1.一种基于注意力机制的Resnet的分布式光纤传感信号识别方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1:数据准备,构建不同类型的事件信号数据集;
步骤2:信号预处理,对事件信号数据集中的时间信号做信号预处理,构建时频特征数据集;
步骤3:构建基于注意力机制的残差网络:基于典型事件时频数据集,构建Resnet+CBAM网络模型,对模型进行离线训练,得到最终的事件识别模型;
步骤4:识别分类,利用最优模型对待测事件的时频数据集进行识别。
2.根据权利要求1所述的一种基于注意力机制的Resnet的分布式光纤传感信号识别方法,其特征在于:所述步骤1具体包括以下步骤:步骤1.1:利用基于相敏光时域反射仪的分布式光纤振动、声波传感系统硬件,采集多场景复杂背景环境下管道沿线的分布式光纤传感信号;
步骤1.2:该系统每个时刻返回沿空间分布的原始信号轨迹,在时间轴上连续累积T条原始信号轨迹,构建得到一个时间T维,空间S维的时空响应信号矩阵;
步骤1.3:在累积得到的时空响应信号矩阵中,抽取事件影响的任意一个空间点的一维时间序列,依次按列沿时间轴进行事件信号分割,来构建不同类型事件信号数据集。
3.根据权利要求2所述的一种基于注意力机制的Resnet的分布式光纤传感信号识别方法,其特征在于:所述分布式光纤振动、声波传感系统硬件包括探测光缆、光信号解调设备和信号处理主机。
4.根据权利要求1所述的一种基于注意力机制的Resnet的分布式光纤传感信号识别方法,其特征在于:所述步骤2具体包括以下步骤:步骤2.1:时间信号通过短时傅里叶变换得到时频图;
步骤2.2:对时频图进行预处理,包括裁剪、灰度转换并将二维图像转换为二维数据矩阵,构建事件信号样本的二维时频特征数据集。
5.根据权利要求1所述的一种基于注意力机制的Resnet的分布式光纤传感信号识别方法,其特征在于:所述步骤3具体包括以下步骤:步骤3.1:基于典型事件时频数据集,构建Resnet+CBAM网络模型,并设置Resnet+CBAM网络模型的参数;
步骤3.2:训练步骤3.1所得到的Resnet+CBAM网络模型;
步骤3.3:对训练后的Resnet+CBAM网络模型进行网络调优,若迭代结束,保存结果最好的模型作为最终的事件识别模型;否则,跳转至步骤3.2。
6.根据权利要求5所述的一种基于注意力机制的Resnet的分布式光纤传感信号识别方法,其特征在于:所述步骤3.1中,构建的Resnet+CBAM网络模型,具体为:输入层‑卷积层C1‑ReLU层‑池化层P1‑残差块+CBAM1‑卷积层C2‑ReLU层‑池化层P2‑残差块+CBAM2‑全连接层FC1‑全连接层FC2‑输出层。
7.根据权利要求5所述的一种基于注意力机制的Resnet的分布式光纤传感信号识别方法,其特征在于:所述步骤3.2具体包括以下步骤:步骤3.2.1:初始化所述Resnet+CBAM网络模型的参数,包括矩阵权重和偏置;
步骤3.2.2:将所述训练集中的时频特征样本信号输入到所述Resnet+CBAM的网络模型进行前向传播,得到所述时频信号样本的预测标签。
8.根据权利要求7所述的一种基于注意力机制的Resnet的分布式光纤传感信号识别方法,其特征在于:所述步骤3.2.2中,注意力机制的具体实现为:在给出一个中间特征映射F后,CBAM模块沿着通道和空间两个维度依次推导出注意力映射,设通道注意力映射为MC,空间注意力映射为MS,最终的特征细化输出F″计算过程如下:MC(F)=σ(MLP(AvgPool(F))+MLP(MaxPool(F)))
7×7
MS(F)=σ(f ([AvgPool(F);MaxPool(F)]))
7×7
其中:σ表示Sigmoid函数,f 表示一个卷积运算,滤波器尺寸为7×7。
9.根据权利要求5所述的一种基于注意力机制的Resnet的分布式光纤传感信号识别方法,其特征在于:所述步骤3.3具体包括以下步骤:步骤3.3.1:利用交叉信息熵损失函数计算所述预测标签与真实标签的损失值,计算公式:
其中:x,n,a,y分别表示样本、样本总数、样本预测标签、样本真实标签;
步骤3.3.2:利用所述损失值反向计算所述Resnet+CBAM网络模型的参数梯度,利用所述参数梯度更新Resnet+CBAM网络模型;采用Adam算法进行优化;
步骤3.3.3:用模型参数θ更新Resnet+CBAM网络模型后,利用训练损失值判断更新后的Resnet+CBAM网络模型是否收敛,若收敛,保存结果最好的模型作为最终的事件识别模型;
否则,跳转至步骤3.2。