利用光纤基础设施将智慧城市治理提升到新的局面

Fotech Group发布了一份关于分布式声学传感利用光纤基础设施改善智慧城市治理的报告，分享了交通监控、威胁监测及故障位置检测等应用。

分布式声学感应建立在关键的光纤基础设施之上，可以改善城市管理并保护关键的基础设施。

光纤是现代城市的基础，可与公民和企业之间进行数据传输。数据驱动着我们的生活，但是光纤可以提供的速度超过每秒千兆字节。 Fotech已部署了其分布式声学传感器（DAS）设备，以实现从流量管理和威胁检测到定位故障的各种应用。

随着智慧城市变得越来越复杂，城市和企业需要更精细的数据，利用来自光纤网络的信息已成为一个清晰的解决方案。

DAS升级了传统的光纤线缆，使其包含数千个振动传感器，类似于在管道、道路或建筑物周边等地方放置大量麦克风。激光每秒在电缆上发射数千个脉冲。一小部分会被反射，任何干扰都会被传感器吸收。每种干扰都有其自身的特征，该技术中的高级算法可以告诉操作员发生了什么、确切发生在哪里以及何时发生。

铺设在道路旁并配备DAS技术的光缆可以拾取车辆的动向，确定使用道路的车辆的大小，计算出拥塞的形成方式和类型，评估基础设施的状态，并识别出意外的工作。

借助这些技术手段，管理当局可以通过拥堵管理方法改善出行时间和空气质量，警惕可能导致事故的道路瓶颈，获得有关基础设施使用的信息，驾驶者会闯红灯或闯入，并保护管道和电缆免受伤害。

这份特别报告将探讨Fotech DAS技术的三个应用，但这仅仅是挖掘其潜力的代表而已。

1、交通监控

现有的交通跟踪技术有其缺点。端点传感器和摄像机都是固定的，并且视野有限，而跟踪位置数据的车载传感器却无法提供足够的细节。浮点数据可以提供路口的平均等待时间，但是数据传递的延迟时间不足以改变交通信号灯以改善车辆流量。

但是，连接到路边光缆的DAS可以连续跟踪在数公里道路上行驶的车辆。此功能意味着它可以检测到交通堵塞在任何地方开始和结束的位置，更改交通信号灯以缓解拥堵，并警告驾驶员提前排队。

Fotech与西班牙基础设施和工程公司COMSA合作，希望确定DAS如何管理环岛路段的交通，以及它是否有助于改变交通信号灯的顺序以改善交通拥堵。在穿过开阔的乡村，轻工业区和加泰罗尼亚小镇La Bisbal d’Empordà的五公里长的道路上，进行了DAS的试验，在微沟槽中插入路边的光纤，然后在该镇的路边人行道下方插入光纤。该测试旨在彻底测试DAS对交通管理系统的功能，并确定其敏感性极限。

白天，Fotech和COMSA通过DAS和GoPro摄像机（用于检查发现）的组合在路线上的特定点测量了正常的交通流量。它还测量了行人，骑自行车的人的运动以及沿路线的旧石桥的振动。晚上，两个环岛之间一条500米长的道路被关闭，进行了一系列测试。这些范围包括跟踪不同的制动和加速方法以及运行模拟交通队列。每个参数都一个一个地更改，以了解传感器能够测量多少。

数据分析仍在进行中，但很显然，DAS可用于跟踪车辆在两个方向上的移动，而不会在整个道路上中断，并为复杂的交通管理系统提供足够的信息。除了识别交通瓶颈、队列的长度和增长率之外，该技术还可以确定车辆的大小以及行进的速度。 Fotech正在继续评估数据以确定更多的应用。

同时，它已开始与交通管理公司合作，建立一个完全集成的解决方案，该解决方案可以控制交通信号灯并优化通过道路网络的交通流量。该系统的另一个好处是，由于交通拥堵减少，减少了排放并提高了空气质量。据悉，解决方案将在未来几个月内进行实际测试。

2、威胁检测

除了电力公司、电信运营商和管道供应商之类的隧道外，城市还拥有由地下管道和电缆组成的复杂网络。第三方可能不知道它们的存在，而故意破坏者可能希望故意破坏它们，或者基础设施是如此宝贵，以至于犯罪分子或恐怖分子都感兴趣。无论如何，都可以通过入口孔盖或挖掘来破坏基础设施。

在这种情况下，可以使用Fotech的DAS技术来检测地下附近的活动，光纤是地下电缆的一部分，或者安装在靠近管道或隧道的位置。人工智能用于识别每种活动的每个唯一签名，并且在发生任何相关事件时会发出警报。基础设施提供商的安全团队将在几分钟甚至几秒钟内收到发生情况及其确切位置的通知。

该技术还可以集成到其他系统中，例如允许摄像机自动转向活动或自动部署无人机以起到威慑作用。这些升级的安全系统使员工能够在必须实地访问某个区域之前远程评估违规情况。

犯罪分子在挖入地下管线的方法上变得越来越老练，通常是在远离基础设施的地方开挖隧道。使用越来越复杂的技术来避免现有的安全方法。 DAS技术用于保护贵重液体的一个例子是在印度，犯罪分子从距离地下管道20米的建筑物中挖出一个隧道来实施犯罪活动。

但是，Fotech的技术通过检测几个晚上的零星和微妙的挖掘活动，确定各种可能破坏管道的尝试。管道的泄漏检测系统将泄漏点定位在500米范围内，但通过将其与Fotech自己的技术集成在一起，便能够将精确度减少到10米。

另一个例子是在南美，Fotech的技术人员在雨林中拾取了意外的信号。管道容易被盗窃，但是该地区的位置偏远并且没有计划工作的通知，这意味着管道运营商很难相信他们正在面临威胁。然而，在Fotech的坚持下，由于振动与人类活动相吻合，Fotech表示需要检查该地点，操作员发现一个地震小组正在钻探钻孔，将炸药危险地靠近管道放置以支持其自身的勘探工作。

这些示例说明了DAS如何构成更广泛系统的基础，其中技术可以检测活动，而提供商自己的安全流程可以确定其基础结构是否受到破坏。

3、故障位置检测

DAS在检测关键基础设施威胁方面的优势也可以转移到故障中。在许多情况下，关键基础设施都位于偏远的位置，无论是在地下深处还是海底。此类区域中的线缆可能会因意外的水或地面运动而损坏。由于其位置的原因，挖掘的风险可能很严重，并可能导致火灾或触电死亡。

查找故障可能很耗时，并且可能会通过用放电“重击”电缆来发现问题，从而进一步破坏基础实施。这种方法要求工程师在不同位置花费大量时间来查找电缆上产生电弧的位置。在许多情况下，此基础实施至关重要，因此需要将停机时间降至最低。

举一个DAS如何帮助运营商识别远程基础设施故障的例子，一家海上电缆运营商检测到海上风电场的出口电缆出现问题。海底电缆面临特别恶劣的环境。海底电流会侵蚀保护性海底层。裸露的电缆可能随后漂移或振动，最初会造成损坏，但有可能导致其断裂。

Fotech的Helios DAS解决方案用于确定沿着电缆的故障的精确位置。锚链从电缆上移到海底偏移处，但位于断层附近。然后由DAS提取振动并将其与GPS相关联。由于此数据的精确性质，潜水员能够确定总体故障位置并开始“窃听”电缆以生成声音信号。该信号进一步完善了故障的位置，因此工程师仅需拆除3.5米的电缆即可。由于Helios DAS能够确定问题的确切位置，因此可以使用单个接头修理电缆，而无需使用其他电缆。

与传统的故障查找和修复方法相比，Helios DAS的另一个优势是速度。在这种情况下，电缆修复后，天气立即变得最糟。如果使用传统的维修方法，则必须将电缆的工作推迟一个月，从而使该公司损失数百万英镑的生产力。

DAS的演变

这些是该技术的当前部署应用，但其潜力只会随着智慧城市变得越来越复杂而增长。 Fotech当前正在探索机器学习如何从DAS数据中提取更多数据。它希望了解如何在整个城市中最佳地部署DAS系统。正在与电信公司合作，以访问其光纤基础设施，并帮助他们进一步通过其网络获利。预期DAS的优势将导致在传感将带来新服务的区域进一步部署光纤。

随着城市的发展并变得真正智能，DAS将在支持增值服务方面发挥关键作用。尽管短期的好处包括交通管理，随着冠状病毒疫情的发生，城市将重新思考其公共交通网络，交通管理将变得越来越重要，而从中期来看，城市可以探索天气或公共事件如何影响城市。

展望未来，DAS可以预测在城市中建设新基础设施的效果，或者对于诸如引入拥堵费等决策至关重要。

数据是我们生活的中心。它连接我们，建立关系，推动业务发展和创新。光纤是基础，DAS展示的是光纤可以进一步发展，以帮助运营交通网络，保护关键基础设施并改变城市运营方式。
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