CN104021638B - 一种高速公路沿线电缆预警防盗的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速公路沿线电缆预警防盗的方法及装置，步骤：1）采用传感光缆与高速公路沿线电缆同时铺设；2）采用引导光缆将传感光缆终端盒与主控仪连接；3）采用主控仪内部光源模块、光路耦合模块和光探测器模块对高速公路沿线电缆布设区域振动波形进行提取；4）分析两类事件下光纤振动信号波形特征；5）采用主控计算机提取主控仪输出信号；6）振动事件进行报警处置，记入波形特征数据库。传感光缆终端盒分别与传感光缆、电缆、引导光缆相连，主控仪与引导光缆相连，主控仪通过引导光缆与光纤信号分析仪相连，光纤信号分析仪与主控计算机相连。提高了报警率，降低了漏警率，降低了误警率，提高了定位精度，缩短了响应时间。

Description

一种高速公路沿线电缆预警防盗的方法及装置

技术领域

本发明属于交通信息工程领域，具体涉及一种从光纤微振动着手的用于高速公路沿线电缆预警防盗的方法，同时还涉及一种从光纤微振动着手的用于高速公路沿线电缆预警防盗的装置，适用于高速公路沿线电缆的预警防盗工作。

背景技术

高速公路交通工程设施包括监控***、收费***、通信***等，是高速公路交通状况信息采集、信息传输、控制管理的重要技术手段，是由大量的外场机电设备和室内计算机网络***组成，需要敷设相当距离的无人看守的电力电缆来保证其正常工作。

然而，高速公路高低压电缆成为犯罪分子的偷盗对象。由于发案率日益增加，造成的经济损失少则几万元，多则上百万元。高速公路电缆的被盗已经严重影响到了高速公路的正常运行与管理。在造成国家财产重大损失的同时，也对在高速公路上运行的车辆形成巨大的安全隐患，造成难以估量的直接或间接经济损失。因此如何有效地对电缆的安全进行监控，在电缆被破坏盗窃之前提前预警，对高速公路交通工程设施的正常运营有重要意义。

目前国内外主要的电缆防盗方法包括：

1）专业值守人员进行值守巡查。此种方法只适用于有围墙的场所地点, 如学校、工厂、仓库、机关大院等，难以实现全线的监控，且需耗费大量的人力物力。

2）地下敷设：

把供电缆套上保护用的硬塑管或穿在混凝土排管中埋敷于地下, 由于地下电缆有很好的隐蔽性和保护性，可起到较好的防盗作用。但埋敷地下电缆工程量大，成本高，检查维护不便，因此只常用于电网密度大，传输距离较近的城镇地区。

3）采用电子仪器进行监测保护：

在电缆上装上监测报警仪器（电力载波、GPRS等），当电缆被盗剪时，仪器发出报警信号通知有关人员及时抓获犯罪分子，通过这种威慑作用达到对电缆的保护。这些技术和产品的应用极大的减少了发现电缆被盗事件和后期处理的时间。但该类技术在电缆被盗剪之后报警，不能防患于未然，电缆被盗剪所带来的损失仍不能避免。

发明内容

本发明是针对上述现状和存在的问题，目的是在于提供一种利用光纤微振动的高速公路沿线电缆预警防盗的方法，方法易行，操作简便，提高报警率，降低漏警率，降低误警率，提高定位精度，缩短响应时间。

本发明的另一个目的是在于提供了一种利用光纤微振动的高速公路沿线电缆预警防盗的装置，结构简单，使用方便。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：

本发明基于光纤微振动的原理，将振动传感光纤与电缆同时铺设，沿线电缆开始被盗挖时，外界振动使传感光纤中光波的传输相位发生变化，从而导致光纤微振动的干涉特性改变。预警终端***通过检测干涉信号得到外界振动信号，进而通过对振动信号波形的分析做出报警判断，同时通过定位算法可以得到振动位置，实现报警事件的定位，完成预警防盗。

一种利用光纤微振动的高速公路沿线电缆预警防盗的方法，其步骤是：

1）采用传感光缆与高速公路沿线电缆同时铺设；所述步骤1）中，传感光缆型号为钢－聚乙烯护套通信用室外路槽（型号：GLFXTS-42B1.1）。

2）采用引导光缆将传感光缆终端盒与主控仪连接；所述步骤2）中，引导光缆型号为全非金属/阻燃/耐啮蚀松套层绞式管道光缆。

3）采用主控仪内部对高速公路沿线电缆布设区域振动波形特征（波形时域特征和信号频域）进行提取：

a）高速公路沿线光纤信号分为人为事件振动信号和正常行车振动信号；

b）确定传感光缆终端盒为采集断面；

c)采集人为事件（挖掘、敲打等干扰行为）下导致的光纤振动信号波形特征；

d）采集高速公路不同服务水平下的行车振动导致的光纤振动信号波形特征；

4）分析两类事件下光纤振动信号波形特征，利用光纤信号分析仪对信号波形特征进行分析，采用美国MathWorks公司出品的商业数学软件-Matlab2013b版分别建立两类仿真光信号检测模型，形成报警事件光信号波形特征数据库；

5）采用主控计算机提取主控仪输出信号，显示检测沿线线路情况，对比波形特征数据库，运行武汉光谷奥源科技股份有限公司出品的光纤微振动预警软件，判断是否对振动事件进行报警；

6）若需对步骤5）中振动事件进行报警处置，根据公式（1）对振动信号的位置信息进行修正；

（1）式中：n表示信号片段的数量；En表示事件定位信息的第n次修正结果；Sn表示测得的第n个信号片段的定位信息。

7）若无需对步骤5）中振动事件进行报警处理，则记入波形特征数据库。

高速公路沿线电缆设备维修和检测工作开展前可对光缆终端盒进行关闭，维修工作完成后重新开启。

一种高速公路沿线电缆预警防盗方法可采用的装置，它由传感光缆终端盒、传感光缆、电缆、引导光缆、主控仪（IFP3800-MC，包含光源模块、光路耦合模块和光探测器模块等3个模块）、引导光缆、光纤信号分析仪（FPT3800）、主控计算机等8个部分组成。其连接关系是：传感光缆终端盒分别与传感光缆、电缆、第一引导光缆相连，主控仪通过第一引导光缆与传感光缆终端盒相连，通过以上5部分的连接实现如下功能：主控仪的光源模块发出光波，经第一引导光缆传输至传感光缆终端盒，然后沿传感光缆传播，当外界有振动发生时，光波信号发生变化，传感光缆将光波振动信号传回传感光缆终端盒，再经由第一引导光缆将光波振动信号传入主控仪，主控仪对光波振动信号的时域和频域特诊进行提取，其中电缆为需要检测保护的电缆；主控仪通过第二引导光缆与光纤信号分析仪相连，其作用在于：通过引导光缆将提取的特征波形传输至光纤信号分析仪进行分析；光纤信号分析仪与主控计算机相连，其作用在于：主控计算机提取光纤信号分析仪的输出信号进行后续处理，运行光纤微振动预警***软件。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

电缆被盗之前就能实现预警，可以达到防患于未然的效果；光纤具有无中继传输距离长的优点，与采用电子仪器进行检测保护的***相比，本发明对能源依赖小，整个监控区域布设的传感网络均无需要电力供应。

提高电缆被盗事件的报警率，降低漏警率，提高事件定位精度，提升高速公路沿线电缆的安全水平。本发明同时不影响高速公路沿线电缆的维修和检测。具有以下几点：

1、提高报警率：对偷盗电缆事件正确判断做出报警的概率>95%；

2、降低漏警率：对偷盗电缆事件遗漏报警的概率为0；

3、降低误警率：对偷盗电缆事件做出错误判断导致误报警的概率<5%；

4、提高定位精度：对报警事件发生位置判断的精度优于 100m；

5、缩短响应时间：偷盗事件发生至***做出反应的时间（包括光波传输时间和***电路响应时间）小于 10ms。

附图说明

图1为一种高速公路沿线电缆预警防盗方法可采用的装置示意；

其中：传感光缆终端盒1、传感光缆2、电缆3、引导光缆4、主控仪5（IFP3800-MC）、引导光缆6、光纤信号分析仪7（FPT3800）、主控计算机8等8个部分组成。

具体实施方式

实施例 1 ：

本发明根据光纤微振动的原理对高速公路沿线电缆预警防盗提出设计方法：沿线电缆被盗窃开始时外界振动使传感光纤中光波的传输相位发生变化，从而导致光纤微振动的干涉特性改变。预警终端通过检测干涉信号得到外界振动信号，进而通过对振动信号波形的分析做出报警判断，同时通过定位算法可以得到振动位置，实现报警事件的定位，完成预警防盗。

本发明通过高速公路沿线电缆预警防盗方法的设计，提高电缆被盗事件的报警率，降低漏警率，提高事件定位精度，提升高速公路沿线电缆的安全水平。本发明同时不影响高速公路沿线电缆的维修和检测。

本发明设置可参考图1。实例中选择了限速值为100km/h、双向六车道的从莞深高速公路东莞段。光纤振动信号采集选择不同天气条件下，完成不同道路服务水平下车辆运行过程中振动和不同人为事件振动下光纤振动信号采集，并严格按照本发明所要求，在采集信号数据过程中排除了其他干扰因素。

一种利用光纤微振动的高速公路沿线电缆预警防盗方法，其步骤是：

1）采用传感光缆2与高速公路沿线电缆3同时铺设，其中传感光缆2布设于电缆正上方50cm处，中间采用砖块隔离；其中：传感光缆型号为钢－聚乙烯护套通信用室外路槽（型号：GLFXTS-42B1.1）。

2）采用引导光缆4将传感光缆终端盒1与主控仪连接；其中：引导光缆型号为全非金属/阻燃/耐啮蚀松套层绞式管道光缆。

3）采用主控仪5对高速公路沿线电缆布设区域振动波形特征（首先提取波形随时间变化的特征，包括时域波形的形态、位置，同时采用傅里叶变换将动态波形由时域变换为频域，提取不同频率分量成分的组成特征）进行提取；

a）高速公路沿线光纤信号分为人为事件振动信号和正常行车振动信号；

b）确定传感光缆终端盒为采集断面；

c)采集人为事件（挖掘、敲打等干扰行为）下导致的光纤振动信号波形特征；

d）采集高速公路不同服务水平下的行车振动导致的光纤振动信号波形特征；

4）分析两类事件下光纤振动信号波形特征，利用光纤信号分析仪7对信号波形特征进行分析，采用Matlab软件分别建立两类仿真光信号检测模型，得到报警事件光信号波形特征数据库；

5）采用主控计算机8提取主控仪输出信号，显示检测沿线线路情况，对比波形特征数据库，运行光纤微振动预警防盗软件，判断是否对振动事件进行报警；

6）若需对步骤5）中振动事件进行报警处置，根据公式（1）对人为事件进行定位信息修正后报警；

（1）式中：n表示信号片段的数量，En表示事件定位信息的第n次修正结果，Sn表示测得的第n个信号片段的定位信息。

7）若无需对步骤5）中振动事件进行报警处理，则对车辆运行带来的光纤振动信号波形特征记入数据库；

高速公路沿线电缆设备维修和检测工作开展前可对光缆终端盒进行关闭，维修工作完成后重新开启。

实施例2：

一种高速公路沿线电缆预警防盗方法可采用的装置，它由传感光缆终端盒1、传感光缆2、电缆3、引导光缆4、主控仪5（IFP3800-MC，包含光源模块、光路耦合模块和光探测器模块等3个模块）、引导光缆6、光纤信号分析仪7（FPT3800）、主控计算机8等8个部分组成。其连接关系是：传感光缆终端盒1分别与传感光缆2、电缆3、第一引导光缆4相连，主控仪5通过第一引导光缆4与传感光缆终端盒1相连，通过以上5部分的连接实现如下功能：主控仪5的光源模块发出光波，经第一引导光缆4传输至传感光缆终端盒1，然后沿传感光缆2传播，当外界有振动发生时，光波信号发生变化，传感光缆2将光波振动信号传回传感光缆终端盒1，再经由第一引导光缆4将光波振动信号传入主控仪5，主控仪5对光波振动信号的时域和频域特诊进行提取；主控仪5通过第二引导光缆6与光纤信号分析仪7相连，其作用在于：通过引导光缆6将提取的特征波形传输至光纤信号分析仪7进行分析；光纤信号分析仪7与主控计算机8相连，其作用在于：主控计算机8提取光纤信号分析仪7的输出信号进行后续处理，运行光纤微振动预警***软件。

Claims (2)

1.一种利用光纤微振动的高速公路沿线电缆预警防盗的方法，其步骤是：

1）采用传感光缆与高速公路沿线电缆同时铺设；

2）采用引导光缆将传感光缆终端盒与主控仪连接；

3）采用主控仪内部光源模块、光路耦合模块和光探测器模块对高速公路沿线电缆布设区域振动波形特征进行提取：

a）高速公路沿线光纤信号分为人为事件振动信号和正常行车振动信号；

b）确定传感光缆终端盒为采集断面；

c)采集人为事件下导致的光纤振动信号波形特征；

d）采集高速公路不同服务水平下的行车振动导致的光纤振动信号波形特征；

4）分析两类事件下光纤振动信号波形特征，利用光纤信号分析仪对信号波形特征进行分析，采用数学软件-Matlab2013b分别建立两类仿真光信号检测模型，形成报警事件光信号波形特征数据库；

5）采用主控计算机提取主控仪输出信号，显示检测沿线线路，对比波形特征数据库，运行光纤微振动预警软件，判断对振动事件进行报警，然后进行以下步骤（5.1）或者步骤（5.2）的操作：

（5.1）若需对振动事件进行报警处置，对振动信号的位置信息进行修正；

（5.2）若无需对振动事件进行报警处理，则记入波形特征数据库；

6）高速公路沿线电缆设备维修和检测工作开展前对光缆终端盒进行关闭，维修工作完成后重新开启。

2.一种用于实现权利要求1所述的利用光纤微振动的高速公路沿线电缆预警防盗方法的装置，它由传感光缆终端盒（1）、传感光缆（2）、电缆（3）、第一引导光缆（4）、主控仪（5）、第二引导光缆（6）、光纤信号分析仪（7）、主控计算机（8）组成，其特征在于：传感光缆终端盒（1）分别与传感光缆（2）、电缆（3）、第一引导光缆（4）相连，主控仪（5）通过第一引导光缆（4）与传感光缆终端盒（1）相连，主控仪（5）通过第二引导光缆（6）与光纤信号分析仪（7）相连，光纤信号分析仪（7）与主控计算机（8）相连。