带式输送机组为工矿企业生产的重要生产环节，输送机的电机运行、皮带的跑偏、纵撕、托辊、异物等等都需要实时监测和控制，一旦发生事故甚至灾害，会造成重大的财产损失，甚至威胁到职工的生命安全。根据各企业安全生产的需要，急需增加新技术监测手段和预警方案对每部带式输送机及输送巷道的运行隐患进行超前预警和预防。

由于带式运输系统所处环境工况复杂、距离长、空间广等因素，再加上传统的点式传感器监测技术很难满足现状，导致目前企业对运输系统整体的监测水平与预警水平仍旧处于较低的状态。

针对以上问题，结合分布式光纤声音传感（DAS）、分布式光纤温度传感（DTS）、人工智能等新兴技术的皮带机监测预测性维护

解决方案应运而生。

本方案包含以下内容：

· 分布式托辊运行状态与故障预警系统

· 关键设备温度监测系统

· 智能跑仓监测

· 异物监测、大块物料监测

· 纵撕保护、物料堆积监测

· 张紧度辅助监测、跑偏监测

· 漏料检测、底带裂痕检测

总体设计

我们以分布式光纤声音侦听和分布式光纤测温技术为感知层技术基础，结合人工智能技术，通过对皮带机托辊及皮带本身的声纹、温度等各项指标的监测，协同算法模型的持续性优化，以直观图片、声音还原等形式，包括人员管理、监测预警、数据分析、日志分析、报表总结等一系列功能模块，完成皮带机智能监测预测性维护整体解决方案。

技术原理

分布式光纤侦听系统Whale Distributed Optical fiber Audio System  (WDAS)结合了光纤瑞利散射原理和光时域扫描技术，通过布设于工业现场的光纤（缆）中的光散射信息，对环境声音或机械设备声音感应、分析，将声音信息传递至系统主机，经过信号提取、波形频率分析及智能化的行为判别，判断出不同的故障/干扰类型，如设备异常等，实现系统预警和告警，并可以联动视频、巡检机器人、声光等设备，真正实现全方位、全时段的监控。

光纤本身即为传感器，无需对光纤做任何调整和改造。WDAS将固定频率和波长的探测光从光纤的一端注入，光纤的每一个位置都会产生背向瑞利回波，该回波中携带有光纤分子团晶格的声波场参量。当周围环境的声波能量传递到光纤中的玻璃晶格上时，晶格产生的瑞利背向回波会随着晶格的振动频率而振动。解调该振动能量差，即可得到该点的声波场特征，经过系列算法实现现场的声音还原。声音的智能分析是判断入侵行为与误报率控制的核心依据。

利用深度神经网络和长短记忆网络对光纤周边事件的声音数据进行处理，经过人工智能分析，精准判定事件信息。

在进行机器学习时采用长短记忆网络、循环神经网络、多任务学习等配合对采集数据的处理，其中，LSTM 通过刻意的设计来避免长期依赖问题。记住长期的信息在实践中是 LSTM 的默认行为，而非需要付出很大代价才能获得的能力。通过海量的数据量和记忆性分析设备运行状况。

LSTM交叉层计算过程

采集设备运行状态的音频并提取规则特征，通过神经网络训练模型，利用声纹识别技术模型提取设备的摩擦、振动、功率、质量等特征属性，通过历史属性状况变化对比和属性量化类型对比，预测设备故障。以声学听诊探伤为核心，分析设备的危险因素。

对利用已经训练好的模型来分离实时采集到的设备音频中的不同特征属性，然后根据特征属性的量化来对比判断设备现在的状况和故障预测。对特征属性进行保存，与该设备的历史特征属性比较，判断该设备的历史运行状况，当出现较大偏差的时候给出提示，分析设备的危险因素。

WDAS技术特点

(1) 连续分布式测量：可以连续地得到沿着探测光缆几十公里的测量信息，实现实时监测；

(2) 测量距离远，适于远程监控：光纤的两个突出优点就是传输数据量大和损耗小，在无需中继的情况下，可以实现几十公里的远程监测；

(3) 适应多种恶劣环境：光纤本身是由石英材料组成的，完全的电绝缘，同时光纤传输的是光信号，本征安全，本征防雷。不用电、无火花、防辐射、耐高低温、耐高压电、耐强磁场。

(4) 灵敏度高，测量精度高，定位精度最低±5米

(5) 寿命长，成本低，系统维护简单

(6) 光纤体积小、质量轻、传感长、感知多

分布式光纤侦听系统（WDAS）技术优势

技术优势主要表现在：

高性能

• 监测距离远：单台设备探测距离可达50Km，并能精确定位入侵点。

• 连续分布式测量：可实现多点多事件同时监测，且互不影响。

• 误报率极低：系统是以侦听声音为核心，通过人工智能分析，预警准确率97%以上。

• 反应迅速：通道扫描周期低至0.5毫秒，声音延迟0.5秒。

• 极佳的稳定性：可在风雨、雷电等危险及恶劣环境中使用，抗误报性强，系统经过多轮高低温、交变湿热的环境测试，已确认适应各种恶劣环境。

低成本

• 高度智能化，系统可轻松实现无人值守： 系统在检测到异常时可以通过声光报警、短信或互联网将报告发送给直接负责人。系统为开放性设计，便于数据管理及现场控制。

• 低成本：光缆可利旧，普通光缆无需附加其他设备。

• 施工简单，维护方便：原有光纤接上设备后，简单调试即可投入应用。

安全

• 本征安全可靠： 系统使用的光纤，完全不会产生电火花，光纤中传输的激光脉冲平均功率很低，即使光纤断裂，也不会产生任何危险。

• 电磁绝缘性极好，不受电磁干扰，本质防雷：系统使用的光纤其材质是石英，完全绝缘，不受雷击影响；光纤中传输的激光脉冲的频段远远高于电磁场的频段，完全不受电磁干扰，因此即使在强电磁场环境下工作也完全不受影响。

采集终端音频还原

通过采集终端可以实时监测光纤任意位置的声音信息，包括皮带机电机、托辊的工作时的声音