元；接触判定单元在夹紧力不低于夹紧力阈值且接触状态为接触时判定接触合格；

27、空间判定单元以初步定位距离为中心，在第一距离窗口以及包含第一距离窗口且宽度大于第一距离窗口的第二距离窗口内分别对振动数据进行频带能量积分，分别得到第一距离窗口能量和第二距离窗口能量，根据第一距离窗口能量与第二距离窗口能量的比值确定空间能量集中度；其中，第一距离窗口的宽度与分布式光纤振动检测主机的空间分辨率相匹配，第二距离窗口的宽度为第一距离窗口宽度的预设倍数；

28、重复判定单元在光缆编号一致且两次施振点在地理路线上的投影距离不大于位置阈值时判定为同一位置，并在同一位置的测量次数达到预设次数后，确定多次初步定位距离的最大差值，在最大差值不大于距离差阈值时判定重复测量一致；在大于时判定重复测量不一致并输出异常信号；

29、标定点输出单元在相关峰值不低于相关阈值、空间能量集中度不低于集中度阈值、最大差值不大于距离差阈值、接触合格且时间延迟不大于时间延迟阈值时输出有效标定点；有效标定点包括光学距离、施振点全球导航卫星系统坐标、事件编号、置信度、接触状态和原始数据索引，置信度根据相关峰值、空间能量集中度和最大差值确定。

30、可选地，校验模块判定事件无效时不输出有效标定点，并向数据管理模块发送包含接触异常、相关异常、集中度异常或重复测量异常的反馈请求，由数据管理模块生成对应的更新任务；

31、接触不合格时，更新任务包含重新夹紧或更换夹具指令；接触合格而相关峰值低于相关阈值时，更新任务包含提高振动强度指令；

32、提高振动强度后相关峰值仍低于相关阈值时，重新检测当前激励频带的背景噪声功率，背景噪声功率大于或等于噪声功率阈值时生成重新选择激励频带指令，否则生成更换振动编码指令；

33、空间能量集中度低于集中度阈值时，生成分别向光缆及其空间相邻候选光缆施振以复核光缆归属的指令；最大差值大于距离差阈值时，生成在同一位置再次施振的指令。

34、可选地，标定模块包括光学标尺处理单元、路线对应单元和余长识别单元；数据管理模块还获取光纤类型、检测波长、工程容差和工程台账数据，地理路线数据包括管道路由、井位坐标、杆塔坐标、廊道节点坐标或地理信息系统线路数据；

35、光学标尺处理单元将初步定位距离作为原始光学距离，根据光纤类型和检测波长进行折射率修正，并根据施振点光缆表面温度和参考温度进行温度修正；

36、当固定特征点具有由地理路线数据或工程台账数据确定的已知地理位置时，根据提取的固定特征点对应的光时域反射距离与由已知地理位置对应的路线里程换算得到的参考光学距离之间的差值确定偏移量，并根据折射率修正结果、温度修正结果和偏移量得到校正光学距离；

37、路线对应单元将有效标定点按校正光学距离递增排序，通过路线投影以及节点约束的分段线性插值，建立校正光学距离、地理里程和全球导航卫星系统坐标之间的对应关系；

38、余长识别单元比较相邻有效标定点之间的校正光学距离与地理路线长度，当二者的差值超过预设余长阈值时，将该相邻有效标定点区间识别为光缆盘留区；

39、预设余长阈值由光学测距误差、全球导航卫星系统误差、路线采样误差和工程容差换算为长度单位后进行平方和开方确定。

40、可选地，故障定位单元按照光学标尺处理单元的处理方式校正故障光学距离，并按照故障校正光学距离在按校正光学距离递增排序的有效标定点中查找相邻有效标定点区间；

41、当区间未被识别为光缆盘留区时，按照对应关系确定故障地理位置，并根据由相邻有效标定点置信度确定的标定误差、全球导航卫星系统误差、路线采样误差和光学距离插值误差的平方和开方值确定地理位置误差；

42、地理位置误差小于预设的表征定位精度要求的单点输出阈值时输出故障地理单点，否则输出以故障地理位置为中心、沿地理路线向两侧扩展地理位置误差形成的故障地理区间；

43、当区间被识别为光缆盘留区时，输出由该区间两端全球导航卫星系统坐标及对应地理位置误差形成的候选地理范围，并向数据管理模块发送复测请求，由数据管理模块向远端振动设备下发复测指令。

44、可选地，候选光缆集合包括按照敷设方式划分的管道敷设通信光缆、沟道敷设通信光缆、架空敷设通信光缆和廊道敷设通信光缆。

45、本发明的有益效果：

46、1、本发明通过数据管理模块将待标定光缆、候选光缆及其空间相邻关系统一映射到同一次标定任务中，并以事件编号关联远端施振、主机采集、校验和标定过程，能够有效解决同一次施振、采集和校验难以统一关联的问题，从而提高现场数据的一致性和标定稳定性；通过主机先采集背景振动数据并据此选取激励频带，再由远端振动设备在统一时间基准下施加编码振动并同步采集真实机械输入波形、夹紧力、接触状态、卫星定位坐标和表面温度，能够避开背景施工振动较强的频段，并使相关分析基于真实机械输入而非控制指令波形，从而提升邻近光缆干扰情景下的定位准确性和抗干扰能力；

47、2、本发明通过事件提取模块从光时域反射曲线中提取固定特征点，并结合光纤类型、检测波长、表面温度和已知地理位置对光学距离进行折射率修正、温度修正和偏移量修正，再依据有效标定点建立校正光学距离与地理路线的对应关系，能够减少光学距离直接映射地理位置时产生的偏差累积，从而提高标定精度；通过余长识别单元识别光缆盘留区、故障定位单元在盘留区内输出候选范围并触发复测、以及在无效事件时依据接触异常、相关异常、集中度异常或重复测量异常生成对应更新任务，能够避免错误单点映射并减少重复复测次数，从而提高故障范围判断的可靠性和现场处置效率。