本发明涉及光纤传感，具体为一种城市道路安全事件识别方法、系统及终端设备。
背景技术：
1、城市道路与管线是城市赖以生存和发展的基础，随着城市运行和道路管线年龄的增长，城市管网易受老化腐蚀、施工破坏、异常振动等的影响，极易发生管道泄漏、路面破环空洞等安全事故，因此道路管线方面安全检测已成为城市生命线工程重点对象之一，且现有传感技术中，存在的覆盖面小、受环境因素影响大、成本高、施工难度大等缺点，针对该问题，基于tgd-ofdr的分布式光纤传感系统提供了一定的解决方案，其具备监测范围长、空间分辨率高、实时连续监测、抗电磁干扰等优点，能对多点振动事件实现实时测量，但该系统需要从光纤传回的海量数据中克服噪声与信号衰落等的影响，提取有效信息，这对其信号处理技术提出了较高要求，为此，我们提出一种城市道路安全事件识别方法、系统及终端设备。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种城市道路安全事件识别方法、系统及终端设备，通过频域分析、时频域分析与小波阈值去噪的信号处理方法，实现真实道路环境中长距离的光纤周围敲击、车辆行驶、道路空洞和施工行为等安全事件识别与监测，体现道路与管线检测设备灵活性和多检测场景适用性。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种城市道路安全事件识别方法，包括以下步骤：
3、获取并保存监测路段不同位置、不同时段的瑞利散射光时域信号；
4、对瑞利散射光时域信号进行快速傅里叶变换(fft)处理，确定监测路段不同位置处振动信号的频域信息，针对信号中没有其他特定事件或噪声干扰时的频域信息提取得到背景噪声频谱分布；
5、根据频域信息以及背景噪声频谱，设计fir低通滤波器，对包含外界振动事件的瑞利散射光时域信号进行滤波处理，去除高频干扰；
6、对滤波后的时域信号数据进行连续小波变换(cwt)时频域分析，以确定各事件振动信号在其特征频段范围内的频率信息以及各类事件发生的具体时间，从而获取事件振动信号更精确的判定结果；
7、利用离散小波变换(dwt)对滤波后的信号数据进行小波阈值滤波，进行降噪处理，进而实现对各类事件振动信号的识别与提取。
8、进一步的，所述瑞利散射光时域信号的获取方法，具体如下：
9、利用路侧或下方已铺设的通信光纤，接入基于时间门控数字光频域反射仪的分布式光纤传感系统，形成das地下感知系统模型，然后利用das地下感知系统模型对瑞利散射光时域信号进行获取。
10、进一步的，所述频域信息包括光纤周围敲击、车辆行驶和施工行为。
11、进一步的，所述对瑞利散射光时域信号进行快速傅里叶变换(fft)处理，具体如下：
12、以t1为周期的周期函数f(t)如满足dirichlet条件则可展开为傅里叶级数：
13、
14、其中，ω1＝2π/t1，为基波的角频率；h取正整数，角频率为hω1的项称为f(t)中的h次谐波，a0也可看作角频率为零的零次谐波。
15、进一步的，所述对滤波后的时域信号数据进行连续小波变换(cwt)时频域分析，具体如下：
16、对于任意函数f(t)∈l2(r)，若选用的小波函数为则信号的连续小波变换为：
17、
18、其中wf为积分小波变换，相应的函数为母小波，伸缩为a，时移为b的小波函数记为：
19、
20、进一步的，所述对滤波后的信号数据进行降噪处理，具体如下：
21、(1)选择小波基与分解层数，对各个通道的振动信号xk(t)进行离散小波变换分解，得到各层小波分解系数ωj,k；
22、(2)设定阈值和阈值函数，对分解得到的小波系数进行阈值化处理；
23、(3)对经阈值化处理的小波系数进行重构，从而得到重构信号，即各个通道降噪后的信号。
24、进一步的，所述对分解得到的小波系数进行阈值化处理，按照以下软阈值函数公式进行
25、
26、式中，ωj,k表示小波系数，sign(·)表示符号函数，λ表示阈值。
27、根据本发明的一个方面，本发明提供一种城市道路安全事件识别系统，包括：
28、获取模块，用于获取并保存监测路段不同位置、不同时段的瑞利散射光时域信号；
29、信号处理模块，用于对瑞利散射光时域信号进行快速傅里叶变换(fft)处理，确定监测路段不同位置处振动信号的频域信息；
30、滤波处理模块，用于根据频域信息以及背景噪声谱，设计fir低通滤波器，对包含外界振动事件的瑞利散射光时域信号进行滤波处理，去除高频干扰；
31、分析模块，用于对滤波后的时域信号数据进行连续小波变换(cwt)时频域分析，以确定各事件振动信号在其特征频段范围内的频率信息以及各类事件发生的具体时间，从而获取事件振动信号更精确的判定结果；
32、降噪模块，用于利用离散小波变换(dwt)对滤波后的信号数据进行小波阈值滤波，进行降噪处理，进而实现对各类事件振动信号的识别与提取。
33、进一步的，所述获取模块为基于时间门控数字光频域反射仪(tgd-ofdr)的分布式光纤声传感系统。
34、根据本发明的另一个方面，本发明提供一种终端设备，包括存储器、处理器及存储在存储器中并能够在处理器上运行的计算机程序，所述存储器中存储有能够在处理器上运行的计算机程序，所述处理器加载并执行计算机程序时，采用了所述的一种城市道路安全事件识别方法。
35、本发明至少具备以下有益效果：
36、本发明接入路侧或地下已有的通信光线，形成das地下感知模型，通过频域分析、时频域分析与小波阈值去噪的信号处理方法，实现真实道路环境中长距离的光纤周围敲击、车辆行驶、道路空洞和施工行为等等安全事件识别与监测，体现道路与管线检测设备灵活性和多检测场景适用性，该方法克服了传统监测方法易受环境影响、以点代面的监测方式、数据采集频次和稳定性差的缺点，克服了传统光学传感器造价昂贵、数据采集耐久性不缺、缺乏多域多特征参量监测的问题，对于维护城市道路与管线的安全稳定运行、提升其服役年限具有重要意义。
37、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
1.一种城市道路安全事件识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种城市道路安全事件识别方法，其特征在于：所述瑞利散射光时域信号的获取方法，具体如下：
3.根据权利要求2所述的一种城市道路安全事件识别方法，其特征在于：所述频域信息包括光纤周围敲击、车辆行驶和施工行为。
4.根据权利要求2所述的一种城市道路安全事件识别方法，其特征在于，对瑞利散射光时域信号进行快速傅里叶变换(fft)处理，具体如下：
5.根据权利要求4所述的一种城市道路安全事件识别方法，其特征在于，对滤波后的时域信号数据进行连续小波变换(cwt)时频域分析，具体如下：
6.根据权利要求5所述的一种城市道路安全事件识别方法，其特征在于，对滤波后的信号数据进行降噪处理，具体如下：
7.根据权利要求6所述的一种城市道路安全事件识别方法，其特征在于：对分解得到的小波系数进行阈值化处理，按照以下软阈值函数公式进行
8.一种城市道路安全事件识别系统，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的一种城市道路安全事件识别系统，其特征在于：所述获取模块为基于时间门控数字光频域反射仪(tgd-ofdr)的分布式光纤声传感系统。
10.一种终端设备，包括存储器、处理器及存储在存储器中并能够在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述存储器中存储有能够在处理器上运行的计算机程序，所述处理器加载并执行计算机程序时，采用了权利要求1至7中任一项所述的一种城市道路安全事件识别方法。
