基于布里渊散射的管道内液体涌动监测预警方法及系统
技术领域
本发明涉及地下管道监测技术领域，尤其涉及一种基于布里渊散射的管道内液体涌动监测预警方法及系统。
背景技术
随着技术的发展成熟，地下管道运输已逐渐成为重要的运输方式，目前城市的自来水天然气；国家的西气东输还有原油运输等，大部分都是通过地下管道的运输方式来进行运输；采用地下管道的运输方式具有占地少、损耗小、成本低、运输量大、快捷等优点；但是因为管道深埋地下，无法实时的监测管道运输状况，导致管道运输容易出现故障；并且现有的对地下管道的监控主要靠人工巡逻或者发生故障之后进行抢修，往往需要耗费大量的人力物力，且无法实现信息化的监控，提前发现安全隐患，及时处理，降低维护成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于布里渊散射的管道内液体涌动监测预警方法及系统，可以快速准确的监测管道内的液体涌动情况，并发布相应的预警。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于布里渊散射的管道内液体涌动监测预警方法，所述方法包括：
基于管道上每一分段的第一采集设备和第二采集设备分别采集设置在管道上的第一光纤的第一散射光信号和第二光纤的第二散射光信号，所述第一光纤设置在所述管道的内壁，所述第二光纤设置在所述管道的外壁；
将获得的第一散射光信号和第二散射光信号按采集时间以及采集设备的ID进行标记并封装至无线发射设备内存中；
所述无线发射设备基于无线传感技术将封装至在内存中的封装数据发送至云端服务器；
所述云端服务器将接收到的封装数据进行解封，分别获得第一散射光信号和第二散射光信号；
将第一散射光信号输入受激布里渊模型中进行分析，获得第一分析结果，以及将第二散射光信号输入布里渊温度模型中进行分析，获得第二分析结果；
基于第一分析结果和第二分析结果获得管道内液体涌动等级，并基于管道内液体涌动等级生成可视化预警指令发送至管理终端。
可选的，所述基于管道上每一分段的第一采集设备和第二采集设备分别采集设置在管道上的第一光纤的第一散射光信号和第二光纤的第二散射光信号，包括：
所述管道上每一分段上均分别设有第一采集设备和第二采集设备，所述第一采集设备用于采集第一光纤的第一原始散射光信号，所述第二采集设备用于采集第二光纤的第二原始散射光信号；
所述第一采集设备对采集到的第一原始散射光信号进行滤波处理，获得第一散射光信号，以及，所述第二采集设备对采集到的第二原始散射光信号进行滤波处理，获得第二散射光信号。
可选的，所述将获得的第一散射光信号和第二散射光信号按采集时间以及采集设备的ID进行标记并封装至无线发射设备内存中，包括：
将所述第一散射光信号、第一散射光信号采集时间、第一采集设备的唯一ID、第二散射光信号、第二散射光信号采集时间以及第二采集设备的唯一ID按照链式结构在存储器中进行存储，形成链式结构数据；
基于数据压缩软件将所述链式结构数据进行压缩封装处理，获得封装后的数据；
将所述封装后的数据写入所述无线发射设备的内存中。
可选的，所述将第一散射光信号输入受激布里渊模型中进行分析，获得第一分析结果，包括：
获得第一散射光信号的第一散射光信号采集时间、第一采集设备的唯一ID、第一散射光信号对应的斯托克斯光；
基于所述第一散射光信号采集时间和第一采集设备的唯一ID获得对应时间段的第一光纤入射光强；
将所述第一散射光信号对应的斯托克斯光和第一光纤入射光强导入所述受激布里渊散射模型中进行分析，获得第一分析结果。
可选的，所述将第二散射光信号输入布里渊温度模型中进行分析，获得第二分析结果，包括：
基于所述第二散射光信号获得第二散射光信号对应的布里渊散射频移、光纤的轴向应变；
将所述第二散射光信号对应的布里渊散射频移、光纤的轴向应变输入布里渊温度模型中进行分析，获得第二分析结果。
可选的，所述布里渊温度模型的公式如下：
ε＝Cε(vB-vB0)+ε0；
T＝CT(vB-vB0)+T0；
其中，ε表示第二光纤的应变；T表示温度；Cε表示布里渊频移一应变系数，Cε＝4.93MHz/100με；CT表示布里渊频移一温度系数，CT＝1.01MHz/℃；vB表示第二光纤的布里渊频移；vB0表示第二光纤初始状态的布里渊频移量；T0表示第二光纤初始状态下的温度；ε0表示第二光纤初始状态的应变。
可选的，所述基于第一分析结果和第二分析结果获得管道内液体涌动等级，包括：
基于所述第一分析结果中的第一散射光信号与入射光强产生的频率漂移获得管道内的光纤震动状况；
基于所述第二分析结果获得第二光纤的应变和温度；
结合所述管道内的第一光纤震动状况和第二光纤的应变和温度生成管道内液体涌动等级。
可选的，所述结合所述管道内的第一光纤震动状况和第二光纤的应变和温度生成管道内液体涌动等级，包括：
基于预设第一光纤震动等级及第二光纤的应变和温度等级结合所述管道内的第一光纤震动状况和第二光纤的应变和温度生成管道内液体涌动等级。
可选的，所述基于管道内液体涌动等级生成可视化预警指令发送至管理终端，包括：
基于管道内液体涌动等级生成对应的预警指令；
基于采集设备的ID获得发生管道内液体涌动等级的位置信息；
基于所述预警指令和发生管道内液体涌动等级的位置信息生成可视化预警地图，并推送至对应管理终端进行预警。
另外，本发明实施例还提供了一种基于布里渊散射的管道内液体涌动监测预警系统，所述系统包括：
信号采集模块：用于基于管道上每一分段的第一采集设备和第二采集设备分别采集设置在管道上的第一光纤的第一散射光信号和第二光纤的第二散射光信号，所述第一光纤设置在所述管道的内壁，所述第二光纤设置在所述管道的外壁；
数据封装模块：用于将获得的第一散射光信号和第二散射光信号按采集时间以及采集设备的ID进行标记并封装至无线发射设备内存中；
数据传输模块：用于所述无线发射设备基于无线传感技术将封装至在内存中的封装数据发送至云端服务器；
数据解封模块：用于所述云端服务器将接收到的封装数据进行解封，分别获得第一散射光信号和第二散射光信号；
数据分析模块：用于将第一散射光信号输入受激布里渊模型中进行分析，获得第一分析结果，以及将第二散射光信号输入布里渊温度模型中进行分析，获得第二分析结果；
预警推送模块：用于基于第一分析结果和第二分析结果获得管道内液体涌动等级，并基于管道内液体涌动等级生成可视化预警指令发送至管理终端。
在本发明实施例中，通过在管道内部与外部分别设置光纤，利用布里渊散射的方式进行监测预警，可以快速准确的监测管道内的液体涌动情况，并发布相应的预警；并且实现了信息化的监控，提前发现安全隐患，及时处理，降低维护成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例中的基于布里渊散射的管道内液体涌动监测预警方法的流程示意图；
图2是本发明实施例中的基于布里渊散射的管道内液体涌动监测预警系统的结构组成示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
请参阅图1，图1是本发明实施例中的基于布里渊散射的管道内液体涌动监测预警方法的流程示意图。
如图1所示，一种基于布里渊散射的管道内液体涌动监测预警方法，所述方法包括：
S11基于管道上每一分段的第一采集设备和第二采集设备分别采集设置在管道上的第一光纤的第一散射光信号和第二光纤的第二散射光信号，所述第一光纤设置在所述管道的内壁，所述第二光纤设置在所述管道的外壁；
在本发明具体实施过程中，所述基于管道上每一分段的第一采集设备和第二采集设备分别采集设置在管道上的第一光纤的第一散射光信号和第二光纤的第二散射光信号，包括：所述管道上每一分段上均分别设有第一采集设备和第二采集设备，所述第一采集设备用于采集第一光纤的第一原始散射光信号，所述第二采集设备用于采集第二光纤的第二原始散射光信号；所述第一采集设备对采集到的第一原始散射光信号进行滤波处理，获得第一散射光信号，以及，所述第二采集设备对采集到的第二原始散射光信号进行滤波处理，获得第二散射光信号。
具体的，该管道用于输送液体的管道，且深埋在底下，可以为自来水管道或者原油输送管道等，其中在管道内壁上设置有光纤，在管道外壁也对应设置有光纤，且设置在内壁和外壁上的光纤可以多芯光纤或者单芯光纤，最好为多芯光纤；并且在管道上每一个分段上均设置有两个采集设备，一个用于采集管道内壁的光纤的散射光信号，一个用于采集管道外壁的光纤的散射光信号；并且在采集设备采集到原始散射光信号之后，需要将该原始散射光信号通过采集设备内的频谱仪进行滤波，从而获得最终的散射光信号；采集设备通过耦合器连接在管道内壁或者外壁的光纤上；并且这两个采集设备均设置在管道的外侧。
S12：将获得的第一散射光信号和第二散射光信号按采集时间以及采集设备的ID进行标记并封装至无线发射设备内存中；
在本发明具体实施过程中，所述将获得的第一散射光信号和第二散射光信号按采集时间以及采集设备的ID进行标记并封装至无线发射设备内存中，包括：将所述第一散射光信号、第一散射光信号采集时间、第一采集设备的唯一ID、第二散射光信号、第二散射光信号采集时间以及第二采集设备的唯一ID按照链式结构在存储器中进行存储，形成链式结构数据；基于数据压缩软件将所述链式结构数据进行压缩封装处理，获得封装后的数据；将所述封装后的数据写入所述无线发射设备的内存中。
具体的，在采集设备每次采集到散射光信号之后，均会生成一个采集该散射光信号的时间，并且通过访问该采集设备的物理层从而获得该采集设备的ID；然后按照是管道内壁的第一散射光信号或者管道外壁的第二散射光信号来进行存储，具体的存储是将散射光信号、采集该散射光信号的时间和采集设备的唯一ID按照链式结构在存储器中进行存储，形成链式结构数据；其中第一散射光信号和第二散射光信号分别形成按照链式结构在存储器中进行存储，分别形成链式结构数据；然后通过数据压缩软件在两个链式结构数据一起进行压缩封装处理，获得封装后的数据；最后将封装后的数据写入无线发射设备的内存中。
S13：所述无线发射设备基于无线传感技术将封装至在内存中的封装数据发送至云端服务器；
在本发明具体实施过程中，无线发射设备可以为WiFi设备、GPRS设备；无线网关将封装后的数据按照预先设置的UDP打包时间阈值或者串口数据帧阈值进行UDP打包，并依照以太网数据帧封装过程形成以太网数据流；无线网关将封装好的数据以太网数据流发送至WiFi设备或GPRS模块上，由WiFi设备或GPRS模块将以太网数据流发送至远程服务器上。
S14：所述云端服务器将接收到的封装数据进行解封，分别获得第一散射光信号和第二散射光信号；
在本发明具体实施过程中，该云端服务器在接收到封装后的数据之后，对该封装后的数据进行解析，从而获得第一散射光信号和第二散射光信号，以及对应的第一散射光信号采集时间、第一采集设备的唯一ID，对应的第二散射光信号采集时间以及第二采集设备的唯一ID。
S15：将第一散射光信号输入受激布里渊模型中进行分析，获得第一分析结果，以及将第二散射光信号输入布里渊温度模型中进行分析，获得第二分析结果；
在本发明具体实施过程中，所述将第一散射光信号输入受激布里渊模型中进行分析，获得第一分析结果，包括：获得第一散射光信号的第一散射光信号采集时间、第一采集设备的唯一ID、第一散射光信号对应的斯托克斯光；基于所述第一散射光信号采集时间和第一采集设备的唯一ID获得对应时间段的第一光纤入射光强；将所述第一散射光信号对应的斯托克斯光和第一光纤入射光强导入所述受激布里渊散射模型中进行分析，获得第一分析结果。
进一步的，所述将第二散射光信号输入布里渊温度模型中进行分析，获得第二分析结果，包括：
基于所述第二散射光信号获得第二散射光信号对应的布里渊散射频移、光纤的轴向应变；将所述第二散射光信号对应的布里渊散射频移、光纤的轴向应变输入布里渊温度模型中进行分析，获得第二分析结果。
进一步的，所述布里渊温度模型的公式如下：
ε＝Cε(vB-vB0)+ε0；
T＝CT(vB-vB0)+T0；
其中，ε表示第二光纤的应变；T表示温度；Cε表示布里渊频移一应变系数，Cε＝4.93MHz/100με；CT表示布里渊频移一温度系数，CT＝1.01MHz/℃；vB表示第二光纤的布里渊频移；vB0表示第二光纤初始状态的布里渊频移量；T0表示第二光纤初始状态下的温度；ε0表示第二光纤初始状态的应变。
具体的，该云端服务器根据第一散射光信号、采集该第一散射光信号的时间和对应采集设备的唯一ID，从而获得在该时间段的对应时间段的光纤入射光强；以及该云端服务器根据第一散射光信号提取散射光信号中的斯托克斯光，最终将光纤入射光强和散射光信号中的斯托克斯光导入该受激布里渊散射模型中进行分析，获得分析结果。
散射的产生本质上都是介质密度(折射率)的抖动引起的，即光纤发送抖动引起的，在自发布里渊散射中，介质密度的调制式有热激发的声波引起的，然而如果这种声波有强光场作用引起的，那么得到的见识受激布里渊散射，因此，受激布里渊散射模型如下：
当光纤入射光强足够大时，光纤入射光强会和反射传输的斯托克斯光发生干涉，光强的调制通过电致伸缩产生声波，引起材料截止密度的周期性调制，进而通过弹光效应使对应的材料折射率发生周期性变换，形成运动光栅，该折射率光栅通过布拉格衍射产生散射光，由于运动光栅产生的多普勒效应，使散射光跟光纤入射光强相比出现频率漂移；给出光纤入射光强和斯托克斯光的场分布函数如下：
Ep(z,t)＝Ap(z,t)exp[i(kpz-ωpt)]+c.c.；(1)
Es(z,t)＝As(z,t)exp[i(-ksz-ωst)]+c.c.；(2)
其中，Ep(z,t)和Es(z,t)分别表示光纤入射光强和斯托克斯光的分布函数；Ap(z,t)和As(z,t)分别表示光纤入射光强和斯托克斯光的振幅；kp和ks分别表示各自的波矢；ωp和ωs分别表示各自的角频率；c.c表示复共轭项。
因此，与声波相关的材料介质密度的分别由下式表示：
其中，ρ0表示材料密度的平均值，而q和Ω分别表示声波的波矢和角频率；且有q＝2kp；Ω＝ωp-ωs。
则材料的密度分布满足声波方程，则有：
其中，Vα表示介质中声子的速率，上式等号右边表示的是单位体积内作用力的散度；则有：
将(3)和(5)式代入(4)式中，假设声子的振幅在空间和时间上都是缓慢变化的，那么这有：
其中，ΓB表示布里渊线宽，且有ΓB＝q2Γ，其倒数即为声子寿命
通过合理近似，上式(6)可以简化，即有声波的振幅为：
另一方面，光场的空间演化可以由波动方程描述，则有：
其中，P是非线性极化项，如下：
若忽略光纤入射光强和斯托克斯光的频率差，则有ω＝ωp＝ωs；即α＝αp＝αs；光纤入射光强、斯托克斯光和声波振幅不随时间变化，受激布里渊散射过程稳定，那么由(8)式可得：
由上式可以得到受激布里渊散射的增益与光纤入射光强、斯托克斯光相关，设I(z)＝2nε0c|E(z)|2，那么可以用耦合波方程描述，则有：
其中，Ip和Is分别表示光纤入射光强、斯托克斯光的光强，g(Ω)表示布里渊增益函数；光纤入射光强在光纤中呈现衰减，即Ip(z)＝Ip(0)e-αz；Ip(0)是光纤入口(z＝0)出的光纤入射光强度代入(12)和(13)中，即可有斯托克斯光的光强为：
其中，Is(L)是斯托克斯光在光纤入口(z＝L)处的光强，式中第二个指数内表示的是斯托克斯光到z距离处总的作用长度，则有：
布里渊温度模型的公式如下：
ε＝Cε(vB-vB0)+ε0；
T＝CT(vB-vB0)+T0；
其中，ε表示第二光纤的应变；T表示温度；Cε表示布里渊频移一应变系数，Cε＝4.93MHz/100με；CT表示布里渊频移一温度系数，CT＝1.01MHz/℃；vB表示第二光纤的布里渊频移；vB0表示第二光纤初始状态的布里渊频移量；T0表示第二光纤初始状态下的温度；ε0表示第二光纤初始状态的应变。
S16：基于第一分析结果和第二分析结果获得管道内液体涌动等级，并基于管道内液体涌动等级生成可视化预警指令发送至管理终端。
在本发明具体实施过程中，所述基于第一分析结果和第二分析结果获得管道内液体涌动等级，包括：基于所述第一分析结果中的第一散射光信号与入射光强产生的频率漂移获得管道内的光纤震动状况；基于所述第二分析结果获得第二光纤的应变和温度；结合所述管道内的第一光纤震动状况和第二光纤的应变和温度生成管道内液体涌动等级。
进一步的，所述结合所述管道内的第一光纤震动状况和第二光纤的应变和温度生成管道内液体涌动等级，包括：基于预设第一光纤震动等级及第二光纤的应变和温度等级结合所述管道内的第一光纤震动状况和第二光纤的应变和温度生成管道内液体涌动等级。
进一步的，所述基于管道内液体涌动等级生成可视化预警指令发送至管理终端，包括：基于管道内液体涌动等级生成对应的预警指令；基于采集设备的ID获得发生管道内液体涌动等级的位置信息；基于所述预警指令和发生管道内液体涌动等级的位置信息生成可视化预警地图，并推送至对应管理终端进行预警。
具体的，在获得第一分析结果和第二分析结果之后，根据第一分析结果中的第一散射光信号与入射光强产生的频率漂移获得管道内的光纤震动状况，并且根据第二分析结果获得第二光纤的应变和温度；然后结合管道内的第一光纤震动状况和第二光纤的应变和温度生成管道内液体涌动等级；并且是根据预设第一光纤震动等级及第二光纤的应变和温度等级结合管道内的第一光纤震动状况和第二光纤的应变和温度生成管道内液体涌动等级；最后通过采集设备的ID获得具体的位置信息，然后根据该位置信息生成可视化预警地图，并推送至对应管理终端进行预警。
在本发明实施例中，通过在管道内部与外部分别设置光纤，利用布里渊散射的方式进行监测预警，可以快速准确的监测管道内的液体涌动情况，并发布相应的预警；并且实现了信息化的监控，提前发现安全隐患，及时处理，降低维护成本。
实施例
请参阅图2，图2是本发明实施例中的基于布里渊散射的管道内液体涌动监测预警系统的结构组成示意图。
一种基于布里渊散射的管道内液体涌动监测预警系统，所述系统包括：
信号采集模块11：用于基于管道上每一分段的第一采集设备和第二采集设备分别采集设置在管道上的第一光纤的第一散射光信号和第二光纤的第二散射光信号，所述第一光纤设置在所述管道的内壁，所述第二光纤设置在所述管道的外壁；
在本发明具体实施过程中，所述基于管道上每一分段的第一采集设备和第二采集设备分别采集设置在管道上的第一光纤的第一散射光信号和第二光纤的第二散射光信号，包括：所述管道上每一分段上均分别设有第一采集设备和第二采集设备，所述第一采集设备用于采集第一光纤的第一原始散射光信号，所述第二采集设备用于采集第二光纤的第二原始散射光信号；所述第一采集设备对采集到的第一原始散射光信号进行滤波处理，获得第一散射光信号，以及，所述第二采集设备对采集到的第二原始散射光信号进行滤波处理，获得第二散射光信号。
具体的，该管道用于输送液体的管道，且深埋在底下，可以为自来水管道或者原油输送管道等，其中在管道内壁上设置有光纤，在管道外壁也对应设置有光纤，且设置在内壁和外壁上的光纤可以多芯光纤或者单芯光纤，最好为多芯光纤；并且在管道上每一个分段上均设置有两个采集设备，一个用于采集管道内壁的光纤的散射光信号，一个用于采集管道外壁的光纤的散射光信号；并且在采集设备采集到原始散射光信号之后，需要将该原始散射光信号通过采集设备内的频谱仪进行滤波，从而获得最终的散射光信号；采集设备通过耦合器连接在管道内壁或者外壁的光纤上；并且这两个采集设备均设置在管道的外侧。
数据封装模块12：用于将获得的第一散射光信号和第二散射光信号按采集时间以及采集设备的ID进行标记并封装至无线发射设备内存中；
在本发明具体实施过程中，所述将获得的第一散射光信号和第二散射光信号按采集时间以及采集设备的ID进行标记并封装至无线发射设备内存中，包括：将所述第一散射光信号、第一散射光信号采集时间、第一采集设备的唯一ID、第二散射光信号、第二散射光信号采集时间以及第二采集设备的唯一ID按照链式结构在存储器中进行存储，形成链式结构数据；基于数据压缩软件将所述链式结构数据进行压缩封装处理，获得封装后的数据；将所述封装后的数据写入所述无线发射设备的内存中。
具体的，在采集设备每次采集到散射光信号之后，均会生成一个采集该散射光信号的时间，并且通过访问该采集设备的物理层从而获得该采集设备的ID；然后按照是管道内壁的第一散射光信号或者管道外壁的第二散射光信号来进行存储，具体的存储是将散射光信号、采集该散射光信号的时间和采集设备的唯一ID按照链式结构在存储器中进行存储，形成链式结构数据；其中第一散射光信号和第二散射光信号分别形成按照链式结构在存储器中进行存储，分别形成链式结构数据；然后通过数据压缩软件在两个链式结构数据一起进行压缩封装处理，获得封装后的数据；最后将封装后的数据写入无线发射设备的内存中。
数据传输模块13：用于所述无线发射设备基于无线传感技术将封装至在内存中的封装数据发送至云端服务器；
在本发明具体实施过程中，无线发射设备可以为WiFi设备、GPRS设备；无线网关将封装后的数据按照预先设置的UDP打包时间阈值或者串口数据帧阈值进行UDP打包，并依照以太网数据帧封装过程形成以太网数据流；无线网关将封装好的数据以太网数据流发送至WiFi设备或GPRS模块上，由WiFi设备或GPRS模块将以太网数据流发送至远程服务器上。
数据解封模块14：用于所述云端服务器将接收到的封装数据进行解封，分别获得第一散射光信号和第二散射光信号；
在本发明具体实施过程中，该云端服务器在接收到封装后的数据之后，对该封装后的数据进行解析，从而获得第一散射光信号和第二散射光信号，以及对应的第一散射光信号采集时间、第一采集设备的唯一ID，对应的第二散射光信号采集时间以及第二采集设备的唯一ID。
数据分析模块15：用于将第一散射光信号输入受激布里渊模型中进行分析，获得第一分析结果，以及将第二散射光信号输入布里渊温度模型中进行分析，获得第二分析结果；
在本发明具体实施过程中，所述将第一散射光信号输入受激布里渊模型中进行分析，获得第一分析结果，包括：获得第一散射光信号的第一散射光信号采集时间、第一采集设备的唯一ID、第一散射光信号对应的斯托克斯光；基于所述第一散射光信号采集时间和第一采集设备的唯一ID获得对应时间段的第一光纤入射光强；将所述第一散射光信号对应的斯托克斯光和第一光纤入射光强导入所述受激布里渊散射模型中进行分析，获得第一分析结果。
进一步的，所述将第二散射光信号输入布里渊温度模型中进行分析，获得第二分析结果，包括：
基于所述第二散射光信号获得第二散射光信号对应的布里渊散射频移、光纤的轴向应变；将所述第二散射光信号对应的布里渊散射频移、光纤的轴向应变输入布里渊温度模型中进行分析，获得第二分析结果。
进一步的，所述布里渊温度模型的公式如下：
ε＝Cε(vB-vB0)+ε0；
T＝CT(vB-vB0)+T0；
其中，ε表示第二光纤的应变；T表示温度；Cε表示布里渊频移一应变系数，Cε＝4.93MHz/100με；CT表示布里渊频移一温度系数，CT＝1.01MHz/℃；vB表示第二光纤的布里渊频移；vB0表示第二光纤初始状态的布里渊频移量；T0表示第二光纤初始状态下的温度；ε0表示第二光纤初始状态的应变。
具体的，该云端服务器根据第一散射光信号、采集该第一散射光信号的时间和对应采集设备的唯一ID，从而获得在该时间段的对应时间段的光纤入射光强；以及该云端服务器根据第一散射光信号提取散射光信号中的斯托克斯光，最终将光纤入射光强和散射光信号中的斯托克斯光导入该受激布里渊散射模型中进行分析，获得分析结果。
散射的产生本质上都是介质密度(折射率)的抖动引起的，即光纤发送抖动引起的，在自发布里渊散射中，介质密度的调制式有热激发的声波引起的，然而如果这种声波有强光场作用引起的，那么得到的见识受激布里渊散射，因此，受激布里渊散射模型如下：
当光纤入射光强足够大时，光纤入射光强会和反射传输的斯托克斯光发生干涉，光强的调制通过电致伸缩产生声波，引起材料截止密度的周期性调制，进而通过弹光效应使对应的材料折射率发生周期性变换，形成运动光栅，该折射率光栅通过布拉格衍射产生散射光，由于运动光栅产生的多普勒效应，使散射光跟光纤入射光强相比出现频率漂移；给出光纤入射光强和斯托克斯光的场分布函数如下：
Ep(z,t)＝Ap(z,t)exp[i(kpz-ωpt)]+c.c.；(1)
Es(z,t)＝As(z,t)exp[i(-ksz-ωst)]+c.c.；(2)
其中，Ep(z,t)和Es(z,t)分别表示光纤入射光强和斯托克斯光的分布函数；Ap(z,t)和As(z,t)分别表示光纤入射光强和斯托克斯光的振幅；kp和ks分别表示各自的波矢；ωp和ωs分别表示各自的角频率；c.c表示复共轭项。
因此，与声波相关的材料介质密度的分别由下式表示：
其中，ρ0表示材料密度的平均值，而q和Ω分别表示声波的波矢和角频率；且有q＝2kp；Ω＝ωp-ωs。
则材料的密度分布满足声波方程，则有：
其中，Vα表示介质中声子的速率，上式等号右边表示的是单位体积内作用力的散度；则有：
将(3)和(5)式代入(4)式中，假设声子的振幅在空间和时间上都是缓慢变化的，那么这有：
其中，ΓB表示布里渊线宽，且有ΓB＝q2Γ，其倒数即为声子寿命
通过合理近似，上式(6)可以简化，即有声波的振幅为：
另一方面，光场的空间演化可以由波动方程描述，则有：
其中，P是非线性极化项，如下：
若忽略光纤入射光强和斯托克斯光的频率差，则有ω＝ωp＝ωs；即α＝αp＝αs；光纤入射光强、斯托克斯光和声波振幅不随时间变化，受激布里渊散射过程稳定，那么由(8)式可得：
由上式可以得到受激布里渊散射的增益与光纤入射光强、斯托克斯光相关，设I(z)＝2nε0c|E(z)|2，那么可以用耦合波方程描述，则有：
其中，Ip和Is分别表示光纤入射光强、斯托克斯光的光强，g(Ω)表示布里渊增益函数；光纤入射光强在光纤中呈现衰减，即Ip(z)＝Ip(0)e-αz；Ip(0)是光纤入口(z＝0)出的光纤入射光强度代入(12)和(13)中，即可有斯托克斯光的光强为：
其中，Is(L)是斯托克斯光在光纤入口(z＝L)处的光强，式中第二个指数内表示的是斯托克斯光到z距离处总的作用长度，则有：
布里渊温度模型的公式如下：
ε＝Cε(vB-vB0)+ε0；
T＝CT(vB-vB0)+T0；
其中，ε表示第二光纤的应变；T表示温度；Cε表示布里渊频移一应变系数，Cε＝4.93MHz/100με；CT表示布里渊频移一温度系数，CT＝1.01MHz/℃；vB表示第二光纤的布里渊频移；vB0表示第二光纤初始状态的布里渊频移量；T0表示第二光纤初始状态下的温度；ε0表示第二光纤初始状态的应变。
预警推送模块16：用于基于第一分析结果和第二分析结果获得管道内液体涌动等级，并基于管道内液体涌动等级生成可视化预警指令发送至管理终端。
在本发明具体实施过程中，所述基于第一分析结果和第二分析结果获得管道内液体涌动等级，包括：基于所述第一分析结果中的第一散射光信号与入射光强产生的频率漂移获得管道内的光纤震动状况；基于所述第二分析结果获得第二光纤的应变和温度；结合所述管道内的第一光纤震动状况和第二光纤的应变和温度生成管道内液体涌动等级。
进一步的，所述结合所述管道内的第一光纤震动状况和第二光纤的应变和温度生成管道内液体涌动等级，包括：基于预设第一光纤震动等级及第二光纤的应变和温度等级结合所述管道内的第一光纤震动状况和第二光纤的应变和温度生成管道内液体涌动等级。
进一步的，所述基于管道内液体涌动等级生成可视化预警指令发送至管理终端，包括：基于管道内液体涌动等级生成对应的预警指令；基于采集设备的ID获得发生管道内液体涌动等级的位置信息；基于所述预警指令和发生管道内液体涌动等级的位置信息生成可视化预警地图，并推送至对应管理终端进行预警。
具体的，在获得第一分析结果和第二分析结果之后，根据第一分析结果中的第一散射光信号与入射光强产生的频率漂移获得管道内的光纤震动状况，并且根据第二分析结果获得第二光纤的应变和温度；然后结合管道内的第一光纤震动状况和第二光纤的应变和温度生成管道内液体涌动等级；并且是根据预设第一光纤震动等级及第二光纤的应变和温度等级结合管道内的第一光纤震动状况和第二光纤的应变和温度生成管道内液体涌动等级；最后通过采集设备的ID获得具体的位置信息，然后根据该位置信息生成可视化预警地图，并推送至对应管理终端进行预警。
在本发明实施例中，通过在管道内部与外部分别设置光纤，利用布里渊散射的方式进行监测预警，可以快速准确的监测管道内的液体涌动情况，并发布相应的预警；并且实现了信息化的监控，提前发现安全隐患，及时处理，降低维护成本。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
另外，以上对本发明实施例所提供的一种基于布里渊散射的管道内液体涌动监测预警方法及系统进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
