一种用于火灾报警的分布式光纤温度测量数据的处理方法

摘要

本发明涉及一种用于火灾报警的分布式光纤温度测量数据的处理方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：设置温差阈值Tf；步骤二：截取分布式光纤温度传感器系统采集的在光缆上待测点的n+1个温度数据，tn为光缆上待测点当前最新的温度采集数据；步骤三：计算tn之前的n个温度数据的平均值－第一历史温度平均值1；步骤四：将tn与1进行比较，如果tn－1＜Tf，则将光缆上待测点的当前温度输出值T输出为：T＝(1×(n+1－x)+tn×x)/n+1；否则输出为T＝(1×(n+1－y)+tn×y)/n+1，利用该方法后的DTS系统在输出光缆上待测点的当前温度输出值时，对温度变化不明感区域可以满足较好的精度要求，而对于温度变化敏感区域实现了较快的响应速度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于火灾报警的分布式光纤温度测量数据的处理方法。

背景技术

在公路隧道、高压电缆等工程中，火灾监测一直是交通、电力部门的重点，如果没有进行有效的火灾监测，当发生火灾时，往往会有严重事故发生，由此给国家和人民生命财产带来巨大的损失，随着近几年来，隧道越建越长，城市高压电缆埋入地下的也越来越多，使得火灾监测的重要性越发突现。火灾刚发生时，火势、温度、破坏性等都比较小，如果能在这个阶段就发现火灾并把其扑灭，可以极大的降低火灾的破坏性和损失。

分布式光纤温度传感器系统(以下简称DTS系统)是基于先进的光时域反射(OTDR)技术的原理和光纤的背向拉曼散射温度效应，以光纤为载体，由主机、传感光缆及其他附件组合而成，是国际上近年发展起来的一种用于实时监控温度场的高新技术。

采用DTS系统进行火灾报警的常用方法有定温法和差温法两种。定温法的原理为：确定某一温度值(如85℃)为温度报警值，在监测区域内，光纤在时空域上任何一测量点的测量温度超过85℃时就会报警；而差温法的原理为：同样也确定一个报警的温度值(如10℃)，当光纤在时空域上某一测量点前后两次测量的温度值的差值超过10℃时，就会报警。

无论采用那种方法进行报警，都需要用到DTS系统输出的光缆上各待测点的当前温度输出值，DTS系统在输出光缆上各待测点的当前温度时，首先利用DTS系统的主机实时采集光缆上各待测点的温度数据，然后将这些温度采集数据通过一定的处理方法进行处理以后，作为最终的温度测量值输出，供火灾报警时使用。

在DTS系统中，传统的温度采集数据的处理方法是通过累加平均的方法实现，在目前的技术条件下，DTS系统的主机一般是3秒钟采集一次温度数据，并且可以做到3秒钟累加30000次，这时如果通过3次累加平均进行处理后输出一次温度数据，可以达到小于3.5℃的温度精度，然而根据行业内用户的要求，DTS系统需要小于1.5℃的温度精度，这样至少需要6次以上的温度采集数据进行累加平均，然后再输出一次温度数据，这样至少需要18秒的测量时间。这是因为DTS主机在m次累积后的信噪比增益为因此，要实现1.5℃的温度精度需要6次累加，即

例如：DTS系统的主机3秒钟采集一次温度数据，光缆某点的第一次采集的温度数据按照时间排列如下：

T₁＝{x₁，x₂，x₃，x₄，x₅，x₆，x₇，x₈…x_n-2，x_n-1，x_n}；

如果DTS系统采用3次累加平均处理方法，这时温度数据输出的序列如下(温度精度小于3.5℃)：

${T^c}_n=\{\frac{x_1+x_2+x_3}{3},\frac{x_4+x_5{+x}_6}{3},...\frac{x_{n-2}+x_{n-1}{+x}_n}{3}\}$

光缆某点的第二次采集的温度数据按照时间排列如下：

T₂＝{x_n+1，x_n+2，x_n+3，x_n+4，x_n+5，x_n+6，x_n+7，x_n+8…x_2n-2，x_2n-1，x_2n}

光缆某点的第三次采集的温度数据按照时间排列如下：

T₃＝{x_2n+1，x_2n+2，x_2n+3，x_2n+4，x_2n+5，x_2n+6，x_2n+7，x_2n+8…x_3n-2，x_3n-1，x_3n}

光缆某点的第四次采集的温度数据按照时间排列如下：

T₄＝{x_3n+1，x_3n+2，x_3n+3，x_3n+4，x_3n+5，x_3n+6，x_3n+7，x_3n+8…x_4n-2，x_4n-1，x_4n}

光缆某点的第五次采集的温度数据按照时间排列如下：

T₅＝{x_4n+1，x_4n+2，x_4n+3，x_4n+4，x_4n+5，x_4n+6，x_4n+7，x_4n+8…x_5n-2，x_5n-1，x_5n}

光缆某点的第六次采集的温度数据按照时间排列如下：

T₆＝{x_5n+1，x_5n+2，x_5n+3，x_5n+4，x_5n+5，x_5n+6，x_5n+7，x_5n+8…x_6n-2，x_6n-1，x_6n}

如果DTS系统采用传统的6次累加平均处理方法，这时温度数据输出的序列如下(温度精度小于1.5℃)：

${T^c}_n=\{\frac{x_1+x_2+x_3+x_4{+x}_5+x_6}{6},\frac{x_7+x_8{+x}_9+x_{10}+x_{11}+x_{12}}{6},...\frac{x_{6n-5}+x_{6n-4}+x_{6n-3}+x_{6n-2}+x_{6n-1}+x_{6n}}{6}\}$

即18秒钟输出一个温度数据，其中最新的一个温度数据为：

$\frac{x_{6n-5}+x_{6n-4}+x_{6n-3}+x_{6n-2}+x_{6n-2}+x_{6n-1}+x_{6n}}{6}.$

18秒种输出一个温度数据，这个时间对于消防应用来说有点长，不能及时发出报警信号，于是需要对DTS系统温度测量数据的处理方法做进一步改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状提供一种用于火灾报警的分布式光纤温度测量数据的处理方法，利用该方法后的DTS系统在输出光缆上待测点的当前温度输出值时，对温度变化不明感区域可以满足较好的精度要求，而对于温度变化敏感区域实现了较快的响应速度。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：用于火灾报警的分布式光纤温度测量数据的处理方法，用于得到光缆上待测点的用于火灾报警时使用的当前温度输出值T，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：设置温差阈值T_f；

步骤二：截取分布式光纤温度传感器系统采集的在光缆上待测点的n+1个温度数据，按时间顺序记为t₀，t₁，t₂……t_n，其中t_n为光缆上待测点当前最新的温度采集数据；

步骤三：计算光缆上待测点的第一历史温度平均值T₁，第一历史温度平均值T₁为光缆上待测点当前最新的温度采集数据t_n之前的n个温度数据的平均值，即：

${\bar{T}}_1=\frac{t_0+t_1+t_2+...t_{n-1}}{n};$

步骤四：将光缆上待测点当前最新的温度采集数据t_n与第一历史温度平均值T₁进行比较，如果光缆上待测点当前最新的温度采集数据t_n与第一历史温度平均值T₁之差小于温差阈值T_f，即：t_n-T₁＜T_f，则将光缆上待测点当前最新的温度采集数据t_n的权重定位为x，其中$1\le x\le \frac{n}{2},$并将光缆上待测点的当前温度输出值T输出为：

$T=\frac{{\bar{T}}_1\times (n+1-x)+t_n\times x}{n+1};$

步骤五：如果光缆上待测点当前最新的温度采集数据t_n与第一历史温度平均值T₁之差大于等于温差阈值T_f，即：t_n-T₁≥T_f，则将光缆上待测点当前最新的温度采集数据t_n的权重定位为y，其中$\frac{n}{2}<y<n,$并将光缆上待测点的当前温度输出值T输出为

$T=\frac{{\bar{T}}_1\times (n+1-y)+t_n\times y}{n+1}.$

作为改进，在所述步骤五后还包括以下步骤：

步骤六：当光缆上待测点继t_n后有新的温度采集数据t_n+1到来时，计算光缆上待测点的第二历史温度平均值T₂，光缆上待测点的第二历史温度平均值T₂为光缆上待测点当前最新的温度采集数据t_n+1之前的n个温度数据的平均值，即：${\bar{T}}_2=\frac{t_1+t_2+...t_{n-1}+t_n}{n};$

步骤七：如果t_n-T₁≥T_f且t_n+1-T₂≥T_f，则将光缆上待测点的当前温度输出值T输出为：

$T=\frac{t_n\times (n+1-y)+t_{n+1}\times y}{n+1};$

否则返回步骤三。

为了即满足精度要求，又能到达较快的响应速度，所述n的值为93～103为佳。

这时，所述x的取值为1，所述y的取值为80较好。

与现有技术相比，本发明的优点在于：采用上述方法后，通过对温度变化较大的区域以及其他区域采取不同的权重处理方法，即对于温度不明感区域，历史温度平均值的权重较大，这样可以实现n次累加平均，可以满足较好的精度要求，而对于温度变化敏感区域，历史温度平均值的权重较小，实现了较快的响应速度。并且根据消防的实际情况，一般定温报警值要高于环境温度20℃，对于温度变化较快的报警区域，虽然精度上有所削弱，但是这样的温度精度不会对实际报警信息产生影响，可以满足要求。

附图说明

图1为本发明实施例的处理流程图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明提供了一种用于火灾报警的分布式光纤温度测量数据的处理方法，用于得到光缆上待测点的用于火灾报警时使用的当前温度输出值T，包括以下步骤，参见图1所示：

步骤一：设置温差阈值T_f＝8；

步骤二：截取分布式光纤温度传感器系统采集的在光缆上待测点的96个温度数据，按时间顺序记为t₀，t₁，t₂……t₉₅，其中t₉₅为光缆上待测点当前最新的温度采集数据；截取96个温度数据主要考虑在保证数据精度的情况下，减少计算工作量；

步骤三：计算光缆上待测点的第一历史温度平均值T₁，第一历史温度平均值T₁为光缆上待测点当前最新的温度采集数据t₉₅之前的95个温度数据的平均值，即：

${\bar{T}}_1=\frac{t_0+t_1+t_2+...t_{94}}{95};$

步骤四：将光缆上待测点当前最新的温度采集数据t₉₅与第一历史温度平均值T₁进行比较，如果光缆上待测点当前最新的温度采集数据t₉₅与第一历史温度平均值T₁之差小于温差阈值T_f，即：t₉₅-T₁＜8，则将光缆上待测点当前最新的温度采集数据t₉₅的权重定位为1，并将光缆上待测点的当前温度输出值T输出为：

$T=\frac{{\bar{T}}_1\times 95+t_{92}\times 1}{96};$

步骤五：如果光缆上待测点当前最新的温度采集数据t₉₅与第一历史温度平均值T₁之差大于等于温差阈值T_f，即：t₉₅-T₁≥8，则将光缆上待测点当前最新的温度采集数据t_n的权重定位为80，并将光缆上待测点的当前温度输出值T输出为

$T=\frac{{\bar{T}}_1\times 16+t_{95}\times 80}{96};$

步骤六：当光缆上待测点继t₉₅后有新的温度采集数据t₉₆到来时，计算光缆上待测点的第二历史温度平均值T₂，光缆上待测点的第二历史温度平均值T₂为光缆上待测点当前最新的温度采集数据t₉₆之前的95个温度数据的平均值，即：${\bar{T}}_2=\frac{t_1+t_2+...t_{n-1}+t_{95}}{95};$

步骤七：如果t₉₅-T₁≥8且t₉₆-T₂≥8，则将光缆上待测点的当前温度输出值T输出为：

$T=\frac{t_{95}\times 16+t_{96}\times 80}{96};$

否则返回步骤三，将所有的温度采集数据作为一个序列，重新截取分布式光纤温度传感器系统采集的在光缆上待测点的最新的96个温度数据，重新对温度采集数据进行处理。