基于分布式布里渊应力监测技术的公路沉降塌陷监测预警解决方案
边坡变形监测是边坡稳定性评价的重要手段，已经在滑坡预测预报中得到大量应用。但是，边坡变形监测地普及远远跟不上国家经济建设发展，尤其是随着我国近些年来对铁路、公路投资的大幅度提升，开挖大量的工程边坡，给交通和人民的生命安全带来很大威胁。
二、建设背景
随着我国高速公路里程不断增长，人们对高速公路的要求也越来越高，不仅仅要求道路的通畅，也要求高速公路的绿化和美化。高速公路边坡的生态防护作为高速公路绿化的一个重要组成部分，对于防止水土流失、减轻污染、稳固路基、保障行车安全等有着重要意义。
三、方案描述
公路、铁路路基健康监测系统是基于分布式布里渊温度、应力监测技术，可实现对道路路基结构的应变、位移、温度、沉降、倾斜等多参数监测，为保障公路、铁路行驶安全，对危及道路安全的路基沉降、坍塌等自然灾害进行预警，及时提供沿线道路路基结构健康情况，防止危害的发生，对车辆管制、道路维修、抢险救援提供可靠依据。
四、设计方案
光纤传感路基路面变形监测工程系统通过光纤传感分析仪将主机管理系统与分布在路基路面上的光纤光栅埋入式应变计、光纤光栅温度计连接起来，实现路基路面健康监测。
对路基路面内部应变、应力、环境温度分布等多项参数进行实时监测的综合监测系统，它能够实时有效地提供路基路面的应变、位移、温度的状态，为养护管理提供的科学依据，显著提高路基路面安全的整体管理水平，从而能够最大限度地确保路基路面安全监控，预诊断路基路面对公路运营的危害。通过实时的数据采集，了解路基路面工程的健康状况。
4.1、高速公路边坡监测技术
当前的高速公路边坡监测技术主要分为主动预警监测和被动报警监测两种。主动预警监测是在岩体松动灾害发生前给予预警信息提示。目前针对危岩早期松动监测采用GPS位移监测技术。
高速公路沿线环境复杂，尤其是无人区、无电区条件更为恶劣，因此，现有的高速公路边坡监测技术主要面临的问题是电类技术抗干扰、取电、信号传输、维护较为困难。
4.2、分布式光纤传感技术在高速公路边坡监测中的应用
通过对既有监测技术手段存在的问题进行分析，结合柔性防护网结构特点及光纤传感技术可远距离、无中继、适应恶劣工作环境、抗电磁干扰等技术优势，研制了基于分布式光纤应力传感技术的高速公路边坡安全监测系统。
SNS柔性防护网是利用高强钢丝绳网（高强度钢丝格栅）、支撑绳、锚杆和其他安装附件作为主要构成部分，以覆盖或包裹路基边坡坡面，限制坡面岩石体、土体等崩塌、滚落（坠落）的一种柔性安全防护系统。
当应力作用于光纤时，光纤因为弹性变形使得折射率发生变化，从而引起后向散射光的光强、相位等物理参数发生变化，系统对接收的信号做进一步分析后，给出相应的判断。同时通过探测后向瑞利散射光强的变化和入射脉冲与探测到的信号之间的时间延迟，可以准确地定位应力发生的位置。
4.3、系统设计
1.BOTDR技术可对路基沉降进行大范围长距离实时监测，对塌陷或滑坡进行预警，监测距离可长达50公里以上。
2.传感光缆布设于高风险区域，以锚固或填埋等方式固定到公路路边地面，路基沉降会导致光缆应变异常增加。
3.主机设备远程配置在安全地带的机房或控制室内，实时采集分析传感光缆应变的异常变化，对路基有无沉降塌陷及其严重程度进行定量评估，将监测结果推送给相关运维人员。
4.监测现场无需供电，传感光缆不怕雷击，可在恶劣天气条件下24小时全天候监测。
5.清华珠三角研究院能控中心的动态BOTDR，最快能够实现5公里范围小于1秒的监测刷新率和告警响应时间。
6.该方案可对监测距离内任意位置低至2米范围内的2mm局部沉降做出准确快速的响应，方案可用于塌陷或滑坡的提前预警，也可用于监测沉降的长期变化。
4.4、可视化平台
以桥梁、隧道、大坝、路基、边坡等为监测对象，应用传感、通信和物联网络技术，对结构、气象环境及地质灾害进行监测，并综合了报警和数据分析功能后成为一体的综合监测系统，为大型结构体安全运行的管理提供科学依据。
4.5、系统作用
☑ 实时监测和准确的定位，及时报警并发现状态异常；
☑ 有利于运行部门快速准确地采取应对措施；
☑ 预防重大事故的发生；
☑ 减少寻线排查事故点的人力和物力；
☑ 减少运维人员的日常工作量；
☑ 降低企业运行和维护成本，为企业带来经济效益；
保证安全 = 增加效益
五、产品介绍
5.1、产品介绍
SD-BOTDR是我司独立研发的高速高性能布里渊光时域反射仪。该产品基于先进的光纤布里渊传感技术，利用传感光纤中的布里渊散射，实现对传感光纤沿线各处的温度和应变等物理量的分布式监测，并精确定位事件位置。
该产品可实现长达80公里的分布式温度和应变传感，特别适用于大结构、大范围的传感监测，如岩土、路桥、轨道、隧道、管道、电缆等的状态健康监测与故障告警等。
SD-BOTDR采用了反射仪的光学架构，只需要使用传感光纤的一端来发射和接收信号，而无需像分析仪(BOTDA) 架构那样将传感光纤组成环路。因此，SD-BOTDR更易于在实际工程应用中使用，具有很强的现场生存能力。即便传感光纤因故障出现大的损耗点甚至断裂，SD-BOTDR也依然能够监测故障点之前的部分，且能够迅速定位故障点。
5.2、应用技术
SD-BOTDR采用了我司自主研发的高速高精度布里渊光谱分析技术。该技术能够完成实时叠加和分析功能，因此测量速度仅决定于光脉冲在光纤中多次往返传播所需要的时间，最快可在0.01秒内完成一次测量(100米)，并达到测量精度和空间分辨率指标要求。
SD-BOTDR能一次性分析宽达400 MHz的布里渊光谱，频率分析精度达到50 kHz。因此SD-BOTDR的单次测量可以覆盖400℃/8000με，而分辨率可达到0.1℃/2με。配合频率调谐功能，SD-BOTDR可以分析9 – 12GHz范围内的布里渊光谱，适配绝大多数光纤。
5.3、产品特色
SD-BOTDR采用了模块化、低功耗的设计理念。其最小的产品形态是标准的1U上架式结构，运行时最大功耗50W，提供两路USB虚拟串口(可选RJ45网口)作为数据输出和指令控制接口。由于是模块化设计，SD-BOTDR也可以提供便携式等多种产品形态，或者根据客户的需求来定制产品形态和数据输出接口。
5.4、产品应用
分布式应变、形变、温度监测 ；岩土、路桥、轨道、隧道、管道、管廊、 电缆等的状态健康监测与故障告警等。
5.5、产品参数
六、部分成功案例
6.1、解放军某部库外输油管线安全预警系统
6.2、某省天然气管道40公里线路监测
全国统一业务咨询热线
清华珠三角研究院能源先进测控中心
深圳市希德威科技发展有限公司
地址：广州市黄埔区香雪八路98号F栋
地址：深圳市南山区科技北区朗山路28号通产新兴产业园4栋-2D
电话：0755-26925533（20线）
联系人：韩先生/万先生/余先生
手机：13509611418/13510856976/18520827068
传真：0755-26925533
邮箱：hqp@sidwayvca.com、whp@sidwayvca.com