一种面向地震预警的DAS数据转换方法、装置、设备及介质

本发明涉及地震监测，具体是涉及一种面向地震预警的das数据转换方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、将光纤铺设于地下空间，地壳的运动信息会传递至光纤，以使得光纤变形，光纤变形就会形成应变数据，导致光纤上产生应变数据，das可以感应到该应变数据。das（distributed acoustic sensing）是一种分布式光纤振动传感，其作为一种新型的地震观测技术，利用后向瑞利散射原理，将常规通信光纤转化为连续、超密集的地震台阵系统，以较低成本实现大范围、高密度、长期稳定的地震观测。尤其在难以布设传统地震仪的环境中，如海洋地区、偏远山区以及城市地下空间等，das技术具有广泛的应用前景。

2、das系统天然输出的是沿光纤轴向的应变率信号，对应变率信号进行积分就得到了应变数据，再将应变数据转换成沿光纤轴向的速度、加速度和位置等运动学数据已成为das观测系统对接传统地震台网、实现快速地震预警与震害评估的关键技术瓶颈。

3、现有技术是直接处理整段光纤的应变数据以得到光纤上的各个测量点的运动学数据，而整段光纤并非是一段直线，也就是整段光纤上会存在局部弯折点，现有技术未考虑局部弯折点这一测量点的应变数据不同于其它点的应变数据，从而使得最终计算出来的运动学数据精度较低。

4、因此，现有技术还有待改进和提高。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种面向地震预警的das数据转换方法、装置、设备及介质，解决了现有技术计算出来的光纤测量点运动学数据精度较低的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种面向地震预警的das数据转换方法，其中，包括：

4、获取通过das采集的整段光纤的原始应变数据，以及获取所述整段光纤在地面下的布设几何形状；

5、基于所述布设几何形状，对所述原始应变数据进行分段处理，得到各个分段应变数据，同一个所述分段应变数据包含位于同一直线段上的光纤产生的应变数据；

6、对所述分段应变数据施加滑动窗口，得到多组窗口内应变数据；

7、将所述窗口内应变数据进行时域和空间域的傅里叶变换，得到所述窗口内应变数据的应变频谱数据；

8、将多组窗口内的所述应变频谱数据转换成位于窗口内的光纤上的测量点沿光纤轴向的运动学数据，所述运动学数据用于地震预警。

9、在一种实现方式中，基于所述布设几何形状，对所述原始应变数据进行分段处理，得到各个分段应变数据，包括：

10、基于所述布设几何形状，确定所述整段光纤的折返点和/或弯折点；

11、以所述折返点和/或所述弯折点对所述整段光纤进行分段处理，得到分段光纤；

12、将所述原始应变数据映射至所述分段光纤上，以实现对所述原始应变数据的分段处理，以得到各个所述分段光纤各自对应的分段应变数据。

13、在一种实现方式中，对所述分段应变数据施加滑动窗口，得到多组窗口内应变数据，包括：

14、对所述分段应变数据进行预处理，预处理至少包括去均值、去趋势、滤波、抽道、降采样中的一种；

15、确定所述滑动窗口中的tukey滑动窗口；

16、对预处理之后的所述分段应变数据施加具有设定重叠率的tukey滑动窗口，得到多组窗口内应变数据。

17、在一种实现方式中，将所述窗口内应变数据进行时域和空间域的傅里叶变换，得到所述窗口内应变数据的应变频谱数据，包括：

18、将所述窗口内应变数据进行时域和空间域的二维快速傅里叶变换，以将所述窗口内应变数据变换至频率-波数域，以得到所述窗口内应变数据的应变频谱数据。

19、在一种实现方式中，将多组窗口内的所述应变频谱数据转换成位于窗口内的光纤上的测量点沿光纤轴向的运动学数据，所述运动学数据用于地震预警，包括：

20、确定所述das的传递函数，所述传递函数用于表征光纤上的应变传递至das的传递率；

21、设置水位常数，并基于所述水位常数和多组窗口内的所述应变频谱数据以及所述传递函数，得到测量点的最终速度频谱数据；

22、基于所述最终速度频谱数据，得到测量点的运动学数据，所述运动学数据包括在时域的速度、位移和加速度。

23、在一种实现方式中，所述窗口为tukey滑动窗口，所述tukey滑动窗口以重叠的方式覆盖测量点；基于所述水位常数和多组窗口内的所述应变频谱数据以及所述传递函数，得到测量点的最终速度频谱数据，包括：

24、基于所述水位常数和多组窗口内的所述应变频谱数据以及所述传递函数，得到所述测量点在重叠的各个tukey滑动窗口内的速度频谱数据；

25、获取所述测量点在重叠的各个tukey滑动窗口内的位置，并基于该各个位置，确定各个所述速度频谱数据的权重；

26、基于各个所述权重和各个所述权重各自对应的速度频谱数据，得到测量点的最终速度频谱数据。

27、在一种实现方式中，所述窗口内应变数据为经过扇形滤波窗滤波之后的数据。

28、第二方面，本发明实施例还提供一种面向地震预警的das数据转换装置，其中，所述装置包括如下组成部分：

29、采集模块，用于获取通过das采集的整段光纤的原始应变数据，以及获取所述整段光纤在地面下的布设几何形状；

30、分段模块，用于基于所述布设几何形状，对所述原始应变数据进行分段处理，得到各个分段应变数据，同一个所述分段应变数据包含位于同一直线段上的光纤产生的应变数据；

31、窗口滑动模块，用于对所述分段应变数据施加滑动窗口，得到多组窗口内应变数据；

32、傅里叶变换模块，用于将所述窗口内应变数据进行时域和空间域的傅里叶变换，得到所述窗口内应变数据的应变频谱数据；

33、数据转换模块，用于将多组窗口内的所述应变频谱数据转换成位于窗口内的光纤上的测量点沿光纤轴向的运动学数据，所述运动学数据用于地震预警。

34、第三方面，本发明实施例还提供一种终端设备，其中，所述终端设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的面向地震预警的das数据转换程序，所述处理器执行所述面向地震预警的das数据转换程序时，实现上述所述的面向地震预警的das数据转换方法的步骤。

35、第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有面向地震预警的das数据转换程序，所述面向地震预警的das数据转换程序被处理器执行时，实现上述所述的面向地震预警的das数据转换方法的步骤。

36、有益效果：本发明首先对整段光纤上的测量点产生的原始应变数据进行分段处理，以使得位于同一直线段上光纤测量点的应变数据划分到同一个分段应变数据中，也就是分段应变数据不包含位于弯折点另一侧的测量点产生的应变数据，从而使得分段应变数据的波数方向一致，而波数方向一致的应变数据在后续的傅里叶变换能够正确区分波的传播方向，而波的传播方向又与运动学数据相关，因此本发明能够提高基于应变数据分析出的运动学数据的精度。