基于分布式光纤振动监测系统的综合管廊人员定位解决方案

基于分布式光纤振动监测系统的综合管廊
人员定位解决方案
单位：山东微感
目录
1 背景 (1)
2 光纤传感技术介绍 (2)
3 系统优势 (2)
4 技术支撑 (3)
4.1 分布式光纤传感原理 (3)
4.2 精确定位原理 (4)
4.3 设备及性能 (4)
4.4 试验案例 (7)
5 施工 (7)
6 服务 (8)
1 背景
城市综合管廊又称共同沟，是建于城市地下用于敷设市政公管线的公用设施，将电力电缆、信息电（光）缆，热力管道、给排管道水、燃气管道等各种政工程管线集中设置，并且一定距离的管廊都会设相应的检修口和投料口，还有配套完善的测系统，实行统一地规划、设计、建设和管理，是保证城市日常运行的重要基础设施。

城市综合管廊工程是重要的生命线工程，其安全运行在一定程度上影响到一个城市的安全运行与功能保障。

大量综合管廊工程建设实践表明，综合管廊的结构安全性能、防淹、防火、防人为破坏等关键要素，直接影响到综合管廊的安全运行。

我国的综合管廊工程大多建造在新城区，由于新城区处于建设阶段，相对人员较少。

由于综管廊内部有大量的电缆和金属物，因此人为盗窃造成综合管廊安全运行事故时有发生，而设备设施被偷盗后仅仅让非法入侵人员获得极少的利益，但给管廊内部正常运营带来的安全隐患和直接经济损失将不可估量。

地下管廊应用之后，管理部门及各管线单位会安排人员定期去管廊内部巡查及检修，由于地下管廊情况复杂，工作人员下到井下可能会有危险，基于人员的安全方面考虑，实时了解管廊内人员位置分布情况对管廊的安全生产工作有重要意义。

随着光纤传感技术在各行各业的广泛应用，基于光纤传感技术而开发的系统设备已经达到了实际应用的要求，并在实际应用中效果明显。

本方案中采用的光纤分布式振动监测系统具有抗电磁干扰，耐腐蚀，
高灵敏度，工作现场无需额外供电设备等优点，只需一根光纤即可实现整条管廊内人员的分布式定位监测。

2 光纤传感技术介绍
光纤传感技术是一种利用光纤本身的特性，把光纤作为敏感元件，感受外界物理量的新型传感技术，外界测量信息将对光纤内的传输光进行调制，使传输光的强度、相位或偏振态等特性发生变化。

通过对所得的信号进行解调，可得知被测光纤所处环境的各种信息。

其结构紧凑，并具有很高的灵敏度。

基于光干涉的分布式光纤传感技术是近来的研究热点，亦是最有发展前景的技术之一，其在诸多应用领域得到了广泛的关注。

其中分布式光纤振动监测系统已在许多领域如周界安防，管道监控中得到了实际应用。

其传感机理基于光纤的光弹效应，外界扰动将对光纤中传输光的相位进行调制。

利用光干涉技术将传输光的相位变化转换为光强的变化，并被后端系统采集。

通过对该相位信号的分析，可解析出其中包含的扰动发生的位置信息，经过多点连续扰动的定位识别算法，能够对整条光缆的振动信息进行精确定位。

3系统优势
本系统所使用的光纤分布式振动监测系统在传感光缆部分仅需一根光纤即可实现对整个管廊内人员的位置判定，与传统的电子传感器相比，采用光缆作为传感器件的监测系统在综合管廊内的应用具有明显的技术优势。

首先，该系统可以实现真正意义上的分布式传感，传感光缆上处处都是探测器，取代了传统以多个点探测器串联构成的
伪分布式传感器。

该系统在管廊内安装方便，仅需完成一根光缆的铺设即可实现对于整条管廊的监测，大大降低了施工难度，提高了系统整体的稳定性和可靠性，便于日后维护。

其次，光缆作为一种无源器件，在工作现场无需额外的供电设备，其材料本身耐腐烛，耐酸碱，同时由于其传输的是光信号，对外无辖射，防静电，防电磁干扰，因而适合于综合管廊内的各种环境，且不会产生额外的安全隐患。

再者，分布式光纤传感系统监测距离远，可方便的组成光纤传感网络，实现长距离，大范围的技术标，具有更强的适用性和实际操作的可行性。

当管廊内出现合法工作人员，或非法入侵人员时，系统能够及时的监测到人员分布情况，在管廊因瓦斯爆炸、火灾、水灾或其他地质灾害导致局部跨塌造成人员被困时，若光缆没有受到物理性的损坏，被困人员通过敲击预先铺设在廊内的光缆后，监控室便可收到求救人员的救援信号，同时得到被困人员的位置，从而为进一步展开后续救援工作提供了可靠的重要情报，大大提高了救援行动的成功率。

4 技术支撑
4.1 分布式光纤传感原理
当光在光缆中传输时，由于光子与纤芯晶格间发生作用，不断向后传输瑞利散射光，如图4所示。

当外界有振动发生时，引起光缆中纤芯发生形变，导致纤芯长度和折射率发生变化，背向瑞利散射光的相位随之发生变化，这些携带外界振动信息的信号光，反射回系统主机时，经光学系统处理，将微弱的相位变化转换为光强变化，经光电转换和信号处理后，进入计算机进行数据分析。

背向瑞利散射示意图
4.2 精确定位原理
分布式振动监测系统是基于光时域反射（OTDR）原理的，OTDR技术属于散射型分布式传感技术，通过发射光脉冲到光纤内，通过反射信号和入射脉冲之间的时间差来确定空间位置。

事件点距离系统终端的距离d可以表示为
d=（c*t）/2n
在这个公式里，c是光在真空中的速度，t是光脉冲发射后到接收到信号（双程）的总时间，n为光纤的折射率。

脉冲的重复频率决定了可监测的光纤长度，而脉冲宽度决定了空间定位精度，例如10ns 的脉冲宽度对应的空间分辨率为1m。

4.3 设备及性能
4.3.1 DVS分布式光纤振动监测主机
DVS分布式光纤振动监测主机是一个高性能的测量控制系统，实时高速的处理来自振动传感光缆的振动信号，空间采样间隔仅1 m，检测周期可达秒级。

DVS主机如下图所示：
DVS系统性能指标如下：
4.3.2 振动传感光缆
振动传感光缆，即作为振动传感器，又作为信号传输介质。

4.3.3 光纤接续盒
4.4 试验案例
经DVS传感光缆埋入地下，试验人员沿光缆行走时，在监控软件上能明显的看到人员运动路径。

如下图所示：
5施工
DVS系统主要由监测主机、传感光缆和光缆接续盒（非必要）组成，因此仅需完成一根传感光缆的铺设即可实现对于整条管廊的监测，施工难度低，日后维护简单。

一般城市管廊采用混凝土浇筑而成，因此DVS光缆采用地面铺设的方式，为了使光缆与地面紧密贴合，每隔五米用线卡将光缆与地面固定。

6服务
强大的技术团队,设计人员能够根据项目现场的环境和功能要求，合理对系统进行配置，安排布线、接线；而安装工程师则会根据现场的电气、电磁环境和产品的特点进行最佳的安装方案。

在售后方面，有一套完整的售后服务体系，提供一年的免费保修和终身维护，可以保证系统长期稳定运行。

为了向您提供优质高效的信息服务，不断提升我们的服务品质，我们郑重做出以下承诺，请您对我们的服务与工作予以监督。

服务目标
让客户满意，让客户放心，全心全意为客户服务，持续改进，不断提升服务品质。

服务态度
首问负责制：第一个接受问询的人员，必须保证给出解决相关事宜的方法或途径；接询人员须用文明用语、规范用词，妥善处理客户的问询事项；态度和蔼、不与客户争执。

服务时间
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