一种振动源变化趋势判断方法、设备及存储介质与流程

1.本发明涉及分布式光纤振动传感技术领域，尤其涉及一种振动源变化趋势判断方法、设备及存储介质。


背景技术：

2.分布式光纤振动传感器是近几十年来发展的一种用于实时测量空间振动信息分布的光纤传感系统，φ-otdr分布式光纤振动传感器系统便是其中一种，其系统利用瑞利散射信号，根据otdr原理可以计算出扰动位置。近年来，该系统在管道检测、安防检测等方面得到了广泛关注。在长输管道中，分布式光纤振动传感系统利用同沟敷设光缆作为伴随传感介质，感知管道沿线的振动信息，对管道沿线入侵事件进行智能识别，实现对管道的实时监测、定位、预警和报警。
3.经过几十年的发展，上述技术虽然已经较为成熟，但仍有一些缺陷。例如，中国发明专利cn103954349b提供了一种分布式光纤振动传感系统的侧向定位方法。该方法是最基本的定位原理，但是需要知道准确的振动波在土壤中的传播速度，但是不同的土壤(土质，含水量等)中振动波传感速度不同。专利cn 103292889 b一种分布式光纤振动传感器振源定位方法。该方法数据量很大，对实时处理要求较高。
4.目前主流的分布式光纤振动传感器共同具有一个缺陷，即其只有光纤轴向定位功能，无法判断出振动源运动趋势，局限了分布式光纤振动传感器的实际应用。如果具备振动源距离变化趋势的功能的话，可以减少很多无威胁事件的误报。比如振动源逐步靠近就需要关注，靠近到一定距离然后远离就可以把危险等级降低，从而动态监测对管道的危害行为。因此，亟需一种能够判断振动源变化趋势的方法。


技术实现要素：

5.有鉴于此，有必要提供一种振动源变化趋势判断方法、设备及存储介质，用以解决现有技术中无法判断振动源变化趋势的问题。
6.为达到上述技术目的，本发明采取了以下技术方案：
7.第一方面，本发明提供了一种振动源变化趋势判断方法，应用于分布式光纤传感系统，包括：
8.步骤一、根据所述分布式光纤传感系统的传感结果，得到响应分布信息，所述响应分布信息用于表征光纤检测到振动的不同时刻在不同探测位置的分布信息；
9.步骤二、根据所述响应分布信息，得到振源距离特征值；
10.步骤三、依次重复所述步骤一和所述步骤二，得到多个所述振源距离特征值；
11.步骤四、根据多个所述振源距离特征值的变化情况，得到振动源的变化趋势。
12.进一步的，所述步骤一，包括：
13.获取所述分布式光纤传感系统的传感结果，所述传感结果包括时空振动数据；
14.根据所述时空振动数据，得到所述响应分布信息。
15.进一步的，所述步骤二，包括：
16.建立参考坐标系，根据所述响应分布信息，在所述参考坐标系中建立所述响应分布信息对应的响应分布曲线；
17.根据所述响应分布曲线的截距信息，得到所述振源距离特征值。
18.进一步的，所述响应分布信息包括多个分布点，每个所述分布点均包括探测位置和探测时刻，所述建立参考坐标系，根据所述响应分布信息，在所述参考坐标系中建立所述响应分布信息对应的响应分布曲线，包括：
19.以光纤上的探测位置为横坐标、检测到振动的时间为纵坐标建立所述参考坐标系；
20.以所述探测时刻值最小的所述分布点作为原点，确定每个所述分布点在所述参考坐标系中对应的坐标点；
21.将多个所述坐标点拟合为连续的曲线，作为所述响应分布曲线。
22.进一步的，所述根据所述响应分布信息，得到所述振源距离特征值，包括：
23.确定稳定信号参考距离；
24.在所述响应分布曲线中选择横坐标等于所述稳定信号参考距离的点作为参考点；
25.根据所述参考点和所述响应分布曲线，得到所述振源距离特征值。
26.进一步的，所述稳定信号参考距离大于预设距离。
27.进一步的，所述根据所述参考点和所述响应分布曲线，得到所述振源距离特征值，包括：
28.获取所述响应分布曲线在所述参考点处的切线；
29.获取所述切线在所述参考坐标系的纵坐标上的截距，作为所述振源距离特征值。
30.进一步的，所述步骤四，包括：
31.判断多个所述振源距离特征值的变化情况，若所述振源距离特征值逐渐减小，则判定所述振动源远离所述分布式光纤传感系统；若所述振源距离特征值逐渐增大，则判定所述振动源靠近所述分布式光纤传感系统。
32.第二方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器和处理器，其中，
33.所述存储器，用于存储程序；
34.所述处理器，与所述存储器耦合，用于执行所述存储器中存储的所述程序，以实现上述任一项所述振动源变化趋势判断方法中的步骤。
35.第三方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机可读取的程序或指令，程序或指令被处理器执行时，能够实现上述任一种实现方式中的振动源变化趋势判断方法中的步骤。
36.本发明提供的一种振动源变化趋势判断方法、设备及存储介质，主要应用于分布式光纤传感系统，其通过获取分布式光纤传感系统的传感结果，得到响应分布信息，再根据响应分布信息，得到振源距离特征值，最后通过判断多个所述振源距离特征值的变化情况，以分析得到振动源的变化趋势。相比于现有技术，本发明实现了振动源变化趋势的判断，扩展了分布式光纤传感系统的实际应用，且该判断方法简单，精度高，易于操作，具备很好的实用性。
附图说明
37.图1为本发明提供的振动源变化趋势判断方法一实施例的方法流程图；
38.图2为图1中步骤s102的方法流程图；
39.图3为图2中步骤s201的方法流程图；
40.图4为本发明提供的振动源变化趋势判断方法一实施例中响应分布曲线的示意图；
41.图5为图2中步骤s202的方法流程图；
42.图6为本发明提供的电子设备一实施例的结构示意图。
具体实施方式
43.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
44.在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
45.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
46.本发明并非通过直接获取振动源的距离进而判断振动源的运动趋势，而是以一种全新的方式进行判断，即将分布式光纤传感系统的传感结果转换为响应分布信息，再提炼出能够反映振动源距离特征的振源距离特征值，并通过振源距离特征值进行判断。通过本发明提供的方法，不仅能够实现振动源变化趋势的判断，还规避了现有技术中精度不高、操作繁琐等负面问题，具体请参阅后问实施例中的描述。
47.本发明提供了一种振动源变化趋势判断方法、设备及存储介质，以下分别进行说明。
48.结合图1所示，本发明的一个具体实施例，公开了一种振动源变化趋势判断方法，应用于分布式光纤传感系统，包括：
49.s101、根据所述分布式光纤传感系统的传感结果，得到响应分布信息，所述响应分布信息用于表征光纤检测到振动的不同时刻在不同探测位置的分布信息；
50.s102、根据所述响应分布信息，得到振源距离特征值；
51.s103、依次重复所述s101和所述s102，得到多个所述振源距离特征值；
52.s104、根据多个所述振源距离特征值的变化情况，得到振动源的变化趋势。
53.本发明提供的一种振动源变化趋势判断方法、设备及存储介质，主要应用于分布式光纤传感系统，其通过获取分布式光纤传感系统的传感结果，得到响应分布信息，再根据响应分布信息，得到振源距离特征值，最后通过判断多个所述振源距离特征值的变化情况，以分析得到振动源的变化趋势。相比于现有技术，本发明实现了振动源变化趋势的判断，扩展了分布式光纤的传感系统的实际应用，且该判断方法简单，精度高，易于操作，具备很好的实用性。
54.作为优选的实施例，本实施例中的所述步骤s101、根据所述分布式光纤传感系统的传感结果，得到响应分布信息，包括：
55.获取所述分布式光纤传感系统的传感结果，所述传感结果包括时空振动数据；
56.根据所述时空振动数据，得到所述响应分布信息。
57.需要说明的是，上述过程中的时空振动数据，是指包含有位置信息和时间信息的二维数据，其为分布式光纤传感器领域内公知的现有技术，本实施例中不做过多说明。而响应分布信息，是指能够根据分布式光纤传感系统的传感结果得到的，反应分布式光纤传感系统中的光纤在检测到振动的不同时刻在不同探测位置的分布信息，例如光纤上每个探测点首次探测到振动的时刻的集合、光纤上不同位置的探测点首次检测到激励信号时刻的集合，光纤的响应曲线等，其可根据传感结果通过多种现有手段得到。本实施例中，将时空振动数据近似视为在二维时空坐标系中的一片区域，选择时空振动数据区域中时间维度上较小的边缘作为时空分布信息。
58.进一步的，结合图2所示，本实施例中的步骤s102、根据所述响应分布信息，得到振源距离特征值，具体包括：
59.s201、建立参考坐标系，根据所述响应分布信息，在所述参考坐标系中建立所述响应分布信息对应的响应分布曲线；
60.s202、根据所述响应分布曲线的截距信息，得到所述振源距离特征值。
61.上述过程中，因响应分布信息包含了时间和位置两个维度的信息，因此以若以时间和位置建立二维坐标系作为参考坐标系的话，响应分布信息便可以在参考坐标系中以曲线的形式映射出来，即响应分布曲线。然后根据响应分布曲线的几何特征便可以判断出振动源和光纤之间的距离特征，进而判断出振动源的运动趋势，本实施例中是选择响应分布曲线的截距信息作为判断标准，得到振源距离特征值，其中振源距离特征值为代表远近程度的一个抽象的数值量，并非真实的距离数据。
62.具体地，在一个优选的实施例中，所述响应分布信息包括多个分布点，每个所述分布点均包括探测位置和探测时刻两个维度的信息，用于表示光纤上特定位置检测到振动源振动的时刻。结合图3及图4所示，上述过程中的步骤s201、建立参考坐标系，根据所述响应分布信息，在所述参考坐标系中建立所述响应分布信息对应的响应分布曲线，具体包括：
63.s301、以光纤上的探测位置为横坐标、检测到振动的时间为纵坐标建立所述参考坐标系；
64.s302、以所述探测时刻值最小的所述分布点作为原点，确定每个所述分布点在所述参考坐标系中对应的坐标点；
65.s303、将多个所述坐标点拟合为连续的曲线，作为所述响应分布曲线。
66.请参阅图4，上述过程中所建立的响应分布曲线为抛物线，该抛物线的顶点表示振动源振动信号垂直传导至光纤时，其在光纤上的位置及探测时间。本实施例中在建立响应分布曲线时抛物线的顶点和参考坐标系的原点重合，以便更方便地判断响应分布曲线的几何特征及多个曲线之间的比较。对于响应分布曲线上的任一点来讲，其横坐标越大，表明该点离光纤上首次探测到振动的位置越远，纵坐标越大，表明该点对应的光纤上的位置检测到振动的时间越久。
67.进一步的，结合图5所示，本实施例中的步骤s202、根据所述响应分布信息，得到所述振源距离特征值，具体包括：
68.s501、确定稳定信号参考距离；
69.s502、在所述响应分布曲线中选择横坐标等于所述稳定信号参考距离的点作为参考点；
70.s503、根据所述参考点和所述响应分布曲线，得到所述振源距离特征值。
71.作为优选的实施例，在上述过程的s501及s502中，以150m作为预设距离，所述稳定信号参考距离需要大于预设距离。因光纤上最先感应到振动时，信号并不稳定，其与真实信息之间存在误差，若利用此时的数据进行分析，即用响应分布曲线中的顶点代表的信息进行分析，则可能会出现误差。所以本实施例中，将响应分布曲线中距离原点足够远(大于预设距离)的部分，认为信号延展稳定后的信息，能够反应真实情况，此时选择该部分中的点作为参考点，能够保证通过该参考点得到振源距离特征最为准确。
72.进一步地，作为优选的实施例，上述过程中的步骤s503、根据所述参考点和所述响应分布曲线，得到所述振源距离特征值，具体包括：
73.获取所述响应分布曲线在所述参考点处的切线；
74.获取所述切线在所述参考坐标系的纵坐标上的截距，作为所述振源距离特征值。
75.截距可以反映出振动源与光纤之间的距离特征，在本实施例中截距值越小，说明振动源离光纤越远，该结论的具体原理如下：
76.首先，现有的分布式光纤传感器所得到的时空曲线为：
77.(d-d0)
2-2hv(t-t0)-v2(t-t0)2＝0
78.式中d为光纤上位置信息，即以光纤上以某一点为基准，该位置与该基准点之间的距离；d0是光纤上最先感应到振动点的光纤上的位置信息；t是时间；t0是光纤上最先感应到振动点的时刻；h是振动源距离光纤的垂直距离；v是振动波的速度。在传统的分布式光纤应用中，需要知道d0，t0才能知道振动源距离光纤的垂直距离h，但是由于系统的精度，和环境的复杂，导致这两个参数存在误差，从而影响h的判断精度。
79.根据上述时空曲线，则可以得到：
[0080][0081]
式中，δt＝t-t0，δd＝d-d0，将δt，δd分别作为纵坐标以及横坐标的量纲，便可以视为建立本实施例中的参考坐标系，式(1)可以在形式上等效地视为本实施例中的响应分布曲线，对响应分布曲线的分析可以等效为对式(1)的分析，不过需要说明的是，式(1)并不等同于本实施例中的响应分布曲线，本实施例中的响应分布曲线是根据时空振动数据直接得到，无需知晓d0、t0、h等参数。
[0082]
对式(1)求导数，可以得到任意一点的斜率：
[0083][0084]
由式(2)可知，当δd远大于h时，便可以认为该距离为振动传播较远且稳定后的距离，即本实施例中的稳定信号参考距离，此时可以近似得到：
[0085][0086]
此时知道曲线上一点的斜率(即本实施例中的参考点)，就可以知道该切线的截距：
card)等。进一步地，存储器620还可以既包括振动源变化趋势判断设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器620用于存储安装于振动源变化趋势判断设备的应用软件及各类数据，例如安装振动源变化趋势判断设备的程序代码等。存储器620还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。在一实施例中，存储器620上存储有振动源变化趋势判断程序640，该振动源变化趋势判断程序640可被处理器610所执行，从而实现本技术各实施例的振动源变化趋势判断方法。
[0099]
处理器610在一些实施例中可以是一中央处理器(central processing unit,cpu)，微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储器620中存储的程序代码或处理数据，例如执行振动源变化趋势判断方法等。
[0100]
显示器630在一些实施例中可以是led显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及oled(organic light-emitting diode，有机发光二极管)触摸器等。显示器630用于显示在振动源变化趋势判断设备的信息以及用于显示可视化的用户界面。振动源变化趋势判断设备的部件610-630通过系统总线相互通信。
[0101]
在一实施例中，当处理器610执行存储器620中振动源变化趋势判断程序640时实现如上的振动源变化趋势判断方法中的步骤。
[0102]
本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有振动源变化趋势判断程序，该振动源变化趋势判断程序被处理器执行时可实现上述实施例中的步骤。
[0103]
本发明提供的一种振动源变化趋势判断方法、设备及存储介质，主要应用于分布式光纤传感系统，其通过获取分布式光纤传感系统的传感结果，得到响应分布信息，再根据响应分布信息，得到振源距离特征值，最后通过判断多个所述振源距离特征值的变化情况，以分析得到振动源的变化趋势。相比于现有技术，本发明实现了振动源变化趋势的判断，扩展了分布式光纤的传感系统的实际应用，且该判断方法简单，精度高，易于操作，具备很好的实用性。
[0104]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。