一种光纤预警系统和方法与流程

1.本发明涉及预警技术领域，尤其涉及一种光纤预警系统和方法。


背景技术：

2.光纤振动预警系统广泛应用于管道、通讯等无围墙管理的线性设施附近第三方活动的预警。传统的光纤预警技术是通过信号处理和瀑布图特征识别进行预警，该技术路线通过近十几年的发展取得了长足进步，但同时也进入技术提升的瓶颈期，具体体现在：当前传统的光纤预警系统独立部署架构体系无法满足上述提升的需求。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种光纤预警系统和方法。
4.本发明的一种光纤预警系统的技术方案如下：
5.包括分布式处理节点、光纤感知设备和上位机；
6.所述光纤感知设备用于：采集在管道的预设范围内的原始振动数据，并生成所述原始振动数据对应的瀑布图并发送至所述上位机；
7.所述上位机用于：对所述瀑布图进行预处理，并上传至所述分布式处理节点；
8.所述分布式处理节点用于：按照瀑布图处理规则对接收到的预处理后的瀑布图进行数据分析，生成告警信息。
9.本发明的一种光纤预警方法的技术方案如下：
10.光纤感知设备采集原始振动数据，并生成所述原始振动数据对应的瀑布图并发送至上位机；
11.所述上位机对所述瀑布图进行预处理，并上传至分布式处理节点；
12.所述分布式处理节点按照瀑布图处理规则对接收到的预处理后的瀑布图进行数据分析，生成告警信息。
13.本发明的有益效果如下：
14.1)打破传统光纤预警系统各自为战的模式，通过工业互联网将所有光纤预警主机数据进行集中处理，实现报警数据共享的同时，也实现报警规则在各光纤主机间的共享，任何一个主机报警规则的的提升均可成为整个机群能力的提升。
15.2)通过工业互联网将光纤预警技术与视频识别技术、时空大数据分析技术等相关技术融合，为光纤预警技术的研究从单一的瀑布图处理和信号识别转变为多源感知融合提供平台支撑，为以光纤预警技术为核心的交互感知的形成提供支撑。
16.3)不仅打通了光纤预警系统报警到现场处理间全流程线长处理的通道，实现了从预警到现场处理的闭合管理；而且实现了从样本数据采集到规则提升的闭合管理，为基于大数据的人工智能识别算法的研究提供了可能性。
17.4)能够对管道附近的第三方活动进行预警，且能够满足日益增长的应用要求。
附图说明
18.图1为本发明实施例的一种光纤预警系统的结构示意图之一；
19.图2为本发明实施例的一种光纤预警系统的结构示意图之二；
20.图3为本发明实施例的一种光纤预警方法的流程示意图。
具体实施方式
21.如图1所示，本发明实施例的一种光纤预警系统，包括分布式处理节点、光纤感知设备和上位机；
22.光纤感知设备用于：采集在管道的预设范围内的原始振动数据，并生成原始振动数据对应的瀑布图并发送至上位机；光纤感知设备是一种获取管道周围土壤振动引起的光纤折射率改变的实时信号，并通过信号分析和处理对信号源进行分类和识别的系统。主要有振动探测单元(负责实时信号的采集)和原始数据处理单元(负责信号滤波、去噪等，生成原始振动数据对应的瀑布图)两部分组成，其中，采集在管道的预设范围内的原始振动数据，具体指采集在管道的预设范围内的土壤振动引起的光纤折射率改变的实时信号，根据实时信号得到原始振动数据，预设范围可根据实际情况设置。
23.上位机用于：对瀑布图进行预处理，并上传至分布式处理节点，具体地：
24.按照企业统一的瀑布图格式要求，将不同厂商的光纤感知设备提供的瀑布图进行预处理，形成统一的瀑布图格式并上传至分布式处理节点；
25.分布式处理节点用于：按照瀑布图处理规则对接收到的预处理后的瀑布图进行数据分析，生成告警信息，具体地：
26.按照瀑布图处理规则对接收到的预处理后的瀑布图进行异常值检测方法去除图像中环境等因素引起的干扰区域，然后提取图像特征，并以此特征与对应的事件采用分类算法训练建立管道破坏事件的模型，在此基础上对实测信号进行分类识别，生成告警信息。该处理过程可参照一种管道光纤振动安全预警系统破坏性事件的识别方法(cn202110075378.8)提供的方法执行。
27.其中，一个上位机和一个光纤感知设备组成一个感知单元，可设置多个感知单元，分布式处理节点的数量可为多个，一个分布式处理节点对应至少一个感知单元，如图2所示，其中分布式处理节点具体为计算机、处理器等。
28.可选地，在上述技术方案中，还包括中央处理器，中央处理器用于：接收分布式处理节点上报的告警信息，对告警信息和基础地理数据进行融合，生成告警事件，并对告警事件严重程度进行判断。
29.其中，例如分布式处理节点上报的告警信息为往复性的机械作业、定点式的机械开挖作业等，获取告警信息对应事件的基础地理数据如所在位置土地类型、所在位置等，进行融合后，形成的告警事件包括：告警信息、告警信息对应事件的基础地理数据等，具体可根据每个告警事件与已发生干扰事件之间的相似度，根据每个告警事件对应的最大相似度确定对应告警事件的严重程度，具体以告警信息对应的事件的地点、时间、类型(例如人工或机械挖掘)与已发生干扰事件的地点、时间、类型之间的重合度来表征相似度，具体可将严重程度分为三级，当相似度为0.8～1时，为低，当相似度为0.4～0.7时，为中，当相似度小于0.4时，为高。
30.可根据严重程度进行不同的响应，如当严重程度为高时，发出立即通知相应人员进行处理的提醒。
31.对于需要现场处置的告警事件，中央处理器将响应要求下发至现场处理单元，以提醒现场人员根据响应要求进行现场处置。
32.现场处理单元(如移动端等)负责接收告警事件数据，并生成事件处理任务；负责采集告警现场相关数据，并将数据反馈至中央处理器。
33.可选地，在上述技术方案中，还包括外部数据包括：视频监控数据、地理信息大数据和气象预警数据，向中央处理器提供辅助判断告警事件性质和严重程度的信息，提供数据支持。
34.可选地，在上述技术方案中，上位机通过光纤将预处理后的瀑布图发送至分布式处理节点。
35.1)在每一个光纤联通的区域设置一个分布式处理节点，如长输管道系统每条管道均有伴行光缆，管道与管道间光缆联通，因此每条管道设置一个分布式处理节点。
36.每一个分布式处理节点下根据感知单元的作用距离设置感知单元，相邻的两个感知单元要实现作用范围的全覆盖。
37.分布式节点与感知单元间的通讯借助预警区域所铺设的光纤进行光通讯，以解决瀑布图信号传输量大的问题。
38.2)中央处理器与分布式节点间的通讯宜借助企业内网进行通讯，该通讯模式可以是企业自建的专属网络，也可以是企业租赁的移动运营商通讯。
39.中央处理器与外部数据源、现场处理单元间的通讯宜采用公共网络资源进行通讯，在中央处理器与外部数据源、现场处理单元之间应建立网络隔离的措施，以保障企业内网运行的安全。
40.可选地，在上述技术方案中，中央处理器还用于：接收现场处理单元对告警事件的现场反馈信息，根据现场反馈信息对瀑布图处理规则进行优化。例如，现场反馈信息包括现场的道路分布图等，中央处理器根据现场现场反馈信息，将告警事件的属性(包括机械挖掘还是人工挖掘，挖掘事件是否对管道构成威胁)进行标注后反馈至对应的分布式节点。分布式节点根据中央处理器提供的这一样本数据对事件分类算法的模型进行优化，并将优化结果上报中央处理器，由中央处理器将优化后的模型共享给所有分布式节点。从而实现整个系统内所有分布式节点的优化。
41.本发明的有益效果如下：
42.1)打破传统光纤预警系统各自为战的模式，通过工业互联网将所有光纤预警主机数据进行集中处理，实现报警数据共享的同时，也实现报警规则在各光纤主机间的共享，任何一个主机报警规则的的提升均可成为整个机群能力的提升。
43.2)通过工业互联网将光纤预警技术与视频识别技术、时空大数据分析技术等相关技术融合，为光纤预警技术的研究从单一的瀑布图处理和信号识别转变为多源感知融合提供平台支撑，为以光纤预警技术为核心的交互感知的形成提供支撑。
44.3)不仅打通了光纤预警系统报警到现场处理间全流程线长处理的通道，实现了从预警到现场处理的闭合管理；而且实现了从样本数据采集到规则提升的闭合管理，为基于大数据的人工智能识别算法的研究提供了可能性。
45.4)能够对管道附近的第三方活动进行预警，且能够满足日益增长的应用要求。
46.如图3所示，本发明实施例的一种光纤预警方法，包括：
47.s1、光纤感知设备采集在管道的预设范围内的原始振动数据，并生成原始振动数据对应的瀑布图并发送至上位机；
48.s2、上位机对瀑布图进行预处理，并上传至分布式处理节点；
49.s3、分布式处理节点按照瀑布图处理规则对接收到的预处理后的瀑布图进行数据分析，生成告警信息。
50.可选地，在上述技术方案中，还包括：
51.s4、中央处理器接收分布式处理节点上报的告警信息，对告警信息和告警信息对应事件的基础地理数据进行融合，生成告警事件，并确定告警事件的严重程度。
52.可选地，在上述技术方案中，上位机通过光纤将预处理后的瀑布图发送至分布式处理节点。
53.可选地，在上述技术方案中，还包括：
54.s5、中央处理器接收现场处理单元对告警事件的现场反馈信息，根据现场反馈信息对瀑布图处理规则和告警事件生成规则进行优化。
55.在上述各实施例中，虽然对步骤进行了编号s1、s2等，但只是本技术给出的具体实施例，本领域的技术人员可根据实际情况调整s1、s2等的执行顺序，此也在本发明的保护范围内，可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施方式中的部分或全部。
56.上述关于本发明的一种光纤预警方法中的各步骤的实现，可参考上文中关于一种光纤预警系统的实施例中的内容，在此不做赘述。
57.所属技术领域的技术人员知道，本发明可以实现为系统、方法或计算机程序产品。
58.因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：可以是完全的硬件、也可以是完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，还可以是硬件和软件结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，在一些实施例中，本发明还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。
59.可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是一一但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括:具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram),只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
60.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种光纤预警系统，其特征在于，包括分布式处理节点、光纤感知设备和上位机；所述光纤感知设备用于：采集在管道的预设范围内的原始振动数据，并生成所述原始振动数据对应的瀑布图并发送至所述上位机；所述上位机用于：对所述瀑布图进行预处理，并上传至所述分布式处理节点；所述分布式处理节点用于：按照瀑布图处理规则对接收到的预处理后的瀑布图进行数据分析，生成告警信息。2.根据权利要求1所述的一种光纤预警系统，其特征在于，还包括中央处理器，所述中央处理器用于：接收所述分布式处理节点上报的告警信息，对所述告警信息和所述告警信息对应事件的基础地理数据进行融合，生成告警事件，并确定所述告警事件的严重程度。3.根据权利要求1或2所述的一种光纤预警系统，其特征在于，所述上位机通过光纤将预处理后的瀑布图发送至所述分布式处理节点。4.根据权利要求2所述的一种光纤预警系统，其特征在于，所述中央处理器还用于：接收现场处理单元对所述告警事件的现场反馈信息，根据所述现场反馈信息对所述瀑布图处理规则进行优化。5.一种光纤预警方法，其特征在于，包括：光纤感知设备采集在管道的预设范围内的原始振动数据，并生成所述原始振动数据对应的瀑布图并发送至上位机；所述上位机对所述瀑布图进行预处理，并上传至分布式处理节点；所述分布式处理节点按照瀑布图处理规则对接收到的预处理后的瀑布图进行数据分析，生成告警信息。6.根据权利要求5所述的一种光纤预警方法，其特征在于，还包括：中央处理器接收所述分布式处理节点上报的告警信息，对所述告警信息和所述告警信息对应事件的基础地理数据进行融合，生成告警事件，并确定所述告警事件的严重程度。7.根据权利要求5或6所述的一种光纤预警方法，其特征在于，所述上位机通过光纤将预处理后的瀑布图发送至所述分布式处理节点。8.根据权利要求6所述的一种光纤预警方法，其特征在于，还包括：所述中央处理器接收现场处理单元对所述告警事件的现场反馈信息，根据所述现场反馈信息对所述瀑布图处理规则进行优化。

技术总结
本发明涉及预警技术领域，尤其涉及一种光纤预警系统和方法，系统包括：分布式处理节点、光纤感知设备和上位机；光纤感知设备用于：采集在管道的预设范围内的原始振动数据，并生成原始振动数据对应的瀑布图并发送至上位机；上位机用于：对瀑布图进行预处理，并上传至分布式处理节点；分布式处理节点用于：按照瀑布图处理规则对接收到的预处理后的瀑布图进行数据分析生成告警信息。能够对管道附近的第三方活动进行预警，且能够满足日益增长的应用要求。求。求。


技术研发人员：李保吉 冯庆善 王晔 王学力 张海亮 沙胜义 张巍 董博 姜帅 蔡培培 赵君 杨宝龙 张照旭 邹斌 张菲 陶冶
受保护的技术使用者：国家管网集团北方管道有限责任公司
技术研发日：2023.01.12
技术公布日：2023/5/26