摘要：地下管道設(shè)施經(jīng)常遭受第三方破壞，各地大規(guī)模的開(kāi)發(fā)建設(shè)給地下管道帶來(lái)巨大安全隱患。目前采取常規(guī)的巡檢措施不能做到全路段不間斷實(shí)時(shí)監(jiān)控保護(hù)，當(dāng)前可靠、可行的方案是利用光纜作為分布式傳感器組建光纜振動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，預(yù)警系統(tǒng)可以通過(guò)光纜實(shí)時(shí)過(guò)去各處土壤振動(dòng)情況，分析識(shí)別還原現(xiàn)場(chǎng)情況，通過(guò)智能學(xué)習(xí)主動(dòng)判別并對(duì)危險(xiǎn)信號(hào)發(fā)出告警，即使通知監(jiān)控人員采取應(yīng)急措施，將危險(xiǎn)屏蔽在發(fā)生以前。

關(guān)鍵詞：地下管道；光纜；振動(dòng)監(jiān)測(cè)；安全預(yù)警

??? 我國(guó)經(jīng)濟(jì)正處在快速發(fā)展之中，城市化步伐也在逐步加快，全國(guó)各地的各種開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目隨處可見(jiàn)。元論何種建設(shè)項(xiàng)目只要?jiǎng)油?，就?huì)對(duì)埋于地下管道的安全造成威脅。各種地下管道遭到第三方破壞的事故時(shí)有發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由機(jī)械施工及自然災(zāi)害所造成的管道事故占事故總數(shù)的70%以上，其中90%以上的重大事故是因?yàn)闄C(jī)械施工造成的，如：水管被挖破，油、氣管道被打穿是經(jīng)常發(fā)生的事情。水管破裂導(dǎo)致居民生產(chǎn)生活受到影響，給各用水企業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)?yè)p失。輸油、氣管道破裂會(huì)導(dǎo)致大面積泄漏，隨時(shí)會(huì)造成火災(zāi)發(fā)生，有的甚至引起爆炸，人民生命財(cái)產(chǎn)安全將受到嚴(yán)重威脅，生態(tài)環(huán)境遭到巨大破壞，“管道安全問(wèn)題”早已成為全球矚目的話題。

??? 雖然我國(guó)政府和各地下管道權(quán)屬企業(yè)對(duì)地下設(shè)施的安全采取了多種保護(hù)措施，做出了大量的工作，但地下管線設(shè)施的安全還是存在著各種各樣的威脅。如何在地下管線設(shè)施遭受破壞之前就可預(yù)知危險(xiǎn)的到來(lái)，并能及時(shí)通知應(yīng)急維護(hù)人員，給他們爭(zhēng)取時(shí)間，司使他們迅速采取措施，將危險(xiǎn)消除在萌芽狀態(tài)。這是國(guó)內(nèi)外地下管線運(yùn)營(yíng)企業(yè)共同關(guān)注的課題。目前已.有相關(guān)技術(shù)得到應(yīng)用，并很好的解決了地下管線設(shè)施的安全預(yù)警問(wèn)題。當(dāng)前效果較好的技術(shù)是利用埋在地下的光纜作為分布式傳感器來(lái)偵測(cè)光纜周邊一定范圍內(nèi)土壤振動(dòng)情況，通過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)分析，從而獲得管道周邊環(huán)境是否處于安全狀態(tài)。該技術(shù)已在國(guó)外得到大量的應(yīng)用。近兩年中石油、中石化也在油、氣長(zhǎng)輸管線上利用該技術(shù)來(lái)保證地下管道的安全。

??? 光纖傳感技術(shù)是伴隨著光導(dǎo)纖維和光纖通信技術(shù)發(fā)展的一種新的傳感技術(shù)。是20世紀(jì)70年代中期以來(lái)國(guó)際上發(fā)展最快的高科技應(yīng)用技術(shù)。光纖傳感器用光作為敏感信息的載體，用光纖作為傳遞敏感信息的媒質(zhì)。利用光纖作為傳感器可以測(cè)量溫度、位移、速度、加速度、液位、應(yīng)變、壓力、流量、振動(dòng)、電流、電壓、磁場(chǎng)等物理量。光纜振動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)就是通過(guò)光纖測(cè)量周?chē)駝?dòng)頻率及位置來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)危險(xiǎn)源的判別與定位的。監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)分為信號(hào)采集與智能分析兩部分。

??? 光纜振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是同時(shí)利用了光纖作為定位傳感器與微應(yīng)變傳感器兩種功能。光纖在受到外界振動(dòng)干擾的情況下會(huì)產(chǎn)生微應(yīng)變，微應(yīng)變會(huì)使其內(nèi)部傳送光信號(hào)的頻率相位等發(fā)生細(xì)微變化，通過(guò)激光相干應(yīng)力分析系統(tǒng)就可計(jì)算出振動(dòng)點(diǎn)的頻率、強(qiáng)度及位置信息。

微應(yīng)變傳感技術(shù)是基于“光的干涉”原理，通常使用兩根單膜光纖來(lái)測(cè)量微應(yīng)變，構(gòu)成用于測(cè)量光的干涉波的傳感器(如圖1)。

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??? 激光器向光纖發(fā)射連續(xù)的激光束，如果光纖沒(méi)有受到外界的擾動(dòng)，如運(yùn)動(dòng)、聲波和觸動(dòng)，或者兩根光纖同步受到相同的干擾，反射回的光不會(huì)發(fā)生變化；如果光纖受到外界的擾動(dòng)，反射回光的波形將會(huì)發(fā)生變化，并產(chǎn)生干涉圖像，光檢測(cè)器可檢測(cè)到這一波形的變化，而且通過(guò)軟件可以分辯出事件的真實(shí)情況，經(jīng)處理后可檢測(cè)出干擾強(qiáng)度與位置。相干激光器發(fā)射是連續(xù)波激光束，光纖傳感器的頻率響應(yīng)范圍從0Hz～1MHz，通常情況下只需1Hz～100KHz。這項(xiàng)技術(shù)可以用來(lái)檢測(cè)動(dòng)態(tài)應(yīng)變，響應(yīng)時(shí)間在毫秒級(jí)。

???振動(dòng)源位置計(jì)算：

??? L=1/2vt=ct/2n；

??? v=c/n；

??? L——振動(dòng)點(diǎn)位置到干涉儀右端的距離；

??? t——時(shí)延時(shí)間；

??? c——真空中的光速；

???n——光纖纖芯折射率。

???為了精確定位，需要將光纖的長(zhǎng)度信息準(zhǔn)確錄入到軟件中，通過(guò)系統(tǒng)修正，定位精度可達(dá)±50m之內(nèi)。

??? 利用光纜震作為分布式傳感器是實(shí)現(xiàn)地下管道全線安全的最佳方法。要利用光纜實(shí)現(xiàn)對(duì)地下管道安全的實(shí)時(shí)保護(hù)，必須保證管道沿線有光纜鋪設(shè)。新建管道可以隨管道同溝直埋一根(或兩根)4芯以上光纜專門(mén)用做振動(dòng)監(jiān)測(cè)的分布式傳感器。已埋設(shè)的管道如有同溝鋪設(shè)的光纜，可以利用光纜中富余光纖(必須有3根)來(lái)作為分布式傳感器。對(duì)于沒(méi)有同溝鋪設(shè)光纜的，可以后期重新開(kāi)挖鋪設(shè)。

2.2.1光纜有效監(jiān)測(cè)半徑

??? 受當(dāng)前儀器設(shè)備精度所限，只能分析出光纖橫截面為中心半徑2m內(nèi)振動(dòng)聲音信號(hào)。即，光纜有效監(jiān)測(cè)半徑只有2m，所以，管道必須完全處在光纜為中心2m包絡(luò)線之內(nèi)，否則將有部分管體受不到有效保護(hù)(如圖2)。

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??? 雖然光纜的有效監(jiān)測(cè)半徑受分析設(shè)備精度影響只有2m，但保護(hù)范圍也不是不能擴(kuò)大的，可以通過(guò)光纜鋪設(shè)方式來(lái)解決監(jiān)測(cè)保護(hù)范圍問(wèn)題。如在管道上方對(duì)稱鋪設(shè)2根光纜(見(jiàn)圖3)就可有效解決保護(hù)半徑過(guò)小問(wèn)題。根據(jù)具體需要也可鋪設(shè)多根來(lái)擴(kuò)大保護(hù)范圍。將光纜蛇形鋪設(shè)在管道上方也是擴(kuò)大保護(hù)范圍的一種策略。蛇形鋪設(shè)還可以提高檢測(cè)震源位置的精度(見(jiàn)圖4)。

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