一种基于分布式光纤振动传感的堑坡落石监测方法与流程

本发明涉及落石监测领域，特别是涉及一种基于分布式光纤振动传感的堑坡落石监测方法。

背景技术：

近几年由于铁路事业的快速发展，铁路列车运行速度越来越快，铁路的行车安全越来越重要。山坡附近行驶的列车可能会受到落石的影响，以至于列车发生事故，落石的监测尤其重要。

现有技术一【胡军、黄辛和袁良峰等.基于光纤光栅传感方法的铁路边坡危岩落实监测报警系统.201110310654.0,2011】，通过光纤光栅传感器和视频联动监测对铁路落石监测、预警、报警等能够及时发现和处置落石问题。但光纤光栅的监测是一种点式监测，长距离监测的价格昂贵；需要精心设计并安装振动传感传感部件，施工难度大；传感部件沿铁轨安装，只能在落石发生后发挥作用。

现有技术二【冯光胜、李海亮和曹柏树等.一种基于机载激光雷达三维的危岩落石调查方法.201310496899.6,2013】，通过利用机载激光雷达对山体岩石进行勘察，从而发现危石和落石。然而，这种方式实时性差，勘察成本高、周期长，并且容易受到地形、环境、天气等的影响。

现有检测方法大多只能在落石发生后检测到异常，难以实现全天候、分布式的实时监测，检测效率低，易受环境干扰，无法满足铁路方面对幅度安全性的要求。

技术实现要素：

为解决上述方法问题，本发明提供了一种基于分布式光纤振动传感的堑坡落石监测方法，可实现长距离分布式检测，具有实时性高、抗电磁干扰、使用寿命长等特点。本发明不仅将极大推动铁路沿线堑坡落石监测领域的发展，也为公路沿线山体落石等提供了很好的保障。

本发明的方法方案是：一种基于分布式光纤振动传感的堑坡落石监测方法，其特点在于，利用相位敏感光时域反射计，结合堑坡落石监测方法，实现堑坡落石的全天候监测；所述的相位敏感光时域反射计，向传感光纤内发送探测光脉冲，接收探测脉冲的后向瑞利散射光信号，并将其转换为电信号，进行解调和分析。整条光纤链路沿堑坡均匀埋设在2-30cm深度；所述的基于分布式光纤振动传感的堑坡落石监测方法包括原始信号的获取与解调、信号的判别、报警级别的确定；

具体包括：获取相位敏感光时域反射计输出原始信号，所述原始信号的获取，利用相位敏感光时域反射计，向传感光纤内发送探测光脉冲；接收探测脉冲的后向瑞利散射光信号

所述的原始信号的解调是解调瑞利散射信号，将其转换为电信号，获得整条光纤链路沿线堑坡的振动传感信号即重建通信光缆沿线的振动传感信号。

所述的信号的判别根据外界的扰动对信号进行判别，通过预设幅度阈值判断整条链路中是否存在扰动信号，若无扰动则等待下次原始信号的采集，若有扰动需对扰动信号进行分析。

进一步，根据扰动信号的预设幅度阈值判断是否为扰动信号；

综合分析时域和线度因素，判断扰动信号的类型和等级；

综合分析时域、空域因素，判断时域和空域是否满足报警条件；

若满足报警条件，根据报警进一步判断报警级别；

向各用户终端发出报警警报。

所述对目标物和数据库落石信号的持续时间进行时域匹配，具体包括：计算目标物产生的扰动持续时间和数据库落石扰动的持续时间；判断扰动持续时间是否小于预设数据库落石扰动的持续时间阈值；如果是，则确定时域约束下匹配成功。

所述的报警级别的确定是通过目标物体的扰动持续时间和扰动线度因素进行分析，分析出扰动信号的扰动类型和级别。若扰动信号的持续时间、扰动线度大于扰动信号的综合阈值，对扰动信号进一步识别。目标物体的扰动线度是扰动信号的扰动范围和扰动幅度，对扰动线度和数据库落石扰动线度进行空域匹配。

目标物体的扰动持续时间是扰动信号从扰动信号出现到扰动信号结束所持续的时间，对扰动持续时间和数据库落石扰动持续时间进行时域匹配；判断目标物产生的扰动时间是否小于数据库落石扰动的持续时间阈值；如果是，则确定时域约束下匹配成功；

所述目标物和数据库落石进行空域匹配，目标物的空域匹配为扰动范围的匹配和扰动幅度的匹配：计算所述目标物的扰动范围和数据库落石的扰动范围，和目标物的扰动幅度和数据库落石扰动幅度；判断目标物的扰动范围是否小于预设数据库落石的扰动范围阈值；判断目标物的扰动幅度是否小于预设数据库落石的扰动幅度阈值；如果同时是，则确定空域约束下匹配成功。

判断报警级别，具体包括：根据目标物的扰动持续时间和数据库落石的扰动持续时间进行判别分为一级报警、二级报警、三级报警；根据目标物的扰动范围和数据库落石的扰动范围阈值进行判别分为一级报警、二级报警、三级报警；根据目标物的扰动幅度和数据库落石的幅度阈值进行判别分为一级报警、二级报警、三级报警；

综合考虑警报级别，包括：

扰动时间、扰动范围、扰动幅度取警报最大数值级别，其中一级报警是最严重级别，若有一个警报为三级，则报警判别为三级报警，若警报判别都为二级报警，则报警级别为二级报警；若报警判别都为一级报警，则报警级别为一级报警。

根据报警信号和报警级别，向各用户终端发出落石报警信号和报警级别。

所述对目标物和数据库落石扰动持续时间进行时域匹配；报警级别是指在扰动目标物的扰动持续时间和扰动线度匹配成功后，对其进行级别的判定；确定报警级别。

所述的报警级别的确定是通过目标物体的扰动持续时间和扰动线度因素进行分析，分析出扰动信号的扰动类型和级别。若扰动信号的持续时间、扰动线度大于扰动信号的综合阈值，对扰动信号进一步识别。

目标物体的扰动持续时间是扰动信号从扰动信号出现到扰动信号结束所持续的时间，对扰动持续时间和数据库落石扰动持续时间进行时域匹配。

目标物体的扰动线度是扰动信号的扰动范围和扰动幅度，对扰动线度和数据库落石扰动线度进行空域匹配。

进一步地，所述对目标物和数据库落石扰动持续时间进行时域匹配，具体包括：

计算目标物产生的扰动的持续时间和数据库落石扰动的持续时间；

判断目标物产生的扰动时间是否小于数据库落石扰动的持续时间阈值；

如果是，则确定时域约束下匹配成功。

进一步地，所述目标物和数据库落石进行空域匹配，目标物的空域匹配为扰动范围的匹配和扰动幅度的匹配，具体包括：

计算所述目标物的扰动范围和数据库落石的扰动范围，和目标物的扰动幅度和数据库落石扰动幅度；

判断目标物的扰动范围是否小于预设数据库落石的扰动范围阈值；

判断目标物的扰动幅度是否小于预设数据库落石的扰动幅度阈值；

如果同时是，则确定空域约束下匹配成功。

报警级别是指在扰动目标物的扰动持续时间和扰动线度匹配成功后，对其进行级别的判定。具体包括：

根据目标物的扰动持续时间和数据库落石的扰动持续时间阈值进行判别分为一级报警、二级报警、三级报警；

根据目标物的扰动范围和数据库落石的扰动范围阈值进行判别分为一级报警、二级报警、三级报警；

根据目标物的扰动幅度和数据库落石扰动幅度阈值进行判别分为一级报警、二级报警、三级报警；

综合考虑警报级别，包括：

扰动时间、扰动范围、扰动幅度取警报最大数值级别，其中一级报警是最严重级别，若有一个警报为三级，则报警判别为三级报警，若警报判别都为二级报警，则报警级别为二级报警；若报警判别都为一级报警，则报警级别为一级报警。

根据报警信号和报警级别，向各用户终端发出落石报警信号和报警级别。

本发明的有益效果：

1、本发明基于分布式光纤振动传感监测堑坡落石，通过实时对扰动信号进行时域和空域的匹配，进而对落石危害列车行车安全的情况做出准确监测，并且根据不同的报警信息，发出落石报警警报和报警级别，为列车司机及铁路调度人员等采取相关措施提供参考依据。

2、本发明是基于分布式光纤振动传感监测堑坡落石，可实现堑坡落石的全天候监测，可在事故发生前报警；分布式光纤适用于长距离监测，且单位距离成本低，施工简单；有抗电磁干扰，耐腐蚀，使用寿命长等特点，同时不受外界天气影响。

附图说明

图1是本发明一种基于分布式光纤振动传感的堑坡落石监测方法实施例的流程示意图；

图2是本发明一种相位敏感光时域反射计的实施例的结构示意图；

图3是本发明一种对扰动信号的判别、报警级别确定实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域方法人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1、图2和图3，本发明实施例包括：

本发明中的一种基于分布式光纤振动传感的堑坡落石监测方法实施例：

所述的基于分布式光纤振动传感的堑坡落石监测方法包括原始信号的获取与解调、信号的判别、报警级别的确定。

1001：获取原始信号，并对原始信号进行解调，获得整条光纤链路沿线的振动传感信号。

1002：根据扰动信号的预设幅度阈值判断是否为扰动信号。

1003：综合分析时域和线度因素、判断扰动信号的类型和等级。

1004：综合分析时域、空域因素，判断时域和空域是否满足报警条件。

1005：若满足报警条件，根据报警进一步判断报警级别。

1006：向各用户终端发出报警警报和报警级别。

本发明中的相位敏感光时域反射计实施例，是采用单光学端口、相干探测的结构，如图2所示。包括激光器1，第一光纤耦合器2、第二光纤耦合器3，脉冲调制器4，第一光纤环行器5，第一双平衡光电探测器6。

激光由激光器1输出到第一光纤耦合器2，分别连接到第一光纤耦合器3的一输入端和脉冲调制器4。脉冲调制器4的输出连接到第一光纤环行器5的a端口。第一光纤环行器5的b端口连接第一光学端口101。第一光纤环行器5的c端口则连接到第二光纤耦合器3的另一输入端。第二光纤耦合器3的输出连接第一双平衡光电探测器6。第一双平衡光电探测器6的电学输出端口连接第一同轴电缆201。

本发明中的扰动信号的判别、报警级别确定实施例。

3001：通过扰动信号的扰动持续时间、扰动线度大于扰动信号的预设幅度阈值，判断为扰动信号。

3002：根据扰动信号的扰动持续时间，即扰动信号从扰动信号出现到扰动信号结束所持续的时间，与数据库落石扰动持续时间进行时域匹配。

3003：根据扰动信号的扰动范围，对扰动范围和数据库落石扰动范围进行空域匹配。

3004：根据扰动信号的扰动幅度，对扰动幅度和数据库落石扰动幅度进行空域的幅度匹配。

3005：目标物的扰动持续时间和数据库落石的扰动持续时间进行判别，分为一级报警3008、二级报警3009、三级报警3010。

3006：目标物的扰动范围和数据库落石的扰动范围进行判别，分为一级报警3008、二级报警3009、三级报警3010；

3007：目标物的扰动幅度和数据库落石的扰动幅度进行判别，分为一级报警3008、二级报警3009、三级报警3010。

3011：综合考虑警报级别，取扰动持续时间、扰动范围、扰动幅度取警报最大级别作为该报警的级别，若有一个警报为三级，则报警判别为三级报警，若警报判别无三级报警，有一个二级报警，则为二级报警，若报警级别都为二级报警，则报警级别为二级报警；若报警判别都为一级报警，则报警级别为一级报警。

3012：根据报警信号和报警级别，向各用户终端发出落石报警信号和报警级别。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的方法领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。