【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及具有识别多维变形监测能力的分布式光纤数据处理方法。
技术介绍
1、随着技术的发展和社会的进步，城市建设逐步形成了地下、地上多空间分布的布局，其中，地下管网、隧道等地下工程不断增多促使了地下高层和超高层建筑物的不断涌现；地上工程和地下工程的施工会不可避免的诱发地层及建筑物变形，当变形程度超过阈值范围时极易发生沉降、坍塌、滑坡、泥石流等次生地质灾害，严重威胁着人民的生命财产安全；因此，对地上空间施工和地下空间施工开展实时动态变形监测极为重要。
2、现有的变形监测形式多样，按照不同测量方式可以分为可视性监测及穿透性监测；其中可视性监测主要有水准测量、测量机器人、光学遥感影像识别等，可视性监测具有动态、大范围监测能力，但无法实现结构内部变形监测；穿透性监测主要有微波遥感监测、传感器监测等方式，可以根据安装位置的不同，识别不同位置的变形信息，具有一定传透监测能力，但传感器为点状分布无法实现隐蔽空间的整体变形状态，缺少针对隐蔽空间的实时监测手段，无法全天候高精度进行变形监测，进而不能对隐蔽空间的变形信息进行实时监控和超前预警。
技术实现思路
1、本专利技术实施例提供了具有识别多维变形监测能力的分布式光纤数据处理方法，方法设计合理，基于分布式光纤的优势特点，安装内置于建筑结构内部，结合多类型的算法和数据交互，能够识别隐蔽处物体的二维拉伸变形，实现对隐蔽空间的实时动态变形监测和高精度全方位应力变化监测，进而对地上空间工程和地下空间工程产生的变形、损毁、劣化、坍塌等现象进行
2、本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
3、具有识别多维变形监测能力的分布式光纤数据处理方法，所述数据处理方法包括以下步骤：
4、s1，利用多个控制点和里程数据建立控制网，将二维信息转化为三维信息；
5、s2，利用应力应变监测数据来计算分布式光纤独立坐标系下的三维变形数据；
6、s3，根据多个公共点位信息和多个参数信息对三维变形数据进行计算求解；
7、s4，对分布式光纤的应变监测数据进行判断和提取，去掉原始数据中的噪声信号，获取精准可靠的变形监测信息数据，从而实现对变形现象的实时监控和超前预警。
8、所述分布式光纤包括应变传感单模光纤，在应变传感单模光纤外部依次设置有应变传输层、橡胶材料光纤保护层、带有缓冲及应变传输层和缓冲层；
9、所述橡胶材料光纤保护层的弹性模量、泊松比、抗压强度与待测物体的性质相近，能够实现与被测物协同变形；
10、所述带有缓冲及应变传输层的材料具有高弹性模量，在受力后能快速恢复原状，能够在复杂应力条件下保持稳定，在拉伸或者压缩时吸收能量且不容易破裂或变形。
11、利用多个控制点和里程数据建立控制网，将二维信息转化为三维信息包括以下步骤：
12、s1.1，在分布式光纤布设区域内选择3-4个已知位置的控制点，所述控制点包括物理地标和可识别的标记点位；
13、s1.2，以平行于光纤布设方向为x轴，以垂直于光纤布设方向为y轴，以里程方向为z轴，构建光纤独立坐标系；
14、s1.3，记录光纤的里程数据，监测光纤布设线路的拐点坐标，采用内插法获得光纤线路监测点位的坐标值，建立光纤初始三维形态；
15、s1.4，沿光纤x轴方向进行应变计算：选择多芯光纤中测量x轴方向的光纤，作为x轴方向进行数据处理，依据光纤数据的应变量差值计算光纤在xoz面上投影的变化量；沿光纤y轴方向进行应变计算：选择多芯光纤中测量y轴方向的光纤，作为y轴方向进行数据处理，依据光纤数据的应变量差值计算光纤在yoz面上投影的变化量；
16、s1.5，根据xoz、yoz两个相互垂直面上的光纤投影变形信息，计算光纤三维形变信息；
17、s1.6，对光纤数据进行去噪声处理；
18、s1.7，测量控制点数据，结合光纤独立坐标系与工程坐标系的转换参数，将监测数据转换为工程坐标下的三维变形信息。
19、利用应力应变监测数据来计算分布式光纤坐标系下的三维变形数据包括以下步骤：
20、s2.1，采用三维曲线来表示光纤变形曲线，将三维曲线分解为光纤水平方向变形信息曲线和光纤垂直方向变形信息曲线；
21、s2.2，将光纤水平方向变形信息曲线分解为多段圆弧，记为p1、p2…pn；
22、s2.3，对水平方向变形分段进行等效计算，针对任意分段圆弧pi，在光纤相对位置保持不变的前提下，可求得任意分段圆弧pi的曲率半径及分段圆弧上两横截面绕各自中性轴转过的角度，即：
23、；
24、其中，正号代表拉伸，负号代表压缩；
25、s2.4，对水平变形曲线不同弧段变形信息进行内插计算，将光纤水平方向变形信息曲线分成若干段，取第n段进行观察，设置pn和pn+1为第n段的两个端点，对应的弦长为ln，on为该段对应的圆心，曲率半径为rn，pn点的切线与x轴的夹角为θn，pn+1点的切线与x轴的夹角为θn+1；设定pn和pn+1的坐标分别为（xn，yn）和（xn+1，yn+1），对应的曲率分别为pn、pn+1；根据分布式传感器测得的应变信息，根据上述参数来计算每段端点的曲率，进而对光纤水平方向变形信息曲线进行绘制；
26、s2.5，参照上述步骤绘制光纤垂直方向变形信息曲线，利用光纤水平方向变形信息、光纤垂直方向变形信息曲线和光纤里程对光纤形态进行拟合，并基于光纤独立坐标系进行变形信息校验。
27、根据多个公共点位信息和多个参数信息对三维变形数据进行计算求解包括以下步骤：
28、s3.1，选取至少4个光纤特征点位，采用测量设备测量控制点的三维坐标；
29、s3.2，采用3个公共点位信息和七参数计算公式求解光纤独立坐标系向工程坐标系转换的七参数信息；所述七参数信息包括比例因子、x方向平移参数、y方向平移参数、z方向平移参数、围绕x轴的旋转角、围绕y轴的旋转角和围绕z轴的旋转角；
30、s3.3，将求解的七参数信息在所有光纤独立坐标系进行坐标转换，得到在工程坐标系下的三维坐标。
31、针对三个公共点位，还可以设置第四个公共点位作为校验点位。
32、对分布式光纤的应变监测数据进行判断和提取，去掉原始数据中的噪声信号，获取精准可靠的变形监测信息数据包括以下步骤：
33、s4.1，采用小波分析算法对变形监测信息数据进行去噪声操作；
34、s4.2，采用平移均值算法、savitzky-goiay算法和百分位数滤波算法对去噪声的变形监测信息数据进行平滑和修整。
35、采用小波分析算法对变形监测信息数据进行去噪声操作包括以下步骤：
36、s4.1.1，通过小波函数将采集的原始变形监测信息数据分为两层；...
【技术保护点】
1.具有识别多维变形监测能力的分布式光纤数据处理方法，其特征在于，所述数据处理方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的具有识别多维变形监测能力的分布式光纤数据处理方法，其特征在于：所述分布式光纤包括应变传感单模光纤，在应变传感单模光纤外部依次设置有应变传输层、橡胶材料光纤保护层、带有缓冲及应变传输层和缓冲层；
3.根据权利要求1所述的具有识别多维变形监测能力的分布式光纤数据处理方法，其特征在于，利用多个控制点和里程数据建立控制网，将二维信息转化为三维信息包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的具有识别多维变形监测能力的分布式光纤数据处理方法，其特征在于，利用应力应变监测数据来计算分布式光纤坐标系下的三维变形数据包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的具有识别多维变形监测能力的分布式光纤数据处理方法，其特征在于，根据多个公共点位信息和多个参数信息对三维变形数据进行计算求解包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的具有识别多维变形监测能力的分布式光纤数据处理方法，其特征在于：针对三个公共点位，还可以设置第四个公共点位作为校
7.根据权利要求1所述的具有识别多维变形监测能力的分布式光纤数据处理方法，其特征在于，对分布式光纤的应变监测数据进行判断和提取，去掉原始数据中的噪声信号，获取精准可靠的变形监测信息数据包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的具有识别多维变形监测能力的分布式光纤数据处理方法，其特征在于，采用小波分析算法对变形监测信息数据进行去噪声操作包括以下步骤：
9.根据权利要求7所述的具有识别多维变形监测能力的分布式光纤数据处理方法，其特征在于，采用平移均值算法、Savitzky-Goiay算法和百分位数滤波算法对去噪声的变形监测信息数据进行平滑和修整包括以下步骤：
10.根据权利要求1所述的具有识别多维变形监测能力的分布式光纤数据处理方法，其特征在于，所述数据处理方法对应的数据处理系统包括：
...【技术特征摘要】
1.具有识别多维变形监测能力的分布式光纤数据处理方法，其特征在于，所述数据处理方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的具有识别多维变形监测能力的分布式光纤数据处理方法，其特征在于：所述分布式光纤包括应变传感单模光纤，在应变传感单模光纤外部依次设置有应变传输层、橡胶材料光纤保护层、带有缓冲及应变传输层和缓冲层；
3.根据权利要求1所述的具有识别多维变形监测能力的分布式光纤数据处理方法，其特征在于，利用多个控制点和里程数据建立控制网，将二维信息转化为三维信息包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的具有识别多维变形监测能力的分布式光纤数据处理方法，其特征在于，利用应力应变监测数据来计算分布式光纤坐标系下的三维变形数据包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的具有识别多维变形监测能力的分布式光纤数据处理方法，其特征在于，根据多个公共点位信息和多个参数信息对三维变形数据进行计算求解包括以下步骤：
6.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：董岳，栾亨宣，王飞，武泉森，栾元重，毕璇璇，徐月雪，谢文英，刘备，刘誉，王道顺，
申请(专利权)人：济宁学院，
类型：发明
国别省市：
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