物联网之感知-分布式光纤传感-应用前景分析
1.分布式光纖傳感技術發展趨勢
????????目前國際國內的光纖傳感技術已初步成型，正在步入市場大規模應用的啟動階段。與此同時，在光纖測溫、測應變、測振方面的傳感器應用已經比較成熟和完善，而在光纖振動聲紋監測及聲音還原與分析方面的技術和產品雖然科研院所及行業企業研發多年，但基本是技術空白。
????????當前光纖傳感技術從原理上來劃分：
????????*瑞利散射和背向散射-對應力有反應-測振；
??????? *拉曼散射-主要是溫度感知-測溫；
??????? *布里淵-對應力和溫度有反應，比較難實現。
????????光纖傳感器應用的三大瓶頸：
????????①誤報率;
????????②動態范圍;
????????③適應能力。
????????其技術實現主要與四大關鍵性因素有關：探測光源、光路結構、全頻譜分析、智能算法；目前市面上大部分廠家過分將關注重點聚焦于后端智能算法這一單一影響因素，而忽略探測光源“信息把關人”角色的作用，類比到整個系統運行中，探測光源只是簡單收集并不準確的信號，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大也無法對不精確的信息做出更為準確的信號判斷，這也是目前業內眾多光纖傳感產品漏誤報率高的重要原因。但光纖傳感產品有極高的靈敏度造就了該類周界產品的極大優勢，然靈敏度亦是一把雙刃劍，產品如若沒有強大的技術支持，靈敏度則會轉變成誤報率，因此從探測光源、光路結構、全頻譜分析、智能算法四大關鍵性因素解決漏誤報率的逐漸成為行業共識。
2.項目的產業化前景分析
?2.1應用場景分析
????????光纖傳感技術具有多種技術特征：測量距離遠（可達60km），并能精確定位入侵點和泄漏點；連續分布式測量，可實現多點多事件同時監測，且互不影響；鋪設靈活，可掛網，可地埋。室外部分無源，可鋪設在易燃易爆周界，光纖對溫度不敏感，高低溫耐受性很強；室外分線盒與傳感光纜長年免維護，設備維護量小，維護費用低；結合智能化深度學習，自動監測和判斷入侵事件。因此其可以在安防、安監、線性監測等領域大顯身手：
- 長距離邊界的預警系統
????????重要國境線、保稅區隔離帶、海關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光纖預警。
- 重要設施的周界安全防衛
????????·軍事要地、國防設施：如部隊、機場、軍港、導彈/火箭發射基地、雷達、通訊站點；
????????·國民經濟重要設施：電力站、變電所、文博館、金融庫房；
????????·易燃易爆場所的防衛：化工園區、油庫、氣站、油氣儲存罐區、炸藥庫等；
????????·重要安全防護場所：監獄、學校、水庫、工業廠礦等。
- 城市管廊\石油天然氣管線\通訊\電力線纜的防護（防開挖、防偷盜、防破壞）
- 基建設施如大橋、公路、鐵路等鋼筋混凝土結構的應變監測、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域的應用市場容量分析如下：
??????? 【1】周界安防行業，隨著光纖傳感技術的提升發展，光纖周界安防技術憑借其抗電磁干擾、易于遠傳及誤報率低等優點，有效克服了電類、紅外傳感技術的不足，逐漸獲得周界安防領域的市場認可，其應用范圍從政府機關逐步拓展到民用機場、博物館、監獄、油庫、變電站等重要場所，應用場所分布十分廣闊。如：
- 在民用機場領域，根據《民用航空運輸機場安全保衛設施》的規定，強制要求在民用機場應用周界安防入侵系統，對入侵目標進行識別、分類及全天候工作，而目前我國具有200左右民用機場；
- 全國博物館總數約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生，安防系統尚未在博物館領域廣泛采用。未來隨著博物館參觀人數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，減少經濟損失，博物館會加大對周界安防入侵系統的需求；
- 全國共有監獄近700所，由于監獄本身的特殊性，其安防系統在安全可靠性方面的要求明顯要高于其他行業。雖然，目前已有八成的監獄安裝了報警系統，但由于技術相對落后，遠不能滿足安全監管的需求。而基于光纖傳感技術的光纖周界入侵報警系統是一種新型安防技術，能與視頻監控系統聯動，相較于較高壓脈沖電子圍欄等傳統技術，具有安全、誤報率低及智能化等優點。基于上述優點，未來光纖周界入侵報警系統將逐步取代傳統周界安防產品，在監獄安全監測領域得到廣泛推廣；
- 為防止非法入侵或各種破壞活動，在重要國境線、保稅區隔離帶、海關港口等重要場所，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，需要敷設周界安全入侵報警系統用于安全監測。由于我國國境線、海岸線較長，地質情況十分復雜，對周界入侵報警系統具有特殊需求，光纖傳感技術相對于紅外、電傳感技術，具有遠距離、大范圍的傳輸、誤報率低的優勢，能很好的滿足上述領域的特殊需求，市場應用空間十分廣闊。
?????? 【2】石油石化行業，由于光纖傳感技術具有本質防爆、安全可靠、靈敏度高的技術優勢，該技術在油氣儲藏、油氣管道運輸以及油氣開采服務的整個石油石化工業產業鏈得到廣泛使用，應用前景十分廣闊。如：
- 預計石油需求量在2021年增加至約7億噸，隨著我國石油消費量的不斷增長和國家戰略儲備油庫建設，光纖傳感技術可實現對油庫的液位、溫度、壓力、油氣濃度等狀態量的實時監測，因此，基于防爆、防燃的要求，未來國家戰略儲備油庫及企業自備油庫、商業油庫等油氣儲藏設施的建設將給光纖傳感類消防監測系統帶來廣闊的市場空間。
- 預計我國在未來幾年，將建成近20萬公里輸油管道，隨著我國油氣輸送管網的不斷建設、完善，防爆、防盜、防泄漏等管道安全問題日益突出。光纖預警技術可在油氣管道運輸中，對溫度、壓力、管線泄漏、儲層結構健康等方面進行監測，作為《油氣管道安全預警系統技術規范》的主要技術之一，其發展將獲得前所未有的機遇。
- 在油氣開采服務方面，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逐步上升，年固定資產投資總規模達1000億元以上。基于光纖傳感技術的油井監測系統可實現長期、實時在線監測油井井下的溫度和壓力變化，可優化采油生產、提高采收率、減少修井作業，目前已在油氣開采業務中得到廣泛推廣和應用，其未來市場空間增長潛力較大。
??????? 【3】交通隧道行業，由于光纖傳感技術具有靈敏度和精度高、本質安全、抗強電磁干擾、耐腐蝕、防雷擊、便于組網和長距離傳輸等特性，基于光纖傳感技術的隧道火災預警系統已廣泛應用于公路隧道、鐵路隧道和城市軌道交通隧道等交通隧道行業。如：
- 在公路隧道方面，近年來我國公路建設持續增長，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，基于光纖傳感技術的隧道火災預警系統已在公路隧道逐步應用，市場前景廣闊。
- 在鐵路隧道建設領域，根據新華網報道，到2020年規劃建設5000座隧道，長度超過9000千米，光纖傳感技術可在其中發揮其應用。
- 城市快速軌道交通近年來在我國得到較快發展，預計到2020 年，我國城市軌道交通累計投入運營里程將達到7,000 千米，其中地鐵運營里程達到5,880千米，覆蓋全國主要大中城市。地鐵隧道內具有電磁干擾，以電信號為工作基礎的溫度傳感技術在安全性和信號穩定性方面受到限制。基于光纖傳感技術的溫度測量技術應用到地鐵隧道火災預警系統，則能有效監測地鐵隧道溫度變化，為一旦發生的地鐵隧道火災救災指揮提供強有力的支持作用。
??????? 【4】電力行業，在電力行業中，為了及時發現可能出現的各種安全隱患，需要采取各種有效措施對關鍵電力設備進行實時監測，以維持系統的安全運行。由于電力設備通常在高電壓、大電流的環境下工作，還有部分置于高空中，這些因素都為系統的監測帶來極大不便。傳統的電類傳感技術由于容易受到強電磁場的干擾，很難適應這類場合的使用要求，而光纖傳感技術因其具有較強的抗電磁干擾能力和較寬的工作頻率等優點，因此在電力行業中得到廣泛使用，尤其在發電及輸配電領域。如：
- 在發電領域，我國每年發電投資金額都保持在3000 億元以上，投資金額巨大，光纖傳感技術主要應用在發電廠、發電站的高壓開關柜、大型電機的定子、轉子內的溫度檢測及火力發電廠高溫爐測溫等。隨著我國發電投入不斷保持高位，以及發電量和發電企業數量的持續增長，將會極大帶動光纖傳感技術安全監測系統的廣泛應用；
- 在輸配電領域，光纖傳感技術主要應用于高壓輸電電網、高壓變壓器、高壓開關柜、電容器、地下輸配電電纜等電力設備、線路的安全監測。在輸配電方面，根據中國電力企業聯合會數據統計，我國2012年220千伏及以上輸電線路長度達到51.49萬千米，同時，我國2012年35千伏及以上變電設備容量達到44.5萬千伏安。在城市配電網領域，目前我國城市配電網還大多采用架空線路，由于架空線路受廊道和同桿回路數的限制存在諸多弊端，隨著電纜負荷呈持續快速增長，居民對供電可靠性期望的不斷提高，配電電網入地已成為未來發展趨勢。配電電網入地，對地下電纜的在線監測提出更高要求，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測系統的需求。
??????? 【5】橋梁及大壩結構安全監測領域，我國目前處于基礎設施建設的高峰期，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構和基礎設施體積大、跨度長、分布面積大，使用期限長，對傳感設備長期監測系統的性能穩定性、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、在量程范圍內波長移動與應變有良好的線性關系、頻帶寬以及信噪比高等特點，能很好的滿足上述特殊需求。光纖傳感技術由于具有上述優點，已成為橋梁、大壩等結構健康監測的重要手段。
- 我國橋梁目前的現狀主要表現為以下幾個方面：一是保有量大，截至2012年，全國公路橋梁達71.34 萬座。二是“老齡”橋梁數量較多，據統計，我國橋梁總數的40%已經屬于超25年的“老齡”橋梁范疇，而且隨著時間的推移，“老齡”橋梁的數量還在不斷增長。三是2010年以來我國新建橋梁的數量持續保持在高位。鑒于我國橋梁在保有量、結構及投入建設的現狀，作為橋梁結構安全監測的重要技術，光纖傳感技術及其系統產品將面臨較大的市場空間。
- 根據2013 年7 月《中國水利》報刊數據顯示，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50至70年代，受當時水文地質資料欠缺、設計標準不完善、筑壩技術水平較低、財力不足等條件限制，很多工程建設標準偏低、質量較差，加上后期管護不到位，大量已建成工程經多年運行存在著各種安全隱患。這給光纖傳感技術在大壩安全監測領域的應用帶來良好的前景。
3.項目主要研究內容
?????? 分布式光纖傳感系統主要包含了前端分布式光纖傳感主機（硬件為主，嵌入式軟件采集數據為輔）和后臺光纖振動數據處理系統（軟件、算法）：
- 前端分布式光纖感知主機
??????? 大多會走一體化光纖主機路線，包含光模塊、數據采集模塊，調制解調模塊，內部通信模塊，網絡模塊等模組，其最核心設備為分布式光纖傳感器，內部集成超窄線寬光源、脈沖EDFA、Raman放大器，同時集成調制器等光學器件，采用窄線寬激光光源干涉搭配改進型光路結構，光路的精心設計從原理上解決了環境溫度、偏振變化帶來的干涉信號穩定問題，增強系統可靠性與穩定性，更為重要的是，全新的光路結構對振動信號響應更靈敏，提高了報警靈敏度，特別是在掛墻、嵌墻、埋地安裝環境下靈敏度要優于采用其它光路結構的產品。
??????? 隨著技術成熟，產品一體化集成度越來越高，產品價格逐年降低，例如最成熟的分布式光纖測溫產品，由10年前動輒報價近百萬一套，已經下降到現在數萬一套，在一般項目中也能有一定的性價比，不再是僅在科研項目中賺取噱頭了。
- 后端數據處理系統
??????? 分布式光纖傳感數據處理系統，一般由采集分析子系統、信息集中顯示子系統、歷史信息查詢子系統、報警派發與處理子系統、設置與后臺子系統、手機APP及二次開發接口等模塊組成。
??????? 該系統包含傳感數據采集、分析、識別、振動和噪聲數據算法提取等功能；實現光纖傳感數據記錄及預處理，經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、圍墻、禁行區域的人員入侵或車輛入侵，以及可能威脅周界建筑物的機械施工等，系統進行實時預警或告警；實現定位報警功能，通過系統提供的入侵地點的位置，可以事件聲音復核、現場聲音監聽、聯動視頻監控或派遣人員到達現場。實現對系統所有基礎數據進行統一管理、配置，包括定標點管理、系統瓦片地圖管理、定位管理等功能。
??????? 近年來得益于神經網絡的智能算法的發展，光纖傳感數據處理系統大量引入這些算法，進行訓練學習后，能在復雜環境下識別大多數場景事件，這也是分布式光纖傳感技術能有效降低漏報、誤報，逐步取得市場認可的另一個主因。
4、猜想未來擬解決的關鍵技術問題
目前分布式光纖傳感系統一些關鍵技術問題為以下幾方面：
5.列出2021分布式光纖傳感頭部廠商供讀者參考學習
上海波匯通信：
?? ????? http://www.bandweaver.cn 2002年成立??
?????????其涉及行業：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：綜合管廊、油氣管線、軌道交通、市政、油田、場站等基礎設施建設領域、核電、能源領域、重化工業領域? ?
武漢理工光科：
??????? http://www.wutos.com?? ?2008年成立?? ?
????????其涉及行業：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：管道安全、深井中地震裂痕等勘探監測，及致力于為油氣勘探開發、儲氣庫、油氣管網、碳捕獲/利用與存儲、新能源安全運維等業務
深圳國興匯金：
????????www.gxhjtech.com?? ??? ?2012年成立?? ?
????????其涉及行業：光纖測井、智慧油田、及石油天然氣和可燃冰的開采、生產及存儲環節
總結
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容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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