一、光纖傳感技術(shù)介紹及優(yōu)勢
傳感器技術(shù)作為信息獲取的手段，是眾多行業(yè)領(lǐng)域信息化、數(shù)字化和智能化的基礎(chǔ)與核心。光纖傳感技術(shù)具有抗電磁干擾、靈敏度高、可靠性好、傳輸距離遠(yuǎn)、易于組成傳感網(wǎng)絡(luò)等諸多優(yōu)勢和特點(diǎn)，尤其在極端條件下的參數(shù)測量和惡劣工況下的在線監(jiān)測具有不可替代的獨(dú)特優(yōu)勢，在重大基礎(chǔ)設(shè)施、大型工程與裝備、國防軍工等領(lǐng)域發(fā)揮著不可或缺的重要作用，也是被美國、日本和歐洲等發(fā)達(dá)國家列為優(yōu)先發(fā)展的核心技術(shù)之一。
近年來，我國重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、國家戰(zhàn)略任務(wù)與重點(diǎn)工程實(shí)施等領(lǐng)域迫切需要能夠承載幾十萬甚至上百萬個(gè)傳感器、監(jiān)測距離長達(dá)幾十甚至上百公里的大容量、長距離的傳感網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)光、電傳感網(wǎng)絡(luò)都難以滿足這些要求，已成為制約上述領(lǐng)域快速發(fā)展的最大瓶頸因素和“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)。
圖 光柵陣列全套拉絲塔成柵工藝與裝備
新一代光纖傳感網(wǎng)絡(luò)能夠同時(shí)滿足“大容量、長距離、高精度、多參量、高可靠”等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)要求，成為解決上述難題的首選方案。在高速鐵路、高速公路、軌道交通、機(jī)場跑道、油氣管線、能源電力等領(lǐng)域的市場潛力巨大；在大型油氣田勘探、海洋資源觀測、航空航天復(fù)合材料以及國防軍工領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。
二、面向不同應(yīng)用領(lǐng)域的光纖傳感+解決方案
光纖傳感技術(shù)已滲透于國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，為交通運(yùn)輸、石油化工等眾多行業(yè)領(lǐng)域提供了先進(jìn)光纖傳感產(chǎn)品與整體解決方案；中國信科集團(tuán)有效推動(dòng)了光纖傳感技術(shù)成果轉(zhuǎn)化與創(chuàng)新應(yīng)用——在智慧交通、智慧管線、智慧地鐵、智能周界等重點(diǎn)行業(yè)領(lǐng)域形成了一系列標(biāo)志性行業(yè)應(yīng)用。
● 智慧交通
隨著中國高速公路建設(shè)的迅速發(fā)展，客流、物流、信息流的運(yùn)轉(zhuǎn)效率得到了極大的提速。公路的建設(shè)發(fā)展正在從數(shù)字化、信息化邁入智能化。構(gòu)建大容量、長距離、高密度、多參量的高速公路監(jiān)測感知網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)交通基礎(chǔ)設(shè)施智能化的基礎(chǔ)。
目前，大流量交通已呈常態(tài)化趨勢，而傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控設(shè)備和雷達(dá)檢測儀提供的傳感信息種類還不完善，數(shù)據(jù)收集易受惡劣天氣影響，不能完全滿足智慧高速公路技術(shù)與管理等多元化需求，易造成路網(wǎng)壓力大、交通擁堵等現(xiàn)象，無法滿足對(duì)于日常運(yùn)維服務(wù)及交通服務(wù)的準(zhǔn)確性、時(shí)效性、便捷性等要求�；诠饫w傳感技術(shù)的智慧交通智能道面系統(tǒng)，不僅能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)監(jiān)控手段在數(shù)據(jù)采集上的缺陷，還能構(gòu)建一個(gè)開放的數(shù)據(jù)感知底座，將數(shù)據(jù)共享給不同的用戶和應(yīng)用單位，如交通建設(shè)運(yùn)營公司、路政部門等，提供多平臺(tái)接口以實(shí)現(xiàn)信息的高效互聯(lián)互通。利用光纖傳感器在大容量、長距離、全時(shí)全域監(jiān)測場景中的優(yōu)勢，實(shí)時(shí)監(jiān)測道路狀況、交通流量、車輛速度等多種關(guān)鍵信息，便于運(yùn)維管理部門更加精準(zhǔn)地掌握交通動(dòng)態(tài)。
圖 全球首條高速公路全時(shí)全域智能道面系統(tǒng)
● 智慧管線
隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，我國油氣管道正在向大口徑、高壓力、高鋼級(jí)方向發(fā)展，城鎮(zhèn)包圍管道的現(xiàn)象日趨增多，管道沿線生態(tài)環(huán)境脆弱、人口密度大，各種人為設(shè)施密布，高后果區(qū)普遍存在，第三方事件和地質(zhì)災(zāi)害成為了威脅管道線路安全的最主要因素。一旦造成管道泄漏事故，極易影響到國家油氣能源的安全穩(wěn)定供應(yīng)，對(duì)人民群眾生命安全和正常生活造成重大威脅。
基于光纖傳感的管線預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)振動(dòng)、溫度及應(yīng)力等多參數(shù)感知，信號(hào)經(jīng)過采集分析后，建立特征信號(hào)樣本庫。依托信號(hào)特征樣本庫，構(gòu)建光纖綜合感知算法模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)第三方破壞、地質(zhì)災(zāi)害等事件的分類識(shí)別，達(dá)到對(duì)管道沿線多源信息監(jiān)測及預(yù)警目的。
圖 長輸油氣管線預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)
● 智慧地鐵
城市軌道交通具有安全、快速、準(zhǔn)時(shí)、大運(yùn)量和環(huán)保等突出特點(diǎn)。在推動(dòng)城市現(xiàn)代化進(jìn)程、改善交通環(huán)境、引導(dǎo)和優(yōu)化城市空間布局、帶動(dòng)城市經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新發(fā)展等方面發(fā)揮著巨大作用。我國運(yùn)營線路規(guī)模、在建線路規(guī)模和客流規(guī)模均居世界第一。隨著我國城市軌道交通系統(tǒng)的大規(guī)模、高速發(fā)展，其運(yùn)營安全成為當(dāng)前急需考慮的首要問題，迫切需要構(gòu)建面向軌道交通安全監(jiān)測與評(píng)估的系統(tǒng)。
目前用于監(jiān)測路基沉降、鋼軌裂紋及斷軌、道岔位移、變形及裂紋、隧道沉降等結(jié)構(gòu)損傷的傳統(tǒng)技術(shù)都存在不同程度的缺點(diǎn)和不足，難以滿足目前城市軌道交通工程結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測與評(píng)估的需求。光纖傳感技術(shù)由于其具有靈敏度高、抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕、測量速度快、信息容量大、測量范圍廣且適用于惡劣環(huán)境等獨(dú)特優(yōu)勢，在高鐵/地鐵等基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用前景。
采用光纖傳感技術(shù)作為軌道交通全時(shí)全域安全監(jiān)測手段，利用列車載荷、外部施工等外界激勵(lì)作為“綠色震源”，收集海量傳感信號(hào)并利用大數(shù)據(jù)和智能分析技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，形成城市軌道交通運(yùn)營期安全管理規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于構(gòu)建智能化地鐵結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)具有重要推動(dòng)作用。
圖 全球首條全時(shí)全域地鐵結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)
● 智能周界
隨著國內(nèi)社會(huì)財(cái)富高速增加、以及國際安全形勢的日益嚴(yán)峻，國家各階層對(duì)安全的需求愈來愈高、愈來愈廣，特別是在軍事要地、國家重要機(jī)關(guān)部門、機(jī)場、銀行等特殊場所，對(duì)高級(jí)別安防系統(tǒng)的需求更為迫切。在經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們安全防范意識(shí)提高的同時(shí)，“平安城市”概念被提出，給我國安防行業(yè)發(fā)展強(qiáng)有力的推動(dòng)，致使我國的安防行業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期。
周界入侵報(bào)警系統(tǒng)所面對(duì)的防范對(duì)象廣泛而復(fù)雜，且受到地形、地勢、氣候、氣象等各方面條件的制約，防范要求更高，難度也更大。目前在國內(nèi)周界安防領(lǐng)域內(nèi)，雖然視頻監(jiān)控、門禁和紅外等傳統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，占據(jù)市場主流，但其均屬于較低安全級(jí)別的周界安防技術(shù)，存在被突破幾率較高、防誤報(bào)技術(shù)有待改進(jìn)、定位功能原始等很多缺點(diǎn)，難以滿足現(xiàn)代較高級(jí)別安防的需求。
光柵陣列周界入侵報(bào)警系統(tǒng)作為新一代安防監(jiān)測系統(tǒng)，利用無源光纖傳感技術(shù)使得系統(tǒng)在不需要任何戶外有源器件的情況下能夠提供長距離監(jiān)控，提供實(shí)時(shí)、可靠的入侵報(bào)警，使得相關(guān)人員能夠迅速準(zhǔn)確做出相應(yīng)的行動(dòng)。并可與視頻、紅外、門禁等系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)構(gòu)建整體安防監(jiān)控體系。
圖 光柵陣列周界入侵報(bào)警系統(tǒng)
