本發(fā)明涉及光纜壽命預(yù)測(cè)，更具體地，涉及一種基于光纖損耗值的架空電力光纜壽命預(yù)測(cè)方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、架空電力光纜是一種集地線與通訊功能為一體的復(fù)合架空地線，比如最常用的opgw光纜(optical?fiber?composite?overhead?ground?wire，光纖復(fù)合架空地線)，其兼具地線與通信雙重功能，現(xiàn)被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中。目前，國(guó)內(nèi)部分老舊通信線路已達(dá)到或超過(guò)光纜的預(yù)期壽命，運(yùn)營(yíng)商、電力行網(wǎng)等客戶開(kāi)始著眼對(duì)這些光纜線路進(jìn)行可靠性及壽命的評(píng)估，老舊線路的延壽或更替已逐漸成為國(guó)內(nèi)外客戶關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。

2、光纜本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包含的組件多，每個(gè)組成部分都有自己的壽命。光纜中光纖的固有損耗值以及熔接點(diǎn)損耗值均會(huì)隨使用年限增加而增大。一般認(rèn)為，對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)當(dāng)光纜的傳輸特性指標(biāo)已經(jīng)達(dá)不到傳輸通信業(yè)務(wù)所要求的標(biāo)準(zhǔn)，或者當(dāng)光纜線路的維護(hù)成本已經(jīng)大于其承載業(yè)務(wù)所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，即認(rèn)為此條光纜線路達(dá)到了壽命年限。本項(xiàng)目聚焦于更一般化的光纖預(yù)測(cè)，當(dāng)光纖的損耗值增大到一定程度，即認(rèn)為光纜也達(dá)到其使用壽命。因此，需要預(yù)測(cè)光纖的未來(lái)狀態(tài)變化從而預(yù)測(cè)其使用壽命，目前，通常利用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)得到光纖未來(lái)一段時(shí)間損耗值的變化，以反映其未來(lái)狀態(tài)的變化。預(yù)測(cè)光纖的壽命有利于更換架空電力光纜的計(jì)劃展開(kāi)，以及對(duì)使用壽命不多的光纖即時(shí)發(fā)現(xiàn)，從而為實(shí)行解決措施留有充足的時(shí)間余地，對(duì)光纖鏈路的穩(wěn)定更是具有重大意義。

3、現(xiàn)有技術(shù)中已有預(yù)測(cè)架空電力光纜壽命的方法，例如現(xiàn)有的專利文件中公開(kāi)了一種opgw光纜壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng)，該方案通過(guò)先計(jì)算獲得架空電力光纜的熱應(yīng)力和動(dòng)彎應(yīng)力的分布情況，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更精確的計(jì)算架空電力光纜的疲勞壽命；然而該方案只考慮了熱應(yīng)力和動(dòng)彎應(yīng)力對(duì)架空電力光纜壽命的影響，不便于從復(fù)雜數(shù)據(jù)中找到規(guī)律進(jìn)行驗(yàn)證，且數(shù)據(jù)不易得；以上的缺點(diǎn)造成了已有的預(yù)測(cè)方法預(yù)測(cè)精度不夠高且不適用于復(fù)雜數(shù)據(jù)的場(chǎng)景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)對(duì)架空電力光纜壽命預(yù)測(cè)的精度不高，且不適用于復(fù)雜數(shù)據(jù)場(chǎng)景的缺陷，提供一種基于光纖損耗值的架空電力光纜壽命預(yù)測(cè)方法和系統(tǒng)，綜合考慮了光纖損耗值中的固有損耗值和熔接點(diǎn)損耗值對(duì)架空電力光纜壽命的影響，實(shí)現(xiàn)了更精確的架空電力光纜中光纖的預(yù)計(jì)使用壽命計(jì)算。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種基于光纖損耗值的架空電力光纜壽命預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：

4、s1：分別采集架空電力光纜中光纖的固有損耗值和熔接點(diǎn)損耗值隨時(shí)間變化的歷史數(shù)據(jù)，分別構(gòu)建固有損耗值歷史數(shù)據(jù)集和熔接點(diǎn)損耗值歷史數(shù)據(jù)集，并分別進(jìn)行預(yù)處理；

5、s2：基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法構(gòu)建光纜壽命預(yù)測(cè)初始模型；

6、s3：分別利用預(yù)處理后的固有損耗值歷史數(shù)據(jù)集和熔接點(diǎn)損耗值歷史數(shù)據(jù)集訓(xùn)練所述光纜壽命預(yù)測(cè)初始模型，獲取第一壽命預(yù)測(cè)模型和第二壽命預(yù)測(cè)模型；

7、s4：實(shí)時(shí)采集架空電力光纜中光纖的固有損耗值和熔接點(diǎn)損耗值，并分別輸入第一壽命預(yù)測(cè)模型和第二壽命預(yù)測(cè)模型中進(jìn)行預(yù)測(cè)，獲取第一壽命和第二壽命；

8、將所述第一壽命和第二壽命中的較小值作為所述架空電力光纜的壽命預(yù)測(cè)結(jié)果。

9、優(yōu)選地，所述步驟s1中，采集固有損耗值隨時(shí)間變化的歷史數(shù)據(jù)包括：

10、獲取光纖出廠時(shí)的初始固有損耗值、歷史使用時(shí)間和到達(dá)最大使用壽命時(shí)的最終固有損耗值，并計(jì)算光纖在歷史使用時(shí)間內(nèi)的固有損耗值平均變化速率γ1，具體為：

11、

12、其中，t為歷史使用時(shí)間；α1為最終固有損耗值；α0為初始固有損耗值；

13、根據(jù)所述固有損耗值平均變化速率γ1，對(duì)所述光纖在歷史使用時(shí)間內(nèi)固有損耗值隨時(shí)間的變化關(guān)系進(jìn)行線性擬合，將所述擬合結(jié)果作為所述固有損耗值隨時(shí)間變化的歷史數(shù)據(jù)。

14、優(yōu)選地，所述步驟s1中，采集熔接點(diǎn)損耗值隨時(shí)間變化的歷史數(shù)據(jù)包括：

15、獲取架空電力光纜光纖鏈路中的熔接點(diǎn)數(shù)量，以及每個(gè)熔接點(diǎn)的初始熔接點(diǎn)損耗值、歷史使用時(shí)間和到達(dá)最大使用壽命時(shí)的最終熔接點(diǎn)損耗值，并計(jì)算每個(gè)熔接點(diǎn)在歷史使用時(shí)間內(nèi)的熔接點(diǎn)損耗值的平均變化速率γ2，具體為：

16、

17、其中，t為歷史使用時(shí)間；α1為最終熔接點(diǎn)損耗值；α′0為初始熔接點(diǎn)損耗值；

18、根據(jù)每個(gè)熔接點(diǎn)的熔接點(diǎn)損耗值平均變化速率γ2，對(duì)所述光纖在歷史使用時(shí)間內(nèi)，每個(gè)熔接點(diǎn)的熔接點(diǎn)損耗值隨時(shí)間的變化關(guān)系進(jìn)行線性擬合，將所有擬合結(jié)果和熔接點(diǎn)數(shù)量作為所述熔接點(diǎn)損耗值隨時(shí)間變化的歷史數(shù)據(jù)。

19、優(yōu)選地，所述步驟s1中，固有損耗值歷史數(shù)據(jù)集和熔接點(diǎn)損耗值歷史數(shù)據(jù)集中分別還包括：架空電力光纜的光纖類型、光纖所處地區(qū)、光纜類型和工作環(huán)境信息。

20、優(yōu)選地，所述步驟s1中，預(yù)處理包括：

21、分別對(duì)固有損耗值歷史數(shù)據(jù)集和熔接點(diǎn)損耗值歷史數(shù)據(jù)集進(jìn)行數(shù)據(jù)分類、異常值剔除，以及劃分訓(xùn)練集、驗(yàn)證集和測(cè)試集，完成預(yù)處理。

22、優(yōu)選地，所述步驟s2中，光纜壽命預(yù)測(cè)初始模型具體為lstm長(zhǎng)短期記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

23、優(yōu)選地，所述步驟s4中，第一壽命為光纖的固有損耗值增大到預(yù)設(shè)的第一損耗閾值所需的時(shí)間；

24、所述第二壽命為光纖的熔接點(diǎn)損耗值增大到預(yù)設(shè)的第二損耗閾值所需的時(shí)間。

25、優(yōu)選地，所述步驟s4還包括：

26、實(shí)時(shí)采集架空電力光纜中光纖的固有損耗值和熔接點(diǎn)損耗值，判斷所述固有損耗值和熔接點(diǎn)損耗值是否分別小于預(yù)設(shè)的第一損耗閾值和第二損耗閾值，若是，則分別利用第一壽命預(yù)測(cè)模型和第二壽命預(yù)測(cè)模型獲取第一壽命和第二壽命，將所述第一壽命和第二壽命中的較小值作為所述架空電力光纜的壽命預(yù)測(cè)結(jié)果；

27、否則，所述架空電力光纜到達(dá)最大使用壽命。

28、優(yōu)選地，當(dāng)所述實(shí)時(shí)采集的固有損耗值大于等于第一損耗閾值時(shí)，更換整個(gè)所述架空電力光纜；

29、當(dāng)所述實(shí)時(shí)采集的熔接點(diǎn)損耗值大于等于第二損耗閾值時(shí)，更換熔接點(diǎn)損耗值大于等于第二損耗閾值的熔接點(diǎn)處的連接頭。

30、本發(fā)明還提供一種基于光纖損耗值的架空電力光纜壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng)，應(yīng)用上述的基于光纖損耗值的架空電力光纜壽命預(yù)測(cè)方法，包括：

31、數(shù)據(jù)預(yù)處理單元：用于分別采集架空電力光纜中光纖的固有損耗值和熔接點(diǎn)損耗值隨時(shí)間變化的歷史數(shù)據(jù)，分別構(gòu)建固有損耗值歷史數(shù)據(jù)集和熔接點(diǎn)損耗值歷史數(shù)據(jù)集，并分別進(jìn)行預(yù)處理；

32、模型構(gòu)建單元：用于基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法構(gòu)建光纜壽命預(yù)測(cè)初始模型；

33、模型訓(xùn)練單元：用于分別利用預(yù)處理后的固有損耗值歷史數(shù)據(jù)集和熔接點(diǎn)損耗值歷史數(shù)據(jù)集訓(xùn)練所述光纜壽命預(yù)測(cè)初始模型，獲取第一壽命預(yù)測(cè)模型和第二壽命預(yù)測(cè)模型；

34、光纜壽命預(yù)測(cè)單元：用于實(shí)時(shí)采集架空電力光纜中光纖的固有損耗值和熔接點(diǎn)損耗值，并分別輸入第一壽命預(yù)測(cè)模型和第二壽命預(yù)測(cè)模型中進(jìn)行預(yù)測(cè)，獲取第一壽命和第二壽命；

35、將所述第一壽命和第二壽命中的較小值作為所述架空電力光纜的壽命預(yù)測(cè)結(jié)果。

36、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：

37、本發(fā)明提供一種基于光纖損耗值的架空電力光纜壽命預(yù)測(cè)方法和系統(tǒng)，首先分別采集架空電力光纜中光纖的固有損耗值和熔接點(diǎn)損耗值隨時(shí)間變化的歷史數(shù)據(jù)，分別構(gòu)建固有損耗值歷史數(shù)據(jù)集和熔接點(diǎn)損耗值歷史數(shù)據(jù)集，并分別進(jìn)行預(yù)處理；接著基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法構(gòu)建光纜壽命預(yù)測(cè)初始模型；隨后分別利用預(yù)處理后的固有損耗值歷史數(shù)據(jù)集和熔接點(diǎn)損耗值歷史數(shù)據(jù)集訓(xùn)練光纜壽命預(yù)測(cè)初始模型，獲取第一壽命預(yù)測(cè)模型和第二壽命預(yù)測(cè)模型；最后實(shí)時(shí)采集架空電力光纜中光纖的固有損耗值和熔接點(diǎn)損耗值，并分別輸入第一壽命預(yù)測(cè)模型和第二壽命預(yù)測(cè)模型中進(jìn)行預(yù)測(cè)，獲取第一壽命和第二壽命；將第一壽命和第二壽命中的較小值作為架空電力光纜的壽命預(yù)測(cè)結(jié)果；

38、本發(fā)明綜合考慮了光纖損耗值中的固有損耗值和熔接點(diǎn)損耗值對(duì)架空電力光纜壽命的影響，同時(shí)結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)光纜的壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)了更精確的架空電力光纜中光纖的預(yù)計(jì)使用壽命計(jì)算。