CN110232880A - 一种具有智能预警功能的光缆标志桩及智能预警的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有智能预警功能的光缆标志桩及智能预警的方法，包括标志桩本体，标志桩本体内部为空腔结构，空腔的腔壁上设有开孔；还包括安装于标志桩本体上的监测控制单元模块、电源模块、警示模块，电源模块与监测控制单元模块电连接，警示模块与监测控制单元模块信号连接；还包括设于标志桩本体外的多个加速度传感器，加速度传感器与监测控制单元模块信号连接。监测控制单元模块将加速度传感器采集的实时振动信号与预设的样本信号的特征值进行比对、判断，警示模块进行警示，防止行人或车辆对附近光缆造成破坏。本装置体积小、结构简单，能耗低，反应灵敏，能及时有效起到预警的作用，避免对光缆造成破坏。
Description
技术领域
本发明涉及监测仪器领域，具体涉及一种具有智能预警功能的光缆标志桩及智能预警的方法。
背景技术
地埋式光缆埋于地下，在其他人员不清楚此处的光缆排布情况时，容易对光缆造成意外破坏(例如路过的车辆压坏、施工机械造成破坏等)，一旦造成光缆破坏，通常会产生巨大的损失。通常使用的光缆标志桩为一个水泥桩，其上印刷有红色的提醒字样，依靠靠近的人员的眼睛识别来达到提醒的目的，不能在人员或者车辆等靠近时提前进行有效的预警，达不到很好的预防光缆被破坏的效果。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种具有智能预警功能的光缆标志桩及智能预警的方法，其标志桩体积小、结构简单，能耗低，反应灵敏，能及时有效起到预警的作用，避免对光缆造成破坏。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种具有智能预警功能的光缆标志桩，包括标志桩本体，所述标志桩本体内部为空腔结构，所述空腔的腔壁上设有开孔，本标志桩还包括安装于所述标志桩本体上的监测控制单元模块、电源模块、警示模块，所述电源模块与所述监测控制单元模块电连接，所述警示模块与所述监测控制单元模块信号连接；还包括设于所述标志桩本体外的多个加速度传感器，所述加速度传感器与所述监测控制单元模块信号连接；
所述电源模块提供电源；
多个所述加速度传感器采集实时振动信号；
所述监测控制单元模块中预存有作为样本值的分类信号的功率谱、功率谱平均值，所述监测控制单元模块对所述实时振动信号提取特征值，判断所述实时振动信号的类型，并计算所述实时振动信号的功率谱、功率谱平均值，将所述实时振动信号的功率谱平均值与预存的功率谱平均值进行比对、判断，并根据判断结果输出警示信号；
所述警示模块，进行对应警示信号的报警。
采用以上技术方案，多个加速度传感器、监测控制单元模块、警示模块构成报警控制***，电源模块为该报警控制***提供工作电源。多个加速度传感器安装在光缆附近的地面下，当光缆附近无异常的振动时，监测控制单元模块不发出警示信号，警示模块不工作，功耗低；监测控制单元模块中存储有作为参考用的振动样本信号时域特征值与频域特征值、以及计算出的功率谱，根据时域特征值中的过零数将信号分为行人行走信号(人员行走的振动信号)、车辆行驶信号(包含车辆行驶以及施工机械信号)，并分别存入对应的数据库中。当人或车辆靠近、或者附近在进行施工时，光缆附近产生异常的振动，多个加速度传感器对现场振动进行实时采样，将采样到的物理信号转换为电信号并传送到监测控制单元模块，监测控制单元模块将采样的实时振动信号与存储的振动样本信号特征值(过零数、功率谱、功率谱平均值)进行比对、分类、判断，若是实时振动信号值与振动样本信号的比对结果达到报警条件，监测控制单元模块根据实时振动信号的类别(行人行走信号或者车辆行驶信号)分别输出警示信号到警示模块，警示模块进行预警提示，对行人行走信号进行一级警示提示，对车辆行驶信号进行二级警示提示，提醒附近的人员此处有光缆，注意避免破坏光缆。本标志桩结构简单，能耗低，反应灵敏，能及时有效起到预警的作用，避免对光缆造成破坏。
优选地，多个所述加速度传感器呈阵列排布。多个所述加速度传感器围绕光缆呈阵列排布，可更加精确地监测到光缆附近的振动变化。
优选地，所述电源模块包括太阳能电池板、小型蓄电池与电源管理芯片，所述太阳能电池板安装在所述标志桩本体外表面，所述小型蓄电池与所述电源管理芯片安装在所述标志桩本体内的空腔中；所述太阳能电池板与所述小型蓄电池电连接，所述小型蓄电池与所述电源管理芯片电连接，所述电源管理芯片与所述监测控制单元模块电连接。太阳能电池板优选安装在标志桩本体顶部外表面，便于最大程度地接收到太阳能。太阳能电池板将太阳能转换为电能储存在小型蓄电池内，小型蓄电池为整个标志桩带电部分提供电源。本标志桩能耗低，利用太阳能电池板转换的电能足以支撑本标志桩进行正常工作；当太阳能充足时，多余的电能储存在小型蓄电池内，用于当太阳能不足时继续为本标志桩供电。标志桩常常设置在无人监管的野外环境，此电源模块的设置，不需要为本标志桩提供额外的电源，极大地增加了本标志桩的适用性。
优选地，所述警示模块包括告警扬声器与警示灯，所述告警扬声器与所述警示灯分别安装在所述标志桩本体内并与所述标志桩本体上的开孔配合，所述告警扬声器与所述警示灯分别与所述监测控制单元模块信号连接。当监测控制单元模块输出警示信号到警示模块时，告警扬声器播放预设的提示音，同时警示灯亮或者闪烁，以提醒附近的人员此处有光缆，防止对光缆造成意外的破坏。声音与灯光配合进行提醒，比传统由人眼识别进行提醒更有效。
优选地，所述标志桩本体上还设有无线通信模块，所述无线通信模块与所述监测控制单元模块信号连接，所述无线通信模块还与所述电源管理芯片电连接。所述无线通信模块通过无线网络与上位机通信连接。当本监测控制单元模块监测到的异常振动触发报警时，无线通信模块将本监测控制单元模块监测到的异常振动数据通过无线网络发送到上位机，监控人员在上位机及时了解各个标志桩的状态。监控人员可在上位机通过无线网络远程控制各个标志桩的开启以及关闭报警。同时本监测控制单元模块各组成部分的状态信息发送到上位机，便于监控人员及时发现设备故障(例如电池电量不足等)。
优选地，所述标志桩本体上还安装有音频采集模块，所述音频采集模块与所述监测控制单元模块信号连接。触发警报时，音频采集模块采集标志桩附近的声音信号，通过无线通信模块发送至上位机，便于监控人员了解标志桩处的实际情况。同时当检修人员到达标志桩处进行检修时，音频采集模块与告警扬声器配合，可与上位机上的音频设备实现对讲功能，便于检修人员与监控人员及时沟通。
优选地，所述音频采集模块为拾音器。拾音器采集现场声音，接收声音震动，将声音信号转换为电信号发送到监测控制单元模块。
优选地，所述标志桩本体上还安装有图像采集模块，所述图像采集模块与所述监测控制单元模块信号连接。当触发警报时，图像采集模块采集现场图像，并将现场图像转化为数字信号传输到监测控制单元模块，通过无线通信模块发送至上位机，便于监控人员了解标志桩处的实际情况。
优选地，所述图像采集模块为摄像头。摄像头可以对现场图像进行抓拍或者录制。
根据以上所述标志桩的智能预警的方法，包括以下步骤，
采集实时振动信号，对实时振动信号进行波形处理，并提取其时域特征值、频域特征值；
根据实时振动信号的时域特征值判断所述实时振动信号的类型；
根据实时振动信号的频域特征值计算出所述实时振动信号的功率谱，继而计算出其功率谱平均值；
针对不同类型振动信号，将其功率谱平均值与预先训练得到的样本值进行比对判断，根据判断结果输出警示信号。
优选地，所述样本值的训练过程包括：
对多个样本信号进行波形处理，提取其时域特征值、频域特征值；
根据多个所述样本信号的时域特征值计算出过零数，根据过零数大小判断所述样本信号的类型；
根据多个所述样本信号的频域特征值计算出多个所述样本信号的功率谱，继而计算出其功率谱平均值；
针对不同类型的振动信号，将其时域特征值、频域特征值、功率谱、功率谱平均值进行分类存储。
优选地，所述的根据实时振动信号的时域特征值判断所述实时振动信号的类型，包括，根据实时振动信号的时域特征值计算出过零数，根据过零数大小判断所述实时振动信号的类型。
优选地，采用加权交叠平均法计算功率谱及功率谱平均值，包括：
将信号值xN(n)分为M段，得到分段信号值xN·i(n),使每一段的部分信号值重叠；然后采用窗函数对单个采样周期内每一段信号值进行平滑处理；其次，对各段功率谱求平均，得到功率谱平均值若所有分段信号值的长度都为L，而且规定每段数据重叠则信号值xN(n)的总长度为
通过以下公式计算得出功率谱以及功率谱平均值
xN·i(n)＝xN[n+(i-1)L]w(n) (3)
式中，0≤n≤L-1，1≤i≤M；w(n)是窗函数。
本发明的有益效果是：本标志桩体积小、结构简单，能耗低，反应灵敏，能及时有效起到预警的作用，避免对光缆造成破坏；采用太阳能供能，无需额外提供电源，环保的同时增加了本标志桩的适用性；无线通信模块的设置，使监控人员能远程即时了解各处标志桩的状态，以便出现异常时及时应对；音频采集模块与图像采集模块的设置，使监控人员通过声音与图像更准确、直观地了解到各标志桩以及标志桩附件光缆的状态。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明控制原理图；
图3为本发明中行人行走波形图；
图4为本发明中车辆行驶波形图；
图5为本发明行人行走信号功率谱图；
图6为本发明车辆行驶信号功率谱图；
图7为本发明样本信号处理流程图；
图8为本发明实时振动信号处理流程图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、标志桩本体，2、监测控制单元模块，201、加速度传感器，202、无线通信模块，3、电源模块，301、太阳能电池板，302、小型蓄电池，303、电源管理芯片，4、音频采集模块，5、图像采集模块，6、警示模块，601、告警扬声器，602、警示灯，7、上位机，8、地面。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1～2所示，一种具有智能预警功能的光缆标志桩，安装在光缆附近，尤其适用于野外无人监管的场合。其包括标志桩本体1，标志桩本体1下部埋入地面8以下，以固定标志桩的位置。标志桩本体1内部为空腔结构，所述空腔的腔壁上设有多个开孔；本标志桩还包括安装于标志桩本体1上的监测控制单元模块2、电源模块3、警示模块6，电源模块3与监测控制单元模块2电连接，警示模块6与监测控制单元模块2信号连接；本标志桩还包括设于标志桩本体1外的多个加速度传感器201，加速度传感器201与监测控制单元模块2信号连接；
所述电源模块3为整个标志桩的带电部分提供电源；
多个所述加速度传感器201采集实时振动信号并输送到所述监测控制单元模块2中；
所述监测控制单元模块2中预存有作为样本值的分类信号的功率谱、功率谱平均值，所述监测控制单元模块2对所述实时振动信号提取特征值，判断所述实时振动信号的类型，并计算所述实时振动信号的功率谱、功率谱平均值，将所述实时振动信号的功率谱平均值与预存的功率谱平均值进行比对、判断，并根据判断结果输出警示信号；
具体的，所述监测控制单元模块2中设有数据库A与数据库B，数据库A与数据库B中预存有分类的信号及其特征值。更具体的，数据库A中储存有作为样本值的行人行走信号的时域特征值、频域特征值，以及计算出的功率谱、功率谱平均值，数据库B中储存有作为样本值的车辆行驶信号的时域特征值、频域特征值，以及计算出的功率谱、功率谱平均值。车辆行驶信号默认为车辆行驶或施工机械产生的振动信号。所述监测控制单元模块2对采集的所述实时振动信号提取时域特征值、频域特征值，计算时域特征值中的一个采样周期的过零数，通过过零数来判断所述实时振动信号的类型；设定过零数阈值为110，若是实时振动信号的过零数小于110，则判定为行人行走信号，即行人在光缆附件行走产生的振动的信号；若是实时振动信号的过零数不小于110，则判定为车辆行驶信号，即车辆行驶或者施工机械在光缆附近产生的振动信号。通过频域特征值计算所述实时振动信号的功率谱以及功率谱平均值，行人行走信号与数据库A中预存的作为样本值的功率谱平均值进行比对、并遍历数据库A中的所有作为样本值的功率谱平均值，车辆行驶信号与数据库B中预存的作为样本值的功率谱平均值进行比对、并遍历数据库B中的所有作为样本值的功率谱平均值；当实时振动信号的功率谱平均值大于或等于对应数据库中预存的任一功率谱平均值时，输出警示信号。对于行人行走信号的判定结果输出一级警示信号，对于车辆行驶信号的判定结果输出二级警示信号。
所述警示模块6，进行对应所述行人行走信号或所述车辆行驶信号的报警，对行人行走信号进行一级警示提示，对车辆行驶信号进行二级警示提示，提醒附近的人员此处有光缆，注意避免破坏光缆。
采用以上技术方案，多个加速度传感器201、监测控制单元模块2、警示模块6构成报警控制***，电源模块3为该报警控制***提供工作电源。多个加速度传感器201安装在光缆附近的地面下，当光缆附近无异常的振动时，监测控制单元模块2不发出警示信号，警示模块6不工作，功耗低；监测控制单元模块2中存储有作为参考用的振动样本信号时域特征值与频域特征值、以及计算出的功率谱，根据时域特征值中的过零数将振动样本信号分为行人行走信号(人员行走的振动信号)、车辆行驶信号(车辆行驶以及施工机械信号)，并分别对应存入数据库A或数据库B中。当人或车辆靠近、或者附近在进行施工时，光缆附近产生异常的振动，多个加速度传感器201对现场振动进行实时采样，将采样到的物理信号转换为电信号并传送到监测控制单元模块2，监测控制单元模块2将采样的实时振动信号与存储的振动样本信号特征值(过零数、功率谱)进行比对、分类、判断，若是实时振动信号值与振动样本信号的比对结果达到报警条件，监测控制单元模块2根据实时振动信号的类别(行人行走信号或者车辆行驶信号)分别输出警示信号到警示模块6，警示模块6进行预警提示，对行人行走信号进行一级警示提示，对车辆行驶信号进行二级警示提示，提醒附近的人员此处有光缆，注意避免破坏光缆。本标志桩结构简单，能耗低，反应灵敏，能及时有效起到预警的作用，避免对光缆造成破坏。一级警示提示与二级警示提示的区别在于警示提示的语音内容以及语音频率不同。
本实施例中，多个加速度传感器201呈环形阵列排布。多个加速度传感器201围绕光缆呈环形阵列排布，可更加精确地监测到光缆附近的振动变化。采用加速度传感器阵列组成信号采集单元对现场振动和噪声振动进行采样，并通过监测控制单元模块2对人员和车辆等潜在危险源的筛选(通过对采样的振动信号值与样本信号的特征值的比对来进行)，并判断危险源是否超过安全级别。若是超过安全级别即触发报警模式，由警示模块6进行报警。
本实施例中，电源模块3包括太阳能电池板301、小型蓄电池302与电源管理芯片303，太阳能电池板301安装在标志桩本体1外表面，小型蓄电池302与电源管理芯片303安装在标志桩本体1内的空腔中；太阳能电池板301与小型蓄电池302电连接，小型蓄电池302与所述电源管理芯片303连接，所述电源管理芯片303与监测控制单元模块2电连接，为本标志桩内各模块供电。太阳能电池板301优选安装在标志桩本体1顶部外表面，便于最大程度地接收到太阳能。太阳能电池板301将太阳能转换为电能储存在小型蓄电池302内，小型蓄电池302为整个标志桩带电部分提供电源。本标志桩能耗低，利用太阳能电池板301转换的电能足以支撑本标志桩进行正常工作；当太阳能充足时，多余的电能储存在小型蓄电池302内，用于当太阳能不足时继续为本标志桩供电。标志桩常常设置在无人监管的野外环境，此电源模块3的设置，不需要为本标志桩提供额外的电源，极大地增加了本标志桩的适用性。整个***采用自动休眠/唤醒工作模式，当加速度传感器在检测到动态加速度后，可以从睡眠模式中自动唤醒，并中断通知监测控制单元模块2启动程序运行，以降低功耗、提高续航能力。
本实施例中，警示模块6包括告警扬声器601与警示灯602，告警扬声器601与警示灯602分别安装在标志桩本体1内并与标志桩本体1上的开孔配合，告警扬声器601与警示灯602分别与监测控制单元模块2信号连接。当监测控制单元模块2输出警示信号到警示模块6时，告警扬声器601播放预设的提示音，同时警示灯602亮或者闪烁，以提醒附近的人员此处有光缆，防止对光缆造成意外的破坏。声音与灯光配合进行提醒，比传统由人眼识别进行提醒更有效。最好是设置环绕在标志桩上的多个警示灯602，使警示灯602报警时从标志桩周围的任何角度都可以看到。
本实施例中，标志桩本体1上还设有无线通信模块202，无线通信模块202与监测控制单元模块2信号连接，所述无线通信模块202还与所述电源管理芯片303电连接。无线通信模块202通过无线网络与上位机7通信连接。无线网络优选使用4G网络。当本监测控制模块2监测到的异常振动信号触发报警时，无线通信模块202将本监测控制模块2监测到的异常振动数据通过无线网络发送到上位机7，监控人员在上位机7及时了解各个标志桩的状态。监控人员可在上位机7通过无线网络远程控制各个标志桩的开启以及关闭报警。同时本标志桩各组成部分的状态信息发送到上位机7，便于监控人员及时发现设备故障(例如电池电量不足等)，以便及时维修。
本实施例中，标志桩本体1上还安装有音频采集模块4，音频采集模块4与监测控制单元模块2信号连接。触发警报时，音频采集模块4采集标志桩附近的声音信号，通过无线通信模块202发送至上位机，便于监控人员了解标志桩处的实际情况。同时当检修人员到达标志桩处进行检修时，音频采集模块4与告警扬声器601配合，可与上位机7上的音频设备实现对讲功能，便于检修人员与监控人员及时沟通。
本实施例中，音频采集模块4为拾音器。拾音器采集现场声音，接收声音震动，将声音信号转换为电信号发送到监测控制单元模块2，监测控制单元模块2再将声音电信号通过无线通信模块202发送到上位机。
本实施例中，标志桩本体1上还安装有图像采集模块5，图像采集模块5与监测控制单元模块2信号连接。当触发警报时，图像采集模块5采集现场图像，并将现场图像转化为数字信号传输到监测控制单元模块2，通过无线通信模块202发送至上位机，便于监控人员了解标志桩处的实际情况。最好是设置至少两个图像采集模块5，以使图像采集的范围涵盖标志桩周向的任何一个角度。
本实施例中，图像采集模块5为摄像头。摄像头可以对现场图像进行抓拍或者录制，并将图像信号传送到监测控制单元模块2进行处理。
根据以上所述标志桩的智能预警的方法，如图8的流程图所示，包括以下步骤，
采集实时振动信号，采用matlab对实时振动信号进行波形处理，并提取其时域特征值、频域特征值；
根据实时振动信号的时域特征值判断所述实时振动信号的类型；
根据实时振动信号的频域特征值计算出所述实时振动信号的功率谱，继而计算出其功率谱平均值；
针对不同类型振动信号，将其功率谱平均值与预先训练得到的样本值进行比对判断，根据判断结果输出警示信号。
优选地，如图7的流程图所示，所述样本值的训练过程包括：
采用matlab对多个样本信号进行波形处理，提取其时域特征值、频域特征值；
根据多个所述样本信号的时域特征值计算出过零数，根据过零数大小判断所述样本信号的类型；
根据多个所述样本信号的频域特征值计算出多个所述样本信号的功率谱，继而计算出其功率谱平均值；
针对不同类型的振动信号，将其时域特征值、频域特征值、功率谱、功率谱平均值进行分类存储。
优选地，所述的根据实时振动信号的时域特征值判断所述实时振动信号的类型，包括，根据实时振动信号的时域特征值计算出过零数，根据过零数大小判断所述实时振动信号的类型。
在时域上过零数是信号识别的重要特征。过零数指某一段时间内时域信号的幅度值经过特定阈值的总次数，用这个次数作为振动信号的时域特征。信号的过零数与采样率密切相关，此处的某一段时间指任意一个对实时振动信号的采样周期。在信号的采样率不变的情况下，过零数与信号的频率有着直接关系。若某正弦信号的频率为f，则过零数为
N＝kf (1)
即过零数与频率成正比，k为比例系数。
过零数与信号幅值无关，所以该方法抗干扰能力较强。
还预设了过零数阈值，本实施例中预设的过零数阈值为110。所述样本信号的过零数小于所述过零数阈值时，判断对应的样本信号为行人行走信号，行人行走信号表示人员行走产生的振动信号；所述样本信号的过零数大于或等于所述过零数阈值时，对应的信号为车辆行驶信号，车辆行驶信号主要表示车辆或者施工机械产生的振动信号。如图3所示为行人行走的振动波形图，如图4所示为车辆行驶的振动波形图。行人行走时脚步作用时间很短，其振动信号可近似为周期性的脉冲，而车辆信号是连续的，且脚步信号的频数远低于车辆信号的主频，即车辆行驶产生的振动信号的过零数在某段时间内明显多于单人行走信号。所以只要确定的过零值阈值在某段时间内使得计算出两类信号的过零数差距够大，就能有效识别出这两种目标。原理如下:
对于频带范围从f1到f2的平稳高斯随机信号，单位长度内的过零点数与功率G(f)之间存在的关系为
从式(2)中可以看出，若信号的主频越高，单位产长度内的过零数就越多；若信号的主频越低，单位长度内的过零数就越少。
优选地，采用加权交叠平均法计算功率谱及功率谱平均值。如图5所示为行人行走的功率谱图，图6为车辆行驶的功率谱图。计算方法包括：
将信号值xN(n)分为M段，得到分段信号值xN·i(n),使每一段的部分信号值重叠；然后采用窗函数对单个采样周期内每一段信号值进行平滑处理；其次，对各段功率谱求平均，得到功率谱平均值若所有分段信号值的长度都为L，而且规定每段数据重叠则信号值xN(n)的总长度为
通过以下公式计算得出功率谱以及功率谱平均值
xN·i(n)＝xN[n+(i-1)L]w(n) (3)
式中，0≤n≤L-1，1≤i≤M；w(n)是窗函数。
当计算出实时振动信号的功率谱平均值后，将实时振动信号的功率谱平均值与其信号类型对应数据库中的样本信号功率谱平均值进行比对、判断，当实时振动信号的功率谱平均值小于其对应数据库中的样本信号功率谱平均值时，不输出警示信号；当实时振动信号的功率谱平均值大于或等于其对应数据库中的样本信号功率谱平均值时，根据实时振动信号的信号类型输出不同类型的警示信号，例如，若实时振动信号为行人行走信号，即输出对应行人行走信号的一级警示信号，若实时振动信号为车辆行驶信号，即输出对应车辆行驶信号的二级警示信号。
工作流程：
监控人员通过无线网络远程为本实施例的标志桩开机，也可在小型蓄电池302与监测控制单元模块2之间设置电源开关，在标志桩上进行现场开机。多个加速度传感器201安装在光缆附近的地面下，对实时振动信号进行采样。监测控制单元模块2中存储有作为参考用的振动样本信号时域特征值与频域特征值、以及计算出的功率谱，根据时域特征值中的过零数将振动样本信号分为行人行走信号(人员行走的振动信号)、车辆行驶信号(车辆行驶以及施工机械信号)，并分别存入对应的数据库中。当光缆附近无异常的振动时，监测控制单元模块2不发出警示信号，警示模块6不工作，功耗低；当人或车辆靠近、或者附近在进行施工时，光缆附近产生异常的振动，多个加速度传感器201对现场振动进行实时采样，将采样到的物理信号转换为电信号并传送到监测控制单元模块2，监测控制单元模块2将采样的实时振动信号与存储的振动样本信号特征值(过零数、功率谱平均值)进行比对、分类、判断，若是实时振动信号值与振动样本信号的比对结果达到报警条件，监测控制单元模块2根据实时振动信号的类别(行人行走信号或者车辆行驶信号)分别输出对应的警示信号到警示模块6，警示模块6进行预警提示，对行人行走信号进行一级警示提示，对车辆行驶信号进行二级警示提示。监测控制单元模块2输出对应的警示信号到警示模块6，告警扬声器601进行语音报警提示，提醒附近的人员此处有光缆，注意避免破坏光缆，语音报警的同时警示灯602闪烁。警示模块6进行报警的同时，音频采集模块4采集现场音频信号，图像采集模块5抓拍或者录制现场图像，并通过无线通信模块202将音频信号与图像信号传送到上位机7，便于监控人员即时了解标志桩及其附近光缆状态。无线通信模块202定时将标志桩的实时状态传送至上位机7，便于监控人员即时发现故障标志桩并指派维修人员处理；音频采集模块4可与上位机7上的音频设备实现对讲功能，便于检修人员与监控人员及时沟通。
本实施例标志桩体积小、结构简单，能耗低，反应灵敏，能及时有效起到预警的作用，避免对光缆造成破坏；采用太阳能供能，无需额外提供电源，环保的同时增加了本标志桩的适用性；无线通信模块的设置，使监控人员能远程即时了解各处标志桩的状态，以便出现异常时及时应对；音频采集模块与图像采集模块的设置，使监控人员通过声音与图像更准确、直观地了解到各标志桩以及标志桩附件光缆的状态。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有智能预警功能的光缆标志桩，包括标志桩本体(1)，所述标志桩本体(1)内部为空腔结构，所述空腔的腔壁上设有开孔，其特征在于，本标志桩还包括安装于所述标志桩本体(1)上的监测控制单元模块(2)、电源模块(3)、警示模块(6)，所述电源模块(3)与所述监测控制单元模块(2)电连接，所述警示模块(6)与所述监测控制单元模块(2)信号连接；还包括设于所述标志桩本体(1)外的多个加速度传感器(201)，所述加速度传感器(201)与所述监测控制单元模块(2)信号连接；
所述电源模块(3)提供电源；
多个所述加速度传感器(201)采集实时振动信号；
所述监测控制单元模块(2)中预存有作为样本值的分类信号的功率谱、功率谱平均值，所述监测控制单元模块(2)对所述实时振动信号提取特征值，判断所述实时振动信号的类型，并计算所述实时振动信号的功率谱、功率谱平均值，将所述实时振动信号的功率谱平均值与预存的功率谱平均值进行比对、判断，并根据判断结果输出警示信号；
所述警示模块(6)，进行对应警示信号的报警。
2.根据权利要求1所述一种具有智能预警功能的光缆标志桩，其特征在于，所述电源模块(3)包括太阳能电池板(301)、小型蓄电池(302)与电源管理芯片(303)，所述太阳能电池板(301)安装在所述标志桩本体(1)外表面，所述小型蓄电池(302)与所述电源管理芯片(303)安装在所述标志桩本体(1)内的空腔中；所述太阳能电池板(301)与所述小型蓄电池(302)电连接，所述小型蓄电池(302)与所述电源管理芯片(303)电连接，所述电源管理芯片(303)与所述监测控制单元模块(2)电连接。
3.根据权利要求1所述一种具有智能预警功能的光缆标志桩，其特征在于，所述警示模块(6)包括告警扬声器(601)与警示灯(602)，所述告警扬声器(601)与所述警示灯(602)分别安装在所述标志桩本体(1)内并与所述标志桩本体(1)上的开孔配合，所述告警扬声器(601)与所述警示灯(602)分别与所述监测控制单元模块(2)信号连接。
4.根据权利要求1所述一种具有智能预警功能的光缆标志桩，其特征在于，所述标志桩本体(1)上还设有无线通信模块(202)，所述无线通信模块(202)与所述监测控制单元模块(2)信号连接，所述无线通信模块(202)与所述电源管理芯片(303)电连接。
5.根据权利要求1所述一种具有智能预警功能的光缆标志桩，其特征在于，所述标志桩本体(1)上还安装有音频采集模块(4)，所述音频采集模块(4)与所述监测控制单元模块(2)信号连接。
6.根据权利要求1所述一种具有智能预警功能的光缆标志桩，其特征在于，所述标志桩本体(1)上还安装有图像采集模块(5)，所述图像采集模块(5)与所述监测控制单元模块(2)信号连接。
7.一种基于光缆标志桩的智能预警的方法，所述光缆标志桩包括用于采集实时振动信号的多个所述加速度传感器、用于实现智能预警的监测控制单元模块以及警示模块，其特征在于，所述方法包括以下步骤，
采集实时振动信号，对实时振动信号进行波形处理，并提取其时域特征值、频域特征值；
根据实时振动信号的时域特征值判断所述实时振动信号的类型；
根据实时振动信号的频域特征值计算出所述实时振动信号的功率谱，继而计算出其功率谱平均值；
针对不同类型振动信号，将其功率谱平均值与预先训练得到的样本值进行比对判断，根据判断结果输出警示信号。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述样本值的训练过程包括，
对多个样本信号进行波形处理，提取其时域特征值、频域特征值；
根据多个所述样本信号的时域特征值计算出过零数，根据过零数大小判断所述样本信号的类型；
根据多个所述样本信号的频域特征值计算出多个所述样本信号的功率谱，继而计算出其功率谱平均值；
针对不同类型的振动信号，将其时域特征值、频域特征值、功率谱、功率谱平均值进行分类存储。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的根据实时振动信号的时域特征值判断所述实时振动信号的类型，包括，根据实时振动信号的时域特征值计算出过零数，根据过零数大小判断所述实时振动信号的类型。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，采用加权交叠平均法计算功率谱及功率谱平均值，包括：
将信号值xN(n)分为M段，得到分段信号值xN·i(n),使每一段的部分信号值重叠；然后采用窗函数对单个采样周期内每一段信号值进行平滑处理；其次，对各段功率谱求平均，得到功率谱平均值若所有分段信号值的长度都为L，而且规定每段数据重叠则信号值xN(n)的总长度为
通过以下公式计算得出功率谱以及功率谱平均值
xN·i(n)＝xN[n+(i-1)L]w(n) (3)
式中，0≤n≤L-1，1≤i≤M；w(n)是窗函数。
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