2.2.2最大有效監(jiān)測(cè)長(zhǎng)度
??? 由于光纖中的激光隨光纖長(zhǎng)度和接頭數(shù)量的增加，信號(hào)逐漸減弱，所以，光信號(hào)不可能無限遠(yuǎn)的傳輸。要確保信號(hào)達(dá)到良好的偵測(cè)效果，必須保證信號(hào)的信噪比＞10:1，并須保證光信號(hào)衰減＜25dB。光信號(hào)衰減按0.25dB/km，熔接按0.2dB/點(diǎn)，光分配器按3.6dB，光適配器按0.3dB/點(diǎn)計(jì)算，40km是比較合理的偵測(cè)長(zhǎng)度。當(dāng)然若能夠保證信號(hào)強(qiáng)度與信噪比，突破40km的距離不是不可能。目前有的光纜振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就可測(cè)60km的距離。
2.3 智能分析系統(tǒng)
??? 對(duì)信號(hào)源的頻率、位置可以通過計(jì)算得出，但對(duì)信號(hào)源種類及是否存在危險(xiǎn)的判斷可就需要靠智能分析系統(tǒng)了。智能分析系統(tǒng)是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)別技術(shù)開發(fā)的，智能分析系統(tǒng)能對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行分類處理，并能夠自動(dòng)學(xué)習(xí)人工處理模式，逐步修正判別誤差，加強(qiáng)信號(hào)判別的準(zhǔn)確程度。智能分析系統(tǒng)是通過對(duì)監(jiān)測(cè)到的振動(dòng)聲音信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)度、節(jié)拍、頻率、形態(tài)等多種分析而得出震源類型，過濾掉干擾及自然信號(hào)提取出正確報(bào)警信號(hào)的。
2.3.1信號(hào)強(qiáng)度分析
??? 信號(hào)強(qiáng)度分析是結(jié)合其他幾項(xiàng)分析根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)度分析信號(hào)源距離光纜垂直距離的遠(yuǎn)近，以聲音幅度提示報(bào)警事件。聲音信號(hào)類別與強(qiáng)度特征對(duì)應(yīng)如表1。
表1 信號(hào)強(qiáng)度特征對(duì)應(yīng)表
?
序號(hào) | 信號(hào)類別 | 強(qiáng)度特征 |
1 | 背景噪音 | 聲音幅度很小，均勻無起伏 |
2 | 輸油聲響 | 聲音幅度中偏小，均勻平穩(wěn) |
3 | 人為攻擊 | 瞬間幅度可達(dá)飽和，斷續(xù)或連續(xù) |
4 | 電動(dòng)工具 | 聲音較強(qiáng) |
5 | 挖掘設(shè)備 | 聲音很強(qiáng) |
6 | 沖擊設(shè)備 | 聲音極強(qiáng) |
7 | 爆破 | 聲音深度飽和 |
… | ? | ? |
2.3.2信號(hào)節(jié)拍分析
??? 信號(hào)節(jié)拍分析是以震源聲音波群節(jié)拍特征提取環(huán)境擾動(dòng)，得出聲源類型。對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2。
表2 信號(hào)節(jié)拍特征對(duì)應(yīng)表
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序號(hào) | 信號(hào)類別 | 節(jié)拍特征 |
1 | 氣動(dòng)工具 | 連發(fā)捶擊 |
2 | 重型沖擊錘 | 大力連發(fā)捶擊 |
3 | 車輛行駛 | 沉悶續(xù)貫振動(dòng) |
… | ? | ? |
2.3.3信號(hào)頻率分析
聲音信號(hào)頻率分析是以聲源頻率范圍區(qū)分不同環(huán)境擾動(dòng)。如表3。
表3 信號(hào)頻率特征對(duì)應(yīng)表
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序號(hào) | 信號(hào)類別 | 頻率范圍 |
1 | 輸油噪音 | 4000Hz以上 |
2 | 電動(dòng)工具 | 1000Hz～2000Hz |
3 | 運(yùn)輸工具 | 300Hz～800Hz |
4 | 重型設(shè)備 | 200Hz以下 |
… | ? | ? |
2.3.4信號(hào)形態(tài)分析
??? 聲音形態(tài)分析是以聲音包絡(luò)形態(tài)分析提示入侵事件。如表4。
表4 信號(hào)形態(tài)對(duì)應(yīng)表
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序號(hào) | 信號(hào)類別 | 形態(tài)特征 |
1 | 氣動(dòng)，電動(dòng)工具 | 急升持續(xù) |
2 | 手動(dòng)挖掘工具 | 急升快降 |
… | ? | ? |
2.3.5特征學(xué)習(xí)
??? 聲音特征學(xué)習(xí)是通過人工對(duì)收錄可疑報(bào)警事件的確認(rèn)或剔除作為數(shù)據(jù)庫比對(duì)事件分析得出是手工挖掘還是機(jī)械挖掘；是水平鉆孔還是垂直鉆孔；是表面爆破還是子彈射擊；是人為破壞還是自然災(zāi)害的。
2.3.6智能過濾
??? 信號(hào)過濾功能是將常見環(huán)境擾動(dòng)、人類正常活動(dòng)及常見干擾信號(hào)記錄并保存用作常規(guī)信號(hào)過濾。如：自然風(fēng)、雨、雷、電；人類生產(chǎn)活動(dòng)用汽車，火車，生產(chǎn)加工環(huán)境噪音；無線電電磁干擾。
3 地下管道安全預(yù)警系統(tǒng)配置方案
??? 利用光纜可以實(shí)現(xiàn)地下管道安全預(yù)警，有效防止第三方破壞。安全預(yù)警系統(tǒng)分為監(jiān)測(cè)中心與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備。監(jiān)測(cè)中心由計(jì)算機(jī)及智能數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)組成?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備由現(xiàn)場(chǎng)控制器(含光收發(fā)模塊)、光分配模塊、光相干模塊及光耦合器等組成。光纜中的光纖作為分布式傳感器，共需要3根光纖，兩根作為探測(cè)光纖，一根作為信號(hào)回傳光纖用于光纜沿線振動(dòng)信號(hào)的拾取與傳送。
??? 光纜振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在管道安全預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用如圖5。
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??? 系統(tǒng)設(shè)備配置方案：監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)：1套；現(xiàn)場(chǎng)控制器、頭尾探測(cè)器：每40km一套(具體數(shù)量應(yīng)根據(jù)路由長(zhǎng)度合理配備)；信號(hào)隔離模塊：若干套(根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地理情況配置)；智能分析軟件：1套。
4 光纜振動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用前景
??? 光纜振動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用范圍及其廣泛，在國(guó)內(nèi)使用前景極其廣闊。光纜振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不光可以用于地下水、油、氣管道的安全預(yù)警，還可以作為隱蔽式傳感器對(duì)地面上的入侵行為進(jìn)行偵測(cè)。如機(jī)場(chǎng)、車站、工廠、牧場(chǎng)的周界防范；還可以用于國(guó)界邊境非法入境的安全管理。
參考文獻(xiàn)
1 張引發(fā)，王宏科.《光纜線路工程設(shè)計(jì)、施工與維護(hù)(第二版)》，北京：電子工業(yè)出版社，2007
2 [美]Barry E1liott/Mike Gilmore著，田亞光、馮立輝等譯.《光纜布線與檢測(cè)(第二版)Fiber Optic Cabling Second Edition》，電子工業(yè)出版社，2004
3 趙勇.《光纖傳感原理與應(yīng)用技術(shù)》.北京：清華大學(xué)出版社，2007
4 王玉田.《光纖傳感技術(shù)及應(yīng)用》.北京航空航天大學(xué)出版社，2009
5 張自嘉.《光纖光柵理論基礎(chǔ)與傳感技術(shù)》.科學(xué)出版社，2009
