一种光缆井定位方法、装置及存储介质与流程

1.本发明主要涉及长输油气管道光缆定位领域，具体涉及一种光缆井定位方法、装置及存储介质。


背景技术：

2.在生产过程中，长输管道的伴行光缆沿线设置光缆井，用于光缆熔接，内置熔接盒和盘留光缆。因施工不规范，管道沿线可能遗失光缆井的地面标识，为避免第三方施工破坏光缆井，需精确定位光缆井位置并做好标识。光缆井定位主要分为基于电磁感应和光纤振动传感两种技术。
3.电磁感应的技术，当金属探测器无法识别光缆井内的预留标识器后，需逐个开挖光缆井，在已开挖的光缆井内，对光缆的金属芯上施加电磁场，并在地面进行电磁感应来顺序定位下一个光缆井。但因电磁感应距离和灵敏度限制，如中间某个光缆井位于不可进入区间，则后续光缆井无法找到。
4.光纤振动传感的技术，将伴行光缆某一光纤芯接入光纤振动传感设备，人工在管道沿线地面密集敲击，定位光缆井。根据光缆井的盘留光缆对振动信号的强度和宽度放大特征，来识别光缆井。此技术要求作用于光缆沿线的振动强度保持一致，主要用于浅埋管道，对埋深超过1米的光缆井，易受土体和人工干扰而无法识别。同时因人工敲击对光缆的影响范围无法超过十米，该技术在长输管道定位光缆井时，间距过于密集，耗时费力。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种光缆井定位方法、装置及存储介质。
6.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种光缆井定位方法，包括如下步骤：
7.在对管道管壁施加振动的过程中从伴行光缆处采集二维时空振动信号；
8.根据所述二维时空振动信号形成强度瀑布图；
9.从所述强度瀑布图中识别锤击点，得到沿锤击点向管道管壁两侧传播的v形信号，并确定v形信号的中心米标；
10.在所述强度瀑布图中沿v形信号的两臂查找由v形信号产生的阶跃信号，并确定阶跃信号的起始光缆米标和中止光缆米标；
11.通过v形信号的中心米标以及阶跃信号的起始光缆米标和中止光缆米标得到光缆井的地面位置。
12.本发明的有益效果是：本发明提出的光缆井定位方法，与现有的基于电磁感应的光缆井定位方法相比，不受光缆井定位顺序限制，可按需定位光缆井；与现有的基于光纤振动的光缆井定位方法相比，不受光缆埋深限制，盘留特征更突出，在长输管道领域，可实现光缆井的精准快速定位，提高管道安全防护水平。
13.本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种光缆井定位装置，包括：
14.采集模块，用于在对管道管壁施加振动的过程中从伴行光缆处采集二维时空振动信号；
15.强度瀑布图形成模块，用于根据所述二维时空振动信号形成强度瀑布图；
16.定位处理模块，用于从所述强度瀑布图中识别锤击点，得到沿锤击点向管道管壁两侧传播的v形信号，并确定v形信号的中心米标；
17.在所述强度瀑布图中沿v形信号的两臂查找由v形信号产生的阶跃信号，并确定阶跃信号的起始光缆米标和中止光缆米标；
18.通过v形信号的中心米标以及阶跃信号的起始光缆米标和中止光缆米标得到光缆井的地面位置。
19.本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种光缆井定位装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，当所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上所述的光缆井定位方法。
20.本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的光缆井定位方法。
附图说明
21.图1为本发明实施例提供的光缆井定位方法的流程示意图；
22.图2为本发明实施例提供的光缆井定位装置的功能模块框图；
23.图3为本发明实施例提供的强度瀑布图中v形信号产生阶跃的示意图。
具体实施方式
24.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
25.实施例1：
26.如图1所示，一种光缆井定位方法，包括如下步骤：
27.在对管道管壁施加振动的过程中采集伴行光缆的二维时空振动信号；
28.根据所述二维时空振动信号形成强度瀑布图；
29.从所述强度瀑布图中识别锤击点，得到沿锤击点向管道管壁两侧传播的v形信号，并确定v形信号的中心米标；
30.在所述强度瀑布图中沿v形信号的两臂查找由v形信号产生的阶跃信号，并确定阶跃信号的起始光缆米标和中止光缆米标；
31.通过v形信号的中心米标以及阶跃信号的起始光缆米标和中止光缆米标得到光缆井的地面位置。
32.本发明提出的光缆井定位方法，与现有的基于电磁感应的光缆井定位方法相比，不受光缆井定位顺序限制，可按需定位光缆井；与现有的基于光纤振动的光缆井定位方法相比，不受光缆埋深限制，盘留特征更突出，在长输管道领域，可实现光缆井的精准快速定位，提高管道安全防护水平。
33.具体地，所述在对管道管壁施加振动的过程中从伴行光缆处采集二维时空振动信
号，具体为：
34.将分布式光纤传感装置预先布置在伴行光缆处，通过所述分布式光纤传感装置采集管道管壁振动时的二维时空振动信号。
35.具体地，所述根据所述二维时空振动信号形成强度瀑布图，具体为：
36.从所述二维时空振动信号得到振动能量，设定横坐标为光缆长度，纵坐标为时间，且纵坐标上侧为旧时间，下侧为新时间，数值为所述振动能量，横坐标左侧为光缆近端，右侧为光缆远端，假设管道管壁的振动传播速度为v，最小盘缆长度为l，空间分辨率小于或等于l/v，时间分辨率小于或等于l，从而形成强度瀑布图。
37.应理解地，当前时间认为是新时间，旧时间相对于当前时间而言，为过去的时间。
38.上述实施例中，能够利用强度瀑布图快速且准确的找到v形信号。
39.具体地，所述确定v形信号的中心米标，具体为：
40.所述v形信号的两臂的标准斜率为1/v，并沿中心米标对称分布，从而确定v形信号的中心米标s。
41.具体地，如图3所示，所述在所述强度瀑布图中沿v形信号的两臂查找由v形信号产生的阶跃信号，并确定阶跃信号的起始光缆米标和中止光缆米标，具体为：
42.在所述强度瀑布图中沿v形信号的两臂，计算局部斜率，当局部斜率由1/v突变为0时，由该处的阶跃信号得到起始光缆米标s1，当局部斜率由0突变为1/v时，由该处的阶跃信号得到中止光缆米标s2，且中止光缆米标s2》起始光缆米标s1，盘缆长度
△
s＝s2-s1。
43.上述实施例中，能够快速且准确的得到v形信号的中心米标s以及阶跃信号的起始光缆米标和中止光缆米标，不受土体和人工干扰，也不受光缆距离的影响。
44.具体地，所述通过v形信号的中心米标以及阶跃信号的起始光缆米标和中止光缆米标得到光缆井的地面位置，具体为：
45.若阶跃信号在v形信号顶点近端时，即中止光缆米标s2小于中心米标s时，通过第一式计算光缆井的地面位置，所述第一式为：d＝c-s+s2，其中，d为光缆井的地面位置，c为探坑地面位置，s为v形信号的中心米标，s2为阶跃信号的中止光缆米标；
46.若阶跃信号在v形信号顶点远端时，即起始光缆米标s1大于中心米标s，通过第二式计算光缆井的地面位置，所述第二式为：d＝c-s+s1，其中，d为光缆井的地面位置，c为探坑地面位置，s为v形信号的中心米标，s1为阶跃信号的起始光缆米标。
47.上述实施例中，通过v形信号的中心米标以及阶跃信号的起始光缆米标和中止光缆米标来得到光缆井的地面位置，实现光缆井的精准快速定位，提高管道安全防护水平。
48.下面给出利用上述光缆井定位方法进行实际应用的过程：
49.步骤1：每隔不超过5公里在管道正上方开挖探坑，人工在探坑内用铁锤敲击管壁。
50.步骤2：假设长输管道为金属管壁，振动能量在金属管壁的传播速度不低于1公里/秒，根据光缆井的最低盘缆长度来设置最低空间分辨率和空间分辨率。如光缆井盘缆长度10米，建议时间分辨率不大于0.01秒。为了使阶跃特征明显，空间分辨率不大于10米。
51.步骤3：管壁某一点振动后，同时往两侧传播，在强度瀑布图上形成v形响应图像(v形信号)，斜率与管壁的振动传播速度相关，长度为管壁的振动传播距离。通过连续敲击管壁或连续撞击焊缝，寻找相关的v形信号，v形信号的顶点的横坐标为触发管壁振动的光缆米标位置s，此时地面探坑位置为c。
52.步骤4：振动能量在管壁上可近似认为匀速传播，如传播途中不存在光缆井，则为直线信号；如传播途中存在光缆井，振动从光缆井一侧瞬时传播至另一侧，则直线信号产生横向阶跃，在空间横坐标上向外侧平移。如图3所示，强度瀑布图v形信号产生阶跃。阶跃的起止光缆米标，标记为光缆井的两侧米标s1和s2，阶跃长度s2-s1为光缆井内的光缆盘留长度，s1《s2《s。
53.步骤5：根据阶跃位置与v形信号顶点的光缆距离，找到光缆井的地面位置范围。此时光缆井的起止光缆米标在v形信号顶点近端，则光缆井地面位置为c-s+s2。
54.实施例2：
55.如图2所示，一种光缆井定位装置，包括：
56.采集模块，用于在对管道管壁施加振动的过程中从伴行光缆处采集二维时空振动信号；
57.强度瀑布图形成模块，用于根据所述二维时空振动信号形成强度瀑布图；
58.定位处理模块，用于从所述强度瀑布图中识别锤击点，得到沿锤击点向管道管壁两侧传播的v形信号，并确定v形信号的中心米标；
59.在所述强度瀑布图中沿v形信号的两臂查找由v形信号产生的阶跃信号，并确定阶跃信号的起始光缆米标和中止光缆米标；
60.通过v形信号的中心米标以及阶跃信号的起始光缆米标和中止光缆米标得到光缆井的地面位置。
61.具体地，所述强度瀑布图形成模块中，根据所述二维时空振动信号形成强度瀑布图，具体为：
62.从所述二维时空振动信号得到振动能量，设定横坐标为光缆长度，纵坐标为时间，且纵坐标上侧为旧时间，下侧为新时间，数值为所述振动能量，横坐标左侧为光缆近端，右侧为光缆远端，假设管道管壁的振动传播速度为v，最小盘缆长度为l，空间分辨率小于或等于l/v，时间分辨率小于或等于l，从而形成强度瀑布图。
63.本发明提出的光缆井定位方法，与现有的基于电磁感应的光缆井定位方法相比，不受光缆井定位顺序限制，可按需定位光缆井；与现有的基于光纤振动的光缆井定位方法相比，不受光缆埋深限制，盘留特征更突出，在长输管道领域，可实现光缆井的精准快速定位，提高管道安全防护水平。
64.实施例3：
65.一种光缆井定位装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，当所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上所述的光缆井定位方法。
66.实施例4：
67.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的光缆井定位方法。
68.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要
素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
69.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。