基于分布式光纤光栅的管网数据智能采集系统的制作方法

本发明涉及光纤光栅，具体涉及基于分布式光纤光栅的管网数据智能采集系统。

背景技术：

1、光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，是一种无源滤波器件。由于光栅光纤具有体积小、熔接损耗小、全兼容于光纤、能埋入智能材料等优点，并且其谐振波长对温度、应变、折射率、浓度等外界环境的变化比较敏感，因此在制作光纤激光器、光纤通信和传感领域得到了广泛的应用。

2、目前，市政高速公路上由于公路建设位置可能偏离通信基站较远，导致公路上通信信号较差，进而在公路上发生交通事故时，通信信号的强弱一定程度影像到公路上发生交通事故的处理即时性，为此，则将分布式光纤光栅引入市政公路区域通信，以保证通信通畅。

3、然而，市政公路上部署的光纤光栅，往往由于地理位置的原因而无法便利、快捷的完成数据采集，以实现对光纤光栅的监护维护，但在光纤光栅发生故障时，人工采集光纤光栅的运行数据，通常耗时较长，且故障点找寻过程困难，此种方式，适用性较差，无法高效、简单的对光纤光栅进行运行数据的采集。

4、现有技术中，专利文献cn112539854a使用到了光纤光栅对市政排水管网进行健康度监测，一方面，其所涉及到是特定的排水管网；另一方面，其只是引入了光纤光栅的使用，但是如何进行光纤光栅的运行数据进行采集也并没有进行具体的分析，借鉴意义不是很大。

5、鉴于此，特提出本发明中的管网数据智能采集系统。

技术实现思路

1、针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了基于分布式光纤光栅的管网数据智能采集系统，能够对光纤光栅管网的运行数据进行针对性采取，高效地处理故障问题。

2、为了实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

3、基于分布式光纤光栅的管网数据智能采集系统，包括：

4、控制终端，是系统的主控端，用于发出执行命令；

5、构建模块，用于接收光纤光栅分布数据，应用光纤光栅分布数据构建光纤光栅管网分布模型；

6、分析模块，用于获取构建模块中构建的光纤光栅管网分布模型，分析光纤光栅管网分布模型中各光纤光栅管网节点位置权重；

7、评估模块，用于设定安全权重评估阈值，接收分析模块中分析到的各光纤光栅管网节点位置权重，应用安全权重评估阈值与各光纤光栅管网节点位置权重进行比对，获取不处于安全权重评估阈值的光纤光栅管网节点位置权重；

8、设计模块，用于接收评估模块中获取到的不处于安全评估阈值的光纤光栅管网节点位置权重，对接收的光纤光栅管网节点位置权重对应光纤光栅管网节点位置进行获取，应用光纤光栅管网节点位置权重设计权重对应光纤光栅管网节点位置的光纤光栅管网运行数据采集路径；

9、采集模组，用于采集光纤光栅管网节点位置连接的光纤光栅管网运行数据；

10、配置模块，用于配置局域网络，供采集模组接收设计模块设计的光纤光栅管网运行数据采集路径；供控制终端接收采集模组采集的光纤光栅管网运行数据。

11、更进一步地，所述构建模块中接收的光纤光栅分布数据由系统端用户手动上传，光纤光栅分布数据即光纤光栅的空间坐标，构建模块构建光纤光栅管网分布模型阶段，持续接收光纤光栅分布数据，基于光纤光栅分布数据上传顺序，对光纤光栅空间坐标进行连线，构建模块接收光纤光栅分布数据阶段结束后，光纤光栅空间坐标连接结果，即光纤光栅管网分布模型的构建结果；

12、其中，光纤光栅管网分布模型于三维坐标轴系中表示。

13、更进一步地，所述分析模块下级设置有子模块，包括：

14、捕捉单元，用于接收构建模块中构建的光纤光栅管网分布模型，于光纤光栅管网分布模型中捕捉光纤光栅管网节点；

15、逻辑单元，用于获取捕捉模块于光纤光栅管网分布模型中捕捉到的光纤光栅管网节点，基于光纤光栅管网节点与光纤光栅管网总线的关联性高低，生成光纤光栅管网节点处理队列；

16、其中，所述逻辑单元中生成的光纤光栅管网节点处理队列同步向分析模块发送，分析模块基于光纤光栅管网节点处理队列对光纤光栅管网节点进行依次的光纤光栅管网节点位置权重分析。

17、更进一步地，所述光纤光栅管网节点与光纤光栅管网总线的关联性通过下式进行求取，公式为：

18、

19、式中：k为光纤光栅管网节点与光纤光栅管网总线之间的关联性表现值；χ为光纤光栅管网节点位置连接的附属光纤光栅管网数量；γ为光纤光栅管网的使用频率；ε为光纤光栅管网每次运行传输字节均值；e为光纤光栅管网节点所连光纤光栅管网的应用等级均值；kles为基于光纤光栅管网节点与光纤光栅管网总线最短路径长度所设定关联性表现值基本分；

20、其中，光纤光栅管网的应用等级e即光纤光栅管网两端连接的下级光纤光栅管网数量，kles的取值服从，光纤光栅管网节点与光纤光栅管网总线最短路径长度越长，则kles的取值越小，反之，则kles的取值越大的设定逻辑。

21、更进一步地，所述分析模块中对于光纤光栅管网节点位置权重的分析逻辑表示为：

22、

23、式中：ω为光纤光栅管网节点位置权重；e为光纤光栅管网节点所连光纤光栅管网的应用等级均值；k为光纤光栅管网节点与光纤光栅管网总线之间的关联性表现值；q为光纤光栅管网节点运行周期集合；cj,f为光纤光栅管网节点运行周期集合中第j次运行周期阶段的故障率；ci,f为光纤光栅管网节点运行周期集合中第i次运行周期阶段的光纤光栅管网节点传输的总字节量；

24、其中，i与j为连续的光纤光栅管网节点运行周期，且i处于j的前置位。

25、更进一步地，所述评估模块内部设置有子模块，包括：

26、上传单元，用于实时上传各光纤光栅管网节点的故障问题参数；

27、其中，所述上传单元中上传的光纤光栅管网节点故障问题参数包括：当前光纤光栅管网节点的故障问题次数、光纤光栅管网节点的故障问题影响的光纤光栅管网、光纤光栅管网节点的故障问题响应解决的时长均值。

28、更进一步地，所述采集模组由无人机及光纤光栅传感器所集成，系统端用户手动决策设计模块是否参与系统运行，设计模块参与系统运行时，评估模块运行结束后，设计模块后置运行，采集模组应用设计模块中设计的光纤光栅管网运行数据采集路径中各光纤光栅管网节点位置的光纤光栅运行数据，设计模块不参与系统运行时，采集模组于评估模块中获取不处于安全权重评估阈值的光纤光栅管网节点位置权重，同步获取当前采集模组位置信息，对距离采集模组位置最近的权重所对应的光纤光栅管网节点，进行连续的光纤光栅管网运行数据的采集。

29、更进一步地，所述设计模块中设计的光纤光栅管网运行数据采集路径通过下式进行求取，公式为：

30、

31、式中，dt为光纤光栅管网节点连接光纤光栅管网运行数据采集紧急程度；e为光纤光栅管网节点所连光纤光栅管网的应用等级均值；c为光纤光栅管网节点的相对光纤光栅管网分布模型的中心偏移率；ω为光纤光栅管网节点位置权重；t0为光纤光栅管网节点上次一次故障至今的时间；γ为光纤光栅管网节点平均故障时长；tmax为当前光纤光栅管网节点无故障连续运行的最长时间；tmin为当前光纤光栅管网节点无故障连续运行的最长时间。

32、更进一步地，所述光纤光栅管网节点连接光纤光栅管网运行数据采集紧急程度dt在求取后，基于光纤光栅管网节点连接光纤光栅管网运行数据采集紧急程度dt高低对光纤光栅管网节点进行排列，以排列结果对应的光纤光栅管网节点位置信息依序连接，得到光纤光栅管网运行数据采集路径。

33、更进一步地，所述控制终端通过介质电性连接有构建模块及分析模块，所述分析模块下级通过介质电性连接有捕捉单元及逻辑单元，所述分析模块通过介质电性连接有评估模块，所述评估模块内部通过介质电性连接有上传单元，所述评估模块通过介质电性与捕捉单元及逻辑单元相连接，所述评估模块通过介质电性与设计模块及配置模块相连接，所述设计模块通过配置模块配置的无线网络与采集模组相连接。

34、采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：

35、1、本发明提供一种基于分布式光纤光栅的管网数据智能采集系统，该系统在运行过程中能够基于光纤光栅分布数据来构建光纤光栅管网分布模型，进而对光纤光栅管网分布模型进行分析，从而基于分析结果评估得到光纤光栅管网分布模型中存在需要采集数据的位置，使光纤光栅管网的运行数据能够更具针对性的完成采集，以便于对光纤光栅管网实时监控，在光纤光栅管网发生故障时，更加高效的对故障问题进行处理。

36、2、本发明中系统在运行过程中，能够基于已构建的光纤光栅管网分布模型来进一步求取，光纤光栅管网运行数据采集路径，从而以此确保光纤光栅管网运行数据采集过程更加高效快捷，且基于该系统来代替人工操作获取光纤光栅管网运行数据，较大限度的提升了该项工作的开展智能性，及人工成本支出的经济性。