基于相干探测型Φ-OTDR的杆塔定位方法及系统

本发明属于电力基础设施监测，尤其涉及基于相干探测型φ-otdr的杆塔定位方法及系统。

背景技术：

1、随着电网规模持续扩大，架空输电线路的安全运维日益重要。光纤复合架空地线（opgw）等光缆广泛敷设于输电杆塔上，既承担通信功能，也可作为传感介质。目前，线路故障定位主要依赖光时域反射计（otdr），其通过检测光纤中后向散射光或反射光的衰减突变点来识别熔接点或断点位置。运维人员将otdr测得的突变点距离与杆塔明细台账中记录的相邻杆塔设计档距进行人工比对，推算故障所在杆塔区间。

2、然而，该传统方法存在固有缺陷：熔接点通常位于接线盒内，接线盒中收纳有未记录长度的冗余光缆，otdr测量的是包含冗余部分的光纤物理长度，导致计算出的杆塔位置与实际不符，产生定位偏差。此外，每次探测后均需查阅台账并逐档累加核算，操作繁琐，响应速度慢，难以满足快速抢修需求。更为关键的是，otdr仅能识别光纤几何结构异常点（如熔接、断纤），无法感知杆塔挂点本身，更无法区分耐张塔与直线塔，信息获取维度单一，无法实现自动化、智能化的杆塔定位与线路状态感知。

技术实现思路

1、本技术提供的基于相干探测型φ-otdr的杆塔定位方法，能够实现杆塔精准定位，并可辅助判别塔型，克服了传统otdr受冗余光缆影响、依赖台账人工比对的缺陷，适用于架空输电线路智能运维。

2、第一方面，本技术提供了基于相干探测型φ-otdr的杆塔定位方法，包括：

3、s1、获取待监测架空输电线路的光缆路由标定数据，光缆路由标定数据包括各杆塔的编号以及相邻杆塔间的设计档距；

4、s2、利用相干探测型φ-otdr设备，采集光缆沿线由外部扰动事件引起的动态相位曲线数据，并对连续采集的多组动态相位曲线数据进行傅里叶变换处理，生成对应空间位置的空间频谱图像；

5、s3、基于空间频谱图像识别光缆接线盒的位置，并根据接线盒位置将整条待测光缆划分为若干个独立监测单元；

6、s4、针对每个独立监测单元，提取空间频谱图像中的风振频率特征，根据风振频率特征确定各光缆区段在光纤距离维度上的边界位置，并基于各边界位置反演该独立监测单元内各杆塔的实测距离位置；其中，各所述光缆区段分别对应相邻两杆塔之间的光缆段；

7、s5、将各杆塔的实测距离位置与光缆路由标定数据进行匹配映射，建立光纤距离与杆塔编号之间的对应关系。

8、在一种可选的实施方式中，s2中，采集光缆沿线由外部扰动事件引起的动态相位曲线数据，包括：

9、通过相干探测型φ-otdr设备以设定的采样频率和预设采集时长，连续采集光纤沿线各空间位置处的后向瑞利散射光相位随时间变化的信号，得到动态相位曲线数据集合；动态相位曲线数据集合中的每一帧数据记录光纤各空间位置处的相位值。

10、在一种可选的实施方式中，s3中，基于空间频谱图像识别光缆接线盒的位置，包括：

11、在空间频谱图像中，将振动强度在全部频率范围内均低于背景振动强度、且沿距离方向呈纵向连续分布的区域判定为接线盒位置。

12、在一种可选的实施方式中，s3中，根据接线盒位置将整条待测光缆划分为若干个独立监测单元，包括：

13、以识别出的相邻两个接线盒位置分别作为该独立监测单元在距离维度上的起始端点和终止端点，将整条待测光缆依次划分为多个首尾相接的独立监测单元。

14、在一种可选的实施方式中，s4中，提取空间频谱图像中的风振频率特征，根据风振频率特征确定各光缆区段在光纤距离维度上的边界位置，包括：

15、提取空间频谱图像中的风振频率特征，风振频率特征包括风振基频以及风振基频的整数倍谐波；

16、在独立监测单元内，从起始端点向终止端点逐段搜索，若在当前搜索区域内存在一段连续距离范围，该距离范围在风振基频及其各整数倍谐波上均呈现连续亮纹，且各整数倍谐波上的亮纹空缺数量与对应倍频阶次一致，则判定该连续距离范围对应一个光缆区段，并将该连续距离范围的起始端点位置和终止端点位置分别确定为该光缆区段两端相邻两杆塔的实测距离位置。

17、在一种可选的实施方式中，若在当前搜索区域内无法确认风振基频的位置但能确认风振基频的多个整数倍谐波的位置，则根据相邻两个整数倍谐波之间的频率间隔推算风振基频的频率值，并以推算出的风振基频作为搜索基准，重新执行亮纹搜索与距离范围判定，以确定光缆区段的边界位置。

18、在一种可选的实施方式中，在s4之后，还包括利用空间频谱图像中的自振频率特征进行杆塔类型判别：

19、针对各杆塔的实测距离位置，判断自振频率对应的频谱分量在跨越该杆塔位置时是否连续，若连续，则判定该杆塔为直线塔；若自振频率对应的频谱分量在该杆塔位置处出现断层，则判定该杆塔为耐张塔。

20、在一种可选的实施方式中，当独立监测单元内的风振频率特征缺失时，利用自振频率对应的频谱分量在各杆塔位置处的断层分布，确定耐张塔的实测距离位置，将识别出的各耐张塔按实测距离顺序与所述光缆路由标定数据中的杆塔编号序列一一对应，并据此推算所述独立监测单元内直线塔的实测距离位置。

21、在一种可选的实施方式中，s5中，将各杆塔的实测距离位置与光缆路由标定数据进行匹配映射，包括：

22、将各独立监测单元内反演得到的各杆塔的实测距离位置序列与光缆路由标定数据中各杆塔编号对应的设计档距累加序列进行拟合对齐，建立实测距离位置与杆塔编号之间的一一对应关系。

23、第二方面，本技术提供了基于相干探测型φ-otdr的杆塔定位系统，系统包括：

24、数据获取模块，用于获取待监测架空输电线路的光缆路由标定数据，光缆路由标定数据包括各杆塔的编号以及相邻杆塔间的设计档距；

25、空间频谱图像生成模块，用于利用相干探测型φ-otdr设备，采集光缆沿线由外部扰动事件引起的动态相位曲线数据，并对连续采集的多组动态相位曲线数据进行傅里叶变换处理，生成对应空间位置的空间频谱图像；

26、监测单元划分模块，用于基于空间频谱图像识别光缆接线盒的位置，并根据接线盒位置将整条待测光缆划分为若干个独立监测单元；

27、位置反演模块，用于针对每个独立监测单元，提取空间频谱图像中的风振频率特征，根据风振频率特征确定各光缆区段在光纤距离维度上的边界位置，并基于各边界位置反演该独立监测单元内各杆塔的实测距离位置；

28、映射输出模块，用于将各杆塔的实测距离位置与光缆路由标定数据进行匹配映射，建立光纤距离与杆塔编号之间的对应关系。

29、第三方面，本技术提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本技术提供的方法。

30、第四方面，本技术提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行本技术提供的方法。

31、本技术提供的技术方案，采用相干探测型φ-otdr替代传统otdr，通过连续采集光纤沿线各位置处由外部扰动（如风振）引起的动态相位变化，并经傅里叶变换将时域信号转换为空间-频谱二维图像，该图像能够清晰呈现不同光缆区段特有的风振频率成分，风振基频及其整数倍谐波在距离方向上形成连续亮纹，且谐波处出现与阶次对应的频率空缺，此特征与光缆区段长度和杆塔边界具有严格的对应关系，基于这一物理规律，本发明从频谱图像中逐段搜索亮纹边界，即可直接反演各光缆区段两端杆塔的光纤距离位置，完全无需依赖台账中的档距数值，从而从根本上排除了接线盒内冗余光缆长度未知带来的误差；同时，该空间频谱图像中还包含低频自振频率分量，其跨越杆塔时的连续或中断特性可准确反映杆塔类型（直线塔或耐张塔），为线路结构评估提供额外信息；此外，由于定位过程自动完成图像识别与边界提取，无需人工查阅台账和逐档计算，大幅提升了故障响应的即时性；综上，本发明实现了高精度、高效率和多信息融合的杆塔定位，显著增强了架空线路的智能运维能力。