[发明专利]一种基于DBSCAN算法的在运电力通信光缆应变解调方法及系统

说明书

一种基于DBSCAN算法的在运电力通信光缆应变解调方法及系统，涉及光纤通信技术领域，用以解决现有技术对于测量的布里渊频移数据中温度和应变的变化难以自动区分导致不能有效获得光缆应变量的问题。本发明的技术要点包括：利用聚类分析算法对光缆的布里渊频移曲线数据进行聚类；根据聚类结果对光缆进行分段，以相邻分类簇之间有无噪声点确定光缆所有接续点，进而获得光缆的分段结果；对分段结果中每段光缆的多个非噪声点计算其布里渊频移值的均值作为对应的参考布里渊频移值，进而对每段光缆计算应变量，实现应变和温度的分离。本发明可行性强，识别准确率高，可完成对不同光缆熔接的应变解调。本发明可应用于自动获取在运电力通信光缆的应变量之中。

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，具体涉及一种基于DBSCAN算法的在运电力通信光缆应变解调方法及系统。

背景技术

电力通信光缆作为支撑电力系统信息通信的平台，其稳定运行是保障电网安全的基础。当前我国大部分电力通信光缆采用架空架线方式，在工作时易受到运行环境影响而发生故障或隐患。尤其对于运行年限久的线路，光缆由于蠕变、覆冰、温度、大风等因素的长期影响而缆体伸长，通常光缆在制造过程中会留有一定余长以保证在运行过程中内部纤芯不受力，而一旦环境应力变化超过设计值，会引起内部纤芯受力而造成传输性能变差，严重时甚至是断芯。分布式布里渊光纤传感技术具有超长传感距离、高空间分辨率、高精度、本质安全、无电磁干扰等优势，利用备用纤芯即可完成线路的性能评估，操作简单高效。近年来，已被用于电力通信光缆的应变性能检测中，并取得了显著的效果，通过对光缆应变性能的评估能够准确挖掘线路的隐患点，降低故障发生的概率。

分布式布里渊光纤传感技术利用光纤中的布里渊散射效应实现温度和应变的测量，布里渊频移与温度和应变呈线性关系并交叉敏感，也导致温度和应变的变化在测量中难以区分，制约了系统的大规模应用。电力通信光缆由一段段光缆熔接而成，一般利用引下线或者是平坦区域的布里渊频移值作为参考光纤，多采用手动方法选取应变参考点实现应变数据解调，无法实现自动化测量。

发明内容

鉴于以上问题，本发明提出一种基于DBSCAN算法的在运电力通信光缆应变解调方法及系统，用以解决现有技术对于测量的布里渊频移数据中温度和应变的变化难以自动区分导致不能有效快速地获得OPGW光缆应变量的问题。

根据本发明一方面，提出一种基于DBSCAN算法的在运电力通信光缆应变解调方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、利用分布式布里渊光纤应变监测仪测量光缆纤芯的布里渊频移曲线数据；所述光缆包括多个接续点；

步骤二、对所述布里渊频移曲线数据进行预处理；

步骤三、利用聚类分析算法对经过预处理的布里渊频移曲线数据进行聚类，获得聚类结果；所述聚类结果包括多个分类簇和多个噪声点；

步骤四、根据所述聚类结果对光缆进行分段，以相邻分类簇之间有无噪声点确定光缆所有接续点，按照接续点位置对光缆进行分段；

步骤五、在分段后的每段光缆中选取多个非噪声点，计算多个非噪声点布里渊频移值的均值作为该段光缆对应的参考布里渊频移值；

步骤六、根据所述参考布里渊频移值，对每段光缆计算其应变量，实现应变和温度的分离。

进一步地，步骤二中所述预处理包括有效数据截取、数据平滑和降采样。

进一步地，步骤二中所述有效数据截取为将所述布里渊频移曲线数据的前后端数据去除，获得中间段的有效数据；所述数据平滑为采用鲁棒局部加权回归算法对有效数据进行平滑处理。

进一步地，步骤三中利用基于密度的DBSCAN聚类算法进行聚类，包括：

首先定义经过预处理的布里渊频移曲线数据为下述数据集D：