[发明专利]基于分布式光纤振动传感的滩涂怪潮监测及预警方法

说明书

本发明公开了一种基于分布式光纤振动传感的滩涂怪潮监测及预警方法，提供了一种“滩涂怪潮”监测传感缆的布设方式，通过获得滩涂区域的监测信号时空分布瀑布图。本发明通过获得的滩涂监测信号时空分布瀑布图，利用监测到的各传感距离处信号的强弱，设定怪潮警戒区，并对怪潮警戒区标定不同等级的预警线，为“滩涂怪潮”提供了一种提前预警方案。

技术领域

本发明涉及一种基于分布式光纤振动传感的滩涂怪潮监测及预警方法，属于光纤传感技术领域。

背景技术

海洋滩涂一般多指沿海滩涂，可界定为平均高潮线以下低潮线以上的海域。滩涂是水产养殖和发展渔业生产的重要基地，是开发海洋、发展海洋产业的一笔宝贵财富。然而，在滩涂上作业，经常发生“怪潮”现象，所谓“怪潮”即海域波浪和潮流共同作用下在某一个时段潮流急剧上涌和短时间波浪明显增大的现象。其中，在涨潮阶段，当潮位涨至中水位时有一个潮位迅速升高的过程，在20分钟内水位可上涨接近1m。而此时又正是滩涂养殖作业区滩面开始过水的时刻，同时这个时刻的潮流流速又最大。如果滩涂作业人员没有及时撤回，就很容易被急剧上涌的潮水和流速很大的潮流吞没。“怪潮”灾害的发生给当地渔业生产及海岸工程活动造成了重大影响。如何通过科学的方法规避“滩涂怪潮”所带来的灾害，成为近年来海洋观测站和海洋灾害研究的关键。目前，针对“怪潮”的研究主要集中在基于A-GPS的“怪潮”人员撤离指挥决策系统以及“怪潮”发生机理与预警的理论统计模式研究，对于如何监测及预警“怪潮”的研究仍是技术空白。

分布式振动传感系统采用窄线宽激光器作为系统光源，利用背向瑞利散射信号(RBS)之间的相干衰落效应实现扰动信号的分布式测量。当外部扰动事件作用在光纤上时，扰动位置处的纤芯折射率和光纤长度会发生变化，从而引起该位置处RBS的幅度和相位变化。通过分析扰动事件发生前后的瑞利散射曲线，可以实现对动态扰动事件的检测。该技术灵敏度高、测量响应速度快，能够实现长距离全分布式的无盲区动态监测。

发明内容

针对现有的“滩涂怪潮”监测技术存在的不足，本发明提出一种基于分布式振动传感的“滩涂怪潮”监测及预警方法，首先提供了一种“滩涂怪潮”监测传感缆的布设方式，通过获得滩涂区域的监测信号时空分布瀑布图，设定怪潮警戒区，并对怪潮警戒区标定不同等级的预警线。为“滩涂怪潮”提供了一种提前预警方案。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于分布式光纤振动传感的滩涂怪潮监测系统，该监测系统包括分布式振动传感系统、传感缆以及处理器，所述传感缆以连续“∧”型布设在滩涂作业区域，在每个“∧”型的顶角处绕一个或多个缆环；

所述传感缆的首端接入分布式振动传感系统，以获取传感缆沿线的背向瑞利散射信号；

所述处理器对背向瑞利散射信号进行解调处理，获得滩涂作业区域的监测信号时空分布瀑布图。

进一步，所述传感缆的覆盖范围大于滩涂作业区域，且采取地埋方式。

进一步，所述传感缆的布设需满足如下条件：

(1)dD₂；

(2)

(3)其中，d为传感缆的布设宽度，L为传感缆的总长度，θ为“∧”型内角的一半，D₁和D₂分别为滩涂作业区域的长和宽，R为分布式振动传感系统的空间分辨率。

进一步，所述监测信号时空分布瀑布图的横轴为距离、纵轴为时间；颜色映射为信号强度大小，颜色越亮，强度越大。

基于分布式光纤振动传感的滩涂怪潮监测方法，该方法基于上述的监测装置进行检测，具体步骤如下：

步骤1，在滩涂作业区域以连续“∧”型布设传感缆，在每个“∧”型的顶角处绕一个或多个缆环，以将传感缆锚定；