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东南大学最新成果:仅用一根光纤就可监测道路地下空洞

发布时间:2024-05-30 文章来源:本站  浏览次数:97

通过一根光纤,不仅可以监测道路“健康”,还能预警高速路面地下空洞风险。这个技术是东南大学智慧建造与运维国家地方联合工程中心的创新成果。


据了解,2022年江苏省大力推进城市生命线安全工程,东南大学作为江苏省住建厅重要的技术支撑单位,一直着力通过技术手段攻克道路安全问题。


24小时监测道路“健康”


“我们一年半前就开始做这个事情了。”东南大学智慧建造与运维国家地方联合工程中心主任助理吴栋介绍,江苏省城市生命线安全工程启动后,中心主任吴刚教授迅速组织东南大学相关学科科研团队参与全省各地城市生命线安全工程的技术支撑服务及方案编制。在此过程中,道路塌陷问题引起了团队的重点关注。


针对道路基础设施,大部分城市主要采用人工日常巡检方法对道路状况进行监测,对部分重点路段补充定期探地雷达检测。该方法是目前道路地下空洞探测的主要手段,具备高分辨率、易开展、无损探测的优点,但存在成本高、速度慢等弊端,难以大面积推广。


如何多快好省地实现道路全域、全时段监测?该团队经过多番研讨,集思广益,提出光纤感知技术这一技术路线。利用光缆作为传感载体,对光纤沿线的振动、温度、应变等参数的实时监测,实现对城市道路的全方位监测。


吴栋介绍,这主要通过车致振动信号实现。比如,原来道路是坚硬的,如果变松散或者出现空洞,那么它传播路径上的介质状态就会发生变化,传播的波的特性也会发生变化。根据波的特性的变化,可以预测和推测性能变化,将这些因素综合考虑,可以感知道路最基础的变化情况。


对道路空洞等风险实现秒级预警


此外,该团队深入开发优化算法,实现了使用分布式光纤传感系统探测道路空洞的功能。这也就意味着,通过一根光纤,不仅可以全天候监测道路地下空洞,还能实现风险秒级预警。


运营商的通信光缆一般埋设在道路一侧,选取其中一根光纤作为探测传感器。当车辆通过道路时,光纤每个采样点将采集到车辆通过的振动信号,地下空洞附近点位的信号将与非空洞点位信号存在差异。依托振动特征库与预警算法识别出异常,生成报警信息和报警位置,推送系统平台。


这一成果也在南京、无锡、昆山等地的实际道路上展开实验验证,所测结果与真实空洞位置,能够一一对应。


利用旧组网降低探测成本


与传统的探测法相比,分布式光纤传感系统具有低成本、全天候、广覆盖、高性能、免维护等多重优势。


吴栋介绍,光纤耐腐蚀、寿命长,利用运营商已有的通信光缆,无须破路施工就能够将系统覆盖相应的道路,极大地降低了探测的成本。如今,我国拥有全球最大规模的光纤网络,足以支撑实现对高速路面全方位实时监测。


此外,分布式光纤传感系统对于大范围的宏观把控,能够识别出一定范围内哪些地方存在较高风险。相关单位收到预警后,便可通过人工巡检、探地雷达监测等方式进一步核实确认,有效避免潜在风险演变为现实风险。


这就相当于给道路先做X光,筛查出问题再做CT或核磁共振。


多场景应用为城市安全护航


除了城市道路,分布式光纤传感系统在其他场景中也能“施展拳脚”。


城市里雨水管、污水管经常发生一些结构性破坏,现有技术手段一般需要将管道排空、冲洗干净,由人进入管道拍摄,再由人工判断是否存在“病害”,效率低、成本高。


而依托分布式光纤传感系统,通过管道光纤,接收沿管道传播的振动信号,遇到脱节、虚接、错口等结构性缺陷处,振动特征发生变化,通过提取振动特征异常,从而监测“病害”所在。


分布式光纤声波传感系统还可应用于预警建筑火灾。光纤具有布置灵活、成本低、耐高温的特点,能够在建筑空间自由布设,且能在极端火场条件中稳定工作。


吴栋说:“光纤的耐火温度为1300℃,也就是说1000℃以下都可以正常工作。在极端情况下,光纤能够探知整个建筑的温度分布,给人员的逃生、救援力量的调配,提供准确的依据。”


不仅如此,未来分布式光纤传感系统可搭载施工作业及设备类型识别、道路空洞监测、雨污管线检测等多重算法,满足城市基础设施安全运行监测的多场景业务需求,为城市安全保驾护航。


来源 | 现代快报

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