지식

대부분의 사람들에게 광섬유 케이블은 인터넷 트래픽을 이동시키는 파이프입니다. 점점 더 많은 연구자와 도시 계획가에게 이는 센서이기도 합니다. 매설된 케이블을 수십억분의 1미터까지 늘리면 케이블 내부를 이동하는 빛이 기기가 측정할 수 있는 방식으로 변경됩니다. 그 물리적 사실은 현재 다음과 같은 명칭으로 논의되는 아이디어의 기초입니다.모든-광 감지 도시: 거리 아래, 다리를 따라, 터널을 통해 이미 설치된 통신 광섬유를 지진, 파이프라인 손상, 구조적 문제 및 교통 사고에 대한 도시 전체 모니터링 레이어로 사용합니다.{0}}

이번 논의에서 가장 많이 언급되는 도시는 상하이이며, 그 정책방향은 기록으로 남아 있다. 시정부의신규 인프라 구축 추진계획(2023~2026)대규모 지능형 도시 감지 시설과 함께 도시 수준의-초고속-전-광 컴퓨팅 링 네트워크가 필요합니다.- 도시의"Guangyao Shencheng" 10기가비트 광 네트워크 실행 계획상하이 통신청과 시 경제 정보화 위원회에서 발행한 에서는 한 단계 더 나아가 광 네트워크 자체의 실시간 감지 및 오류 위치 파악을 시작으로-통합 통신 및-감지 섬유에 대한 연구 목록을 나열합니다.

작은 지진부터 핀홀 가스 누출까지 모든 것을 감지한다고 알려진 대략 천 킬로미터에 달하는 재사용 통신 섬유 네트워크인 완성된 '모든-광 감지 도시'에 대한 야심찬 설명은 이러한 추세가 어디로 향하고 있는지 포착합니다. 기본 기술은 실제이며 잘 문서화되어 있습니다. 그러나 이러한 설명에 첨부된 대부분의 도시{3}}규모 성능 수치는 공식 공개 소스에서 확인되지 않았습니다. 이 기사에서는 광섬유 감지 작동 방식, 도시{5}}규모 네트워크가 현실적으로 감지할 수 있는 것, 기존 통신 광섬유가 중요한 이유, 여전히 검증이 필요한 주장 등 두 가지를 구분합니다.

전체{0}}광 감지 도시란 무엇인가요?

전-광 감지 도시는 광섬유 네트워크(대부분 이미 지상에 있는 일반 통신 광섬유)가 두 가지 목적, 즉 데이터를 전달하고 경로를 따라 진동, 온도, 변형을 등록하는 분산 센서 어레이 역할을 하는 도시 지역입니다. 동일한 개념이 광섬유를 통한 통합 감지 및 통신 또는 단순히 도시 규모의 분산 광섬유 감지로 업계에 나타납니다.{2}}

두 가지 주의 사항을 먼저 언급할 가치가 있습니다. 첫째, 이 문구는 표준화된 기술 용어가 아닌 산업 및 미디어 레이블이므로 한 프로젝트는 시범 지구를 의미하고 다른 프로젝트는 전체 지방자치단체를 의미할 수 있습니다. 둘째, 도시가 "최초"라는 주장은 전적으로 누가 용어를 정의하고 어떻게 정의하는지에 달려 있습니다. 최초의 시범 서비스, 최초의 상용 서비스 또는 최초의 도시 전체 배포는 매우 다른 이정표입니다. 유용한 보고에는 범위, 구역, 경로 킬로미터, 애플리케이션 및 시스템 운영 담당자가 명시되어야 합니다.

광섬유 감지 작동 방식

일꾼 기술은분산 음향 감지(DAS). 인터로게이터(interrogator)라는 장비가 광섬유의 한쪽 끝에 연결되어 유리 아래로 짧은 레이저 펄스를 반복적으로 발사합니다. 섬유의 작은 자연적 결함은 각 펄스의 작은 부분을 소스쪽으로 다시 산란시킵니다. 이는 레일리 후방 산란으로 알려진 효과입니다. 케이블 주변의 지면이 진동하면 섬유가 나노미터 단위로 늘어나거나 압축되어 후방 산란 패턴이 변경됩니다. 펄스별로 반환 펄스를 비교함으로써 시스템은 몇 미터의 케이블을 수십 킬로미터 거리의 가상 진동 센서로 전환합니다.EarthScope 컨소시엄에서 설명, 미국 국립과학재단의 지진학 시설을 운영하고 있습니다.

결정적으로 DAS는 표준 단일{0}}모드 통신 광섬유에서 작동합니다. 경로를 따라 전자 장치가 필요하지 않습니다. 지능은 질문자와 그 뒤에 있는 소프트웨어에 있습니다. 이 방정식의 섬유 측면을 자세히 살펴보려면 다음 개요를 참조하세요.광학 감지 응용 분야에서 단일{0}}모드 광섬유의 역할.

하나의 케이블 경로, 여러 감지 기술

"광섬유 감지"는 포괄적인 용어입니다. 단일 케이블 통로는 각각 고유한 하드웨어와 물리적 특성을 갖춘 여러 개별 시스템을 호스팅할 수 있습니다.

• DAS, 진동 및 음향용.광섬유를 따라 교통, 굴착, 발자국, 지진파를 감지합니다. 이는 대부분의 지진-모니터링 및 파이프라인-보호 사용 사례에 사용되는 기술입니다.
• DTS, 분포 온도용.라만 산란을 사용하여 경로를 따라 온도 프로파일을 읽습니다. 이는 터널 화재 감지 및 파이프 주변의 열 이상 현상을 발견하는 데 유용합니다. 우리의 기사섬유{0}}기반 온도 모니터링이 접근 방식을 더 자세히 다룹니다.
• 분산 변형의 경우 DSS.느린 변형률의 브릴루앙{0}} 기반 측정으로 수개월 및 수년에 걸쳐 침하 및 구조적 변형을 추적하는 데 적합합니다.
• FBG 포인트 센서. 섬유 브래그 격자특정 지점의 광섬유에 기록된 정밀 감지 요소로 정확하고 교정된 판독값이 중요한 교량 및 기타 구조물에 널리 사용됩니다.
• TDLAS와 같은 레이저 가스 분광학.가스 농도를 광학적으로 측정하지만 가스와 접촉하는 감지 모듈이 필요합니다. 매립된 통신 섬유는 메탄의 "냄새"를 맡지 않습니다. 기껏해야 누출되는 가스의 음향 소음이나 국지적 온도 변화와 같은 간접적인 누출 신호를 포착합니다.

이것이 바로 "하나의 광섬유가 지진과 가스 누출을 감지합니다"와 같은 헤드라인이 기껏해야 약칭인 이유입니다. 동일한 케이블 통로가 두 애플리케이션을 모두 지원할 수 있지만 서로 다른 기기에 의존하며 직접적인 가스- 농도 측정은 통신 광섬유 자체가 아닌 전용 광학 센서에 따라 달라집니다.

도시-광섬유 감지 네트워크는 무엇을 감지할 수 있나요?

아래 표는 주요 적용 사례를 보수적으로 요약한 것입니다. 실제 성능은 항상 케이블 설치 방법, 접지에 얼마나 잘 결합되는지, 신호 처리 소프트웨어가 지역 소음 환경에 맞게 조정되는 방식에 따라 달라집니다.-

기존 통신 섬유가 중요한 이유

보장이 첫 번째 이유입니다. 통신 네트워크는 이미 현대 도시의 거의 모든 거리, 강 건너편 및 대중교통 노선을 따라가고 있습니다.지하 광섬유 케이블도로와 보도 아래를 달리는 동안스마트 시티의 ADSS 광섬유 케이블머리 위의 전력 및 수송 통로를 따라갑니다. 어떤 목적으로든-구축된 센서 그리드도 그 공간과 빠르게 일치할 수 없습니다.

경제학은 두 번째다. 다크 파이버라고 하는 예비 가닥(-기존 케이블)을 재사용하면 새로운 센서 네트워크의 비용을 좌우하는 대부분의 트렌칭 및 설치 작업을 피할 수 있습니다. 공급업체는 수천 개의 포인트 센서를 배포하는 것에 비해 극적인 비용 절감 효과를 광고하는 경우가 많으며 그 논리는 타당합니다. 그러나 실제 숫자는 올바른 경로에 적합한 다크 파이버가 있는지 여부, 해당 경로가 얼마나 잘 문서화되어 있는지, 질문기와 컴퓨팅 인프라 비용에 따라 달라집니다. 특정 비율은 헤드라인이 아닌 프로젝트 예산에서 나와야 합니다.

세 번째 이유는 케이블 플랜트 자체가 수동적이라는 점이다. 유리에는 현장 전원, 배터리 또는 도로변 전자 장치가 필요하지 않으며 기존 센서의 수명을 단축시키는 조건을 견딜 수 있습니다. 활성 장비는 중앙에서 관리할 수 있는 소수의 장비실에 집중되어 있습니다.

여기에도 한 가지 주의 사항이 적용됩니다. 모든 케이블이 좋은 센서를 만드는 것은 아닙니다. 느슨하게 연결된 덕트, 긴 공중 폭, 제대로 문서화되지 않은 접합 지점은 모두 감지 성능을 저하시키므로 일반적으로 경로 평가가 모든 배포의 첫 번째 단계입니다.

필요한 주의사항이 포함된 애플리케이션 시나리오

지진 모니터링 및 조기 경보

전 세계 연구팀은 일반 통신 광섬유에서 지진을 기록했으며,미국 지질조사국 간행물DAS 데이터가 기존의 조기 경보 시스템에 어떻게 정보를 제공할 수 있는지를 계획했습니다. -어레이는 잘 결합되고 노이즈가 낮아야 하며, 정확한 변형률-진폭 관찰은 여전히 ​​핵심 요구사항이라는 점을 지적했습니다. 이러한 시스템이 제공하는 몇 초의 경고는 지진을 예측하는 것이 아니라 더 강한 흔들림이 발생하기 전에 첫 번째 지진파를 감지하는 물리학에서 비롯됩니다. 규모 0.5 이벤트 감지 또는 고정된 10~30초 경고 전달과 같은 특정 주장은 해당 도시의 특정 광섬유 경로 및 소음 환경에 대해 검증되어야 합니다.

가스 파이프라인 안전

파이프라인 주변의 광섬유 감지에 대해 가장 잘 문서화된 -가치는 제3자 간섭을 감지하는 것입니다.{1}} 매설된 선 위에서 작업하는 굴삭기는 파이프가 닿기 오래 전에 독특한 진동 신호를 생성합니다. 간접 누출 표시기, 탈출 소음 및 온도 이상 현상은 두 번째 레이어를 추가합니다. 특정 누출 농도 감지, 미터 내 누출 위치 파악 또는 특정 사고 예방에 대한 주장은 반복하기 전에 파이프라인 운영자 또는 지방자치단체의 확인이 필요하며 직접 농도 측정에는 통신 광섬유가 아닌 전용 광학 가스 센서가 필요합니다.

교량, 터널 및 구조적 상태

지속적인 변형 및 진동 추세는 정기적인 구조 검사를 대체하는 것이 아니라 보완합니다. 광케이블- 기반 모니터링은 긴 터널과 대규모 교량 재고에 매력적입니다. 왜냐하면 하나의 케이블이 수백 개의 개별 게이지가 필요한 부분을 처리할 수 있기 때문입니다. 시스템이 도시의 모든 교량을 모니터링한다는 포괄적 진술은 교통 당국이 범위를 확인할 때까지 목표로 취급되어야 합니다.

도로, 경계선 및 공공 안전

DAS는 교통 흐름을 분류하고, 영향을 등록하고, 경로를 따라 비정상적인 활동을 표시할 수 있습니다. 동일한 원리의 가장 성숙한 상업적 용도 중 하나는 다음과 같습니다.광섬유 경계 보안공항, 창고 및 기타 중요 시설 주변에서 도시 규모 감지는 미지의 세계로 도약하는 것이 아니라 현재 이미 운영 중인 시스템의 확장이라는 점을 상기시켜 줍니다.-

기존 스마트 시티 센서와 비교한 이점

• 지속적인 공간 적용 범위.광섬유는 전체 경로를 따라 감지하는 반면 포인트 센서는 설치 사이에 간격을 두고 사각지대를 만듭니다.
• 기존 자산을 재사용합니다.연결이 이미 비용을 지불한 케이블의 승차감을 감지하여 다크 파이버를 사용할 수 있는 경우 배포를 수년에서 수개월로 단축할 수 있습니다.
• 수동적인 외부 식물.케이블에는 현장 전원이나 유지 관리 방문이 필요하지 않습니다. 전자 제품은 중앙 사무실에 있습니다.
• 하나의 백본, 다양한 애플리케이션.동일한 통로는 각각 자체 계측 레이어를 통해 지진, 파이프라인, 구조 및 교통 모니터링을 제공할 수 있습니다.

이 중 어느 것도 기존 센서를 쓸모없게 만들지 않습니다. 카메라, 교정된 가스 탐지기, 지진계는 여전히 기준 장비입니다. 섬유 감지는 이들 사이에 지속적이고 비교적 저렴한-비용 계층을 추가합니다.

한계와 오픈 챌린지

일반을 넘어광섬유 케이블의 한계그 자체로 도시-규모의 감지는 진지한 평가에서 고려해야 할 과제에 직면해 있습니다.

• 도시 소음 및 허위 경보.도시는 음향적으로 시끄럽습니다. 지나가는 트램에서 느린 가스 누출을 분리하려면 훈련된 분류 모델이 필요하며 잘못된{1}}경보 비율은 경로별로 조정되어야 합니다.
• 결합 및 경로 종속성.매몰 깊이, 도관 유형 및 토양 조건은 모두 민감도를 변경하므로 한 거리에서 입증된 성능이 자동으로 다른 거리로 이전되지 않습니다.
• 동적 범위 및 교정.매우 강한 흔들림은 DAS 측정을 포화시킬 수 있으며 섬유 변형을 엔지니어링 단위로 변환하려면 여전히 신중한 교정이 필요합니다.
• 데이터 볼륨 및 컴퓨팅 비용.단일 질문자는 하루에 테라바이트의 데이터를 생성할 수 있습니다. 저장, 처리 및 보관은 실제 운영 비용입니다.
• 직접적인 가스 측정은 없습니다.농도 판독에는 전용 광학 가스 감지가 필요합니다. 통신 섬유는 간접적인 증거만 제공합니다.
• 거버넌스 및 개인 정보 보호.발자국과 차량 이동을 등록할 수 있는 네트워크는 도시가 공개적으로 답변해야 하는 정책적 질문을 제기합니다.

미래의 스마트 시티에 이것이 의미하는 것

도시 운영자의 경우, 실질적인 교훈은 광섬유 네트워크를 감지 자산으로 취급하는 것입니다. 즉, 경로를 문서화하고, 업그레이드 중에 다크 광섬유를 보존하고, 확장하기 전에 감지 성능을 실제 복도에서 시연하도록 요구하는 것입니다. 상하이가 발표한 계획, 전체-광학 백본, 대규모-도시 감지 시설, 통합 통신-및-감지 섬유에 대한 연구는 도시가 단일 헤드라인이 아닌 검증 가능한 단계에서 이를 달성할 수 있는 방법을 보여줍니다.

네트워크 소유자와 케이블 공급업체의 경우 설치 품질과 경로 기록에 대한 기준이 높아지고 있습니다. 덕트에 대한 문서가 제대로 작성되지 않으면 센서가 제대로 작동하지 않기 때문입니다. 이는 또한 케이블의 가치가 전송하는 기가비트뿐만 아니라 모니터링할 수 있는 인프라에서도 측정되는 미래를 가리킵니다.