光纤振动模型确定方法以及光纤预警装置、系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光纤通信领域，特别是涉及光纤振动模型确定方法以及光纤预警装置、系统。
【背景技术】
[0002]光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具，传输原理是光的全反射。多数光纤在使用前必须由几层保护结构包覆，包覆后的缆线即被称为光缆。
[0003]光纤具有广泛的应用，除了常用的传输信号之外，还用于监测外界的震动，其中，外界震动包括人工挖掘、机械挖掘、汽车经过等。这些震动会引起附近光纤信号的变化，再根据对光纤信号的分析从而判断震动的类型。
[0004]—般情况下，是通过向光纤的一端通入测试光信号，光纤中的每一个点都会产生瑞利散射，根据散射信号的变化以及持续时间，可以确定光纤震动的位置、持续时间以及震动的类型。在现有技术中，由于对数据的特征提取不具有独特性，在分析震动类型时不具有辨识度。
【发明内容】
[0005]本发明主要解决的技术问题是提供光纤振动模型确定方法以及光纤预警装置、系统，能够快速、精确判断光纤的振动类型。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是:提供一种光纤振动模型确定方法，该方法包括:当接收到光纤电信号时，获取光纤电信号中对应若干个光纤位置在若干个时间的信号值;其中，光纤电信号是由光纤反射的光信号转换得到的；以光纤位置与光纤起点的距离为第一坐标轴、时间为第二坐标轴建立信号状态图；其中，信号状态图用于表征光纤若干个光纤位置在若干个时间上的信号值的信息;根据信号状态图确定光纤的振动模型。
[0007]其中，以光纤位置与光纤起点的距离为第一坐标轴、时间为第二坐标轴建立信号状态图，包括:以光纤位置与光纤起点的距离为第一坐标轴、时间为第二坐标轴、光纤位置在若干个时间上的信号值为第三坐标轴建立信号状态图。
[0008]其中，信号状态图为热力图，其中，热力图中的像素值用于表征光纤若干个光纤位置在若干个时间上的信号值的信息。
[0009]其中，根据信号状态图确定光纤的振动模型，具体包括:对信号状态图进行图像预处理;提取经过图像预处理后的信号状态图的形状信息;对形状信息进行分类，以确定光纤的振动模型。
[0010]其中，图像预处理的方法包括聚类、二值化、腐蚀、膨胀中的一种。
[0011]其中，对形状信息进行分类的方法包括贝叶斯分类算法，决策树算法，SVM算法中的一种。
[0012]其中，光纤电信号为数字电信号；其中，数字电信号是由模拟电信号转化得到的，模拟电信号是由光纤反射的光信号转换得到的。
[0013]其中，还包括:根据公式L=(c*T/n)/2计算光纤位置与光纤起点之间的距离；其中，c为光在真空中的速度，T为光纤位置在光纤电信号中的时间长度，η为光纤的折射率。
[0014]为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是:提供一种光纤预警装置，该装置包括:采样模块，用于在接收到光纤电信号时，获取光纤电信号中对应若干个光纤位置在若干个时间的信号值;其中，光纤电信号是由光纤反射的光信号转换得到的；图形建立模块，用于以光纤位置与光纤起点的距离为第一坐标轴、时间为第二坐标轴建立信号状态图；其中，信号状态图用于表征光纤若干个光纤位置在若干个时间上的信号值的信息;模型确定模块，用于根据信号状态图确定光纤的振动模型;预警模块，用于在振动模型满足预设条件时，发出预警信号。
[0015]为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是:提供一种光纤预警系统，该系统包括信号收发装置，光电转换装置、模数转换装置以及光纤预警装置;信号收发装置，用于从光纤起点输入第一光信号并获取第一光信号在光纤中反射得到的第二光信号；光电转换装置，用于将第二光信号转化为模拟电信号;数模转换装置，用于将模拟电信号转化为数字电信号;光纤预警装置是如上的光纤预警装置。
[0016]本发明的有益效果是:区别于现有技术的情况，本发明通过将得到的光纤反射的信号数据来绘制信号状态图，增加回传的光纤数据的维度来丰富回传数据的信息量，直观的体现不同光纤位置在不同时间的振动情况，有利于提高模型的辨识度与识别率，快速精确的判断振动类型。
【附图说明】
[0017]图1是本发明光纤振动模型确定方法一实施方式的流程示意图；
[0018]图2是本发明光纤振动模型确定方法一实施方式的信号状态图；
[0019]图3是本发明光纤振动模型确定方法另一实施方式的一种信号状态图；
[0020]图4是本发明光纤振动模型确定方法另一实施方式的另一种信号状态图；
[0021 ]图5是本发明光纤预警装置一实施方式的结构示意图；
[0022]图6是本发明光纤预警装置另一实施方式的结构示意图；
[0023]图7是本发明光纤预警系统一实施方式的结构示意图。
【具体实施方式】
[0024]参阅图1，本发明光纤振动模型确定方法一实施方式的流程示意图，该方法包括:
[0025]Sll:当接收到光纤电信号时，获取光纤电信号中对应若干个光纤位置在若干个时间的信号值;其中，光纤电信号是由光纤反射的光信号转换得到的。
[0026]可选的，光纤反射的光信号是从光纤起点通入的第一光信号在光纤中各个位置经过瑞利散射形成的并反射的第二光信号。
[0027]可选的，光纤电信号为数字电信号；其中，数字电信号是由模拟电信号转化得到的，模拟电信号是由光纤反射的光信号转换得到的。由于背向散射的光信号及其微弱，且其信噪比较小，在对光信号处理的过程中难度较大、精度较小，因此将光信号转化为模拟电信号便于信号的处理。这里可以通过一般的光电转换器进行转换，例如APD(Avalanche PhotoD1de，雪崩光电二极管)等。
[0028]可选的，将模拟电信号转换为数字电信号可以采用模数转换器。
[0029]可选的，第一光信号为连续通入的脉冲光信号，在通入第一光信号后，在光纤起点不断的对反射的第二光信号进行采样，然后通过光电转换和模数转换得到数字电信号。例如，第一光信号为脉冲宽度为1ns的光信号，根据公式L=(c*T/n)/2，假设取光速c = 3*108m/s，T = 10ns，n=l.5，贝IjL= Im，即每I米光纤都可以获取到一个信号值，那么每隔Ims就可以采样得到光纤起点到光纤100公里处共100000个信号值。
[0030]进一步，下一个Ims就又会得到从光纤起点到终点共100000个位置的信号，这样，同一个位置在每Ims就会得到一个信号值了，即可以获得目标光纤位置每Ims的信号值。
[0031]S12:以光纤位置与光纤起点的距离为第一坐标轴、时间为第二坐标轴建立信号状态图；其中，信号状态图用于表征光纤若干个光纤位置在若干个时间上的信号值的信息。
[0032]可选的，S12之前还可以包括:根据公式L=(c*T/n)/2计算光纤位置与光纤起点之间的距离;其中，c为光在真空中的速度，T为光纤位置在光纤电信号中的时间长度，即接收到第二光信号的时间长度，η为光纤的折射率。
[0033]参阅图2，光纤振动模型确定方法一实施方式的信号状态图。
[0034]可选的，图2以平面笛卡尔坐标系为例，其中，X轴表示第一坐标轴，Y轴表示第二坐标轴。
[0035]其中，信号值的信息可以是表征某一光纤位置在某一时间是否振动。例如，可以设置一阈值，某一光纤位置在某一时间的信号值大于该阈值就在信号状态图的相应位置绘制一个点，用以表不振动。
[0036]S13:根据信号状态图确定光纤的振动模型。
[0037]再参阅图2，从图2中可以看出，第3秒第I米处振动，第4秒第2米处振动，第5秒未检测到振动……第10秒第8米处振动；由于在3-10秒时间内，光纤中1-8米处连续振动，可以类比重型车辆经过的模型。
[0038]其中，S13可以具体包括:
[0039]S131:对信号状态图进行图像预处理。
[0040]其中，图像预处理的方法包括聚类、二值化、腐蚀、膨胀中的一种。
[0041]聚类:将物理或抽象对象的集合分成由类似的对象组成的多个类的过程被称为聚类。由聚类所生成的簇是一组数据对象的集合，这些对象与同一个簇中的对象彼此相似，与其他簇中的对象相异。“物以类聚，人以群分”，在自然科学和社会科学中，存在着大量的分类问题。聚类分析又称群分析，它是研究(样品或指标)分类问题的一种统计分析方法。聚类分析起源于分类学，但是聚类不等于分类。聚类与分类的不同在于，聚类所要求划分的类是未知的。聚类分析内容非常丰富，有系统聚类法、有序样品聚类法、动态聚类法、模糊聚类法、图论聚类法、聚类预报法等。
[0042]二值化:图像的二值化，就是将图像上的像素点的灰度值设置为O或255，也就是将整个图像呈现出明显的只有黑和白的视觉效果。
[0043]腐蚀:腐蚀主要用于形态学中除去图像的某些部分。
[0044]膨胀:运算前，Α，Β分别为两个区域，B中的黑点为B的中心，运算后相当于用B的中心在A的边界走一圈，B的边界扫过的区域加上A本身的区域就是A膨胀B的结果。
[0045]S132:提取经过图像预处理后的信号状态图的形状信息。
[0046]形状信息可以是振动点的数量、振动点连线长度、振动点连线与坐标轴的角度等等。
[0047]S133:对形状信息进行分类，以确定光纤的振动模型。
[0048]其中，对形状信息进行分类的方法包括贝叶斯分类算法，决策树算法，SVM算法中的一种。
[0049]通过上述的图像预处理和分类处理，可以将得到的模型与预设的模型进行对比，或者通过分类方法判断得到的模型和预设的模型是否为一类，从而判断振动的类型。
[0050]区别于现有技术，本实施方式通过将得到的光纤反射的信号数据来绘制信号状态图，增加回传的光纤数据的维度来丰富回传数据的信息量，直观的体现不同光纤位置在不同时间的振动情况，有利于提高模型的辨识度与识别率，快速精确的判断振动类型。
[0051]在本发明光纤振动模型确定方法另