基于智能光纤网络在线监测的安全预警系统的制作方法

本发明涉及光纤网络在线监测，更具体地涉及基于智能光纤网络在线监测的安全预警系统。

背景技术：

1、电缆发电厂与变电站正常运行的动力和控制枢纽，由于电缆往往布置于地下，其潜在的缺陷和老化不易被人们发现，随着运行时间的增加，有可能因电缆过热或短路导致火灾，光纤传感技术是20世纪70年代发展起来的一种新型的传感技术，利用光纤传感器结合互联网，可以形成一个“光纤物联网”，实现对电缆设施长期稳定的实时监测，提高监测效果。

2、但是现有的智能光纤网络在线监测系统进行电缆实时监测时，往往数据出现异常时才进行预警，未能依据实时监测的电缆数据进行安全预测，因此预警不够及时，同时现有的智能光纤网络在线监测未能根据电缆老化情况对电缆使用寿命进行预测，因此无法及时对电缆进行更换与维护，无法防患于未然，保证电缆的正常使用，减少安全隐患。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了基于智能光纤网络在线监测的安全预警系统，以解决上述背景技术中存在的问题。

2、本发明提供如下技术方案：基于智能光纤网络在线监测的安全预警系统，包括：

3、设备采集模块：用于通过光纤传感器采集电缆数据；

4、在线监测模块：用于对设备采集模块的电缆数据进行实时监测，所述在线监测模块包括：

5、电缆温度监测单元：对电缆实时温度进行监测，并通过构建温度神经网络对电缆温度进行预测；

6、电缆湿度监测单元：对电缆实时环境湿度进行监测，并通过arima模型对电缆环境湿度进行预测；

7、电缆介质损耗监测单元：通过介质损耗角正切值计算公式计算得出电缆介质损耗角正切值ρ；

8、安全预警模块：用于对在线监测模块的数据进行预警，所述安全预警模块包括：

9、单因素警示单元：对电缆湿度监测单元中预测的电缆温度值、电缆湿度监测单元中预测的电缆环境湿度值以及电缆介质损耗角正切值进行异常值警示；

10、电缆寿命预警单元：通过电缆老化度计算公式，基于电缆温度监测单元、电缆湿度监测单元以及电缆介质损耗监测单元的数据计算得出电缆老化指数β，再通过寿命评估计算公式计算得出电缆剩余寿命l，将电缆剩余寿命l与寿命预警值进行对比，根据对比结果进行预警；

11、人机交互模块：用于将安全预警模块的数据通过终端进行人机交互。

12、优选的，所述电缆数据包括但不限于电缆的实时温度、电缆运行时间、实时环境湿度、实时负荷电流、实时负荷电压以及电阻，所述电缆的实时温度包括电缆表皮温度与电缆的环境温度。

13、优选的，所述构建温度神经网络对电缆温度进行预测包括以下步骤：

14、步骤s01：将电缆温度的影响因子作为输入层参数建立神经网络输入层；

15、步骤s02：利用归一化公式对步骤s01中的影响因子进行归一化处理；

16、步骤s03：建立神经网络隐含层：采用高斯核函数作为基函数，将向量从低维度映射到高维度，使低维度的线性不可分变成高维度的线性可分

17、步骤s04：建立神经网络输出层输出预测值：通过神经网络隐含层各隐节点加权得出，并利用输出层公式进行表示。

18、优选的，所述高斯核函数公式为：，其中，yi为输入向量，即步骤s02中归一化处理后的数据，ci为隐含层第i个隐节点的场中心，σi为第i个隐节点的场域宽度。

19、优选的，所述输出层公式为：，其中，φ(y)为输出预测值，w0为调整输出的偏移量，n为隐含层隐节点的个数，wi为隐含层第i个隐节点的基函数与输出节点的连接权值。

20、优选的，所述介质损耗角正切值计算公式为：，其中，tanδ为介质损耗角的正切值，ω为电流的角频率，r为电缆电阻，c为电缆电容。

21、优选的，所述电缆老化度计算公式为：，其中，t为电缆的使用时间，r(t,w,ρ)为电缆的损耗度，，其中，b为活化能系数，tt为t时刻电缆的实时温度，t为电缆线芯绝对温度，wt为t时刻电缆的实时环境温度，n为电缆寿命系数，b为修正系数，，其中，t0为热老化相对温度。

22、优选的，所述寿命评估计算公式为：，其中，t为电缆使用时间。

23、本发明的技术效果和优点：

24、本发明通过设有单因素警示单元与电缆寿命预警单元，有利于通过对电缆数据的实时监测与计算，对可能出现的异常值进行警示，在进行实时在线监测预警的同时，还能对数据进行预测，并通过电缆老化度计算公式计算电缆老化指数，再通过寿命评估计算公式计算得出电缆剩余寿命，对电缆的寿命情况进行及时反馈，依据实时的电缆数据进行数据预测，提前预知电缆可能发生的风险，及时地对电缆进行更换与维护，做到防患于未然，减少安全隐患，保证电缆的稳定使用。

技术特征：

1.基于智能光纤网络在线监测的安全预警系统，其特征在于：包括设备采集模块、在线监测模块、安全预警模块以及人机交互模块；

2.根据权利要求1所述的基于智能光纤网络在线监测的安全预警系统，其特征在于：所述电缆数据包括但不限于电缆的实时温度、电缆运行时间、实时环境湿度、实时负荷电流、实时负荷电压以及电阻，所述电缆的实时温度包括电缆表皮温度与电缆的环境温度。

3.根据权利要求1所述的基于智能光纤网络在线监测的安全预警系统，其特征在于：所述构建温度神经网络对电缆温度进行预测包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的基于智能光纤网络在线监测的安全预警系统，其特征在于：所述高斯核函数公式为：，其中，yi为输入向量，即步骤s02中归一化处理后的数据，ci为隐含层第i个隐节点的场中心，σi为第i个隐节点的场域宽度。

5.根据权利要求3所述的基于智能光纤网络在线监测的安全预警系统，其特征在于：所述输出层公式为：，其中，φ(y)为输出预测值，w0为调整输出的偏移量，n为隐含层隐节点的个数，wi为隐含层第i个隐节点的基函数与输出节点的连接权值。

6.根据权利要求1所述的基于智能光纤网络在线监测的安全预警系统，其特征在于：所述介质损耗角正切值计算公式为：，其中，tanδ为介质损耗角的正切值，ω为电流的角频率，r为电缆电阻，c为电缆电容。

7.根据权利要求1所述的基于智能光纤网络在线监测的安全预警系统，其特征在于：所述电缆老化度计算公式为：，其中，t为电缆的使用时间，r(t,w,ρ)为电缆的损耗度，，其中，b为活化能系数，tt为t时刻电缆的实时温度，t为电缆线芯绝对温度，wt为t时刻电缆的实时环境温度，n为电缆寿命系数，b为修正系数，，其中，t0为热老化相对温度。

8.根据权利要求1所述的基于智能光纤网络在线监测的安全预警系统，其特征在于：所述寿命评估计算公式为：，其中，t为电缆使用时间。

技术总结
本发明涉及光纤网络在线监测技术领域，且公开了基于智能光纤网络在线监测的安全预警系统，包括设备采集模块、在线监测模块、安全预警模块以及人机交互模块，所述安全预警模块包括单因素警示单元与电缆寿命预警单元，通过设有单因素警示单元与电缆寿命预警单元，有利于通过对电缆数据的实时监测与计算，对可能出现的异常值进行警示，在进行实时在线监测预警的同时，还能对数据进行预测，并通过电缆老化度计算公式计算电缆老化指数，再通过寿命评估计算公式计算得出电缆剩余寿命，对电缆的寿命情况进行及时反馈，依据实时的电缆数据进行数据预测，提前预知电缆可能发生的风险，及时地对电缆进行更换与维护。

技术研发人员：陈冰,陈波,曾令明
受保护的技术使用者：深圳市光网世纪科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15