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高速公路超速现象是引发高速公路交通事故的主要原因。所以，实现高速公路的智能化治理，实时丈量车流量、车速等交通参数可以为门路拥塞时的紧急疏散以及车辆超速时的违章处分提供依据，从而减少车辆行车延误和减少交通事故。目前交通参数的获取主要依靠微波雷达、地感线圈、超声波检测器、视频图像等，这些要领不适宜大规模全漫衍式监测，且容易受到极端天气的影响。

交通漫衍式光纤声波传感（DAS）监测系统可以将标准单模电信光纤电缆转换为大规模漫衍式的传感器阵列，通过专用的用户界面或增补交通命令的要领，将整个受监控门路的实时可靠交通监控状况与事件检测信息提供应决策者和控制系统。

漫衍式光纤声波传感（DAS）技术

Distributed optical fiber acoustic sensor

1 漫衍式光纤传感技术

DAS技术区别于光纤漫衍式振动传感（DVS），相比于DVS只是对传感光纤沿线的振动信号定性的表征，DAS技术是对DVS技术的革新和提升。由于外界声波的变革与引起的相位变革是线性关系，所以DAS技术基于此可以重建外界振动模型。

显著优势：

传感距离、情况适应性、铺设本钱、信息富厚度。

2 漫衍式光纤声波传感技术（DAS）

Φ-OTDR技术于1993年，由H. F. Taylor等人首次提出，使用超窄线宽高相干性的激光器作为光源，通事后向瑞利散射光的干预效应实现微弱信号的探测。

今后，Φ-OTDR技术开始蓬勃生长，目前Φ-OTDR是漫衍式光纤传感中灵敏度最高的技术手段之一。

定性监测阶段：阶段主要利用后向瑞利散射的脉冲内干预图样对光纤沿线的振动信息进行定性表征，在传感探测距离、事件定位精度、情况适应性等方面具有的很大的优势。

定量检测阶段：定量检测阶段则通过解调瑞利散射光波的相位信息，利用差分相位与声波的线性关系，定量化重建外界振动信息。

性能提升阶段：主要是针对系统的要害性能参数进行优化，尤其是提升系统在长距离下的带宽和空间区分率性能尤 其是信号处理与事件识别，拓展了ＤＡＳ技术的应用领域。

基于相位敏感光时域反射计的漫衍式光纤声波传感技术（DAS），是一种利用光纤后向瑞利散射干预效应实现声波信号连续漫衍式探测的新型传感技术。

漫衍式光纤声波传感的结构主要包括三个部分：传感光纤、光信号解调设备、信号处理主机。传感光纤通常接纳普通单模通信光纤（依监测物理量而定），具有良好的情况适应性和便捷经济的恒久维护性。

普通光纤传感技术优点：

抗电磁滋扰

隐蔽性好

情况耐受（耐腐化、绝缘）

DAS技术特有优点

信息品貌高（声波、振动、应变、温度）

实现长距离动态监测

漫衍式实时定量外界模型重建

3 漫衍式光纤的布设

两种类型的光纤用来做漫衍式传感：

DAS：单模光纤（SMF）
；

DTS：多模光纤（MMF）。

光纤的完整性用光时域反射仪（OTDR）测试。

良好的光纤通过外貌光纤的熔接连接我们的监控单位。

OptaSense公司提供光纤装置向导。

OptaSense公司在操作光纤布设和类型选择上具有富厚经验。能够提供关于漫衍式传感应用的光纤布设提供建议和指导。

常见布设方法：

• 夹在外壳外部
  ；

• 夹在套管上
  ；

• 作为有线电缆布设。

OptaSense漫衍式光纤声波传感询问器单位

漫衍式光纤声波传感（DAS）公路领域的应用

Distributed optical fiber acoustic sensing applications

车辆监测示意图

漫衍式光纤声波传感的测距原理

交通性能监测参数

1. 车流量
；

2. 平均车速
；

3. 平均车头间距
；

4. 车道空间占有率。

信号时空响应矩阵及其支解

高速公路案例

美国北达科他州Fargo市I-29高速公路

2016年，美国北达科他州交通运输部（NDDOT）在北达科他州Fargo市的I-29高速公路路段乐成安排了OptaSense交通监控解决计划（TMS），其成为美国第一个安排漫衍式光纤交通监控和交通统计技术的州级交通运输部。

在详细剖析了该项技术的优势后，北达科他州交通运输部装置了专用光纤电缆，以便在长度4.5英里的试验路段上对I-29公路和选定坡道的两侧进行监控。该初始项目目前已乐成完成，北达科他州交通运输部已经向美国国家交通立异委员会（STIC）提交了它们的研究结果以及未来的技术计划。

监控项目

OptaSense交通监测解决计划能够实现以下监控目标：

1. 平均速度
   ；

2. 行程时间
   ；

3. 自动梗塞检测
   ；

4. 自动行列检测。

州际公路案例

美国亚特兰大20号州际公路

由美国佐治亚州交通部投资进行的漫衍式光纤交通监控应用。亚特兰大地区的公路交通流量在美国名列前茅。2019年，凭据美国《都会交通报告》的结论，亚特兰大地区的司机在交通上每年花费的平均时间抵达了77小时，这一地区的交通拥堵状况在全美国排名第六。

在2020年第一季度，GDoT乐成地在亚特兰大I-20州际高速公路段上安排了OptaSense交通监控解决计划。该项目验证了OptaSense基于漫衍式光纤声波传感交通监控解决计划的实际性能，并确定该解决计划能够提供公路准确。最新的交通速度和交通计数信息。

未来计划将OptaSense交通监控解决计划收罗的数据集成到其现有的交通治理中心系统平台中。

在OptaSense交通监控解决计划中所拍摄的屏幕截图，图中显示了平均交通速度和标距点之间的行程时间。

隧道试验段的评估

英国Southwick Hill隧道试验段的评估

Southwick Hill隧道是一个独立的试验段基础设施，它为英国公路公司提供了一个用于在受控试验条件下评估和测试种种门路检测设备和技术的平台。

在评估项目期间，OptaSense TMS计划以100%的准确度精确检测到450余起梗塞事件，其中还包括3起没有被其他任何比照检测系统检测到的突发事件，并且没有任何事件漏报和过失滋扰警报爆发。除了附表中所总结的性能以外，最终项目报告还对OptaSense TMS的便捷装置与调试性能体现了赞赏。

交通监控解决计划

荷兰基础设施与水资源部交通监控解决计划

2018年，荷兰基础设施与水资源治理部Rijkswaterstaat在Tilburg和Eindhoven之间的A58高速公路上乐成完成了关于OptaSense®交通监控解决计划的试验。

该系统可以作为高架车道上显示实时交通信息的信号数据源，以见告门路治理机构目今的交通状况和可变限速。

监控项目

OptaSense的交通监控解决计划可以提供：

1. 平均速度
   ；

2. 行程时间
   ；

3. 自动梗塞检测
   ；

4. 自动行列检测。

DAS系统的其他应用

漫衍式光纤声波传感（DAS）还广泛应用于地动探测与研究、管道监测、周界宁静、电力电缆监测、铁路监控等领域。想了解更多监测案例，请详询尊龙凯时人生就是博。