利用光纖基礎設施將智慧城市治理提升到新的局面

Fotech Group發(fā)布了一份關于分布式聲學傳感利用光纖基礎設施改善智慧城市治理的報告，分享了交通監(jiān)控、威脅監(jiān)測及故障位置檢測等應用。

分布式聲學感應建立在關鍵的光纖基礎設施之上，可以改善城市管理并保護關鍵的基礎設施。

光纖是現(xiàn)代城市的基礎，可與公民和企業(yè)之間進行數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)驅(qū)動著我們的生活，但是光纖可以提供的速度超過每秒千兆字節(jié)。 Fotech已部署了其分布式聲學傳感器（DAS）設備，以實現(xiàn)從流量管理和威脅檢測到定位故障的各種應用。

隨著智慧城市變得越來越復雜，城市和企業(yè)需要更精細的數(shù)據(jù)，利用來自光纖網(wǎng)絡的信息已成為一個清晰的解決方案。

DAS升級了傳統(tǒng)的光纖線纜，使其包含數(shù)千個振動傳感器，類似于在管道、道路或建筑物周邊等地方放置大量麥克風。激光每秒在電纜上發(fā)射數(shù)千個脈沖。一小部分會被反射，任何干擾都會被傳感器吸收。每種干擾都有其自身的特征，該技術中的高級算法可以告訴操作員發(fā)生了什么、確切發(fā)生在哪里以及何時發(fā)生。

鋪設在道路旁并配備DAS技術的光纜可以拾取車輛的動向，確定使用道路的車輛的大小，計算出擁塞的形成方式和類型，評估基礎設施的狀態(tài)，并識別出意外的工作。

借助這些技術手段，管理當局可以通過擁堵管理方法改善出行時間和空氣質(zhì)量，警惕可能導致事故的道路瓶頸，獲得有關基礎設施使用的信息，駕駛者會闖紅燈或闖入，并保護管道和電纜免受傷害。

這份特別報告將探討Fotech DAS技術的三個應用，但這僅僅是挖掘其潛力的代表而已。

1、交通監(jiān)控

現(xiàn)有的交通跟蹤技術有其缺點。端點傳感器和攝像機都是固定的，并且視野有限，而跟蹤位置數(shù)據(jù)的車載傳感器卻無法提供足夠的細節(jié)。浮點數(shù)據(jù)可以提供路口的平均等待時間，但是數(shù)據(jù)傳遞的延遲時間不足以改變交通信號燈以改善車輛流量。

但是，連接到路邊光纜的DAS可以連續(xù)跟蹤在數(shù)公里道路上行駛的車輛。此功能意味著它可以檢測到交通堵塞在任何地方開始和結束的位置，更改交通信號燈以緩解擁堵，并警告駕駛員提前排隊。

Fotech與西班牙基礎設施和工程公司COMSA合作，希望確定DAS如何管理環(huán)島路段的交通，以及它是否有助于改變交通信號燈的順序以改善交通擁堵。在穿過開闊的鄉(xiāng)村，輕工業(yè)區(qū)和加泰羅尼亞小鎮(zhèn)La Bisbal d’Empordà的五公里長的道路上，進行了DAS的試驗，在微溝槽中插入路邊的光纖，然后在該鎮(zhèn)的路邊人行道下方插入光纖。該測試旨在徹底測試DAS對交通管理系統(tǒng)的功能，并確定其敏感性極限。

白天，F(xiàn)otech和COMSA通過DAS和GoPro攝像機（用于檢查發(fā)現(xiàn)）的組合在路線上的特定點測量了正常的交通流量。它還測量了行人，騎自行車的人的運動以及沿路線的舊石橋的振動。晚上，兩個環(huán)島之間一條500米長的道路被關閉，進行了一系列測試。這些范圍包括跟蹤不同的制動和加速方法以及運行模擬交通隊列。每個參數(shù)都一個一個地更改，以了解傳感器能夠測量多少。

數(shù)據(jù)分析仍在進行中，但很顯然，DAS可用于跟蹤車輛在兩個方向上的移動，而不會在整個道路上中斷，并為復雜的交通管理系統(tǒng)提供足夠的信息。除了識別交通瓶頸、隊列的長度和增長率之外，該技術還可以確定車輛的大小以及行進的速度。 Fotech正在繼續(xù)評估數(shù)據(jù)以確定更多的應用。

同時，它已開始與交通管理公司合作，建立一個完全集成的解決方案，該解決方案可以控制交通信號燈并優(yōu)化通過道路網(wǎng)絡的交通流量。該系統(tǒng)的另一個好處是，由于交通擁堵減少，減少了排放并提高了空氣質(zhì)量。據(jù)悉，解決方案將在未來幾個月內(nèi)進行實際測試。

2、威脅檢測

除了電力公司、電信運營商和管道供應商之類的隧道外，城市還擁有由地下管道和電纜組成的復雜網(wǎng)絡。第三方可能不知道它們的存在，而故意破壞者可能希望故意破壞它們，或者基礎設施是如此寶貴，以至于犯罪分子或恐怖分子都感興趣。無論如何，都可以通過入口孔蓋或挖掘來破壞基礎設施。

在這種情況下，可以使用Fotech的DAS技術來檢測地下附近的活動，光纖是地下電纜的一部分，或者安裝在靠近管道或隧道的位置。人工智能用于識別每種活動的每個唯一簽名，并且在發(fā)生任何相關事件時會發(fā)出警報。基礎設施提供商的安全團隊將在幾分鐘甚至幾秒鐘內(nèi)收到發(fā)生情況及其確切位置的通知。

該技術還可以集成到其他系統(tǒng)中，例如允許攝像機自動轉(zhuǎn)向活動或自動部署無人機以起到威懾作用。這些升級的安全系統(tǒng)使員工能夠在必須實地訪問某個區(qū)域之前遠程評估違規(guī)情況。

犯罪分子在挖入地下管線的方法上變得越來越老練，通常是在遠離基礎設施的地方開挖隧道。使用越來越復雜的技術來避免現(xiàn)有的安全方法。 DAS技術用于保護貴重液體的一個例子是在印度，犯罪分子從距離地下管道20米的建筑物中挖出一個隧道來實施犯罪活動。

但是，F(xiàn)otech的技術通過檢測幾個晚上的零星和微妙的挖掘活動，確定各種可能破壞管道的嘗試。管道的泄漏檢測系統(tǒng)將泄漏點定位在500米范圍內(nèi)，但通過將其與Fotech自己的技術集成在一起，便能夠?qū)⒕_度減少到10米。

另一個例子是在南美，F(xiàn)otech的技術人員在雨林中拾取了意外的信號。管道容易被盜竊，但是該地區(qū)的位置偏遠并且沒有計劃工作的通知，這意味著管道運營商很難相信他們正在面臨威脅。然而，在Fotech的堅持下，由于振動與人類活動相吻合，F(xiàn)otech表示需要檢查該地點，操作員發(fā)現(xiàn)一個地震小組正在鉆探鉆孔，將炸藥危險地靠近管道放置以支持其自身的勘探工作。

這些示例說明了DAS如何構成更廣泛系統(tǒng)的基礎，其中技術可以檢測活動，而提供商自己的安全流程可以確定其基礎結構是否受到破壞。

3、故障位置檢測

DAS在檢測關鍵基礎設施威脅方面的優(yōu)勢也可以轉(zhuǎn)移到故障中。在許多情況下，關鍵基礎設施都位于偏遠的位置，無論是在地下深處還是海底。此類區(qū)域中的線纜可能會因意外的水或地面運動而損壞。由于其位置的原因，挖掘的風險可能很嚴重，并可能導致火災或觸電死亡。

查找故障可能很耗時，并且可能會通過用放電“重擊”電纜來發(fā)現(xiàn)問題，從而進一步破壞基礎實施。這種方法要求工程師在不同位置花費大量時間來查找電纜上產(chǎn)生電弧的位置。在許多情況下，此基礎實施至關重要，因此需要將停機時間降至最低。

舉一個DAS如何幫助運營商識別遠程基礎設施故障的例子，一家海上電纜運營商檢測到海上風電場的出口電纜出現(xiàn)問題。海底電纜面臨特別惡劣的環(huán)境。海底電流會侵蝕保護性海底層。裸露的電纜可能隨后漂移或振動，最初會造成損壞，但有可能導致其斷裂。

Fotech的Helios DAS解決方案用于確定沿著電纜的故障的精確位置。錨鏈從電纜上移到海底偏移處，但位于斷層附近。然后由DAS提取振動并將其與GPS相關聯(lián)。由于此數(shù)據(jù)的精確性質(zhì)，潛水員能夠確定總體故障位置并開始“竊聽”電纜以生成聲音信號。該信號進一步完善了故障的位置，因此工程師僅需拆除3.5米的電纜即可。由于Helios DAS能夠確定問題的確切位置，因此可以使用單個接頭修理電纜，而無需使用其他電纜。

與傳統(tǒng)的故障查找和修復方法相比，Helios DAS的另一個優(yōu)勢是速度。在這種情況下，電纜修復后，天氣立即變得最糟。如果使用傳統(tǒng)的維修方法，則必須將電纜的工作推遲一個月，從而使該公司損失數(shù)百萬英鎊的生產(chǎn)力。

DAS的演變

這些是該技術的當前部署應用，但其潛力只會隨著智慧城市變得越來越復雜而增長。 Fotech當前正在探索機器學習如何從DAS數(shù)據(jù)中提取更多數(shù)據(jù)。它希望了解如何在整個城市中最佳地部署DAS系統(tǒng)。正在與電信公司合作，以訪問其光纖基礎設施，并幫助他們進一步通過其網(wǎng)絡獲利。預期DAS的優(yōu)勢將導致在傳感將帶來新服務的區(qū)域進一步部署光纖。

隨著城市的發(fā)展并變得真正智能，DAS將在支持增值服務方面發(fā)揮關鍵作用。盡管短期的好處包括交通管理，隨著冠狀病毒疫情的發(fā)生，城市將重新思考其公共交通網(wǎng)絡，交通管理將變得越來越重要，而從中期來看，城市可以探索天氣或公共事件如何影響城市。

展望未來，DAS可以預測在城市中建設新基礎設施的效果，或者對于諸如引入擁堵費等決策至關重要。

數(shù)據(jù)是我們生活的中心。它連接我們，建立關系，推動業(yè)務發(fā)展和創(chuàng)新。光纖是基礎，DAS展示的是光纖可以進一步發(fā)展，以幫助運營交通網(wǎng)絡，保護關鍵基礎設施并改變城市運營方式。
責任編輯：tzh