基于VR-GIS的光缆故障精确定位方法研究
发布时间：2021-08-28 16:14
随着国家电网提出大力建设泛在电力物联网的战略,电力光缆通信凭借其容量大、低损耗、高速率等优点在泛在电力物联网建设中将起着信息交换枢纽的作用。由于电力光缆通信承载着极大的信息量且检修光缆故障点困难,如果光缆线路发生故障,将会给电力企业带来无法估量的经济损失,现有的光缆监测方式利用OTDR对故障光缆线路进行检测,只能得到光缆故障点位置与检测点位置之间的光缆直线距离,并不具有地理位置属性;由于光缆敷设的方式、光缆走线、光缆预留等现实工程问题,导致光缆故障直线距离并不能与光缆故障点的实际地理位置相匹配;如何有效地监测光缆线路工作状态、实现对光缆故障点定位并利用VR-GIS精确显示其所在的实际地理位置、缩短光缆故障历时就成为了一个重要课题。本文主要研究基于VR-GIS的光缆故障精确定位方法,针对电力光缆故障实际地理位置精确定位问题,本文做了以下工作:（1）基于OTDR曲线分析的光缆线路故障模式识别方法。OTDR作为监测光缆线路的主要器件,其检测曲线得到的光缆故障点到监测点之间的距离的准确率在一定程度上影响基于VR-GIS的光缆故障精确定位方法定位到光缆故障实际地理位置的精度。本文通过小波包对OT...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光纤中瑞利散射光示意图
7公式（2-2）中I()表示瑞利散射光的强度，为入射光方向与散射光方向的夹角，0I表示2方向上的散射光强度。设光源注入光纤中入射光的光功率为0P，则入射光沿光纤线路传输到z点的后向瑞利散射光再返回到光源点的光功率如公式（2-3）所示：014rtcppn(2-3)其中tp为在散射点处入射光的光功率，1n表示光纤纤芯的折射率，c为光在真空中的速度，r表示光纤的菲涅尔反射损耗系数，为光纤的相对折射率（单模光纤为0.25%）。2)菲涅尔反射是当入射光从一种光纤介质传输到另一种光纤介质时被原光纤介质反射回来的一种光学现象，如图2.2所示，0n、1n、2n分别表示入射光在不同介质中的折射率。菲涅尔反射是一种不连续的光学反射，通常是发生在紧邻的光纤两端的边界[27]。在光纤的熔接处、光纤的末端、光纤弯曲处、光纤断裂和破裂处会发生菲涅尔反射，所以可以用菲涅尔反射现象来检测光纤线路的熔接点、光纤的断裂点和光纤的弯曲处[28]。图2.2菲涅尔反射示意图由图2.2可知，假设光纤与空气接触处的断面呈平面镜状态，那么入射光从折射率为1n的光纤a进入空气间隙的接触面的电磁场反射系数和投射系数分别如公式（2-4）和公式（2-5）所示：1011001101EHnnRnnnnRnn(2-4)111012EHnTTnn(2-5)
10图2.4OTDR检测模块的硬件组成该硬件系统中激光二极管的作用是将一个大功率且稳定的窄带光脉冲信号发射到被测光纤中；耦合器起到的作用是将来自激光二极管的光脉冲信号与被测光纤中的光信号进行耦合，并且光电探测器也会接收到光纤耦合器耦合的背向散射光信号；光电探测器的作用是解析沿被测光纤折回的背向散射光脉冲信号；信号放大器的作用是将微弱的背向散射光脉冲信号放大[36]。如图2.5所示为OTDR测试示意图，当光纤线路中注入功率为0p的窄脉冲时，距注入端O距离为L的A处经背向散射返回到注入端O，其返回到注入端O处的光的光功率如公式（2-12）所示：图2.5OTDR测试示意图2()0LLpSpe(2-12)其中，S为光纤背向散射系数；是光纤线路传输衰减常数。光脉冲信号由注入端O进入光纤，到达距L处后经反射再回到注入端的时间t和L的关系如公式（2-13）所示：1122ctLvtn(2-13)其中，c表示光在真空中的传播速度（8310ms）；1n为光纤纤芯折射率；t表示从注入端开始至发生反射点的时间。
【参考文献】：
期刊论文
[1]BP neural networks and random forest models to detect damage by Dendrolimus punctatus Walker[J]. Zhanghua Xu,Xuying Huang,Lu Lin,Qianfeng Wang,Jian Liu,Kunyong Yu,Chongcheng Chen. Journal of Forestry Research. 2020(01)
[2]基于GIS的安顺市景观格局空间梯度分析[J]. 伍娬,王志杰,潘远珍. 西北林学院学报. 2019(06)
[3]多特征和SVM改进的语音关键词识别系统[J]. 陈太波,张翠芳. 小型微型计算机系统. 2019(11)
[4]Health diagnosis of concrete dams using hybrid FWA with RBF-based surrogate model[J]. Si-qi Dou,Jun-jie Li,Fei Kang. Water Science and Engineering. 2019(03)
[5]VR移动城市导航地图设计中的空间认知要素[J]. 方浩,宋章通,杨流,马义涛,秦前清. 武汉大学学报(信息科学版). 2019(08)
[6]基于着色器LOD的模型间平滑过渡技术[J]. 叶迎萍,吴文江,胡毅,朴美燕,刘劲松. 组合机床与自动化加工技术. 2018(11)
[7]基于粒子群优化支持向量机算法的行驶工况识别及应用[J]. 石琴,仇多洋,吴冰,李一鸣,刘炳姣. 中国机械工程. 2018(15)
[8]基于VR-GIS的地质景观建模技术研究[J]. 陈弓. 内蒙古煤炭经济. 2017(22)
[9]基于SVM算法的φ-OTDR分布式光纤扰动传感系统模式识别研究[J]. 张俊楠,娄淑琴,梁生. 红外与激光工程. 2017(04)
[10]基于RBF神经网络的OTDR小波分析算法[J]. 陈诚,肖逸,李爱东,雷通. 光通信技术. 2017(02)
硕士论文
[1]双模式城区电力光纤线路在线检测系统[D]. 付浩.长春理工大学 2019
[2]基于GIS的电力光纤线路故障精确定位方法的研究[D]. 李鑫蕾.长春理工大学 2019
[3]基于GIS的临渭区地质灾害易发性与危险性评价[D]. 李辉.长安大学 2019
[4]基于SVM的制造过程多元质量诊断与控制图模式识别研究[D]. 卢敏童.合肥工业大学 2019
[5]机载网络中高精度OTDR系统设计[D]. 孙昌艳.电子科技大学 2019
[6]基于SVM和BP神经网络的短时交通流预测与实现[D]. 余涛.南京邮电大学 2018
[7]面向实体的三维空间数据模型及其应用研究[D]. 程宏宇.北京建筑大学 2017
[8]基于VRGIS的智慧旅游系统研究与实现[D]. 熊鹏.北京化工大学 2017
[9]梨园水电站三维地理信息系统的关键技术研究与应用[D]. 刘江.昆明理工大学 2017
[10]基于小波变换的光缆故障定位系统设计[D]. 于艳波.长安大学 2016
本文编号：3368838
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光纤中瑞利散射光示意图
7公式（2-2）中I()表示瑞利散射光的强度，为入射光方向与散射光方向的夹角，0I表示2方向上的散射光强度。设光源注入光纤中入射光的光功率为0P，则入射光沿光纤线路传输到z点的后向瑞利散射光再返回到光源点的光功率如公式（2-3）所示：014rtcppn(2-3)其中tp为在散射点处入射光的光功率，1n表示光纤纤芯的折射率，c为光在真空中的速度，r表示光纤的菲涅尔反射损耗系数，为光纤的相对折射率（单模光纤为0.25%）。2)菲涅尔反射是当入射光从一种光纤介质传输到另一种光纤介质时被原光纤介质反射回来的一种光学现象，如图2.2所示，0n、1n、2n分别表示入射光在不同介质中的折射率。菲涅尔反射是一种不连续的光学反射，通常是发生在紧邻的光纤两端的边界[27]。在光纤的熔接处、光纤的末端、光纤弯曲处、光纤断裂和破裂处会发生菲涅尔反射，所以可以用菲涅尔反射现象来检测光纤线路的熔接点、光纤的断裂点和光纤的弯曲处[28]。图2.2菲涅尔反射示意图由图2.2可知，假设光纤与空气接触处的断面呈平面镜状态，那么入射光从折射率为1n的光纤a进入空气间隙的接触面的电磁场反射系数和投射系数分别如公式（2-4）和公式（2-5）所示：1011001101EHnnRnnnnRnn(2-4)111012EHnTTnn(2-5)
10图2.4OTDR检测模块的硬件组成该硬件系统中激光二极管的作用是将一个大功率且稳定的窄带光脉冲信号发射到被测光纤中；耦合器起到的作用是将来自激光二极管的光脉冲信号与被测光纤中的光信号进行耦合，并且光电探测器也会接收到光纤耦合器耦合的背向散射光信号；光电探测器的作用是解析沿被测光纤折回的背向散射光脉冲信号；信号放大器的作用是将微弱的背向散射光脉冲信号放大[36]。如图2.5所示为OTDR测试示意图，当光纤线路中注入功率为0p的窄脉冲时，距注入端O距离为L的A处经背向散射返回到注入端O，其返回到注入端O处的光的光功率如公式（2-12）所示：图2.5OTDR测试示意图2()0LLpSpe(2-12)其中，S为光纤背向散射系数；是光纤线路传输衰减常数。光脉冲信号由注入端O进入光纤，到达距L处后经反射再回到注入端的时间t和L的关系如公式（2-13）所示：1122ctLvtn(2-13)其中，c表示光在真空中的传播速度（8310ms）；1n为光纤纤芯折射率；t表示从注入端开始至发生反射点的时间。
【参考文献】：
期刊论文
[1]BP neural networks and random forest models to detect damage by Dendrolimus punctatus Walker[J]. Zhanghua Xu,Xuying Huang,Lu Lin,Qianfeng Wang,Jian Liu,Kunyong Yu,Chongcheng Chen. Journal of Forestry Research. 2020(01)
[2]基于GIS的安顺市景观格局空间梯度分析[J]. 伍娬,王志杰,潘远珍. 西北林学院学报. 2019(06)
[3]多特征和SVM改进的语音关键词识别系统[J]. 陈太波,张翠芳. 小型微型计算机系统. 2019(11)
[4]Health diagnosis of concrete dams using hybrid FWA with RBF-based surrogate model[J]. Si-qi Dou,Jun-jie Li,Fei Kang. Water Science and Engineering. 2019(03)
[5]VR移动城市导航地图设计中的空间认知要素[J]. 方浩,宋章通,杨流,马义涛,秦前清. 武汉大学学报(信息科学版). 2019(08)
[6]基于着色器LOD的模型间平滑过渡技术[J]. 叶迎萍,吴文江,胡毅,朴美燕,刘劲松. 组合机床与自动化加工技术. 2018(11)
[7]基于粒子群优化支持向量机算法的行驶工况识别及应用[J]. 石琴,仇多洋,吴冰,李一鸣,刘炳姣. 中国机械工程. 2018(15)
[8]基于VR-GIS的地质景观建模技术研究[J]. 陈弓. 内蒙古煤炭经济. 2017(22)
[9]基于SVM算法的φ-OTDR分布式光纤扰动传感系统模式识别研究[J]. 张俊楠,娄淑琴,梁生. 红外与激光工程. 2017(04)
[10]基于RBF神经网络的OTDR小波分析算法[J]. 陈诚,肖逸,李爱东,雷通. 光通信技术. 2017(02)
硕士论文
[1]双模式城区电力光纤线路在线检测系统[D]. 付浩.长春理工大学 2019
[2]基于GIS的电力光纤线路故障精确定位方法的研究[D]. 李鑫蕾.长春理工大学 2019
[3]基于GIS的临渭区地质灾害易发性与危险性评价[D]. 李辉.长安大学 2019
[4]基于SVM的制造过程多元质量诊断与控制图模式识别研究[D]. 卢敏童.合肥工业大学 2019
[5]机载网络中高精度OTDR系统设计[D]. 孙昌艳.电子科技大学 2019
[6]基于SVM和BP神经网络的短时交通流预测与实现[D]. 余涛.南京邮电大学 2018
[7]面向实体的三维空间数据模型及其应用研究[D]. 程宏宇.北京建筑大学 2017
[8]基于VRGIS的智慧旅游系统研究与实现[D]. 熊鹏.北京化工大学 2017
[9]梨园水电站三维地理信息系统的关键技术研究与应用[D]. 刘江.昆明理工大学 2017
[10]基于小波变换的光缆故障定位系统设计[D]. 于艳波.长安大学 2016
本文编号：3368838
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