本发明涉及光纤监测,特别是涉及一种基于分布式光纤的穿堤涵闸渗漏监测方法。
背景技术:
1、渗漏问题是堤坝和涵闸等水利工程的常见安全隐患。传统的监测方法往往依赖人工检测或单点传感器,存在响应不及时、检测覆盖面不足的问题。近年来,随着光纤传感技术的发展,分布式光纤传感器由于其长距离、全覆盖的监测能力,在土木工程安全检测领域获得了越来越多的应用。
2、现有技术中公开了一种基于分布式光纤的大坝渗漏检测方法,包括:(1)基于拉曼散射原理,分别计算加热至a个不同温度等级的分布式传感光纤的长度-温度图谱,并分别计算完成加热至a个不同温度等级后上游的内组分布式传感光纤和外组分布式传感光纤的长度-温度图谱稳定所需时间之差以及下游的外组分布式传感光纤和内组分布式传感光纤的长度-温度图谱稳定所需时间之差,结合内组与外组的水平间距d,计算入水流速和出水流速;(2)根据加热至a个不同温度等级的所述分布式传感光纤的长度-温度图谱的拟合函数与未加热的分布式传感光纤的长度-温度图谱的拟合函数确定渗漏点,并根据布里渊散射定理得到所述渗漏点的光纤点位;(3)建立大坝的直角坐标系,对所述渗漏点的光纤点位在所述大坝的直角坐标系上坐标的拟合函数求积分,得到渗漏面积;(4)对测量时间内预设实验时间间隔的多次实验得到的入水流速、出水流速以及渗漏面积的拟合函数做定积分,得到所述测量时间内的渗透量。该技术虽然采用了拉曼散射原理和布里渊散射定理进行详细的长度-温度图谱分析和渗漏点检测,但其使用温度变化(加热至不同温度等级)来分析渗漏可能受到环境温度变化影响,尤其是在大坝这种室外环境中,环境温度变化可能引入噪声,且其需要确保温度-长度图谱稳定性,外界环境温度的变化可能导致检测的不稳定和误判。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足,本发明的目的是提供一种基于分布式光纤的穿堤涵闸渗漏监测方法,通过对环境温度的监测和校正,可以有效消除温度变化对渗漏信号的影响,提高监测结果的准确性和可靠性。
2、为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
3、一种基于分布式光纤的穿堤涵闸渗漏监测方法,包括:
4、在穿堤涵管的土-结构接触面分别布设分布式光纤传感网络和环境温度监测光纤;
5、利用所述分布式光纤传感网络对所述监测区域进行渗漏检测,得到渗漏监测信号,并利用所述环境温度监测光纤对所述监测区域进行温度监测,得到温度监测信号;
6、对所述温度温度信号进行数据清洗,得到清洗数据;
7、利用加权系数对所述清洗数据进行加权,得到整个所述监测区域的实际环境温度;
8、利用所述实际环境温度对所述渗漏监测信号进行校正,得到校正信号;
9、利用所述校正信号确定所述监测区域的监测结果。
10、优选地,对所述温度温度信号进行数据清洗,得到清洗数据,包括:
11、计算所述环境温度监测光纤在每个采集周期内温度的方差;
12、利用所述方差构建温度采集模型;
13、根据所述温度采集模型计算每个环境温度监测光纤之间的联系度;
14、根据所述联系度构建联系度矩阵,并确定每个环境温度监测光纤的加权联系度;
15、判断加权联系度是否大于预设阈值;
16、若所述加权联系度大于预设阈值,则将相应环境温度监测光纤采集的温度监测信号去除,得到去除后的温度信号;
17、将所述去除后的温度信号进行转换,得到所述清洗数据。
18、优选地,所述温度采集模型的计算公式为:
19、
20、其中,δi表示环境温度监测光纤在第i个采集周期内温度值的方差,δj表示环境温度监测光纤在第j个采集周期内温度值的方差,xi表示环境温度监测光纤在第i个采集周期内温度值的平均值,pi(xxi)表示第i个环境温度监测光纤的采集模型,pj(xxj)表示第j个环境温度监测光纤的采集模型。
21、优选地,根据所述温度采集模型计算每个环境温度监测光纤之间的联系度,包括:
22、利用温度采集模型确定各个环境温度监测光纤之间的信任度;其中,所述信任度计算公式为:其中,di′j表示第i个环境温度监测光纤与第j个环境温度监测光纤之间的信任度,dj′i表示第j个环境温度监测光纤与第i个环境温度监测光纤之间的信任度;
23、基于各个环境温度监测光纤之间的信任度计算每个环境温度监测光纤之间的联系度。
24、优选地,计算每个环境温度监测光纤之间的联系度的公式为:
25、
26、其中,sij表示第i个环境温度监测光纤与第j个环境温度监测光纤之间的联系度。
27、优选地,根据所述联系度构建联系度矩阵,并确定每个环境温度监测光纤的加权联系度,包括:
28、根据每个环境温度监测光纤之间的联系度确定联系度矩阵;其中,所述联系度矩阵为:
29、利用所述联系度矩阵确定每个环境温度监测光纤的加权联系度;其中,所述加权联系度计算公式为:其中,ri表示第i个环境温度监测光纤的加权联系度。
30、优选地,利用加权系数对所述清洗数据进行加权,得到整个所述监测区域的实际环境温度,包括:
31、根据所述清洗数据在每个采集周期内的方差计算加权系数;
32、基于所述加权系数对所述清洗数据进行加权平均,得到整个所述监测区域的实际环境温度。
33、优选地,所述加权系数计算公式为:
34、
35、其中,wi为第i个加权系数,σi′表示所述清洗数据在第i个采集周期内的方差。
36、优选地,整个所述监测区域的实际环境温度的计算公式为:
37、
38、其中,为所述实际环境温度,xi为所述清洗数据在第i个采集周期内的平均值。
39、优选地,所述校正信号的计算公式为:
40、
41、其中,sc为所述校正信号,so为所述渗漏监测信号,α为温度对渗漏信号影响的线性系数,tb为基准温度。
42、根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:
43、本发明提供了一种基于分布式光纤的穿堤涵闸渗漏监测方法,包括:在穿堤涵管的土-结构接触面分别布设分布式光纤传感网络和环境温度监测光纤;利用所述分布式光纤传感网络对所述监测区域进行渗漏检测,得到渗漏监测信号,并利用所述环境温度监测光纤对所述监测区域进行温度监测,得到温度监测信号;对所述温度温度信号进行数据清洗,得到清洗数据;利用加权系数对所述清洗数据进行加权,得到整个所述监测区域的实际环境温度;利用所述实际环境温度对所述渗漏监测信号进行校正,得到校正信号;利用所述校正信号确定所述监测区域的监测结果。本发明通过对环境温度的监测和校正,可以有效消除温度变化对渗漏信号的影响,提高监测结果的准确性和可靠性。
1.一种基于分布式光纤的穿堤涵闸渗漏监测方法,其特征在于,包括:
2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤的穿堤涵闸渗漏监测方法,其特征在于,对所述温度温度信号进行数据清洗,得到清洗数据,包括:
3.根据权利要求2所述的基于分布式光纤的穿堤涵闸渗漏监测方法,其特征在于,所述温度采集模型的计算公式为:
4.根据权利要求3所述的基于分布式光纤的穿堤涵闸渗漏监测方法,其特征在于,根据所述温度采集模型计算每个环境温度监测光纤之间的联系度,包括:
5.根据权利要求4所述的基于分布式光纤的穿堤涵闸渗漏监测方法,其特征在于,计算每个环境温度监测光纤之间的联系度的公式为:
6.根据权利要求5所述的基于分布式光纤的穿堤涵闸渗漏监测方法,其特征在于,根据所述联系度构建联系度矩阵,并确定每个环境温度监测光纤的加权联系度,包括:
7.根据权利要求6所述的基于分布式光纤的穿堤涵闸渗漏监测方法,其特征在于,利用加权系数对所述清洗数据进行加权,得到整个所述监测区域的实际环境温度,包括:
8.根据权利要求7所述的基于分布式光纤的穿堤涵闸渗漏监测方法,其特征在于,所述加权系数计算公式为:
9.根据权利要求8所述的基于分布式光纤的穿堤涵闸渗漏监测方法,其特征在于,整个所述监测区域的实际环境温度的计算公式为:
10.根据权利要求9所述的基于分布式光纤的穿堤涵闸渗漏监测方法,其特征在于,所述校正信号的计算公式为: