1.分布式光纖傳感技術(shù)發(fā)展趨勢

????????目前國際國內(nèi)的光纖傳感技術(shù)已初步成型，正在步入市場大規(guī)模應(yīng)用的啟動階段。與此同時，在光纖測溫、測應(yīng)變、測振方面的傳感器應(yīng)用已經(jīng)比較成熟和完善，而在光纖振動聲紋監(jiān)測及聲音還原與分析方面的技術(shù)和產(chǎn)品雖然科研院所及行業(yè)企業(yè)研發(fā)多年，但基本是技術(shù)空白。

????????當(dāng)前光纖傳感技術(shù)從原理上來劃分：

????????*瑞利散射和背向散射-對應(yīng)力有反應(yīng)-測振；

??????? *拉曼散射-主要是溫度感知-測溫；

??????? *布里淵-對應(yīng)力和溫度有反應(yīng)，比較難實(shí)現(xiàn)。

????????光纖傳感器應(yīng)用的三大瓶頸：

????????①誤報率;

????????②動態(tài)范圍;

????????③適應(yīng)能力。

????????其技術(shù)實(shí)現(xiàn)主要與四大關(guān)鍵性因素有關(guān)：探測光源、光路結(jié)構(gòu)、全頻譜分析、智能算法；目前市面上大部分廠家過分將關(guān)注重點(diǎn)聚焦于后端智能算法這一單一影響因素，而忽略探測光源“信息把關(guān)人”角色的作用，類比到整個系統(tǒng)運(yùn)行中，探測光源只是簡單收集并不準(zhǔn)確的信號，只能判斷擾動信號的有無，卻無法獲取完整擾動信息的波形，顯然后端智能算法再強(qiáng)大也無法對不精確的信息做出更為準(zhǔn)確的信號判斷，這也是目前業(yè)內(nèi)眾多光纖傳感產(chǎn)品漏誤報率高的重要原因。但光纖傳感產(chǎn)品有極高的靈敏度造就了該類周界產(chǎn)品的極大優(yōu)勢，然靈敏度亦是一把雙刃劍，產(chǎn)品如若沒有強(qiáng)大的技術(shù)支持，靈敏度則會轉(zhuǎn)變成誤報率，因此從探測光源、光路結(jié)構(gòu)、全頻譜分析、智能算法四大關(guān)鍵性因素解決漏誤報率的逐漸成為行業(yè)共識。

2.項(xiàng)目的產(chǎn)業(yè)化前景分析

?2.1應(yīng)用場景分析

????????光纖傳感技術(shù)具有多種技術(shù)特征：測量距離遠(yuǎn)（可達(dá)60km），并能精確定位入侵點(diǎn)和泄漏點(diǎn)；連續(xù)分布式測量，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)多事件同時監(jiān)測，且互不影響；鋪設(shè)靈活，可掛網(wǎng)，可地埋。室外部分無源，可鋪設(shè)在易燃易爆周界，光纖對溫度不敏感，高低溫耐受性很強(qiáng)；室外分線盒與傳感光纜長年免維護(hù)，設(shè)備維護(hù)量小，維護(hù)費(fèi)用低；結(jié)合智能化深度學(xué)習(xí)，自動監(jiān)測和判斷入侵事件。因此其可以在安防、安監(jiān)、線性監(jiān)測等領(lǐng)域大顯身手：

• 長距離邊界的預(yù)警系統(tǒng)

????????重要國境線、保稅區(qū)隔離帶、海關(guān)港口等長距離大范圍防止侵入或越境的場所警戒，崇山峻嶺、沙漠荒野、人工巡邏查檢不便場所敷設(shè)光纖預(yù)警。

• 重要設(shè)施的周界安全防衛(wèi)

????????·軍事要地、國防設(shè)施：如部隊(duì)、機(jī)場、軍港、導(dǎo)彈/火箭發(fā)射基地、雷達(dá)、通訊站點(diǎn)；

????????·國民經(jīng)濟(jì)重要設(shè)施：電力站、變電所、文博館、金融庫房；

????????·易燃易爆場所的防衛(wèi)：化工園區(qū)、油庫、氣站、油氣儲存罐區(qū)、炸藥庫等；

????????·重要安全防護(hù)場所：監(jiān)獄、學(xué)校、水庫、工業(yè)廠礦等。

• 城市管廊\石油天然氣管線\通訊\電力線纜的防護(hù)（防開挖、防偷盜、防破壞）
• 基建設(shè)施如大橋、公路、鐵路等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)變監(jiān)測、防破壞

2.2市場容量分析

????????光纖傳感在周界安防、石油石化、電力通信、交通隧道、橋梁及大壩等主要領(lǐng)域的應(yīng)用市場容量分析如下：

??????? 【1】周界安防行業(yè)，隨著光纖傳感技術(shù)的提升發(fā)展，光纖周界安防技術(shù)憑借其抗電磁干擾、易于遠(yuǎn)傳及誤報率低等優(yōu)點(diǎn)，有效克服了電類、紅外傳感技術(shù)的不足，逐漸獲得周界安防領(lǐng)域的市場認(rèn)可，其應(yīng)用范圍從政府機(jī)關(guān)逐步拓展到民用機(jī)場、博物館、監(jiān)獄、油庫、變電站等重要場所，應(yīng)用場所分布十分廣闊。如：

• 在民用機(jī)場領(lǐng)域，根據(jù)《民用航空運(yùn)輸機(jī)場安全保衛(wèi)設(shè)施》的規(guī)定，強(qiáng)制要求在民用機(jī)場應(yīng)用周界安防入侵系統(tǒng)，對入侵目標(biāo)進(jìn)行識別、分類及全天候工作，而目前我國具有200左右民用機(jī)場；
• 全國博物館總數(shù)約3500個以上，近年來，因安全防范意識薄弱，我國博物館盜竊案時有發(fā)生，安防系統(tǒng)尚未在博物館領(lǐng)域廣泛采用。未來隨著博物館參觀人數(shù)的增加及安全防范意識的提高，為保障博物館貴重展品的安全，減少經(jīng)濟(jì)損失，博物館會加大對周界安防入侵系統(tǒng)的需求；
• 全國共有監(jiān)獄近700所，由于監(jiān)獄本身的特殊性，其安防系統(tǒng)在安全可靠性方面的要求明顯要高于其他行業(yè)。雖然，目前已有八成的監(jiān)獄安裝了報警系統(tǒng)，但由于技術(shù)相對落后，遠(yuǎn)不能滿足安全監(jiān)管的需求。而基于光纖傳感技術(shù)的光纖周界入侵報警系統(tǒng)是一種新型安防技術(shù)，能與視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動，相較于較高壓脈沖電子圍欄等傳統(tǒng)技術(shù)，具有安全、誤報率低及智能化等優(yōu)點(diǎn)?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn)，未來光纖周界入侵報警系統(tǒng)將逐步取代傳統(tǒng)周界安防產(chǎn)品，在監(jiān)獄安全監(jiān)測領(lǐng)域得到廣泛推廣；
• 為防止非法入侵或各種破壞活動，在重要國境線、保稅區(qū)隔離帶、海關(guān)港口等重要場所，特別是在崇山峻嶺、沙漠荒野等人工巡邏檢查十分困難的場所，需要敷設(shè)周界安全入侵報警系統(tǒng)用于安全監(jiān)測。由于我國國境線、海岸線較長，地質(zhì)情況十分復(fù)雜，對周界入侵報警系統(tǒng)具有特殊需求，光纖傳感技術(shù)相對于紅外、電傳感技術(shù)，具有遠(yuǎn)距離、大范圍的傳輸、誤報率低的優(yōu)勢，能很好的滿足上述領(lǐng)域的特殊需求，市場應(yīng)用空間十分廣闊。

?????? 【2】石油石化行業(yè)，由于光纖傳感技術(shù)具有本質(zhì)防爆、安全可靠、靈敏度高的技術(shù)優(yōu)勢，該技術(shù)在油氣儲藏、油氣管道運(yùn)輸以及油氣開采服務(wù)的整個石油石化工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈得到廣泛使用，應(yīng)用前景十分廣闊。如：

• 預(yù)計石油需求量在2021年增加至約7億噸，隨著我國石油消費(fèi)量的不斷增長和國家戰(zhàn)略儲備油庫建設(shè)，光纖傳感技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對油庫的液位、溫度、壓力、油氣濃度等狀態(tài)量的實(shí)時監(jiān)測，因此，基于防爆、防燃的要求，未來國家戰(zhàn)略儲備油庫及企業(yè)自備油庫、商業(yè)油庫等油氣儲藏設(shè)施的建設(shè)將給光纖傳感類消防監(jiān)測系統(tǒng)帶來廣闊的市場空間。
• 預(yù)計我國在未來幾年，將建成近20萬公里輸油管道，隨著我國油氣輸送管網(wǎng)的不斷建設(shè)、完善，防爆、防盜、防泄漏等管道安全問題日益突出。光纖預(yù)警技術(shù)可在油氣管道運(yùn)輸中，對溫度、壓力、管線泄漏、儲層結(jié)構(gòu)健康等方面進(jìn)行監(jiān)測，作為《油氣管道安全預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》的主要技術(shù)之一，其發(fā)展將獲得前所未有的機(jī)遇。
• 在油氣開采服務(wù)方面，為了緩解我國油氣資源對外高度依存的壓力，我國油氣資源勘探開發(fā)逐步上升，年固定資產(chǎn)投資總規(guī)模達(dá)1000億元以上。基于光纖傳感技術(shù)的油井監(jiān)測系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)長期、實(shí)時在線監(jiān)測油井井下的溫度和壓力變化，可優(yōu)化采油生產(chǎn)、提高采收率、減少修井作業(yè)，目前已在油氣開采業(yè)務(wù)中得到廣泛推廣和應(yīng)用，其未來市場空間增長潛力較大。

??????? 【3】交通隧道行業(yè)，由于光纖傳感技術(shù)具有靈敏度和精度高、本質(zhì)安全、抗強(qiáng)電磁干擾、耐腐蝕、防雷擊、便于組網(wǎng)和長距離傳輸?shù)忍匦?#xff0c;基于光纖傳感技術(shù)的隧道火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于公路隧道、鐵路隧道和城市軌道交通隧道等交通隧道行業(yè)。如：

• 在公路隧道方面，近年來我國公路建設(shè)持續(xù)增長，全國公路隧道超一萬多個，其中，特長隧道約500處，長隧道約2000處，基于光纖傳感技術(shù)的隧道火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)已在公路隧道逐步應(yīng)用，市場前景廣闊。
• 在鐵路隧道建設(shè)領(lǐng)域，根據(jù)新華網(wǎng)報道，到2020年規(guī)劃建設(shè)5000座隧道，長度超過9000千米，光纖傳感技術(shù)可在其中發(fā)揮其應(yīng)用。
• 城市快速軌道交通近年來在我國得到較快發(fā)展，預(yù)計到2020 年，我國城市軌道交通累計投入運(yùn)營里程將達(dá)到7,000 千米，其中地鐵運(yùn)營里程達(dá)到5,880千米，覆蓋全國主要大中城市。地鐵隧道內(nèi)具有電磁干擾，以電信號為工作基礎(chǔ)的溫度傳感技術(shù)在安全性和信號穩(wěn)定性方面受到限制。基于光纖傳感技術(shù)的溫度測量技術(shù)應(yīng)用到地鐵隧道火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，則能有效監(jiān)測地鐵隧道溫度變化，為一旦發(fā)生的地鐵隧道火災(zāi)救災(zāi)指揮提供強(qiáng)有力的支持作用。

??????? 【4】電力行業(yè)，在電力行業(yè)中，為了及時發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的各種安全隱患，需要采取各種有效措施對關(guān)鍵電力設(shè)備進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，以維持系統(tǒng)的安全運(yùn)行。由于電力設(shè)備通常在高電壓、大電流的環(huán)境下工作，還有部分置于高空中，這些因素都為系統(tǒng)的監(jiān)測帶來極大不便。傳統(tǒng)的電類傳感技術(shù)由于容易受到強(qiáng)電磁場的干擾，很難適應(yīng)這類場合的使用要求，而光纖傳感技術(shù)因其具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力和較寬的工作頻率等優(yōu)點(diǎn)，因此在電力行業(yè)中得到廣泛使用，尤其在發(fā)電及輸配電領(lǐng)域。如：

• 在發(fā)電領(lǐng)域，我國每年發(fā)電投資金額都保持在3000 億元以上，投資金額巨大，光纖傳感技術(shù)主要應(yīng)用在發(fā)電廠、發(fā)電站的高壓開關(guān)柜、大型電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子內(nèi)的溫度檢測及火力發(fā)電廠高溫爐測溫等。隨著我國發(fā)電投入不斷保持高位，以及發(fā)電量和發(fā)電企業(yè)數(shù)量的持續(xù)增長，將會極大帶動光纖傳感技術(shù)安全監(jiān)測系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用；
• 在輸配電領(lǐng)域，光纖傳感技術(shù)主要應(yīng)用于高壓輸電電網(wǎng)、高壓變壓器、高壓開關(guān)柜、電容器、地下輸配電電纜等電力設(shè)備、線路的安全監(jiān)測。在輸配電方面，根據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國2012年220千伏及以上輸電線路長度達(dá)到51.49萬千米，同時，我國2012年35千伏及以上變電設(shè)備容量達(dá)到44.5萬千伏安。在城市配電網(wǎng)領(lǐng)域，目前我國城市配電網(wǎng)還大多采用架空線路，由于架空線路受廊道和同桿回路數(shù)的限制存在諸多弊端，隨著電纜負(fù)荷呈持續(xù)快速增長，居民對供電可靠性期望的不斷提高，配電電網(wǎng)入地已成為未來發(fā)展趨勢。配電電網(wǎng)入地，對地下電纜的在線監(jiān)測提出更高要求，隨著新建電力電纜入地及舊架空線路改造的需求激增，未來會加大電力電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)的需求。

??????? 【5】橋梁及大壩結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測領(lǐng)域，我國目前處于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高峰期，各種橋梁、大壩等大型工程紛紛上馬。由于重大橋梁及大壩工程結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施體積大、跨度長、分布面積大，使用期限長，對傳感設(shè)備長期監(jiān)測系統(tǒng)的性能穩(wěn)定性、耐久性和分布范圍提出很高的要求，光纖傳感器因其尺寸小、測量值空間分辨率高、輸出線性范圍寬、在量程范圍內(nèi)波長移動與應(yīng)變有良好的線性關(guān)系、頻帶寬以及信噪比高等特點(diǎn)，能很好的滿足上述特殊需求。光纖傳感技術(shù)由于具有上述優(yōu)點(diǎn)，已成為橋梁、大壩等結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的重要手段。

• 我國橋梁目前的現(xiàn)狀主要表現(xiàn)為以下幾個方面：一是保有量大，截至2012年，全國公路橋梁達(dá)71.34 萬座。二是“老齡”橋梁數(shù)量較多，據(jù)統(tǒng)計，我國橋梁總數(shù)的40%已經(jīng)屬于超25年的“老齡”橋梁范疇，而且隨著時間的推移，“老齡”橋梁的數(shù)量還在不斷增長。三是2010年以來我國新建橋梁的數(shù)量持續(xù)保持在高位。鑒于我國橋梁在保有量、結(jié)構(gòu)及投入建設(shè)的現(xiàn)狀，作為橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測的重要技術(shù)，光纖傳感技術(shù)及其系統(tǒng)產(chǎn)品將面臨較大的市場空間。
• 根據(jù)2013 年7 月《中國水利》報刊數(shù)據(jù)顯示，全國共有10萬立方米及以上的水庫工程近10萬座，由于70%以上的水庫興建于20世紀(jì)50至70年代，受當(dāng)時水文地質(zhì)資料欠缺、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不完善、筑壩技術(shù)水平較低、財力不足等條件限制，很多工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)偏低、質(zhì)量較差，加上后期管護(hù)不到位，大量已建成工程經(jīng)多年運(yùn)行存在著各種安全隱患。這給光纖傳感技術(shù)在大壩安全監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用帶來良好的前景。

3.項(xiàng)目主要研究內(nèi)容

?????? 分布式光纖傳感系統(tǒng)主要包含了前端分布式光纖傳感主機(jī)（硬件為主，嵌入式軟件采集數(shù)據(jù)為輔）和后臺光纖振動數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（軟件、算法）：

• 前端分布式光纖感知主機(jī)

??????? 大多會走一體化光纖主機(jī)路線，包含光模塊、數(shù)據(jù)采集模塊，調(diào)制解調(diào)模塊，內(nèi)部通信模塊，網(wǎng)絡(luò)模塊等模組，其最核心設(shè)備為分布式光纖傳感器，內(nèi)部集成超窄線寬光源、脈沖EDFA、Raman放大器，同時集成調(diào)制器等光學(xué)器件，采用窄線寬激光光源干涉搭配改進(jìn)型光路結(jié)構(gòu)，光路的精心設(shè)計從原理上解決了環(huán)境溫度、偏振變化帶來的干涉信號穩(wěn)定問題，增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性與穩(wěn)定性，更為重要的是，全新的光路結(jié)構(gòu)對振動信號響應(yīng)更靈敏，提高了報警靈敏度，特別是在掛墻、嵌墻、埋地安裝環(huán)境下靈敏度要優(yōu)于采用其它光路結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。

??????? 隨著技術(shù)成熟，產(chǎn)品一體化集成度越來越高，產(chǎn)品價格逐年降低，例如最成熟的分布式光纖測溫產(chǎn)品，由10年前動輒報價近百萬一套，已經(jīng)下降到現(xiàn)在數(shù)萬一套，在一般項(xiàng)目中也能有一定的性價比，不再是僅在科研項(xiàng)目中賺取噱頭了。

• 后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

??????? 分布式光纖傳感數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，一般由采集分析子系統(tǒng)、信息集中顯示子系統(tǒng)、歷史信息查詢子系統(tǒng)、報警派發(fā)與處理子系統(tǒng)、設(shè)置與后臺子系統(tǒng)、手機(jī)APP及二次開發(fā)接口等模塊組成。

??????? 該系統(tǒng)包含傳感數(shù)據(jù)采集、分析、識別、振動和噪聲數(shù)據(jù)算法提取等功能；實(shí)現(xiàn)光纖傳感數(shù)據(jù)記錄及預(yù)處理，經(jīng)過后端分析處理和智能識別，判斷出不同的外部干擾類型，如攀爬鐵絲網(wǎng)、圍墻、禁行區(qū)域的人員入侵或車輛入侵，以及可能威脅周界建筑物的機(jī)械施工等，系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時預(yù)警或告警；實(shí)現(xiàn)定位報警功能，通過系統(tǒng)提供的入侵地點(diǎn)的位置，可以事件聲音復(fù)核、現(xiàn)場聲音監(jiān)聽、聯(lián)動視頻監(jiān)控或派遣人員到達(dá)現(xiàn)場。實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)所有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理、配置，包括定標(biāo)點(diǎn)管理、系統(tǒng)瓦片地圖管理、定位管理等功能。

??????? 近年來得益于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能算法的發(fā)展，光纖傳感數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)大量引入這些算法，進(jìn)行訓(xùn)練學(xué)習(xí)后，能在復(fù)雜環(huán)境下識別大多數(shù)場景事件，這也是分布式光纖傳感技術(shù)能有效降低漏報、誤報，逐步取得市場認(rèn)可的另一個主因。

4、猜想未來擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問題

目前分布式光纖傳感系統(tǒng)一些關(guān)鍵技術(shù)問題為以下幾方面：

組合光路設(shè)計，單根光纖融合測溫、測振、測應(yīng)力及定位于一體；

人工智能識別系統(tǒng)，降低系統(tǒng)漏報、誤報率，并在不同場景中一般甲方都能自行訓(xùn)練模型；

獨(dú)特的系統(tǒng)構(gòu)架，可靈活融合及聯(lián)動其它傳感監(jiān)測系統(tǒng)，極力解決客戶實(shí)際難題。

元器件、算法國產(chǎn)化及自主可控趨勢。

5.列出2021分布式光纖傳感頭部廠商供讀者參考學(xué)習(xí)

上海波匯通信：

?? ????? http://www.bandweaver.cn 2002年成立??

?????????其涉及行業(yè)：電力、智慧城市、軌道交通、高速公路、石油化工
上海華魏科技 ：

?? ???? http://www.boomdts.com/?? ?2001年成立?? ??? ?

????????其涉及行業(yè)：綜合管廊、油氣管線、軌道交通、市政、油田、場站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域、核電、能源領(lǐng)域、重化工業(yè)領(lǐng)域? ?
武漢理工光科：

??????? http://www.wutos.com?? ?2008年成立?? ?

????????其涉及行業(yè)：石化、交通隧道、電力電纜、橋梁大壩高鐵隧道、城市管廊、消防安全 ?
中油奧博（成都）：

????????http://www.zyaobo.com?? ?2018年底成立?? ?

????????其涉及行業(yè)：管道安全、深井中地震裂痕等勘探監(jiān)測，及致力于為油氣勘探開發(fā)、儲氣庫、油氣管網(wǎng)、碳捕獲/利用與存儲、新能源安全運(yùn)維等業(yè)務(wù)
深圳國興匯金：

????????www.gxhjtech.com?? ??? ?2012年成立?? ?

????????其涉及行業(yè)：光纖測井、智慧油田、及石油天然氣和可燃冰的開采、生產(chǎn)及存儲環(huán)節(jié)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的物联网之感知-分布式光纤传感-应用前景分析的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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