CN115359642A - 利用光缆的防外破预警方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光纤传感检测技术领域，公开了一种利用光缆的防外破预警方法、装置、设备及储介质，该方法通过解析连续N个探测光脉冲周期返回的后向瑞利散射光信号的后向瑞利散射光强数据，基于后向瑞利散射光强数据分析出光缆的频域信息、空间域信息和时间域信息，基于频域信息、空间域信息和时间域信息，识别光缆的每个防区的入侵事件和异常分布，基于各防区的所述入侵事件和异常分布进行预警。基于频域信息、空间域信息和时间域信息，实现了多个维度上的光信号分析，实现时间连续，空间连续，从而解决现有技术中只能对一个或几个关键位置进行监测，挖法实现长距离空间上连续监控和预警的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感检测技术领域，尤其涉及一种利用光缆的防外破预警方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
近年来，对于各地方的环境建设或者设施等，常常会出现挖掘和振动等施工现象，而这些施工现象会对地下的线路造成一定的破坏影响，长时间的累积会导致线路的的损坏越来越严重。
因此，保障线路不受外力破坏，目前主要是通过施工人员定期在每个线路井上进行检查，或者是利用光纤传感***来实现，但是现有的光纤传感***只能对一个或几个关键位置进行监测的缺陷，无法实现了对几十公里甚至上百公里的监测空间上的连续测量实现以及预警的监控，对此，急需提供一种能够实时监控线路的破坏进行预警的方案，来解决上述的问题。
发明内容
本发明提供了一种利用光缆的防外破预警方法、装置、设备及存储介质，其主要目的在于解决现有技术中只能对一个或几个关键位置进行监测，挖法实现长距离空间上连续监控和预警的问题。
本发明第一方面提供了一种利用光缆的防外破预警方法，应用于防外破预警***，所述防外破预警***包括相位敏感光时域反射装置和服务器，所述防外破预警方法包括：
所述相位敏感光时域反射装置获取光缆中光纤连续N个探测光脉冲周期返回的后向瑞利散射光信号，并对N个所述后向瑞利散射光信号进行解析，得到N个后向瑞利散射光强数据；
所述服务器对N个所述后向瑞利散射光强数据进行分析，确定所述光缆中每个位置点的频域信息、空间域信息和时间域信息；其中，所述频域信息为基于光强数据的构建函数从频率维度上分析得到的相位变化，所述空间域信息为每个时刻所述光缆的每防区超过振幅阈值的个数，所述时间域信息为一段时间每个防区超过振幅阈值的次数；基于所述频域信息、空间域信息和时间域信息，识别所述光缆的每个防区的入侵事件和异常分布；基于各防区的所述入侵事件和所述异常分布进行预警。
可选的，在本发明第一方面的第一种实现方式中，所述N个后向瑞利散射光强数据为光强分布数据；所述服务器对N个所述后向瑞利散射光信号进行解析，得到N个后向瑞利散射光强数据，包括：
所述服务器提取各所述后向瑞利散射光信号的频率、振幅和相位；
基于预设的光场强分布函、各所述频率、各所述振幅和各所述相位，计算出对应的光场强度值；
基于各所述光场强度值确定N个所述后向瑞利散射光信号对应的光强分布数据。
可选的，在本发明第一方面的第二种实现方式中，所述基于预设的光场强分布函、各所述频率、各所述振幅和各所述相位，计算出对应的光场强度值，包括：
基于预设的光场强分布函和各所述振幅，计算出对应的直流项参数；
基于预设的光场强分布函、各所述频率和各所述相位，计算出对应的交流项参数；
基于所述直流项参数和所述交流项参数，计算出对应的光场强度值。
可选的，在本发明第一方面的第三种实现方式中，所述光场强分布函为：
其中，
为后向瑞利散射光信号，t为时间参数，
为所述后向瑞利散射光信号的振幅，
为所述后向瑞利散射光信号的相位，
为所述后向瑞利散射光信号的频率。
可选的，在本发明第一方面的第四种实现方式中，所述对N个所述后向瑞利散射光强数据进行分析，确定所述光缆中每个位置点的频域信息、空间域信息和时间域信息，包括：
获取所述光缆各位置点的振幅阈值，并基于所述振幅阈值和所述振幅计算出对应的空间域信息和时间域信息；
基于N个所述后向瑞利散射光信号的频率和振幅，计算出所述光缆中每个位置点的频域信息。
可选的，在本发明第一方面的第五种实现方式中，所述基于所述频域信息、空间域信息和时间域信息，识别所述光缆的每个防区的入侵事件和异常分布，包括：
获取各位置点预设的正常频域信息，并计算所述正常频域信息与所述频域信息之间的频域差值，基于各位置点的所述频域差值确定各防区对应的入侵事件；
基于所述间域信息和所述时间域信息，确定所述光缆的各防区的异常分布。
可选的，在本发明第一方面的第六种实现方式中，所述基于所述入侵事件和所述异常分布进行预警，包括：
基于所述光缆的标识信息，从数据库中查询所述光缆的各防区的防区信息；
基于各防区的所述入侵事件从预设的预警显示方式表格中查询对应的预警显示方式；
基于所述异常分布，以及各防区的所述预警显示方式和防区信息生成对应的热力图，并进行展示，以实现预警。
本发明第二方面提供了一种利用光缆的防外破预警装置，包括：
获取模块，获取光缆中光纤连续N个探测光脉冲周期返回的后向瑞利散射光信号，并对N个所述后向瑞利散射光信号进行解析，得到N个后向瑞利散射光强数据；
分析模块，用于对N个所述后向瑞利散射光强数据进行分析，确定所述光缆中每个位置点的频域信息、空间域信息和时间域信息；其中，所述频域信息为基于光强数据的构建函数从频率维度上分析得到的相位变化，所述空间域信息为每个时刻所述光缆的每防区超过振幅阈值的个数，所述时间域信息为一段时间每个防区超过振幅阈值的次数；
识别模块，用于基于所述频域信息、空间域信息和时间域信息，识别所述光缆的每个防区的入侵事件和异常分布；
预警模块，用于基于各防区的所述入侵事件和所述异常分布进行预警。
可选的，在本发明第二方面的第一种实现方式中，所述获取模块包括
提取单元，用于在所述N个后向瑞利散射光强数据为光强分布数据时，提取各所述后向瑞利散射光信号的频率、振幅和相位；
第一计算单元，用于基于预设的光场强分布函、各所述频率、各所述振幅和各所述相位，计算出对应的光场强度值；
确定单元，用于基于各所述光场强度值确定N个所述后向瑞利散射光信号对应的光强分布数据。
可选的，在本发明第二方面的第二种实现方式中，所述第一计算单元具体用于：
基于预设的光场强分布函和各所述振幅，计算出对应的直流项参数；
基于预设的光场强分布函、各所述频率和各所述相位，计算出对应的交流项参数；
基于所述直流项参数和所述交流项参数，计算出对应的光场强度值。
可选的，在本发明第二方面的第三种实现方式中，所述光场强分布函为：
其中，
为后向瑞利散射光信号，t为时间参数，
为所述后向瑞利散射光信号的振幅，
为所述后向瑞利散射光信号的相位，
为所述后向瑞利散射光信号的频率。
可选的，在本发明第二方面的第四种实现方式中，所述分析模块包括：
第二计算单元，用于获取所述光缆各位置点的振幅阈值，并基于所述振幅阈值和所述振幅计算出对应的空间域信息和时间域信息；
第三计算单元，用于基于N个所述后向瑞利散射光信号的频率和振幅，计算出所述光缆中每个位置点的频域信息。
可选的，在本发明第二方面的第五种实现方式中，所述识别模块包括：
事件识别单元，用于获取各位置点预设的正常频域信息，并计算所述正常频域信息与所述频域信息之间的频域差值，基于各位置点的所述频域差值确定各防区对应的入侵事件；
分布确定单元，用于基于所述间域信息和所述时间域信息，确定所述光缆的各防区的异常分布。
可选的，在本发明第二方面的第六种实现方式中，所述预警模块包括：
查询单元，用于基于所述光缆的标识信息，从数据库中查询所述光缆的各防区的防区信息；以及基于各防区的所述入侵事件从预设的预警显示方式表格中查询对应的预警显示方式；
预警生成单元，用于基于所述异常分布，以及各防区的所述预警显示方式和防区信息生成对应的热力图，并进行展示，以实现预警。
本发明第三方面提供了一种防外破预警设备，包括：存储器和至少一个处理器，所述存储器中存储有指令，所述存储器和所述至少一个处理器通过线路互连；所述至少一个处理器调用所述存储器中的所述指令，以使得所述防外破预警设备执行上述的利用光缆的防外破预警方法的步骤。
本发明的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述的利用光缆的防外破预警方法的步骤。
本发明的技术方案中，通过解析连续N个探测光脉冲周期返回的后向瑞利散射光信号的后向瑞利散射光强数据，基于后向瑞利散射光强数据分析出光缆的频域信息、空间域信息和时间域信息，基于频域信息、空间域信息和时间域信息，识别光缆的每个防区的入侵事件和异常分布，基于各防区的所述入侵事件和异常分布进行预警。基于频域信息、空间域信息和时间域信息，实现了多个维度上的光信号分析，实现时间连续，空间连续，从而解决现有技术中只能对一个或几个关键位置进行监测，挖法实现长距离空间上连续监控和预警的问题。
附图说明
图1为本发明实施例中利用光缆的防外破预警方法的第一个实施例示意图；
图2为本发明实施例中利用光缆的防外破预警方法的第二个实施例示意图；
图3为本发明实施例中扰动引起瑞利散射相位变化示意图；
图4为本发明实施例中某个位置解析振幅随时间的变化示意图；
图5为本发明实施例中利用光缆的防外破预警装置的一个实施例示意图；
图6为本发明实施例中利用光缆的防外破预警装置的另一个实施例示意图；
图7为本发明实施例中防外破预警设备的一个实施例示意图。
具体实施方式
为了解决上述的问题，本发明利用相位敏感光时域反射***（Ф-OTDR）直接对光缆中产生的后向瑞利散射光场数据进行解析分析，得到频域信息、空间域信息和时间域信息，基于这些信息实现了对光缆的连续空间、连续时间上的分析，从而实现了长距离的光缆整体的监控，解决了现有的光传感***只能对光纤中的一个或者多个位置点的监测，无法实现长距离连续时间和空间的监控的问题。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等（如果存在）是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”或“具有”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为便于理解，下面对本发明实施例的具体流程进行描述，请参阅图1，为本实施例提供的利用光缆的防外破预警方法，该方法应用于防外破预警***，该***包括相位敏感光时域反射装置和服务器，具体包括以下步骤：
101，相位敏感光时域反射装置获取光缆中光纤连续N个探测光脉冲周期返回的后向瑞利散射光信号，并对N个后向瑞利散射光信号进行解析，得到N个后向瑞利散射光强数据；
在本实施例中，该后向瑞利散射光信号是光纤基于相位敏感光时域反射***发射的原始光信号的折射回来的光信号，通过在相位敏感光时域反射***上设置数据分析周期，接收光纤中反射回来的后向瑞利散射光信号，在统计接收到的后向瑞利散射光信号的数量或者数据分析周期到达后，将接收到的N个后向瑞利散射光信号组合成一个信号序列，然后按照接收时间的先后顺序分别对N个后向瑞利散射光信号进行解析，通过解析提取各后向瑞利散射光信号中的参数，基于参数按照光强数据的构建函数构建后向瑞利散射光强数据。
102，服务器对N个后向瑞利散射光强数据进行分析，确定光缆中每个位置点的频域信息、空间域信息和时间域信息；
在本实施例中，该后向瑞利散射光强数据实际上是光信号的光场的光强分布情况，通过对接收到的后向瑞利散射光信号的参数解析，提取其中的频率、振幅和相位等参数，基于这些参数利用光场强分布函数计算出对应的光场强度值，最后基于各光场强度值生成N个所述后向瑞利散射光信号对应的光强分布数据。
在实际应用中，基于N个后向瑞利散射光强数据构建频谱图，通过解析频谱图中纵横坐标的幅值，基于幅值分别从频率、空间、时间角度计算出频域信息、空间域信息和时间域信息。
103，服务器基于频域信息、空间域信息和时间域信息，识别光缆的每个防区的入侵事件和异常分布；
在本实施例中，该频域信息是基于光强数据的构建函数从频率维度上分析得到的，具体的，基于后向瑞利散射光强数据中每个位置点的相位变化计算得到。
在实际应用中，若是基于频谱图进行分析时，则通过读取频谱图中对应的光缆每个位置点上的频谱纵坐标值，基于纵坐标值来确定频域信息，基于频域信息与预先设定的无异常的频域信息进行比较，从而确定入侵事件，当前也可以是通过计算两者的差值来与预设的不同入侵事件的频率进行匹配，从而确定入侵事件。
进一步的，在确定频域信息和其与正常情况下的差值后，基于频域信息和差值，按照时间、空间维度进行排序，得到异常分布，该异常分布具体是入侵事件的分布图或者是图谱信息。
104，服务器基于各防区的入侵事件和异常分布进行预警。
该步骤中，该预警是基于入侵事件确定预警显示方式，同时还包括对入侵事件的位置进行定位，从而在异常分布中显示入侵事件的位置，以及预警显示方式。
本发明的技术方案中，通过解析连续N个探测光脉冲周期返回的后向瑞利散射光信号的后向瑞利散射光强数据，基于后向瑞利散射光强数据分析出光缆的频域信息、空间域信息和时间域信息，基于频域信息、空间域信息和时间域信息，识别光缆的每个防区的入侵事件和异常分布，基于各防区的所述入侵事件和异常分布进行预警。基于频域信息、空间域信息和时间域信息，实现了多个维度上的光信号分析，实现时间连续，空间连续，从而解决现有技术中只能对一个或几个关键位置进行监测，挖法实现长距离空间上连续监控和预警的问题。
请参阅图2，本发明实施例中利用光缆的防外破预警方法的第二个实施例，该实施例是基于相位敏感光时域反射***来实现，该相位敏感光时域反射***包括物理感知层、数据处理层、逻辑处理层和业务展示层，采用直接探测的相位敏感光时域反射***（Φ-OTDR）进行防外破预警。窄线宽光源发出的连续光经过脉冲调制器调制成脉冲光并通过光放大器放大后，由环行器进入传感光纤；光脉冲传播过程中产生的后向瑞利散射光回到光环行器，由光电探测器所接收产生电信号，数据采集卡将电信号采集转换为数字信号并传输给后端进行处理与展示。该方法具体包括以下步骤：
201，相位敏感光时域反射装置获取光缆中光纤连续N个探测光脉冲周期返回的后向瑞利散射光信号，并对N个后向瑞利散射光信号进行解析，得到N个后向瑞利散射光强数据；
在本实施例中，对N个后向瑞利散射光信号进行解析，得到N个后向瑞利散射光强数据具体包括：提取各所述后向瑞利散射光信号的频率、振幅和相位；基于预设的光场强分布函、各所述频率、各所述振幅和各所述相位，计算出对应的光场强度值；基于各所述光场强度值确定N个所述后向瑞利散射光信号对应的光强分布数据。
进一步的，在提取到频率、振幅和相位后，还包括构建后向瑞利散射光信号得到的表达式，该表达式为：
式（1）中，
为后向瑞利散射光信号，t为时间参数，
为所述后向瑞利散射光信号的振幅，
为所述后向瑞利散射光信号的相位，
为所述后向瑞利散射光信号的频率。
其中，所述基于预设的光场强分布函、各所述频率、各所述振幅和各所述相位，计算出对应的光场强度值，包括：
基于预设的光场强分布函和各所述振幅，计算出对应的直流项参数；
基于预设的光场强分布函、各所述频率和各所述相位，计算出对应的交流项参数；
基于所述直流项参数和所述交流项参数，计算出对应的光场强度值。
其中，所述光场强分布函为：
其中，
为后向瑞利散射光信号，t为时间参数，
为所述后向瑞利散射光信号的振幅，
为所述后向瑞利散射光信号的相位，
为所述后向瑞利散射光信号的频率。
进一步的，上式中的第一项为直流项，第二项为包含光频率与相位信息的交流项。
202，服务器获取光缆各位置点的振幅阈值，并基于振幅阈值和振幅计算出对应的空间域信息和时间域信息；
该步骤中，所述空间域信息为每个时刻所述光缆的每防区超过振幅阈值的个数，所述时间域信息为一段时间每个防区超过振幅阈值的次数。
在本实施例中，在提取振幅之前，还包括将后向瑞利散射光强数据生成后向瑞利散射曲线，从曲线中提取纵横坐标的坐标值即可得到频率、振幅和相位等参数。
在环境噪声较小的情况下，振动发生前后在扰动发生位置处可以观察到一个较大的幅值变化，而其他没有受到扰动的位置曲线幅值几乎不变，因此采用振动前后的后向瑞利散射曲线幅值相减就能够对扰动进行定位，如图3所示。
203，服务器基于N个后向瑞利散射光信号的频率和振幅，计算出光缆中每个位置点的频域信息；
其中，经过连续多个探测光脉冲周期后，外界振动信号的变化就能够从后向瑞利散射曲线中对应振动位置处的信号中提取出来，进而得到振动的频率信息。
204，服务器基于频域信息、空间域信息和时间域信息，识别光缆的每个防区的入侵事件和异常分布；
该步骤中，具体通过获取各位置点预设的正常频域信息，并计算所述正常频域信息与所述频域信息之间的频域差值，基于各位置点的所述频域差值确定各防区对应的入侵事件；基于所述间域信息和所述时间域信息，确定所述光缆的各防区的异常分布。
在实际应用中，在识别入侵事件和异常分布之前，还包括：将所述频域信息划分为多个片段，具体是按照防区的排序进行划分，然后将各片段与对应的正常频域信息进行比对，基于比对的结果每个片段的频域是否异常，若异常，则基于片段与防区的位置之间的对应关系，确定对应的位置信息，基于位置信息确定防区，当然也可以通过对防区设置唯一编号，基于防区的唯一编号构建序列，基于序列对频域信息进行片段化，并对应每个片段设置一个编号，通过编号来确定对应的防区。
进一步的，基于比较结果的频域差值与预设的事件类型与频域差阈值之间的关系，确定频域差值实际对应的事件类型，从而确定入侵事件，具体的该事件类型与频域差阈值之间的关系是以初始光信号的频域信息为基础，设置的不同振动事件对初始光信号的频域影响的界限关系。
进一步的，对于异常分布的识别，具体是在识别出各防区存在入侵事件后，提取该防区中的多个检测位置点，按照检测位置点的位置关系将对应的片段再划分为多个小片段，通过小片段与正常频域信息比对，基于比对结果确定异常的检测位置点，基于异常的检测位置点的位置分布来确定入侵事件的异常分布。
205，服务器基于入侵事件和异常分布进行预警。
本实施例中，具体是基于所述光缆的标识信息，从数据库中查询所述光缆的各防区的防区信息；基于各防区的所述入侵事件从预设的预警显示方式表格中查询对应的预警显示方式；基于所述异常分布，以及各防区的所述预警显示方式和防区信息生成对应的热力图，并进行展示，以实现预警。
具体的，结合相位敏感光时域反射***对上述方法做进一步的说明，本***采用窄线宽的激光器作为***光源，其在光脉冲范围内不同散射点产生的后向瑞利散射光具有很高的相干性。将连续激光调制为脉冲宽度较窄的光信号（一般采用几十纳秒的脉宽）作为探测光注入传感光纤，因此测量***具有较高空间分辨率。光脉冲信号在传感光纤中前向传输并产生后向瑞利散射光，其脉冲宽度范围内同时产生多个瑞利散射光信号，并在探测器处发生多光束干涉。当外界振动加载在光纤上时，扰动发生位置处的光纤会引起后向瑞利散射光信号的相位
发生漂移，并体现为后向瑞利散射光的强度值发生变化。
进一步的，在获取后向瑞利散射光信号之前，还包括：将光缆沿线划分为若干个防区，在路由普查的时候对各防区建立数据库，标记各防区对应的场景（如施工区域、路口等），施工区域还会有施工单位、施工日期、责任人等信息。
在实际应用中，物理感知层主要负责获取直接探测的后向瑞利散射光强数据；数据处理层对连续采集的数据进行分析，解析每个位置点的相位变化（表征为振幅的变化），如图4所示，人工敲击光纤附近地面制造扰动，能定位到振动发生的位置与时间等信息。通过解析频域信息，可进一步有效区分入侵信号和干扰信号，提高报警准确率。对于外界干扰(风、雨、小动物等)造成的振动，在频率域最直观的反应就是频率响应集中在低频部分，而实际入侵动作造成的频率响应集中高频部分，再结合其它处理分析，可准确识别入侵事件。
逻辑处理层针对每个防区，分别在空间域与时间域对数据进行处理。设置振幅阈值，该阈值与防区现场环境、天气、时间相关，如在闹市、下雨、白天的时候，阈值会较高，而在郊区、天晴、夜晚的时候阈值会较低。在空间域，针对每个防区，统计每个时刻防区内超过振幅阈值位置点的个数；在时间域，统计一段时间（如一小时）每个防区超过振幅阈值的次数（单个时刻防区内只要有1个位置的振幅超过阈值即纳入统计）。
业务展现层，对逻辑处理层统计的空间域以及时间域结果进行热力图展示，可以很方便地观察到光缆沿线扰动信号的分布情况，当防区内异常扰动超过阈值时，进行预警；此时，还可通过数据库中对应的防区信息，联系相关责任人进行排查，提高光缆运维效率。
本***同时支持光纤长度检测，当检测到光纤长度变短时，也会产生断纤告警，并给出对应的断纤位置信息。
该***可实现多点扰动同时监测，监测距离远，动态范围大，灵敏度高，响应速度快，传感合一，占用资源少；传感器本征无源，抗电磁干扰，具有可在高温、高湿、高腐蚀等恶劣环境下长期稳定工作等优势。
上面对本发明实施例中利用光缆的防外破预警方法进行了描述，下面对本发明实施例中利用光缆的防外破预警装置进行描述，该装置主要是应用于防外破预警设备，请参阅图5，本发明实施例中利用光缆的防外破预警装置一个实施例包括：
获取模块501，获取光缆中光纤连续N个探测光脉冲周期返回的后向瑞利散射光信号，并对N个所述后向瑞利散射光信号进行解析，得到N个后向瑞利散射光强数据；
分析模块502，用于对N个所述后向瑞利散射光强数据进行分析，确定所述光缆中每个位置点的频域信息、空间域信息和时间域信息；
识别模块503，用于基于所述频域信息、空间域信息和时间域信息，识别所述光缆的每个防区的入侵事件和异常分布；
预警模块504，用于基于各防区的所述入侵事件和所述异常分布进行预警。
本发明实施例中，通过解析连续N个探测光脉冲周期返回的后向瑞利散射光信号的后向瑞利散射光强数据，基于后向瑞利散射光强数据分析出光缆的频域信息、空间域信息和时间域信息，基于频域信息、空间域信息和时间域信息，识别光缆的每个防区的入侵事件和异常分布，基于各防区的所述入侵事件和异常分布进行预警。基于频域信息、空间域信息和时间域信息，实现了多个维度上的光信号分析，实现时间连续，空间连续，从而解决现有技术中只能对一个或几个关键位置进行监测，挖法实现长距离空间上连续监控和预警的问题。
请参阅图6，本发明实施例中利用光缆的防外破预警装置的第二个实施例包括：
获取模块501，获取光缆中光纤连续N个探测光脉冲周期返回的后向瑞利散射光信号，并对N个所述后向瑞利散射光信号进行解析，得到N个后向瑞利散射光强数据；
分析模块502，用于对N个所述后向瑞利散射光强数据进行分析，确定所述光缆中每个位置点的频域信息、空间域信息和时间域信息；其中，所述频域信息为基于光强数据的构建函数从频率维度上分析得到的相位变化，所述空间域信息为每个时刻所述光缆的每防区超过振幅阈值的个数，所述时间域信息为一段时间每个防区超过振幅阈值的次数；
识别模块503，用于基于所述频域信息、空间域信息和时间域信息，识别所述光缆的每个防区的入侵事件和异常分布；
预警模块504，用于基于各防区的所述入侵事件和所述异常分布进行预警。
在本实施例中，所述获取模块501包括
提取单元5011，用于在所述N个后向瑞利散射光强数据为光强分布数据时，提取各所述后向瑞利散射光信号的频率、振幅和相位；
第一计算单元5012，用于基于预设的光场强分布函、各所述频率、各所述振幅和各所述相位，计算出对应的光场强度值；
确定单元5013，用于基于各所述光场强度值确定N个所述后向瑞利散射光信号对应的光强分布数据。
在本实施例中，所述第一计算单元5012具体用于：
基于预设的光场强分布函和各所述振幅，计算出对应的直流项参数；
基于预设的光场强分布函、各所述频率和各所述相位，计算出对应的交流项参数；
基于所述直流项参数和所述交流项参数，计算出对应的光场强度值。
在本实施例中，所述光场强分布函为：
其中，
为后向瑞利散射光信号，t为时间参数，
为所述后向瑞利散射光信号的振幅，
为所述后向瑞利散射光信号的相位，
为所述后向瑞利散射光信号的频率。
在本实施例中，所述分析模块502包括：
第二计算单元5021，用于获取所述光缆各位置点的振幅阈值，并基于所述振幅阈值和所述振幅计算出对应的空间域信息和时间域信息；
第三计算单元5022，用于基于N个所述后向瑞利散射光信号的频率和振幅，计算出所述光缆中每个位置点的频域信息。
在本实施例中，所述识别模块503包括：
事件识别单元5031，用于获取各位置点预设的正常频域信息，并计算所述正常频域信息与所述频域信息之间的频域差值，基于各位置点的所述频域差值确定各防区对应的入侵事件；
分布确定单元5032，用于基于所述间域信息和所述时间域信息，确定所述光缆的各防区的异常分布。
在本实施例中，所述预警模块504包括：
查询单元5041，用于基于所述光缆的标识信息，从数据库中查询所述光缆的各防区的防区信息；以及基于各防区的所述入侵事件从预设的预警显示方式表格中查询对应的预警显示方式；
预警生成单元5042，用于基于所述异常分布，以及各防区的所述预警显示方式和防区信息生成对应的热力图，并进行展示，以实现预警。
本实施例在上一实施例的基础上，利用相位敏感光时域反射***（Ф-OTDR）直接对光缆中产生的后向瑞利散射光场数据进行解析分析，得到频域信息、空间域信息和时间域信息，基于这些信息实现了对光缆的连续空间、连续时间上的分析，从而实现了长距离的光缆整体的监控，解决了现有的光传感***只能对光纤中的一个或者多个位置点的监测，无法实现长距离连续时间和空间的监控的问题。
上面图5-6从模块化功能实体的角度对本发明实施例中的利用光缆的防外破预警装置进行详细描述，下面从硬件处理的角度对本发明实施例中利用光缆的防外破预警装置进行详细描述。
图7是本发明实施例提供的一种防外破预警设备的结构示意图，该防外破预警设备700可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器（central processing units，CPU）710（例如，一个或一个以上处理器）和存储器720，一个或一个以上存储应用程序733或数据732的存储介质730（例如一个或一个以上海量存储设备）。其中，存储器720和存储介质730可以是短暂存储或持久存储。存储在存储介质730的程序可以包括一个或一个以上模块（图示没标出），每个模块可以包括对防外破预警设备700中的一系列指令操作。更进一步地，处理器710可以设置为与存储介质730通信，在防外破预警设备700上执行存储介质730中的一系列指令操作，以实现上述实施例的方法的各个步骤。
防外破预警设备700还可以包括一个或一个以上电源740，一个或一个以上有线或无线网络接口750，一个或一个以上输入输出接口760，和/或，一个或一个以上操作***731，例如Windows Serve，Mac OS X，Unix，Linux，FreeBSD等等。本领域技术人员可以理解，图7示出的防外破预警设备结构并不构成对本申请提供的防外破预警设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以为非易失性计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质也可以为易失性计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行所述的利用光缆的防外破预警方法的各个步骤。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***或装置、单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（read-only memory，ROM）、随机存取存储器（random access memory，RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种利用光缆的防外破预警方法，应用于防外破预警***，其特征在于，所述防外破预警***包括相位敏感光时域反射装置和服务器，所述防外破预警方法包括：
所述相位敏感光时域反射装置获取光缆中光纤连续N个探测光脉冲周期返回的后向瑞利散射光信号，并对N个所述后向瑞利散射光信号进行解析，得到N个后向瑞利散射光强数据；
所述服务器对N个所述后向瑞利散射光强数据进行分析，确定所述光缆中每个位置点的频域信息、空间域信息和时间域信息；其中，所述频域信息为基于光强数据的构建函数从频率维度上分析得到的相位变化，所述空间域信息为每个时刻所述光缆的每防区超过振幅阈值的个数，所述时间域信息为一段时间每个防区超过振幅阈值的次数；基于所述频域信息、空间域信息和时间域信息，识别所述光缆的每个防区的入侵事件和异常分布；基于各防区的所述入侵事件和所述异常分布进行预警。
2.根据权利要求1所述的防外破预警方法，其特征在于，所述N个后向瑞利散射光强数据为光强分布数据；所述服务器对N个所述后向瑞利散射光信号进行解析，得到N个后向瑞利散射光强数据，包括：
所述服务器提取各所述后向瑞利散射光信号的频率、振幅和相位；
基于预设的光场强分布函、各所述频率、各所述振幅和各所述相位，计算出对应的光场强度值；
基于各所述光场强度值确定N个所述后向瑞利散射光信号对应的光强分布数据。
3.根据权利要求2所述的防外破预警方法，其特征在于，所述基于预设的光场强分布函、各所述频率、各所述振幅和各所述相位，计算出对应的光场强度值，包括：
基于预设的光场强分布函和各所述振幅，计算出对应的直流项参数；
基于预设的光场强分布函、各所述频率和各所述相位，计算出对应的交流项参数；
基于所述直流项参数和所述交流项参数，计算出对应的光场强度值。
4.根据权利要求3所述的防外破预警方法，其特征在于，所述光场强分布函为：
其中，
为后向瑞利散射光信号，t为时间参数，
为所述后向瑞利散射光信号的振幅，
为所述后向瑞利散射光信号的相位，
为所述后向瑞利散射光信号的频率。
5.根据权利要求2所述的防外破预警方法，其特征在于，所述对N个所述后向瑞利散射光强数据进行分析，确定所述光缆中每个位置点的频域信息、空间域信息和时间域信息，包括：
获取所述光缆各位置点的振幅阈值，并基于所述振幅阈值和所述振幅计算出对应的空间域信息和时间域信息；
基于N个所述后向瑞利散射光信号的频率和振幅，计算出所述光缆中每个位置点的频域信息。
6.根据权利要求5所述的防外破预警方法，其特征在于，所述基于所述频域信息、空间域信息和时间域信息，识别所述光缆的每个防区的入侵事件和异常分布，包括：
获取各位置点预设的正常频域信息，并计算所述正常频域信息与所述频域信息之间的频域差值，基于各位置点的所述频域差值确定各防区对应的入侵事件；
基于所述间域信息和所述时间域信息，确定所述光缆的各防区的异常分布。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的防外破预警方法，其特征在于，所述基于所述入侵事件和所述异常分布进行预警，包括：
基于所述光缆的标识信息，从数据库中查询所述光缆的各防区的防区信息；
基于各防区的所述入侵事件从预设的预警显示方式表格中查询对应的预警显示方式；
基于所述异常分布，以及各防区的所述预警显示方式和防区信息生成对应的热力图，并进行展示，以实现预警。
8.一种利用光缆的防外破预警装置，其特征在于，所述防外破预警装置包括：
获取模块，获取光缆中光纤连续N个探测光脉冲周期返回的后向瑞利散射光信号，并对N个所述后向瑞利散射光信号进行解析，得到N个后向瑞利散射光强数据；
分析模块，用于对N个所述后向瑞利散射光强数据进行分析，确定所述光缆中每个位置点的频域信息、空间域信息和时间域信息；其中，所述空间域信息为每个时刻所述光缆的每防区超过振幅阈值的个数，所述时间域信息为一段时间每个防区超过振幅阈值的次数；
识别模块，用于基于所述频域信息、空间域信息和时间域信息，识别所述光缆的每个防区的入侵事件和异常分布；
预警模块，用于基于各防区的所述入侵事件和所述异常分布进行预警。
9.一种防外破预警设备，其特征在于，所述防外破预警设备包括：存储器和至少一个处理器，所述存储器中存储有指令，所述存储器和所述至少一个处理器通过线路互连；
所述至少一个处理器调用所述存储器中的所述指令，以使得所述防外破预警设备执行如权利要求1-7中任一项所述的利用光缆的防外破预警方法的各个步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的利用光缆的防外破预警方法的各个步骤。
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