通過一根光纖，不僅可以監測道路“健康”，還能預警高速路面地下空洞風險。這個技術是東南大學智慧建造與運維國家地方聯合工程中心的創新成果。

據了解，2022年江蘇省大力推進城市生命線安全工程，東南大學作為江蘇省住建廳重要的技術支撐單位，一直著力通過技術手段攻克道路安全問題。

24小時監測道路“健康”

“我們一年半前就開始做這個事情了。”東南大學智慧建造與運維國家地方聯合工程中心主任助理吳棟介紹，江蘇省城市生命線安全工程啟動后，中心主任吳剛教授迅速組織東南大學相關學科科研團隊參與全省各地城市生命線安全工程的技術支撐服務及方案編制。在此過程中，道路塌陷問題引起了團隊的重點關注。

針對道路基礎設施，大部分城市主要采用人工日常巡檢方法對道路狀況進行監測，對部分重點路段補充定期探地雷達檢測。該方法是目前道路地下空洞探測的主要手段，具備高分辨率、易開展、無損探測的優點，但存在成本高、速度慢等弊端，難以大面積推廣。

如何多快好省地實現道路全域、全時段監測？該團隊經過多番研討，集思廣益，提出光纖感知技術這一技術路線。利用光纜作為傳感載體，對光纖沿線的振動、溫度、應變等參數的實時監測，實現對城市道路的全方位監測。

吳棟介紹，這主要通過車致振動信號實現。比如，原來道路是堅硬的，如果變松散或者出現空洞，那么它傳播路徑上的介質狀態就會發生變化，傳播的波的特性也會發生變化。根據波的特性的變化，可以預測和推測性能變化，將這些因素綜合考慮，可以感知道路最基礎的變化情況。

對道路空洞等風險實現秒級預警

此外，該團隊深入開發優化算法，實現了使用分布式光纖傳感系統探測道路空洞的功能。這也就意味著，通過一根光纖，不僅可以全天候監測道路地下空洞，還能實現風險秒級預警。

運營商的通信光纜一般埋設在道路一側，選取其中一根光纖作為探測傳感器。當車輛通過道路時，光纖每個采樣點將采集到車輛通過的振動信號，地下空洞附近點位的信號將與非空洞點位信號存在差異。依托振動特征庫與預警算法識別出異常，生成報警信息和報警位置，推送系統平臺。

這一成果也在南京、無錫、昆山等地的實際道路上展開實驗驗證，所測結果與真實空洞位置，能夠一一對應。

利用舊組網降低探測成本

與傳統的探測法相比，分布式光纖傳感系統具有低成本、全天候、廣覆蓋、高性能、免維護等多重優勢。

吳棟介紹，光纖耐腐蝕、壽命長，利用運營商已有的通信光纜，無須破路施工就能夠將系統覆蓋相應的道路，極大地降低了探測的成本。如今，我國擁有全球最大規模的光纖網絡，足以支撐實現對高速路面全方位實時監測。

此外，分布式光纖傳感系統對于大范圍的宏觀把控，能夠識別出一定范圍內哪些地方存在較高風險。相關單位收到預警后，便可通過人工巡檢、探地雷達監測等方式進一步核實確認，有效避免潛在風險演變為現實風險。

這就相當于給道路先做X光，篩查出問題再做CT或核磁共振。

多場景應用為城市安全護航

除了城市道路，分布式光纖傳感系統在其他場景中也能“施展拳腳”。

城市里雨水管、污水管經常發生一些結構性破壞，現有技術手段一般需要將管道排空、沖洗干凈，由人進入管道拍攝，再由人工判斷是否存在“病害”，效率低、成本高。

而依托分布式光纖傳感系統，通過管道光纖，接收沿管道傳播的振動信號，遇到脫節、虛接、錯口等結構性缺陷處，振動特征發生變化，通過提取振動特征異常，從而監測“病害”所在。

分布式光纖聲波傳感系統還可應用于預警建筑火災。光纖具有布置靈活、成本低、耐高溫的特點，能夠在建筑空間自由布設，且能在極端火場條件中穩定工作。

吳棟說：“光纖的耐火溫度為1300℃，也就是說1000℃以下都可以正常工作。在極端情況下，光纖能夠探知整個建筑的溫度分布，給人員的逃生、救援力量的調配，提供準確的依據。”

不僅如此，未來分布式光纖傳感系統可搭載施工作業及設備類型識別、道路空洞監測、雨污管線檢測等多重算法，滿足城市基礎設施安全運行監測的多場景業務需求，為城市安全保駕護航。

來源 | 現代快報