[发明专利]一种利用通信光缆监测地质状况的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用通信光缆监测光缆铺设地区地质状况的方法，属于光电监控、地质监测领域。

背景技术

千百年来，难以预期的地震、火山、泥石流和滑坡等地质灾害造成不可计数的人员伤亡和财产损失。如果有一种系统，能简单、经济地遍布在天南地北各种需要警戒的地域，具有迅速“把握”准地壳运动“脉搏”的感应功能，并能及时地将威胁性大灾信息传输到各个可能受威胁的城镇，抢在山崩地裂几十秒前发出警报，或许灾区的人们就有时间逃往避难所，燃气和电力公司就能采取应急保护措施，疾速行驶的列车也能立即刹车、保全旅客生命。

就地震而言，目前世界上已开发出的地震预警系统所用的技术都是基于地震波的横波和纵波的时间差。地震波分为横波和纵波，其中横波是造成灾害的主要原因，但在地壳中传播速度较慢，约4km/s；纵波传播方向与地震振动方向一致，在地壳中传播较快，约7km/s，当它到达地面时物体会上下颠簸。所以可以在破坏力大的横波到来前几秒至几十秒推测出震源、震级和烈度，并通过数据传输介质传递到可能受到影响的地区，让这些地区的重要设施及人群密集区提前十几秒能够做出应急措施。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用目前广泛使用的通信光缆，可对光缆铺设区域地质状况进行实时监控的方法，通过光缆所受的振动信息来判定地质灾害的种类，并利用地震波传输速度与光波传输速度的差异来实现地震地质灾害预警功能。

本发明的技术内容是：一种利用通信光缆监测地质状况的方法，它通过通信光缆的振动信息来判定该光缆铺设地区的地质状况，其步骤如下：

a.在监测地区铺设一条通信光缆，作为监测信号通道；可利用已经铺设好、有1信道预留的老线路，也可采用新设计的光缆线路；

b.在所述通信光缆的一端设置光反馈装置，其功能是调整光路偏振态，反射入射光信号，使光缆振动信息提取装置能完成对同一振动信号两次不同时刻的提取；

c.在所述通信光缆的另一端设置光缆振动信息提取装置，其功能是产生检测激光信号，经过耦合器分光，形成两路光信号，分别通过所述通信光缆的同一信道，再经光反馈装置反射回馈，产生稳定的干涉条纹，经探测器光电转换后，得到两路干涉信号；

d.设置光缆振动信息处理平台，其功能是将两路干涉信号还原为外界振动信号，并对振动信号进行分析，判定是地震还是局部环境扰动，并发布地质状况报告。

所述光缆振动信息处理平台监测分析地质状况的算法如下：

a.定时读取两路干涉信号，并将该信号还原为外界振动信号；

b.判定外界振动信号是否存在异常振动，若无异常振动，则返回继续读取下一时段两路干涉信号；

c.若存在异常振动，则对振动信号进行频谱分析；

d.判定振动信号的频谱是否存在缺损点，若无频谱缺损点，则判定为地震扰动，并发布地质状况报告；

e.若存在频谱缺损点，则对各阶频谱缺损点的谷深信息进行测量；

f.判定频谱缺损点是否明显，若明显，则判定为单点扰动，并发布地质状况报告，可通过各阶频谱缺损点的谷深是否有超过设定的谷深域值且这些频率缺损点是否呈奇次倍频关系来判定频谱缺损点是否明显；

g.若频谱缺损点不明显，则判定为多点扰动，并发布地质状况报告。

本发明利用了近20年来迅速发展的光纤通讯网络，构建传感、传输合一的地质状况监控信息网，已经铺设的光缆就是地质状况监测传感器，大幅度拓展了监测区域范围；同时，在现有的通讯网络上，无需增加任何专用传感器件，不影响通讯功能。且具有以下特点：

1、监测范围广、投资小、利用率高。

2、报警信息传输速度极高，事实上，采用光缆网络构建的地质状况监测系统，其信息传递时间为光速，而具有危害性的地震横波传播速度仅为4km/s。这样巨大的速度差，能为更多生命财产的保全争取宝贵的时间。

3、监测区域与保护对象有着相关的密切联系。网络布设必然是有人活动的地域，布设密度也与人口密度大致成比例关系。换言之，越是需要保护的高危区域，这种传感网络密度越高，灵敏度、可靠性也越高。

4、突出的全系统抗毁损性。光纤光缆通讯网络分布稠密，并广泛应用现代可靠的环网路由技术，确保即便有个别区域在强震和强灾时发生断裂、破坏，也依然能经由网络将报警信息有效传递出来。

5、进一步开发出系统衍生功能，还可利用该系统实现对现有光缆网络安全性的实时监控，对各种威胁网络输运介质安全的盗窃、窃听、破坏活动进行预警。