在現(xiàn)代城市高效運(yùn)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(dòng)脈”，承擔(dān)著給水、排水、燃?xì)?、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(yùn)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(cè)手段往往受限于點(diǎn)式監(jiān)測(cè)覆蓋面不足、在線監(jiān)測(cè)能力欠缺、泄漏定位困難、腐蝕老化難以評(píng)估以及外部破壞預(yù)警滯后等問(wèn)題，難以滿足現(xiàn)代城市生命線工程對(duì)全網(wǎng)絡(luò)感知、實(shí)時(shí)化監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)化維護(hù)的迫切需求。針對(duì)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(cè)解決方案，通過(guò)構(gòu)建“全線路感知-實(shí)時(shí)化傳輸-智能化診斷”的技術(shù)體系，為各類(lèi)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(cè)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(cè)單元，利用分布式溫度傳感技術(shù)實(shí)時(shí)獲取管道全線溫度分布，清晰揭示給水管網(wǎng)的漏失點(diǎn)、排水管網(wǎng)的入流入滲、熱力管網(wǎng)的保溫失效及燃?xì)夤芫W(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(dòng)噪聲、泄漏噴射噪聲及第三方施工振動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)泄漏點(diǎn)的精準(zhǔn)定位和外部破壞的早期預(yù)警；針對(duì)管道變形和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)需求，可利用分布式應(yīng)變傳感技術(shù)監(jiān)測(cè)管道在土體荷載、車(chē)輛荷載及地質(zhì)沉降作用下的應(yīng)力應(yīng)變分布，識(shí)別管道彎曲、凹陷及接口脫開(kāi)等結(jié)構(gòu)損傷；針對(duì)管道腐蝕監(jiān)測(cè)需求，可利用光纖光柵腐蝕傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道壁厚減薄和腐蝕速率。在傳輸與處理層面，所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)匯聚至城市生命線安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)中心和管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理中心，利用專(zhuān)業(yè)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)軟件和人工智能算法進(jìn)行快速處理和智能分析，自動(dòng)識(shí)別泄漏特征、濾除環(huán)境噪聲、評(píng)估管道狀態(tài)、預(yù)測(cè)發(fā)展趨勢(shì)，生成溫度分布圖、泄漏定位圖及健康評(píng)價(jià)報(bào)告。這一方案可廣泛應(yīng)用于城市供水管網(wǎng)漏失監(jiān)測(cè)，通過(guò)連續(xù)獲取管道沿線溫度場(chǎng)和聲波特征，實(shí)時(shí)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(cè)中，利用分布式溫度傳感識(shí)別地下水滲入點(diǎn)和污水外滲點(diǎn)，支撐管網(wǎng)修復(fù)和提質(zhì)增效；在燃?xì)夤芫W(wǎng)泄漏監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，利用分布式聲波傳感捕捉高壓燃?xì)庑孤┊a(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(cè)中，實(shí)時(shí)追蹤供熱管道溫度異常，識(shí)別保溫層破損和熱水泄漏，提升供熱效率和運(yùn)行安全；在工業(yè)管道監(jiān)測(cè)中，利用分布式應(yīng)變和溫度傳感監(jiān)測(cè)高溫高壓管道的熱膨脹、振動(dòng)及疲勞損傷；在綜合管廊監(jiān)測(cè)中，融合分布式溫度、應(yīng)變及振動(dòng)監(jiān)測(cè)，實(shí)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(hù)。
整體方案的核心優(yōu)勢(shì)在于實(shí)現(xiàn)了地下管網(wǎng)狀態(tài)的全分布感知與實(shí)時(shí)化傳輸，打通了從管道本體狀態(tài)獲取到運(yùn)維決策支持的完整技術(shù)鏈條，確保各類(lèi)隱患能夠在早期被及時(shí)發(fā)現(xiàn)和精準(zhǔn)定位，同時(shí)通過(guò)光纖傳感的無(wú)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(zhǎng)期可靠運(yùn)行，傳感光纜可與管道同壽命，實(shí)現(xiàn)從施工到運(yùn)行的全周期連續(xù)監(jiān)測(cè)，且無(wú)需開(kāi)挖即可實(shí)現(xiàn)對(duì)深埋管道的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，大幅降低傳統(tǒng)人工巡檢和定期檢測(cè)的成本與風(fēng)險(xiǎn)，并可根據(jù)不同管材、不同介質(zhì)和不同監(jiān)測(cè)需求進(jìn)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(cè)屏障。
地下管網(wǎng)檢測(cè)應(yīng)用方案
針對(duì)城市供水管網(wǎng)漏損率高、微小泄漏難以發(fā)現(xiàn)、漏點(diǎn)定位困難的問(wèn)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(cè)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(shí)時(shí)獲取管道全線溫度分布和聲波特征，通過(guò)溫度異常識(shí)別泄漏導(dǎo)致的局部降溫，通過(guò)聲波特
征識(shí)別泄漏產(chǎn)生的噴射噪聲。系統(tǒng)采用相關(guān)分析和時(shí)延估計(jì)算法，實(shí)現(xiàn)泄漏點(diǎn)的米級(jí)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(xiāo)差。
針對(duì)供水管網(wǎng)因壓力波動(dòng)、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(cè)管道沿線的聲
波信號(hào)，通過(guò)深度學(xué)習(xí)算法識(shí)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(dòng)報(bào)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(mén)，指導(dǎo)閥門(mén)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(duì)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(jìn)水濃度偏低、管網(wǎng)腐蝕加劇及環(huán)境污染問(wèn)題，提供基于分布式溫度傳感的入流入滲監(jiān)測(cè)服務(wù)。
在排水管道關(guān)鍵斷面和重點(diǎn)區(qū)域敷設(shè)測(cè)溫光纜，利用溫度作為天然示蹤劑，實(shí)時(shí)追蹤地下水滲入點(diǎn)產(chǎn)生的溫度異常和污水外滲導(dǎo)致的周?chē)馏w溫度變
化。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)清晰揭示管網(wǎng)破損位置和入流入滲強(qiáng)度，支撐管網(wǎng)修復(fù)計(jì)劃制定和提質(zhì)增效改造。
針對(duì)排水管網(wǎng)淤積導(dǎo)致過(guò)流能力下降、內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)增加的共性問(wèn)題，提供基于分布式溫度傳感的淤積監(jiān)測(cè)服務(wù)。利用敷設(shè)于管道底部的測(cè)溫光纜，監(jiān)測(cè)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(guò)分析溫度場(chǎng)分布特征識(shí)別淤積位置、淤積厚度及淤積程度。系統(tǒng)在淤積達(dá)到預(yù)警閾值時(shí)自動(dòng)報(bào)警，
指導(dǎo)清淤作業(yè)精準(zhǔn)實(shí)施，保障排水管網(wǎng)通暢和內(nèi)澇防治能力。
針對(duì)燃?xì)夤芫W(wǎng)泄漏易引發(fā)爆炸、火災(zāi)等重大安全事故的風(fēng)險(xiǎn)，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(cè)服務(wù)。利用與燃?xì)夤艿劳瑴戏?/span>
設(shè)的傳感光纜，實(shí)時(shí)捕捉高壓燃?xì)庑孤┊a(chǎn)生的噴射噪聲特征聲波，同時(shí)監(jiān)測(cè)泄漏點(diǎn)周?chē)驓怏w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(shí)別算
法，有效區(qū)分泄漏信號(hào)與環(huán)境干擾，實(shí)現(xiàn)泄漏點(diǎn)的精確定位和早期預(yù)警，保障城市燃?xì)廨斉浒踩?/span>
針對(duì)燃?xì)夤芫W(wǎng)遭受施工挖掘、鉆孔及打樁等第三方破壞的風(fēng)險(xiǎn)，提供基于分布式振動(dòng)傳感的實(shí)時(shí)預(yù)警服務(wù)。沿燃?xì)夤芫€敷設(shè)傳感光纜，連續(xù)監(jiān)測(cè)管道周?chē)?/span>
土壤中的振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)振動(dòng)特征庫(kù)和深度學(xué)習(xí)算法精準(zhǔn)識(shí)別挖掘機(jī)、破碎錘、旋挖鉆等施工機(jī)械產(chǎn)生的振動(dòng)模式。系統(tǒng)實(shí)時(shí)定位破壞活動(dòng)位置并推送預(yù)
警信息至燃?xì)夤竞统枪軋?zhí)法部門(mén)，實(shí)現(xiàn)從被動(dòng)搶修到主動(dòng)防護(hù)的轉(zhuǎn)變，有效防范第三方破壞事故。
針對(duì)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(xiǎn)，提供基于分布式溫度傳感的全線監(jiān)測(cè)服務(wù)。與供熱管道同步敷設(shè)
傳感光纜，實(shí)時(shí)獲取管道全線溫度分布，清晰識(shí)別保溫層破損區(qū)域產(chǎn)生的溫度異常和熱水泄漏點(diǎn)周?chē)母邷禺惓！１O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)支撐供熱企業(yè)精準(zhǔn)定位維修點(diǎn)、
評(píng)估保溫效果、優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)，提升供熱效率和運(yùn)行安全，降低熱能損耗和搶修成本。
針對(duì)熱力管網(wǎng)中補(bǔ)償器和固定墩等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)在熱膨脹作用下的結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)需求，提供基于光纖光柵應(yīng)變傳感器的定點(diǎn)監(jiān)測(cè)服務(wù)。在補(bǔ)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)熱膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變變化，評(píng)估補(bǔ)償器工作狀態(tài)和疲勞損傷累積。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)識(shí)別補(bǔ)償器卡澀、固定墩松動(dòng)等
異常工況，預(yù)警結(jié)構(gòu)失效風(fēng)險(xiǎn)，保障熱力管網(wǎng)長(zhǎng)期安全運(yùn)行。
針對(duì)石油、化工及電力行業(yè)高溫高壓工業(yè)管道在長(zhǎng)期運(yùn)行中面臨的腐蝕、沖蝕及壁厚減薄風(fēng)險(xiǎn)，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(cè)服務(wù)。
在管道易腐蝕部位布設(shè)光纖光柵腐蝕傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道壁厚變化和腐蝕速率；利用分布式應(yīng)變傳感監(jiān)測(cè)管道在壓力波動(dòng)和溫度變化下的應(yīng)力應(yīng)變分布，
識(shí)別局部減薄導(dǎo)致的應(yīng)力集中。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)支撐管道剩余壽命預(yù)測(cè)和檢修周期優(yōu)化，預(yù)防腐蝕泄漏事故。
針對(duì)工業(yè)管道在流體脈動(dòng)、壓縮機(jī)振動(dòng)及閥門(mén)啟閉等作用下產(chǎn)生的振動(dòng)疲勞風(fēng)險(xiǎn)，提供基于分布式聲波傳感和光纖光柵振動(dòng)傳感器的振動(dòng)監(jiān)測(cè)服務(wù)。實(shí)時(shí)采集
管道沿線的振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)頻譜分析識(shí)別振動(dòng)主頻、幅值及模態(tài)特征，評(píng)估振動(dòng)強(qiáng)度是否超過(guò)允許范圍；監(jiān)測(cè)振動(dòng)疲勞累積損傷，預(yù)警管道開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。監(jiān)測(cè)成
果支撐管道支撐加固、運(yùn)行參數(shù)調(diào)整及防振改造措施實(shí)施。
針對(duì)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(xiǎn)，提供基于分布式應(yīng)變傳感的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)服務(wù)。沿管道軸向敷設(shè)傳感光纜，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
管道在土體沉降、車(chē)輛荷載及地質(zhì)活動(dòng)作用下的應(yīng)變分布，通過(guò)積分計(jì)算得到管道連續(xù)沉降曲線和變形形態(tài)。系統(tǒng)早期識(shí)別管道彎曲過(guò)度、接口脫開(kāi)及結(jié)構(gòu)損
傷，指導(dǎo)管道加固和保護(hù)措施實(shí)施，保障管道結(jié)構(gòu)完整性和運(yùn)行安全。
針對(duì)綜合管廊在長(zhǎng)期運(yùn)行中的結(jié)構(gòu)變形、沉降縫開(kāi)合及混凝土裂縫等健康問(wèn)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(cè)服務(wù)。沿管廊縱向敷設(shè)
傳感光纜，實(shí)時(shí)獲取管廊結(jié)構(gòu)的連續(xù)應(yīng)變分布，識(shí)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(jì)，監(jiān)測(cè)縫開(kāi)合變化規(guī)律。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與周?chē)?/span>
環(huán)境條件關(guān)聯(lián)分析，評(píng)價(jià)管廊結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)，預(yù)警結(jié)構(gòu)損傷風(fēng)險(xiǎn)，保障管廊內(nèi)各類(lèi)管線的安全運(yùn)行環(huán)境。
針對(duì)綜合管廊內(nèi)部環(huán)境復(fù)雜、安全風(fēng)險(xiǎn)集中的特點(diǎn)，提供融合溫度、氣體、水位及安防的綜合監(jiān)測(cè)解決方案。利用分布式溫度傳感監(jiān)測(cè)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(cè)氧氣、甲烷及硫化氫濃度；布設(shè)水位傳感器監(jiān)測(cè)艙室積水情況；沿管廊敷設(shè)振動(dòng)傳感光纜實(shí)現(xiàn)人員入侵和非法活動(dòng)
預(yù)警。所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入綜合管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)管廊運(yùn)行狀態(tài)全方位感知和安全保障。
針對(duì)城市通信光纜和電力管道遭受外力破壞的風(fēng)險(xiǎn)，提供基于分布式振動(dòng)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道沿線的振動(dòng)信號(hào)，精準(zhǔn)識(shí)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(shí)時(shí)定位破壞位置并推送預(yù)警信息至管線運(yùn)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(duì)地下管網(wǎng)類(lèi)型多樣、權(quán)屬分散、數(shù)據(jù)孤島問(wèn)題突出的現(xiàn)狀，提供集成化的智慧管網(wǎng)健康管理平臺(tái)服務(wù)。平臺(tái)集中接入各類(lèi)管道的分布式溫度、聲波、應(yīng)變及振
動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以及GIS地理信息、管網(wǎng)屬性數(shù)據(jù)及運(yùn)行參數(shù)，通過(guò)專(zhuān)業(yè)分析模型和人工智能算法進(jìn)行數(shù)據(jù)融合、異常識(shí)別、狀態(tài)評(píng)價(jià)及趨勢(shì)預(yù)測(cè)。平臺(tái)以二三維一體
化形式直觀展示管網(wǎng)分布、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位和實(shí)時(shí)狀態(tài)，自動(dòng)生成健康評(píng)價(jià)報(bào)告和運(yùn)維建議，支撐管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)單位實(shí)現(xiàn)從被動(dòng)搶修到預(yù)測(cè)性維護(hù)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，保障城市生命
線長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。