一种海缆健康监测预警方法和系统与流程

本发明属于海缆健康监测，特别是涉及一种海缆健康监测预警方法和系统、计算机设备、计算机可读存储介质。

背景技术：

1、当前海底铺设有大量用于输变电、通信、海洋观测的各类缆线，这些海缆不仅会受到洋流、潮汐、地震等自然活动的影响，还会受到船舶锚害、捕捞拖拽、蛙人窃密等外来活动的影响，甚至是海缆自身运行过程中短路打火的影响，这些都形成危害海缆安全的事件，如果不能及时获悉这些事件对海缆健康运行造成的威胁，不能进行及时地干预处置，将造成海缆损坏、泄密等一系列重大事故。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种海缆健康监测预警方法和系统、计算机设备、计算机可读存储介质，能够对海缆进行实时的健康监测和事件预警。

2、本发明的一个方面提供一种海缆健康监测预警方法，包括：

3、步骤s1：将c+l波段激光进行频率与脉宽调制后注入传感光纤；

4、步骤s2：通过传感光纤对海缆本身以及海缆附近环境中的振动信息进行采集，得到传感光信号；

5、步骤s3：对传感光信号进行相位相干，得到相干光信号，根据所述相干光信号中的光信息相位变化得到传感光纤两端的相位差；

6、步骤s4：将相干光信号转换为电信号，对电信号进行滤波降噪和增益放大，获得包含振动信息的数字信号；

7、步骤s5：根据传感光纤两端的相位差复原振动信息，得到振幅信息作为监测量，并从振动信息中提取振动特征，得到振动特征向量；

8、步骤s6：利用振动特征向量，通过分类模型对振动信息对应的、危害海缆安全的事件进行模式识别，不同的模式对应不同的事件；

9、步骤s7：当任意模式下的监测量超过对应的阈值时，发出事件预警。

10、优选地，在步骤s5中，对传感光纤两端的相位差进行解调，通过对解调得到的信息进行时频分析来复原振动信息，其中，传感光纤两端的相位差表示为：

11、

12、其中，n为传感光纤固有折射率、λ为注入激光波长、l为传感光纤的长度、ε1为传感光纤产生的轴向应变，ε2为传感光纤产生的径向应变，p11为传感光纤径向应变下的弹光系数、p12为传感光纤轴向应变下的弹光系数。

13、优选地，如下得到步骤s6中的分类模型：

14、采集振动信息组成训练数据集，所述训练数据集包含多个振动样本以及对应的模式标签；对于每个样本，进行振动特征提取，得到特征向量；根据每个样本的特征向量和对应的模式标签的关系，选择最优特征子集；使用最优特征子集，训练分类模型；

15、采集不同模式标签的振动信息，组成测试数据集，根据分类模型对测试数据集中的样本进行预测，根据预测结果计算模式分类准确率，准确率不满足要求时，对分类模型进行调优，直至满足要求。

16、优选地，在步骤s7中，当任意模式下的监测量超过对应的阈值时，发出事件预警并标记事件发生的坐标位置。

17、优选地，将预置在海缆中的光纤虚拟分割为n段长度为l的传感光纤，当第i段传感光纤采集到振动信息时，计算传感光纤位置si＝c*ti/2n，其中i＝1、2…n，c为真空中光速，ti为激光注入传感光纤至传感光信号进行相位相干的时间，n为传感光纤固有折射率；将计算得到的传感光纤位置作为海缆位置，根据海缆竣工图中海缆位置标记与关键节点坐标，得到事件发生的坐标位置。

18、本发明的另一个方面提供一种海缆健康监测预警系统，包括：

19、激光调制与发射单元，将c+l波段激光进行频率与脉宽调制后注入传感光纤；

20、传感单元，通过传感光纤对海缆本身以及海缆附近环境中的振动信息进行采集，得到传感光信号；

21、光信号干涉单元，对传感光信号进行相位相干，得到相干光信号，根据所述相干光信号中的光信息相位变化得到传感光纤两端的相位差；

22、光电转换与处理单元，将相干光信号转换为电信号，对电信号进行滤波降噪和增益放大，获得包含振动信息的数字信号；

23、振动信息复原单元，根据传感光纤两端的相位差复原振动信息，得到振幅信息作为监测量，并从振动信息中提取振动特征，得到振动特征向量；

24、模式识别单元，利用振动特征向量，通过分类模型对振动信息对应的、危害海缆安全的事件进行模式识别，不同的模式对应不同的事件；

25、预警单元，当任意模式下的监测量超过对应的阈值时，发出事件预警。

26、本发明的又一个方面提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法的步骤。

27、本发明的另一个方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。

28、根据本发明上述方面的海缆健康监测预警方法和系统、计算机设备、计算机可读存储介质，能够对海缆进行实时的健康监测和事件预警。

技术特征：

1.一种海缆健康监测预警方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤s5中，对传感光纤两端的相位差进行解调，通过对解调得到的信息进行时频分析来复原振动信息，其中，传感光纤两端的相位差表示为：

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如下得到步骤s6中的分类模型：

4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤s7中，当任意模式下的监测量超过对应的阈值时，发出事件预警并标记事件发生的坐标位置。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，将预置在海缆中的光纤虚拟分割为n段长度为l的传感光纤，当第i段传感光纤采集到振动信息时，计算传感光纤位置si＝c*ti/2n，其中i＝1、2…n，c为真空中光速，ti为激光注入传感光纤至传感光信号进行相位相干的时间，n为传感光纤固有折射率；将计算得到的传感光纤位置作为海缆位置，根据海缆竣工图中海缆位置标记与关键节点坐标，得到事件发生的坐标位置。

6.一种海缆健康监测预警系统，其特征在于，包括：

7.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-5中任一项所述的方法的步骤。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5中任一项所述的方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种海缆健康监测预警方法和系统，所述方法包括：将C+L波段激光进行频率与脉宽调制后注入传感光纤；通过传感光纤对海缆本身以及海缆附近环境中的振动信息进行采集得到传感光信号；对传感光信号进行相位相干，根据相干光信号中的光信息相位变化得到传感光纤两端的相位差；将相干光信号转换为电信号；根据传感光纤两端的相位差复原振动信息，得到振幅信息作为监测量，并从振动信息中提取振动特征，得到振动特征向量；利用振动特征向量，通过分类模型对振动信息对应的、危害海缆安全的事件进行模式识别，不同的模式对应不同的事件；当任意模式下的监测量超过对应的阈值时，发出事件预警。本发明能够对海缆进行实时的健康监测和事件预警。

技术研发人员：陈海林,马中平,孙忠义,张洪瑞,梁俊杰
受保护的技术使用者：中国海洋工程研究院（青岛）
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1