引用本文:
陈锦山,王新澜,陈端云,等. 基于灰狼算法优化支持向量机的电力光纤状态监测方法[J]. 光通信技术,2025,49(6):80-84.
陈锦山1,王新澜1,陈端云2,吴诗雨1*,王林芳3,余斯航1,赵丽娟4
(1.国网福建省电力有限公司 电力科学研究院,福州 350007;2.国网福建省电力有限公司,福州 350003; 3.国网福建省电力有限公司 厦门供电公司,福建 厦门 361004;4.华北电力大学 电子与通信工程系,河北 保定 071003)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:为了提升基于光时域反射仪(OTDR)光纤异常事件识别的准确率,提出一种基于灰狼算法优化支持向量机(GWO-SVM)的电力光纤状态监测方法。该方法首先利用小波变换实现OTDR测得背向瑞利散射信号的降噪和定位,再以事件发生处的归一化背向瑞利散射信号为特征量,利用GWO-SVM对事件类型进行识别。其中,GWO能优化SVM的核心参数,从而提高模型识别的准确率。实验结果表明,SVM和粒子群算法优化支持向量机(PSO-SVM)方法平均分类准确率分别为97.4%和98.72%,而本文提出的GWO-SVM高达99.36%,较前两者分别提升了1.96%和0.97%。
关键词:状态监测;光时域反射仪;支持向量机;灰狼算法
中图分类号:TN914 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2025)06-0080-05
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2025.06.015
文章提出了基于灰狼算法优化支持向量机的电力光纤状态监测方法,主要内容包括研究背景、方法提出、具体实现、数据采集与预处理、实验结果与分析以及总结与展望,具体如下:
研究背景:
电力光纤通信的重要性:电力光纤通信是保障电力系统各环节有序调度的重要手段,其维护与管理至关重要。
传统光纤维护方式的不足:存在维修历时长、自动化水平低、维护模式被动等问题,不利于异常事件的快速排除。
OTDR的应用:光时域反射仪(OTDR)能够采集光纤中的瑞利散射光信号,通过分析该信号反映的光纤状态,检测弯折、连接器等事件,实现对电力光纤异常情况的及时发现与处理。
方法提出:
研究目的:提升基于OTDR光纤异常事件识别的准确率。
方法概述:提出一种基于灰狼算法优化支持向量机(GWO-SVM)的电力光纤状态监测方法。该方法首先利用小波变换实现OTDR测得背向瑞利散射信号的降噪和定位,再以事件发生处的归一化背向瑞利散射信号为特征量,利用GWO-SVM对事件类型进行识别。
具体实现:
小波变换:选用“Symlet”小波函数对瑞利散射信号进行小波变换,有效抑制噪声,降低其对事件识别与定位的干扰。
GWO-SVM模型:利用灰狼算法优化支持向量机的惩罚参数与核函数参数,提高模型判别的准确率。GWO模拟自然界中灰狼的等级制度与捕猎行为,具备高效的全局搜索能力。
数据采集及预处理:
数据采集:采用OTDR系统进行数据采集,分别使用1310 nm与1550 nm激光器发射脉冲光,脉冲宽度设置为10 ns,测量时间为1 min。
数据预处理:对测量时间内获取的全部数据进行叠加平均处理,提升信噪比。采用小波变换方法进行事件定位,识别的事件类型包括光纤起点、法兰连接、光纤弯折与光纤终点。在事件发生位置处提取特征量,以该位置的瑞利散射信号作为特征,并进行归一化处理。
实验结果与分析:
实验设置:采用构建的训练集与测试集,分别对SVM、PSO-SVM及GWO-SVM模型进行训练与测试。
结果对比:SVM方法与PSO-SVM方法的识别准确率分别为97.4%与98.72%,而GWO-SVM方法识别准确率最高,达到99.36%,较前两者分别提升1.96%与0.97%。
混淆矩阵分析:GWO-SVM对各类事件的识别率均不低于SVM与PSO-SVM,尤其在光纤弯折事件的识别上优势显著。
总结与展望:
研究成果:提出的GWO-SVM方法有效提升了基于OTDR背向瑞利散射信号的事件识别准确率,具备较高的实际应用价值。
未来展望:未来可进一步探索GWO-SVM在其他光纤状态监测场景中的应用,以及与其他先进技术的融合。