在分布式声学传感中自动检测和分类信号的可行性研究
Hasse B Pedersen1, Peder Heiselberg1,2, Henning Heiselberg1
1DTU Security, National Space Institute, Technical University of Denmark, 2800 Kongens Lyngby, Denmark.
Sensors (Basel, Switzerland)
|September 13, 2025
概括
分布式声学传感 (DAS) 使用光纤电缆进行海洋声学监测. 该框架自动检测和分类信号,区分船只,车辆和潜在的电缆损坏,以提高海上安全.
科学领域:
- 海洋声学 海洋声学
- 信号处理 信号处理
- 光纤传感传感器是指光纤传感器.
背景情况:
- 分布式声学传感 (DAS) 提供了一种使用现有光纤基础设施监测海洋环境的新方法.
- 声学数据的近实时处理对于有效的海上监视和安全至关重要.
研究的目的:
- 开发和验证用于从DAS数据中检测和分类声信号的自动化框架.
- 评估机器学习算法 (PCA和HDBSCAN) 的性能,以分析海洋声信号的光谱特征.
主要方法:
- 用SHEFA-2光纤电缆的数据进行分析.
- 开发了一个信号检测和分类框架,支持近乎实时的处理.
- 应用主要组件分析 (PCA) 用于数据探索和基于层次密度的噪音应用的空间聚类 (HDBSCAN) 用于分类.
主要成果:
- 在完整的数据集中,达到了0.828的戴维斯-博尔丁指数,0.124的轮得分和189.8的卡林斯基-哈拉巴斯指数.
- 展示了区分各种声源的能力,包括船只,车辆,地震和潜在的电缆损坏.
- 当标记数据减少了20%以上时,集群质量显著下降.
结论:
- 开发的自动化框架显示了有效的海上声学监测的巨大潜力.
- 保持足够的标记数据对于在DAS分析中强大的分类性能至关重要.
- 这项技术为加强海上安全和运营意识提供了有价值的见解.
