在現(xiàn)代城市高效運轉(zhuǎn)與基礎(chǔ)設(shè)施日臻完善的背景下，地下管網(wǎng)作為城市的“生命線”和“大動脈”，承擔(dān)著給水、排水、燃氣、熱力、電力及通信等關(guān)鍵能源與信息的輸送任務(wù)，其安全穩(wěn)定運行直接關(guān)系到城市安全、公共秩序和人民生活。然而，地下管網(wǎng)深埋于地下、分布廣泛、環(huán)境復(fù)雜，傳統(tǒng)檢測手段往往受限于點式監(jiān)測覆蓋面不足、在線監(jiān)測能力欠缺、泄漏定位困難、腐蝕老化難以評估以及外部破壞預(yù)警滯后等問題，難以滿足現(xiàn)代城市生命線工程對全網(wǎng)絡(luò)感知、實時化監(jiān)測、精準(zhǔn)化維護的迫切需求。針對這一領(lǐng)域，我們打造了一套基于光纖傳感技術(shù)的智慧地下管網(wǎng)綜合檢測解決方案，通過構(gòu)建“全線路感知-實時化傳輸-智能化診斷”的技術(shù)體系，為各類壓力管道、重力流管道及綜合管廊提供從本體狀態(tài)到外部環(huán)境的全方位健康監(jiān)測支撐。
在感知層面，方案以與管道同步敷設(shè)或利用已有通信光纜的特種傳感光纜為核心探測單元，利用分布式溫度傳感技術(shù)實時獲取管道全線溫度分布，清晰揭示給水管網(wǎng)的漏失點、排水管網(wǎng)的入流入滲、熱力管網(wǎng)的保溫失效及燃氣管網(wǎng)的泄漏溫降等異常特征；利用分布式聲波傳感技術(shù)以高采樣率捕捉管道內(nèi)部流體流動噪聲、泄漏噴射噪聲及第三方施工振動信號，實現(xiàn)對泄漏點的精準(zhǔn)定位和外部破壞的早期預(yù)警；針對管道變形和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測需求，可利用分布式應(yīng)變傳感技術(shù)監(jiān)測管道在土體荷載、車輛荷載及地質(zhì)沉降作用下的應(yīng)力應(yīng)變分布，識別管道彎曲、凹陷及接口脫開等結(jié)構(gòu)損傷；針對管道腐蝕監(jiān)測需求，可利用光纖光柵腐蝕傳感器實時監(jiān)測管道壁厚減薄和腐蝕速率。在傳輸與處理層面，所有監(jiān)測數(shù)據(jù)通過光纖網(wǎng)絡(luò)實時匯聚至城市生命線安全運行監(jiān)測中心和管網(wǎng)運營管理中心，利用專業(yè)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測軟件和人工智能算法進行快速處理和智能分析，自動識別泄漏特征、濾除環(huán)境噪聲、評估管道狀態(tài)、預(yù)測發(fā)展趨勢，生成溫度分布圖、泄漏定位圖及健康評價報告。這一方案可廣泛應(yīng)用于城市供水管網(wǎng)漏失監(jiān)測，通過連續(xù)獲取管道沿線溫度場和聲波特征，實時發(fā)現(xiàn)微小泄漏并精準(zhǔn)定位，大幅降低管網(wǎng)漏損率和供水損失；在排水管網(wǎng)入流入滲監(jiān)測中，利用分布式溫度傳感識別地下水滲入點和污水外滲點，支撐管網(wǎng)修復(fù)和提質(zhì)增效；在燃氣管網(wǎng)泄漏監(jiān)測領(lǐng)域，利用分布式聲波傳感捕捉高壓燃氣泄漏產(chǎn)生的噴射噪聲，早期預(yù)警泄漏事故，保障城市公共安全；在熱力管網(wǎng)保溫失效與泄漏監(jiān)測中，實時追蹤供熱管道溫度異常，識別保溫層破損和熱水泄漏，提升供熱效率和運行安全；在工業(yè)管道監(jiān)測中，利用分布式應(yīng)變和溫度傳感監(jiān)測高溫高壓管道的熱膨脹、振動及疲勞損傷；在綜合管廊監(jiān)測中，融合分布式溫度、應(yīng)變及振動監(jiān)測，實現(xiàn)管廊本體結(jié)構(gòu)健康、內(nèi)部環(huán)境安全及外部入侵預(yù)警的一體化防護。
整體方案的核心優(yōu)勢在于實現(xiàn)了地下管網(wǎng)狀態(tài)的全分布感知與實時化傳輸，打通了從管道本體狀態(tài)獲取到運維決策支持的完整技術(shù)鏈條，確保各類隱患能夠在早期被及時發(fā)現(xiàn)和精準(zhǔn)定位，同時通過光纖傳感的無源特性和耐久性，保障系統(tǒng)在潮濕、腐蝕及復(fù)雜電磁環(huán)境下的長期可靠運行，傳感光纜可與管道同壽命，實現(xiàn)從施工到運行的全周期連續(xù)監(jiān)測，且無需開挖即可實現(xiàn)對深埋管道的遠程監(jiān)測，大幅降低傳統(tǒng)人工巡檢和定期檢測的成本與風(fēng)險，并可根據(jù)不同管材、不同介質(zhì)和不同監(jiān)測需求進行深度定制，真正為現(xiàn)代城市生命線工程構(gòu)筑起全天候、智能化、高可靠的安全監(jiān)測屏障。
地下管網(wǎng)檢測應(yīng)用方案
針對城市供水管網(wǎng)漏損率高、微小泄漏難以發(fā)現(xiàn)、漏點定位困難的問題，提供基于分布式溫度傳感和分布式聲波傳感的全天候漏失監(jiān)測服務(wù)。在供
水管道同步敷設(shè)或利用已有通信光纜中的傳感光纖，實時獲取管道全線溫度分布和聲波特征，通過溫度異常識別泄漏導(dǎo)致的局部降溫，通過聲波特
征識別泄漏產(chǎn)生的噴射噪聲。系統(tǒng)采用相關(guān)分析和時延估計算法，實現(xiàn)泄漏點的米級精度定位，支撐供水企業(yè)快速響應(yīng)修復(fù)，大幅降低管網(wǎng)漏損率
和產(chǎn)銷差。
針對供水管網(wǎng)因壓力波動、管材老化及外部荷載導(dǎo)致的突發(fā)爆管事故，提供基于分布式聲波傳感的爆管預(yù)警與快速定位服務(wù)。連續(xù)監(jiān)測管道沿線的聲
波信號，通過深度學(xué)習(xí)算法識別爆管瞬間產(chǎn)生的特征聲波，在爆管發(fā)生數(shù)秒內(nèi)自動報警并精確定位爆管位置。定位信息同步推送至搶修中心和調(diào)度部
門，指導(dǎo)閥門快速關(guān)閉和應(yīng)急搶修，最大限度減少水淹損失和停水影響，保障城市供水安全。
針對排水管網(wǎng)地下水滲入和污水外滲導(dǎo)致的污水處理廠進水濃度偏低、管網(wǎng)腐蝕加劇及環(huán)境污染問題，提供基于分布式溫度傳感的入流入滲監(jiān)測服務(wù)。
在排水管道關(guān)鍵斷面和重點區(qū)域敷設(shè)測溫光纜，利用溫度作為天然示蹤劑，實時追蹤地下水滲入點產(chǎn)生的溫度異常和污水外滲導(dǎo)致的周圍土體溫度變
化。監(jiān)測數(shù)據(jù)清晰揭示管網(wǎng)破損位置和入流入滲強度，支撐管網(wǎng)修復(fù)計劃制定和提質(zhì)增效改造。
針對排水管網(wǎng)淤積導(dǎo)致過流能力下降、內(nèi)澇風(fēng)險增加的共性問題，提供基于分布式溫度傳感的淤積監(jiān)測服務(wù)。利用敷設(shè)于管道底部的測溫光纜，監(jiān)測淤
積物堆積導(dǎo)致的局部溫度異常和熱傳導(dǎo)特性變化，通過分析溫度場分布特征識別淤積位置、淤積厚度及淤積程度。系統(tǒng)在淤積達到預(yù)警閾值時自動報警，
指導(dǎo)清淤作業(yè)精準(zhǔn)實施，保障排水管網(wǎng)通暢和內(nèi)澇防治能力。
針對燃氣管網(wǎng)泄漏易引發(fā)爆炸、火災(zāi)等重大安全事故的風(fēng)險，提供基于分布式聲波傳感和分布式溫度傳感的雙重泄漏監(jiān)測服務(wù)。利用與燃氣管道同溝敷
設(shè)的傳感光纜，實時捕捉高壓燃氣泄漏產(chǎn)生的噴射噪聲特征聲波，同時監(jiān)測泄漏點周圍因氣體膨脹吸熱導(dǎo)致的局部溫度降低。系統(tǒng)采用多參數(shù)融合識別算
法，有效區(qū)分泄漏信號與環(huán)境干擾，實現(xiàn)泄漏點的精確定位和早期預(yù)警，保障城市燃氣輸配安全。
針對燃氣管網(wǎng)遭受施工挖掘、鉆孔及打樁等第三方破壞的風(fēng)險，提供基于分布式振動傳感的實時預(yù)警服務(wù)。沿燃氣管線敷設(shè)傳感光纜，連續(xù)監(jiān)測管道周圍
土壤中的振動信號，通過振動特征庫和深度學(xué)習(xí)算法精準(zhǔn)識別挖掘機、破碎錘、旋挖鉆等施工機械產(chǎn)生的振動模式。系統(tǒng)實時定位破壞活動位置并推送預(yù)
警信息至燃氣公司和城管執(zhí)法部門，實現(xiàn)從被動搶修到主動防護的轉(zhuǎn)變，有效防范第三方破壞事故。
針對供熱管網(wǎng)保溫層破損導(dǎo)致的熱損失增大和熱水泄漏導(dǎo)致的管網(wǎng)腐蝕、路面塌陷風(fēng)險，提供基于分布式溫度傳感的全線監(jiān)測服務(wù)。與供熱管道同步敷設(shè)
傳感光纜，實時獲取管道全線溫度分布，清晰識別保溫層破損區(qū)域產(chǎn)生的溫度異常和熱水泄漏點周圍的高溫異常。監(jiān)測數(shù)據(jù)支撐供熱企業(yè)精準(zhǔn)定位維修點、
評估保溫效果、優(yōu)化運行參數(shù)，提升供熱效率和運行安全，降低熱能損耗和搶修成本。
針對熱力管網(wǎng)中補償器和固定墩等關(guān)鍵節(jié)點在熱膨脹作用下的結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測需求，提供基于光纖光柵應(yīng)變傳感器的定點監(jiān)測服務(wù)。在補償器波紋管和固定墩
連接部位布設(shè)光纖光柵應(yīng)變傳感器，實時監(jiān)測熱膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變變化，評估補償器工作狀態(tài)和疲勞損傷累積。監(jiān)測數(shù)據(jù)識別補償器卡澀、固定墩松動等
異常工況，預(yù)警結(jié)構(gòu)失效風(fēng)險，保障熱力管網(wǎng)長期安全運行。
針對石油、化工及電力行業(yè)高溫高壓工業(yè)管道在長期運行中面臨的腐蝕、沖蝕及壁厚減薄風(fēng)險，提供基于光纖光柵腐蝕傳感器和分布式應(yīng)變傳感的監(jiān)測服務(wù)。
在管道易腐蝕部位布設(shè)光纖光柵腐蝕傳感器，實時監(jiān)測管道壁厚變化和腐蝕速率；利用分布式應(yīng)變傳感監(jiān)測管道在壓力波動和溫度變化下的應(yīng)力應(yīng)變分布，
識別局部減薄導(dǎo)致的應(yīng)力集中。監(jiān)測數(shù)據(jù)支撐管道剩余壽命預(yù)測和檢修周期優(yōu)化，預(yù)防腐蝕泄漏事故。
針對工業(yè)管道在流體脈動、壓縮機振動及閥門啟閉等作用下產(chǎn)生的振動疲勞風(fēng)險，提供基于分布式聲波傳感和光纖光柵振動傳感器的振動監(jiān)測服務(wù)。實時采集
管道沿線的振動信號，通過頻譜分析識別振動主頻、幅值及模態(tài)特征，評估振動強度是否超過允許范圍；監(jiān)測振動疲勞累積損傷，預(yù)警管道開裂風(fēng)險。監(jiān)測成
果支撐管道支撐加固、運行參數(shù)調(diào)整及防振改造措施實施。
針對采空區(qū)、軟土地區(qū)及地鐵施工影響區(qū)域的地下管道變形和沉降風(fēng)險，提供基于分布式應(yīng)變傳感的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測服務(wù)。沿管道軸向敷設(shè)傳感光纜，實時監(jiān)測
管道在土體沉降、車輛荷載及地質(zhì)活動作用下的應(yīng)變分布，通過積分計算得到管道連續(xù)沉降曲線和變形形態(tài)。系統(tǒng)早期識別管道彎曲過度、接口脫開及結(jié)構(gòu)損
傷，指導(dǎo)管道加固和保護措施實施，保障管道結(jié)構(gòu)完整性和運行安全。
針對綜合管廊在長期運行中的結(jié)構(gòu)變形、沉降縫開合及混凝土裂縫等健康問題，提供基于分布式應(yīng)變傳感和光纖光柵傳感器的綜合監(jiān)測服務(wù)。沿管廊縱向敷設(shè)
傳感光纜，實時獲取管廊結(jié)構(gòu)的連續(xù)應(yīng)變分布，識別不均勻沉降和結(jié)構(gòu)變形；在沉降縫和施工縫布設(shè)光纖光柵位移計，監(jiān)測縫開合變化規(guī)律。監(jiān)測數(shù)據(jù)與周圍
環(huán)境條件關(guān)聯(lián)分析，評價管廊結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)，預(yù)警結(jié)構(gòu)損傷風(fēng)險，保障管廊內(nèi)各類管線的安全運行環(huán)境。
針對綜合管廊內(nèi)部環(huán)境復(fù)雜、安全風(fēng)險集中的特點，提供融合溫度、氣體、水位及安防的綜合監(jiān)測解決方案。利用分布式溫度傳感監(jiān)測管廊環(huán)境溫度異常和火
災(zāi)早期溫升；接入光纖光柵氣體傳感器監(jiān)測氧氣、甲烷及硫化氫濃度；布設(shè)水位傳感器監(jiān)測艙室積水情況；沿管廊敷設(shè)振動傳感光纜實現(xiàn)人員入侵和非法活動
預(yù)警。所有監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入綜合管理平臺，實現(xiàn)管廊運行狀態(tài)全方位感知和安全保障。
針對城市通信光纜和電力管道遭受外力破壞的風(fēng)險，提供基于分布式振動傳感的預(yù)警服務(wù)。利用通信管道中已有的通信光纜或與電力管道同步敷設(shè)的傳感光
纜，實時監(jiān)測管道沿線的振動信號，精準(zhǔn)識別施工挖掘、打樁鉆孔及路面破碎等威脅管道安全的破壞行為。系統(tǒng)實時定位破壞位置并推送預(yù)警信息至管線運維
單位，有效防范通信中斷和電力電纜損壞事故，保障城市信息流和能源流暢通。
針對地下管網(wǎng)類型多樣、權(quán)屬分散、數(shù)據(jù)孤島問題突出的現(xiàn)狀，提供集成化的智慧管網(wǎng)健康管理平臺服務(wù)。平臺集中接入各類管道的分布式溫度、聲波、應(yīng)變及振
動監(jiān)測數(shù)據(jù)，以及GIS地理信息、管網(wǎng)屬性數(shù)據(jù)及運行參數(shù)，通過專業(yè)分析模型和人工智能算法進行數(shù)據(jù)融合、異常識別、狀態(tài)評價及趨勢預(yù)測。平臺以二三維一體
化形式直觀展示管網(wǎng)分布、監(jiān)測點位和實時狀態(tài)，自動生成健康評價報告和運維建議，支撐管網(wǎng)運營單位實現(xiàn)從被動搶修到預(yù)測性維護的轉(zhuǎn)型升級，保障城市生命
線長期安全穩(wěn)定運行。