Page 20 - 网络电信2021年11月刊下

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然，振动源与光缆的垂直距离越近，对光缆的安全威胁更大。
图 4 特定垂直距离下的频率 - 能量分布示意图
运维人员针对不同距离下施工事件的处理方式也截然不同，因
此垂直距离的研究有着重大价值。
振动源在介质中传播时存在衰减，但衰减的影响因子繁多
且机理复杂，针对动力机械作用引起的地面振动衰减，参考文
献［9］中已提出了公式可供工程实际应用。当考虑能量呈环状
扩散的面波且土壤的非完全弹性时，传播示意图如图2所示，则
半径为r 0 的波源边缘处的面波能量可以表示为

图 5 系统特征提取算法实现流程图
其中，U 0R 表示波源总能量，f 0 是波源扰频，α 0 是土壤衰减
系数。
这里也可以引出两方面对垂直距离的分析判断：
1.固定频率，光缆各处的能量分布
根据图2的示意图，可知对于同一施工点，光缆上有多点监
测到振动信号，满足 ，那么在特定频率f=50Hz下，
式（1）可简化为

假设垂直距离r=5，常数k=1，c=0.05，绘制距离-能量的分
布示意图如图3所示。
从图3可看出：施工事件的距离越近，线路上所测得的信号
越强，信号沿着线路两侧的衰减越快；反之亦然。
2.固定垂直距离不同频率下的能量分布假设每个频段的能

图 2 振动波能量示意图
量分布相同，即IR是定值，则在特定的垂直距离下，绘制频率-
能量的分布示意图如图4所示，图中可看到，施工事件的距离越
远，信号在频率上的衰减越快。
于是可从频率和能量两方面来表征垂直距离的差异性。

二、特征提取
分布式光纤振动探测系统为了保证系统的识别准确率更
高，光纤振动信号的特征提取至关重要。外破事件的发生基本
是因器械施工造成的，但每种器械操作形式与机理不一样，施
工时所呈现的信号特征也就存在差异，提取出不同事件类型极
图 3 特定频率下的距离 - 能量分布示意图 度差异化的信号，以及相同事件高度相似的特征作为事件类型
判别的依据，再以不同垂直距离下的信号特征进行深度识别，
以快速的响应实现异常、器械、垂直距离三重指标的判断，具
有很强的实用价值。
一般而言，传感光纤无扰动时，信号相对平稳，一旦监
测到时域特征符合异常判断，则转到频域进入异常事件识别模
块，根据聚类结果圈出异常事件影响区段，再提取区段下的频
率特征送入模型，完成识别。特征提取的流程图如图5所示。
1.时域预判
正常情况下，传感光纤信号平稳运行，一旦遇到扰动，振

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