(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210574302.4 (22)申请日 2022.05.25 (71)申请人 汕头大学 地址 515063 广东省汕头市大 学路汕头大 学 (72)发明人 徐春莺　梁瑞鑫　吴信捷　魏楚亮　 黄楷彬　 (74)专利代理 机构 广州嘉权专利商标事务所有 限公司 4 4205 专利代理师 刘力 (51)Int.Cl. G01K 11/32(2021.01) G01B 11/16(2006.01) G01B 11/02(2006.01) G01H 9/00(2006.01)G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种海底电缆 风险事件识别系统及方法 (57)摘要 本发明公开了一种海底电缆风险事件识别 系统及方法， 包括： 构建海底电缆的故障模拟实 验模型， 并进行海底电缆的风险事件的实验， 获 得海底电缆发生故障时的特征信息； 根据海底电 缆发生故障时的特征信息， 基于混合神经网络建 立海底电缆风险事件识别模型； 根据当前时刻的 海底电缆的特征信息， 通过海底电缆风险事件识 别模型判断当前时刻的海底电缆是否存在故障， 识别当前时刻海底电缆所发生的故障对应的风 险事件的类别， 生成海底电缆的故障分析报告。 本发明通过多个准分布式光栅光纤传感器对海 底电缆实时监测， 通过海底电缆风险事件识别模 型， 实现海底电缆的故障判断以及海底电缆的风 险事件的识别， 达 到海底电缆故障预警的效果。 权利要求书3页 说明书12页 附图7页 CN 115014571 A 2022.09.06 CN 115014571 A 1.一种海底电缆风险事件识别系统， 其特征在于， 包括： 故障模拟实验模型、 光纤传感 单元、 水声通讯机、 光 栅解调仪、 处 理单元、 重构单 元和风险事 件识别单 元； 所述故障模拟实验 模型用于模拟海底电缆发生故障时对应的风险事 件； 所述光纤传感单元沿海底电缆的轴向固定， 所述光纤传感单元用于感测海底电缆在发 生故障时的第一场信息和海底电缆在当前时刻的第二场信息， 所述场信息的类型为温度场 信息、 应变场信息、 振动场信息、 位移场信息； 所述水声通讯机放置在故障模拟 实验模型中并与 所述光纤解调仪连接， 所述光纤传感 单元通过水声通讯机将所述第一场信息或第二场信息以光纤数据的形式传输至光纤解调 仪； 所述光栅解调仪用于解调第 一场信息对应的光纤数据， 获得光纤传感单元的第 一反射 波波长及其变化 量； 所述处理单元用于根据第一反射波波长及其变化量获得海底电缆发生故障时的温度 特征信息、 振动特 征信息、 应 变特征信息； 所述重构单元用于通过重构算法对发生故障的海底电缆的形状进行重构， 获得海底电 缆发生故障时的位移特 征信息； 所述风险事件识别单元用于根据所述温度 特征信息、 振动特征信 息、 应变特征信 息、 位 移特征信息， 基于混合神经网络建立海底电缆 风险事件识别模型； 所述光栅解调仪还用于解调第 二场信息对应的光纤数据， 获得光纤传感单元的第 二反 射波波长及其变化 量； 所述处理单元用于根据第二反射波波长及其变化量获得当前时刻的海底电缆的当前 温度信息、 当前振动信息、 当前应 变信息； 所述重构单元用于通过重构算法对当前时刻的海底电缆的形状进行重构， 获得当前时 刻的海底电缆的当前位移信息； 所述风险事件识别单元还用于根据所述当前温度信息、 当前振动信 息、 当前应变信 息、 当前位移信息， 通过所述海底电缆风险事件识别模型判断当前时刻的海底电缆是否发生 故 障， 并识别海底电缆发生的故障对应的风险事 件的类别， 生成海底电缆的故障分析报告。 2.根据权利要求1所述的一种 海底电缆风险事件识别系统， 其特征在于， 所述光栅传感 单元包括形状记忆合金丝、 光纤光栅振动传感器、 光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传 感器， 所述光纤光栅振动传感器、 光纤光栅应变传感器和 光纤光栅温度传感器均为准分布 式光纤光栅传感器， 所述光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器均安装在形状记忆合 金丝上， 所述形状记忆合金丝和所述光纤光栅振动传感器沿着海底电缆的轴向搭载在 海底 电缆上。 3.根据权利要求1所述的一种 海底电缆风险事件识别系统， 其特征在于， 所述故障模拟 实验模型包括沙箱、 模型支架、 尼龙绳、 按键模块、 控制模块和驱动模块， 所述控制模块分别 与按键模块、 驱动模块连接； 所述模型支架为带有刻度 尺的尺度杆， 所述尺度杆的底部的零 点与海底电缆位于同一水平面； 所述模 型支架放置在沙箱中， 模型支架的一端与沙箱固定， 模型支架的另一端连接有定滑轮， 尼龙绳与定滑轮滑动连接， 尼龙绳的一端系有 船锚， 尼龙 绳的另一端与驱动模块连接； 所述沙箱用于模拟海底电缆在实 际使用时所处的环境， 沙箱内装有高岭土和海水， 所权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115014571 A 2述水声通讯机 置于海水中； 所述驱动模块包括： 驱动支架、 导轨滑块、 传送带和步进电机， 驱动支架位于模型支架 的底部， 所述传送带安装在驱动支架的两侧， 所述导轨滑块放置在传送带上， 所述导轨滑 块 与尼龙绳 远离船锚的一端连接， 所述步进电机用于驱动传送带沿水平方向传动进而驱动所 述导轨滑块沿水平方向运动； 所述控制模块用于检测按键模块被按下的情况， 并根据按键模块被按下的情况输出第 一控制信号或第二控制信号至驱动模块； 所述驱动模块用于根据第一控制 信号控制导轨滑 块沿水平方向 向左运动、 根据第二控制信号控制导轨滑块沿水平方向 向右运动； 所述按键模块包括启动键、 暂停键、 左移键和右移键， 所述启动键用于启动步进电机， 所述暂停键用于关闭步进电机， 所述左移键用于控制步进电机正转， 所述右移键用于控制 步进电机反转。 4.一种海底电缆风险事件识别方法， 应用于权利要求1 ‑3任一项所述的一种海底电缆 风险事件识别系统， 其特 征在于， 该 方法包括以下步骤： S100、 构建海底电缆的故障模拟实验模型， 并进行海底电缆的风险事件的实验， 获得海 底电缆发生故障时的特 征信息； 其中， 所述海底电缆发生故障时的特征信息包括： 温度特征信息、 振动特征信息、 应变 特征信息、 位移特 征信息； S200、 根据海底电缆发生故障时的特征信息， 基于混合神经网络建立海底电缆风险事 件识别模型； S300、 根据当前时刻的海底电缆的特征信息， 通过海底电缆风 险事件识别模型判断当 前时刻的海底电缆是否存在故障， 识别当前时刻 海底电缆所发生的故障对应的风险事件的 类别， 生成海底电缆的故障分析报告， 根据风险事 件的类别发出 预警； 其中， 所述当前时刻的海底电缆的特征信息包括： 当前温度信息、 当前振动信息、 当前 应变信息、 当前位移信息 。 5.根据权利要求4所述的一种海底电缆风险事件识别方法， 其特征在于， 所述S100具体 为： S110、 根据实际情况中海底电缆所处的环境， 按一定的缩尺比构建故障模拟实验 模型； S120、 在海底电缆上沿线搭载光纤传感单元， 将海底电缆放置在模型支架的下面， 调 节 模型支架， 保证模型支 架的底部的零 点与海底电缆处于同一平面； S130、 分别进行海底电缆的锚砸事件、 挂钩事件、 洋流事件 的模拟实验， 获得海底电缆 发生故障时的特 征信息。 6.根据权利要求5所述的一种 海底电缆风险事件识别方法， 其特征在于， 所述获得海底 电缆发生故障时的特 征信息， 还 包括以下步骤： S131、 通过光纤传感单元感测处在不同风险事件中的海底电缆的场信息， 海底电缆的 场信息以光纤数据的形式通过 水声通讯机传输 至光栅解调仪； S132、 通过光 栅解调仪解调光纤数据， 获得光纤传感单 元的反射波 波长变化 量； S133、 根据所述反射波波长变化量， 计算所述温度特征信息、 应变特征信息、 振动特征 信息； 其中， 所述温度特 征信息满足以下公式：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115014571 A 3