基于分布式光纤振动传感的铁路通信光缆盗挖告警方法研究

发布时间：2020-09-07 21:03

　　近年来,由于利益的驱使,人为盗挖铁路通信光缆的案件层出不穷,对铁路运营安全造成极大危害。因此,光缆线路的防盗挖工作极为重要。与传统的光缆防护技术相比,分布式光纤传感技术具有灵敏度强、监测距离长、环境适应能力强等优势,非常适合用于光缆的防盗挖方法研究中。因此,本论文提出了基于分布式光纤传感的铁路通信光缆盗挖告警方法。在盗挖告警方法的研究中,其关键问题就是识别出盗挖产生的光纤传感信号,进而产生告警信号。然而,现有的光纤传感信号的分类识别方法存在一定的缺陷:一方面,现有信号分类识别方法是基于单一特征提取的,本论文研究的问题的应用环境复杂,当前研究中常用的单一特征提取方法并不能达到很好的识别效果;另一方面,常用的SVM模式分类算法中,参数选取不合适时,对其分类的性能有很大的影响。针对以上问题,本论文主要做了以下研究:(1)提出了基于时域-小波域复合特征向量的特征提取方法,以增强算法对复杂环境的适应能力。从光纤传感信号的时域和小波域特征,对采集到的含有振动段和非振动段的信号样本数据进行分析和改进,分析了时域特征和小波域特征提取的有效性。(2)提出了基于时域-小波域两级振动事件检测算法,减少了大量复杂的小波变换计算,提高算法的时效性。(3)研究了基于自适应遗传算法优化DT-SVM多分类模型,以提高DT-SVM分类模型的泛化能力。使用优化的DT-SVM多分类模型对列车通过、行人通过和人为盗挖这三类振动事件进行模式分类。(4)采集试验场地的真实数据,进行大量实验,以验证算法的有效性。实验结果表明,基于时域-小波域复合特征向量的特征提取方法优于基于单一特征的特征提取方法。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP212;TN913.33;U298
【部分图文】：

原理图,原理图,瞬时振动,环形器

要检测光强度的损耗状况，因此限制了该系统检测物理参数的数量，特别是在检逡逑测瞬时振动信号的过程中。逡逑ＯＴＤＲ的原理如图１－１所示。逡逑脉栜环形器逦传感光纤逡逑光源邋｜￣￣———＾逦逡逑逦Ｊ逦逡逑光电探测器逡逑图１－１邋ＯＴＤＲ原理图逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ＯＴＤＲ逡逑（２）

原理图,传感技术,原理图,相关技术

北京交通大学硕士学位论文逦相关技术和理论逡逑２相关技术和理论逡逑２．１双Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ传感技术逡逑２．１．１双Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ传感技术原理逡逑双Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ干涉型分布式传感技术是比较成熟的技术，能够准确的计算逡逑定位信息，其操作简单、准确率高、运算速度快，在周边防护当中具有非常广泛逡逑的应用Ｐ？８］。本次研究过程当中，综合考虑实际情况，将引入这种先进的技术，逡逑其对应的系统结构图如下图所示。逡逑振动Ｓ逡逑

分析图,最优分类,样本,隐含层

图２－３邋ＢＰ神经网络结构逡逑Ｆｉｇ．邋２－３邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ＢＰ邋ｎｅｕｒａｌ邋ｎｅｔｗｏｒｋ逡逑图２－３中，是输入特征向量；是预测的输出结果逡逑向量；％和各自代表的含义为输入层到隐含层、隐含层到输出层的连接系数。逡逑ＢＰ神经网络算法包括两个步骤：第一是由输入层途径隐含层逐渐计算得到结逡逑果；第二是由于输出层逐层误差反向传播计算的过程中。其中正向传播过程的顺逡逑序是输入层经过多种处理达到输出层，并对比分析输出的结果以及最初期望值，逡逑如果二则相差甚远，则可将误差按照学习规则反分摊到各个节点。这里用到的学逡逑习规则为最快梯度下降法，反向传播的作用在于合理调整网络的权值和域值，以逡逑确保网络误差平方和为最小值。逡逑２．３．２支持向量机逡逑支持向量机１５０＂５｜１方法具体原理见图２－４所示。图中共有两类样本，其中空心圆逡逑点以及矩形分别代表的样本为Ａ类和Ｂ类，最优分类线是中间的直线。分析图可逡逑以发现，最优分类线既将两类不同的样本分割开，而且保证了分割距离的最大。逡逑针对高纬度情形，最优分类线表示为超平面，以确保样本之间间隔最大。逡逑针对非线性分类

【参考文献】