智慧管廊建设核心之基础支撑层

智慧管廊建设核心之基础支撑层

山东省科学院激光研究所山东微感光电子有限公司3

智慧管廊附属设施简介2

传感器推

动的巨变管廊目录推进城市综合管廊工作的背景和必要性：※转变“重地上，轻地下”的

城市发展观念和“重建设轻维

护”的市政管理模式※新区建设需要统一规划城市

地上和地下空间※是城镇化进程的主要内容※整合城市地下管线有助于提

升地下空间的安全性综合管廊智能化融入智慧城市开发运营系统一、关于智慧管廊综合管廊智慧监控管理系统是利用计算机信息技术，网络通信技术，自动化控制技术，遥感技术，地理信息技术，大数据分析技术对管廊廊体、管

廊管线、管廊附属设施（消防系统、通风系统、排水系统、供配电系统、

照明系统、安防系统、环境监控系统）进行实时监控，故障报警、统计分

析，对管廊运营进行扁平化管理，实现管廊运营管理的数字化、智能化。一、关于智慧管廊智慧管廊定义通过互联网，把植入管网设施的智能传感器连接起来形成物联网

，实现物理管网的全面感知；

利用云计算技术对感知信息进行智能处理和分析，

实现网上“数字管网”与物联网的融合以及管网

智能响应与决策支持。一、关于智慧管廊城市管廊智慧管理内涵综合管廊及附属设备及纳入管廊的管线（

高压电缆、

燃气、

给水、

排水、

直饮水、中水、

通信、

广播电视等

）与人实现互联互通（

万物互联）

；从而实现从感知、

传输、

控制、大数据处理、指挥调度一体化协同解决方案技术路线-智慧管廊一、关于智慧管廊一、关于智慧管廊智慧管廊建设目标安全u入侵报警系统u环境监测系统u出入口控制系统u视频监控系统u火灾报警及消防联动控制系统u可视化巡检系统u隐患管理系统智慧管廊建设目标—安全一、关于智慧管廊安全-先进的传感技术安全-人员定位绿色

-光纤照明绿色

-节能设备智慧管廊建设目标—绿色一、关于智慧管廊绿色

-人到灯亮、人走灯灭绿色

-

能耗管理智慧管廊建设目标—智能一、关于智慧管廊智能

-

智

能照明智

能

连

锁

控

制智能

-视频联动智能

-辅助决策智能

-

智能报警智慧管廊智能监控管廊平台一、关于智慧管廊网络层业务基础平台数据共享平台GIS集成共享平台应用支撑层统一门户

访问控制流程支撑展示支撑基础数据库数据共享数据分析地理信息数据信息视频监控巡检通讯。。。用户管理安保管理一、关于智慧管廊通信网络系统综合监控设计框架火灾自动报警系统安防系统环境与设备监控系统机房工程集中监控运营管理智能照明系统电力监控系统集中展示租赁管理收费管理设备管理决策分析语音通信系统客服管理。。。协同办公门户网站电力照明应急联动能源管理通风排水基础支撑层环境监控应用层智慧管廊智能监控管廊平台系统结构一、关于智慧管廊3

智慧管廊附属设施简介1关于智

慧管廊目录2智能传感器是一种既有敏感元件又有信号处理线

路和

CPU的传感器

，是

CPSM的触觉器官。研

制开发适用于城市管廊特点的

管廊智能传感器

，

不仅可以丰富智慧管网的信息源，而且可以实现管网设备的智能控制。二、传感器推动的巨变-光纤传感技术智能传感器u感：感觉各种参数及其变化：物流、化学、生物

…

…

..u传：传达，将各种参数及变化传送

与表达。二、传感器推动的巨变-光纤传感技术传感器：两个目标l

感觉部分：感觉（如对物理量、化

学量、生物量等）的量化。l

感觉的传达部分：感觉的传输与

表达。l

感觉的转换部分：感觉量的转换

（如光信号转为电信号、数字量等）。二、传感器推动的巨变-光纤传感技术传感器：三部分结构n

光纤传感技术始于1977年，伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，

光

纤传感技术是衡量一个国家信息化程度的重要标志。光纤传感技术已广泛用

于军事、国防、航天航空、工矿企业、能源

环保、工业控制、医药卫生、计

量测试、建筑、家用电器等领域有着广阔的市场。已有光纤传感技术上百种，

诸如温度、压力、流量、位移、振动、转动、弯曲、液位、速度、加速度、

电流、电压、磁

场及辐射等物理量都实现了不同性能的传感。n

光纤传感，包含对外界信号(被测量)的感知和传输两种功能。二、传感器推动的巨变-光纤传感技术传感器：光纤传感技术u1

、管廊属于地下空间，湿度过大会有腐蚀危害。湿度过大时，霉菌会大量滋生，会破坏物质的物理和机械指标。环境相对湿度大于60%霉菌即可生长，大于

RH65%时，生长加快，湿度达RH80-95%时，是霉菌的高发环境，长期如此，对于电子工业设备的腐蚀不可小觑。《城市综合管廊工程技术规范》GB50838-2015规定：综合管廊内监控与报警设备防护等级不宜低于IP65

。如果要达到国标要求的IP65

，便要将设备安置在防护箱内。但防护箱也存在一定问题，防护

箱会影响设备散热，同时IP65的防护箱很难完全隔绝气态水进入，长此以往，很难保证防护箱内设备的稳定了。因此，电气设备本身的防护能力，更决定了

今后运行的稳定性。因此在设备选型的时候，不能太倚重防护箱，更应当注重

设备本身的防护能力，最好设备本身（主要指ACU设备，包含PLC

、交换机等）

可以做到IP65甚至更高等级。二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤传感器在管廊内的应用背景u2

、高压电缆是综合管廊最重要的入廊管线之一，随之而来的是强烈的电磁干扰。在综合管廊监控领域，目前一般的做法是拿普通工业应用场景的电气产品

组合起来，或者其他应用场景的产品简单移植过来，能基本满足国标的规定，

但要保持长期在管廊内部稳定运行，则要打一个问号了。以后期运维的角度考

虑，以管廊实地应用环境出发，应当尤为注重以上两方面，选择合适的产品，来作为综合管廊运维的得力工具。u3

、燃气舱是管廊各舱室最危险的舱室，通过对燃气火灾爆炸施工危险源辨识及危险性的模拟分析可以发现，燃气火灾爆炸事故发生必须具备2个条件，即燃

气泄漏危险源和火源危险源的存在。因此，导致燃气火灾爆炸最直接的起因可

归纳为燃气泄漏及存在点火源。因此对燃气舱的温度及浓度的监测是燃气舱安

全运行的保障。而传统型气体检测仪是通过催化燃烧的原理进行气体的监测分

析，其传感器就是点火源，即使传统传感器采用防爆防护也会有气体分子进入照成爆炸。因此应选用本安型传感器。二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤传感器在管廊内的应用背景

不带电、本质安全； 以光波长作为长度测量单位，测量精度高

；

可以实时监测多种参数如：应力

、位移

、温度

、震动

、压

力、气体（甲烷、CO、CO2、O2、C2H2、C2H4、C2H6）

等；

光纤损耗小、传输距离远；

光纤传感器监测和传输一体化，不受外部环境影响、可靠

性高。二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤传感技术特点1

、基于光纤光栅技术的温度、应力应变等传感器4

、光纤声音传感器2

、基于喇曼散射的光纤分布式测温系统3

、光纤激光气体检测技术二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤传感核心技术u光纤光栅是一个反射型的窄带滤波器。u当温度、应变等发生变化时，反射波长发生改变。通过对波长的精确测量可以获得被测信息。u主要传感器：点式温度、水位、变形量（位移、测斜仪等）。二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤光栅类传感器原理u

安全性高：整个系统的信号处理和控制单元处于远离工作区域的控制室，温度信

息通过光信号传输，不受电磁干扰，

防潮湿，绝缘性能强，本质安全；u

精确度高：

采用光纤光栅温度传感器，精度±0.2℃,

分辨率0.1℃

;u

定位准确：

通过独有的软件技术，能够快速定位测点的具体物理位置；u

实时监测：

系统能够满足实时在线、全天候测试的需要；u

耐腐蚀：

光纤光栅本身是无源器件抗强电磁干扰、耐腐蚀性好、环境适应性强；u

快速响应：系统响应时间不超过60秒，确保事故能够得到及时处理；u

简单直观：

系统的显示屏上可以直接看到各测点的温度情况，

在设定温度告警门

限后，系统自动提供声光报警；u

布设方便：

可以根据工程需要，灵活调整探头的布设位置；u

兼容性好：

通过各种通讯接口（串口、网口等）

，可以实现与外部系统的良好结

合，提高系统之间的数据交换速度。二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤光栅类传感器优势和特点n矿用光纤温度传感器，可用于

供电设备、电缆接头、机电装

备状态在线监测预警；n铠装光缆、钢桶型温度传感器

可用于采空区、高压电缆温度

在线监测。n

技术优势：n

漂移小、长期稳定；n

可用于实时在线监测。二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤温度传感器光纤温度传感器n

光纤水位传感器是一种光纤光栅型传感器，当水位变化时，

传感器底部的弹性膜片受压力

变化，该形变转化为光纤光栅

波长的变化。n采用双光栅设计实现对水位、

温度两个参数的测量。u标准量程：0～

20m(可定制)u测量精度：

±0.1%

FS二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤液位传感器26n

通过坝体位移产生的拉应力改变栅距变化，该形变转化为光纤光栅波长的变化。精度：

0.5

mm量程：

0～200mmu标准量程：0～

20m

(可定制)u测量精度：

±0.1%

FS二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤表面位移传感器光纤内部位移传感器光纤应力传感器27二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤应力传感器28同的光纤光栅传感器（温度、位移、水位、振动等）。二、传感器推动的巨变-光纤传感技术n可以连接16芯光纤，近200个不光纤光栅解调仪29技术特色：采用光纤无源水位传感器，光纤水位

传感器使用寿命长，不受水质影响其

灵敏度，传输距离远，不受电磁干扰，

一芯光纤可连接4支传感器。技术指标

范围

单位设计细节：在每个集水坑设置一套光纤水位传感器（取代浮球液位仪），信号传至就近

ACU，当水位达到设定值，启动水泵进行抽水每个防火区段的积水坑水位安装一支，产品参数图片：二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤传感器在管廊内应用-积水坑水位检测测量范围测量精度

响应时间传输距离供电方式传感器离积水坑底部15cm，信号光缆传输。0--5±0.5

<520无源光纤水位传

感器米%FS

SKm本安型解调主机光纤水位传感器解调主机序号名称单位指标1波长范围nm1526-15662波长灵敏度pm13波长精度pm±54温度灵敏度oC0.15温度精度oC±

16通道数81～99可选7通讯方式并口8单通道扫描频率Hz<59通道切换时间ms<1210功率范围dBm-1611传输距离km1012输入电压VAC

22013使用环境温度oC0-50（30%-80%(无冷凝)）14报警输出+5V电平输出/声音报警光纤光栅温度传感是对管廊环境温度进行监测，每个防火分区设置2个，传感器采用了点式安装。解调主机可与水位传感器主机共用。二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤传感器在管廊内应用-温度传感器本安型解调主机光纤温度传感器解调主机利用锚杆计、位移计、土壤压力

计及应力变形计对隧道的整体结

构进行在线监测，根据测试数据

变化，计算出沉降趋势，分析隧

道本体的稳定性。二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤传感器在管廊内应用-管廊结构变形监测光纤土压力计

光纤土压力计光纤多点位移计光纤多点位移计光纤锚杆应光纤锚杆应光纤收敛计光纤多点位移计光纤土压力计光纤土压力计光纤渗压计力计力计管廊内部顶板冒落或者底板受压

力挤压鼓起时，管廊内部高度会

发生变化。在垂直方向安装监测

桩，监测桩安装完毕后，底部支

架与管廊底板接触固定，顶部接

触头与管廊顶板接触并通过监测

桩内支撑弹簧压紧顶板，一旦管

廊顶板与底板之间间距减小，原

本稳定的监测桩机械结构高度会

减小，监测桩高度发生变化，安

装在上面的光纤位移传感器会同

时动作，监测位移变化量。二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤传感器在管廊内应用-管廊结构变形监测实现对地下管廊状态的实时

在线监测，并智能分析监测

桩监测的数据，完成对地下

管廊危险等级的实时评估，

在出现危险时（管廊地板突

出或者顶板冒落等），可以

通过地上地下管廊报警系统

同时进行报警。管廊收敛监测部分包括：光纤光栅解调仪（共用）、报警音响、监测桩（包括机械传动结构、光纤位移传感器）、地下管廊声光报警系统、传输

光缆、监控软件等组成。二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤传感器在管廊内应用-管廊结构变形监测管廊基础变形（沉降）监测实现

对地下管廊基础变形监测，GPS

卫星定位系统是利用卫星定位待

测点，直接读出测点的坐标，该

方法测量精度不高，不能满足目

前管廊基础变形监测。因此，通

过光纤静力水准仪的测量方法，

通过测量液体水平面位置的变化

来监测管廊基础变形。监测部分包括：光纤光栅解调仪（共用）、报警音响、光纤静力水准仪及配套安装结构、地下管廊声光报警系统、传输光缆、监控软件等组成。光纤传感器在管廊内应用-管廊基础变形（沉降）监测功能二、传感器推动的巨变-光纤传感技术该监测系统中采用的光纤光栅静力水准仪采用压差式设计，大大提高了测试精度，利用光纤光栅作为微测力元件，通过水位高度差产生的压力对光纤光栅波长的影响来测量静力水

准仪相对基准水面的沉降量。静力水准仪利用连通液的原理，多支通过

连通管连接在一起的

储液罐的液面总是在

同一水平面，通过测

量不通储液罐的液面

高度，经过计算可以

得出各个静力水准仪

的相对差异沉降。光纤传感器在管廊内应用-管廊基础变形（沉降）监测功能二、传感器推动的巨变-光纤传感技术管廊应变监测实现对

管廊监测部位（管廊

顶部、两帮）应变的

实时监测，对有突变

的情况及时进行报警，

以便及时对不安全隐

患进行排查解决。管廊应变监测部分包括：光纤光栅解调仪（共用）、光纤表面应变传感器及安装支架、传输光缆、监控软件等组成。二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤传感器在管廊内应用-管廊应变监测管廊建造完成，趋于稳定后，其结构内部应力基本无变化，若其结构在外部作用力下，本

身内部平衡破坏后会建立新的

平衡，这时新的平衡中结构的

应变会发生变化。因此可以通

过监测管廊结构的应力变化来

监测管廊的结构安全，在管廊

内部，应力集中容易变化引起

危险因素的部位为监测的关键

部位，通过将应变传感器在关

键部位的合理布置，实时监测

管廊重要部位的应力变化。二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤传感器在管廊内应用-管廊应变监测n基于光纤传输波段近红外光谱吸收原理，测量扩散到光

纤探头气室内的光谱吸收量，由此得到气体浓度。n通过窄带激光波长扫描，保障测量波段仅有被测气体一

个吸收峰，消除了来自其他气体的交叉干扰。二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤气体监测原理1.51.41.31.21.1不同浓度吸收归一化图0.20%0.50%1%3%0%1

0.9

1653.55

1653.60

1653.65

1653.70

1653.75

1653.80

1653.85C：气体浓度；A：光谱吸收度；L：光程；P：气体压力；二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤多种气体原理S（T）：谱线吸收强度幅值n

采用同一个传输光纤和探头结构，实现对甲烷、乙炔、氧气、

一氧化碳、二

氧化碳等多气体检测。二、传感器推动的巨变-光纤传感技术多气体监测仪n

根据多个被测气体的吸收光谱，优化光源组合。光纤多种气体原理n专为管沟隧道研制n光纤传感器：n不带电；n无需标校n不受潮湿影响n精度高（+/-0.05%）n测量范围大（0-10%;0-

40%;0-100%）二、传感器推动的巨变-光纤传感技术GJG100-6V本安型光纤多通道激光甲烷传感器光纤甲烷探头u功耗低：额定功耗

5V/50mA；u响应快：响应时间小于10s；u抗干扰：采用窄带激光，对甲烷气体具有唯一选择性，不受其它

气体、水蒸气、粉尘的干扰；u智能化：具有自诊断功能；u寿命长：5年；u易集成：具有标准Modbus协议接口，可集成到标准Modbus协

议口的PLC或者其它分站；u多通道：同时检测6个不同位置

的甲烷气体；u探头外壳防护等级：IP65；二、传感器推动的巨变-光纤传感技术GJG100-6V本安型光纤多通道激光甲烷传感器多通道甲烷解调模

块由于探头为无

源探头更适合

于燃气舱雨污

舱及电力舱等

危险度高的舱

室。依据《石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》(GB50493-2009)“4.2.2可燃气体释放源处于封闭或局部通风不良的半敞开厂房内，

每

隔15m可设一台检（探）测器，因此设计在每一个天然气舱内配备一支光纤

激光甲烷气体传感器，光纤多通道激光甲烷解调仪布置在地面监控室，

光纤

激光甲烷传感器与光纤甲烷解调仪通过多芯光缆连接，光纤激光甲烷传感器

无源、免标校、远距离传输等优势特别适合与天然气舱管道检测的现场环境。二、传感器推动的巨变-光纤传感技术GJG100-6V本安型光纤多通道激光甲烷传感器二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤传感器在管廊内应用-激光甲烷体监控系统风机转动排出有害气体激光甲烷传感器。传感器解调分站管道阀门关闭自控环网系统主机光纤传感器在管廊内应用-激光甲烷体监控系统系统组成：系统由主机、传输接口、分站、传感器、断电

器、电源、电缆、接线盒、避雷器等组成。系统功能：1）、数据采集系统具有可燃气体（甲烷）浓度、风速、温度等模拟量采集、显示及报警功能。2）、控制功能系统由现场设备完成甲烷浓度超限声光报警和

断电/复电控制功能。3）、存储和查询系统具有以地点和名称为索引的存储和查询功

能。4）、显示系统具有列表显示功能，管廊图形化结构显示等

功能5）、自诊断当监控分站、传感器及传输电缆出现故障时，系

统能诊断出故障，并有相应的显示。二、传感器推动的巨变-光纤传感技术项目单位参数值备注本质安全型监控

分站系统容量台64通讯方式网口/RS485巡检周期s2分站间传输距离km15分站与传感器传

感器传输距离2传输速率kbps115.2传输介质光纤隔爆兼本安不间

断电源输出电压V18输出电流mA950光纤可燃气体传

感器量程%1-100测量精度

（甲烷指标）%0-1%，±0.05%1-100%，真值的±5%响应时间s<5校正周期月6传输接口光纤本安型风速传感

器量程m/s0.4-15测量误差m/s小于

±0.2响应时间小于10s传输接口频率二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤传感器在管廊内应用-激光甲烷体监控系统气体探测器核心解

调模块激光气体探测器本安型监控分站二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤传感器在管廊内应用-激光甲烷体监控系统系统监控界面二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤传感器在管廊内应用-激光甲烷体监控系统系统监控界面型号项目甲烷传感器GJC4/100高低浓度甲烷传感器GJH100(B)

红外甲烷传感器激光甲烷传感器原理载体催化载体催化+热导非色散红外（NDIR）（TDLAS）测量范围（0~4）%CH4（0~100）%CH4（0~100）%CH4（0~

100）%CH4测量精度（

0.00

～

1.00

）

%CH4±0.

10%CH4（1.00～3.00）%CH4

≤真的

10%（

4.00～

40.0

）

%CH4

≤真值的±10%>40%CH4≤±10%CH4（0~1.00）%CH4

±0.06%CH4（1.00~100）%CH4

真值的±6%（0~

1.00）%CH4

±0.05%CH4（1.00~100）%CH4

真值的±5%响应时间≤20

s≤20

s≤30

s≤20

s抗潮湿好好差好抗中毒差差好好激活现象有有无无抗粉尘抗水蒸气差差差好标校周期10d10d60d6个月成本低较高高高寿命1年1年5年10年二、传感器推动的巨变-光纤传感技术激光甲烷传感器与传统传感器对比测温主机耦合器从光纤内任何一点的反斯托克斯光信号和斯托克斯光信号强度的比例中，可以得到该点的温度。激光脉冲

P二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤传感器在管廊内应用光纤分布式测温系统脉冲激光器信号处理光电转换滤光器喇曼散射光

纤散射光系统原理：是依据后向喇曼（Raman）散射效应。激光脉冲与光纤分子相互作用，发生散射。散射有多种，其中喇曼散射是由于光纤分子的热振动，它会产生一个比光源波长长的光，称斯托克斯（Stokes）光，和一个比光源波长短的光，称为反斯托克斯（Anti-Stokes）光。反斯托克斯光信

号的强度与温度有关，斯托克斯光信号

与温度无关。从光波导内任何一点的反

斯托克斯光信号和斯托克斯光信号强度

的比例中，可以得到该点的温度。利用

光时域反射技术（OTDR）技术通过光纤

中光波的传输速度和背向光回波的时间

对这些热点进行定位。利用这一原理可

以实现对沿光纤温度场的分布式测量。二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤传感器在管廊内应用光纤分布式测温系统二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤传感器在管廊内应用光纤分布式测温系统报警器解调主机ACU区域控制器系统应用主

机照明、风机等控制手动/自动灭火自控环网

结构功能采用模块化结构，集成了计算机强大的处理功能，具有体积小、结构简单、方

便携带及功能强大等优势。

光纤传感一条光纤即可实现温度的长距离连

续在线监测，具有不带电，本质安全，不受

电磁干扰，防潮湿等特点。

性能指标采用先进的半导体激光器、高灵敏度的光电探测器，自动调整增益，克服光学器件因工作时间长，造成的信号偏移，系统

长期稳定可靠，测量范围可达到6km，精度可

达到±1℃。

接口配置

WCF通讯结构，以太网接口实现数据输入/输出。内置24路继电器输出节点（可

扩展），具有灵活的远程控制功能。

系统软件实时显示温度分布曲线；快速查询各点温度随时间变化曲线；可设256分区，具有独立高温、低温、差温、快速升温报警功能；web发布功能。二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤传感器在管廊内应用光纤分布式测温系统分布式感温系统主机分布式感温光缆测温距离4km2/4/6km可选测温范围-10～120℃根据应用领域光缆可订做通道数41,2,6,可扩展测温精度±1.5℃按照规定要求对光缆标定空间分辨率1m采集时间<

5s32768次数据平均/6km测量距离/单通道通讯接口RJ45以太网接口，WCF协议供电AC220V继电器24开关量控制输出光纤接口FC/APC光纤类型62.5/125um标准渐变折射率多模光纤机械尺寸483（长）X483(宽)X133（高）mm标准3u机箱，19寸工作温度0～40℃二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤传感器在管廊内应用光纤分布式测温系统技术指标横坐标为光

缆长度，纵

坐标为温度。如图可以很

清晰的发现

单位长度内

的温度值，

很方便找到发火点二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤传感器在管廊内应用光纤分布式测温系统指标开关量感温电缆光纤光栅测温系统分布式光纤测温系统温度数值无数值显示数值显示测温精度±16℃±0.1℃±1℃报警方式定温差定温差定温可恢复性报警后报废，不可恢复可恢复，可重复使用可恢复，可重复使用实际定位精度150米0.1米±3米测量原理电阻值变化布拉格光栅/波长变化光纤拉曼测温/光量变化故障诊断无可诊断，定位精确可诊断，可定位误报率高极低低预警功能无有有防爆性能隔爆型本安型本安型综合优势技术简单、设计简便、造价相对较低，约6万/公里电缆技术先进、报警准确率高、报警时间早、定位准确、可靠性高、定位精度高、维护成本低技术较为先进、报警准确率相对较高、可靠性高、维护成本较低综合劣势技术落后、报警准确率较差、易受

电磁环境干扰、定位精度低（150米范围）、

可靠性不高、维护成本高造价相对较高，约7万/公里

管廊环境报警时间较为滞后，需较大范围接

触报警，造价相对较高，8万/公里电缆分布式光纤测温系统、感温电缆、光纤光栅测温系统对比二、传感器推动的巨变-光纤传感技术振动监测主要用于监测隧道内各种结构的低频振动，当振动

信号超出一定范围即发出报警信号，

防止因市政不当施工等

造成隧道的破坏。可通过振动信号计算出振动震源位置；

主要通过光纤振动传感器进行监测。二、传感器推动的巨变-光纤传感技术管廊机构变形监测-光纤震动传感器4.通过干涉

，光纤光栅的波长

变化被放大为相位变化；5.光电探测器采集含相位变化

的光信信号

，通过信号处理

，

提取其中包含的振动信息；6.通过对振动信息的分析和模

式识别

，判断有无侵入以及目

标特征，并给出报警。2.

光纤光栅被调制后，波长发生变化；1.传感器探测到振动信号

，通过拾振结构

，

调制光纤光栅；二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤振动管廊结构监测原理3.光纤光栅的波长变化通过光

缆，传输到后端干涉仪；4.通过干涉

，光纤光栅的波长

变化被放大为相位变化；5.光电探测器采集含相位变化

的光信信号

，通过信号处理

，

提取其中包含的振动信息；6.通过对振动信息的分析和模

式识别

，判断有无侵入以及目

标特征，并给出报警。2.

光纤光栅被调制后，波长发生变化；1.传感器探测到振动信号

，通过拾振结构

，

调制光纤光栅；二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤振动管廊结构监测原理3.光纤光栅的波长变化通过光

缆，传输到后端干涉仪；二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤光栅振动传感器阵列光纤光栅振动传感器阵列光纤振动管廊结构监测系统组成光纤光栅信号处理机光纤光栅信号处理机信息发送器报警器分析监控服务

器视频联动模块路由器铠装光缆…………二、传感器推动的巨变-光纤传感技术管廊光纤震动监测功能监测管道泄漏防外力破坏防入侵防偷盗40km以上。

探测距离远：系统对人的探测距离可达50m以

上，对车辆探测距离达150m。

反应迅速：对监控区域振动信号24小时实时监

测。

极佳的稳定性：可在风、雨、雹、雪、雾天气等恶劣环境中使用，不受雷击影响，防电磁干扰，不间断监测目标。前端埋设地下，隐蔽，

不易破坏。

安全可靠：使用光纤进行信号采集和传输，前

端完全无电，本质安全。

高度智能化，轻松实现无人值守：在检测到异常时可以通过短信和互联网将报告发送给直接负责人。开放性设计，便于数据管理及现场控制。

准确率高：高灵敏度、大动态范围、宽频带传感器，采集振动信息完整，通过后端信号处理，充分挖掘信息特征，保证了报警信息的准确性。二、传感器推动的巨变-光纤传感技术管廊光纤震动监测技术优势

布设距离远：使用标准通信光缆，距离可达应用该系统可以实现对管廊

周边较弱震动事件进行实时

监测，经过系统软件的统计

分析后，可以对监测区域当

前的危险等级进行评估，并

对其下一时段的危险等级进

行预测，预防可能发生的冲

击危险争取了宝贵的时间，防止管廊受外力的破坏。二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤振动监测系统在管廊应用当光在光缆中传输时，由于光子与纤芯晶格间发生作用，

不断向后

传输瑞利散射光，如图1所示。当外界有振动发生时，

引起光缆中

纤芯发生形变，导致纤芯长度和折射率发生变化，

背向瑞利散射光

的相位随之发生变化，这些携带外界振动信息的信号光，

反射回系

统主机时，经光学系统处理，将微弱的相位变化转换为光强变化，

经光电转换和信号处理后，进入计算机进行数据分析。二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤分布式振动监测技术二、传感器推动的巨变-光纤传感技术管廊光纤分布式振动系统二、传感器推动的巨变-光纤传感技术人员步行实验：可明显区分步幅，据斜率还可计算步速。管廊光纤分布式振动系统•光纤本身即是传输介质，也是传感单元；•全分布式监测，光纤所到之处无死角、无盲区；•可实现隐蔽式探测；•独特的判别模式，误报率低，漏报率更低；•监测终端不带电，不受电磁干扰，可全天候工作；•可实现分级预警；•可实现精确定位；•可与视频等监测手段联动；•使用寿命长，后期维护成本低，故障率几近零。二、传感器推动的巨变-光纤传感技术管廊光纤分布式振动系统管道在长期服役过程中，一方面，由于管道老化或密封不严会发生油气的

缓慢微泄漏，特别容易在管道附近地势低洼地带聚集；另一方面，天然气

管道的泄漏会迅速在周围范围内扩散，扩散的燃气一遇明火易发生爆炸，同时可能会导致管道周围人员窒息。下图是泄漏孔面积0.015m2，实时风

速4m/s，时间分别为30

、60

、90秒时天然气泄漏情况，

因此将光纤激光

甲烷传感器布置在天然气舱内，在相对狭小密封环境，燃气管道一旦发生

泄漏，传感器会迅速及时的检测到泄露的气体并在第一时间发出报警信号，

提示采取应对措施。二、传感器推动的巨变-光纤传感技术基于光纤气体检测的管道泄漏检测方法根据利用范德瓦尔斯气体状态方程为燃气建立的实

际气体模型，并对燃气管道泄漏时产生的温度变化

建立的理论模型，对理论结果的数值分析及仿真分

析认为，管道泄漏气体所引起的周边介质的温度变

化，因泄漏产生的温度变化随气体膨胀的倍数变化

不明显，而随气体在管内的密度变化比较明显。因

此不管是管道泄漏处裸露在大气中还是埋在地底下，

泄漏产生的温度降低差异不大，因此分布式测温对

途径不同环境的管道泄漏检测均使用[1]

。因此将分

布式测温光缆布置在天然气舱内燃气管道管壁，在

燃气管壁发生破损，内部压力气体外泄将导致贴附

在管壁的分布式光缆温度降低，通过监测系统可以

发现温度异常并进行定位，找出泄漏点位置[1-10]。二、传感器推动的巨变-光纤传感技术基于温度检测的泄漏检测方法光在光纤中传输的基本原理是光的全反射。光纤由纤芯和包裹在纤芯周围纤芯的包层组成，纤芯材料一般为玻璃或聚合物，其折射率比包层

折射率小。当光从折射率较小的纤芯材料传播到折射率较大的包层时，光被反射回来。这样，光就被限制在纤芯中，并向前传播。在管廊内安

装无源光纤

灯，可把自

然光导入管

廊内。实现节能、绿色的理念二、传感器推动的巨变-光纤传感技术光纤照明光纤灯移动库房光源监控室光纤照明系统示意图光纤束n

光纤麦克风利用声波对传感器反射光强度的调制实现对声音的检测；灵敏度高，抗电磁干扰；可用于应急人员定位和无外

接电源应急通信。二、传感器推动的巨变-光纤传感技术管廊光纤分布式振动系统nn传感器推

动的巨变-

光纤传感

技术1关于智

慧管廊目录简介2监控中心中控室主核心交换机备核心交换机两台智能骨干高性

能核心交换机双链路上行至核心三、智慧管廊附属设施简介千兆工业环网千兆工业环网每个千兆环网接入

数据约250M，保证经每个防火区间设

根据实际业务设

1--N台接入交换组成千兆接入环基础设施--通信网络济性同时留有扩展空间工业交换机技术特点•逻辑层故障冗余保护•

GOE200工业交换机传输系统

•瞬间环网冗余技术18ms自愈三、智慧管廊附属设施简介基础设施--通信网络—数据流—

数据流

数据流

数据流二、基础设施--环境与设备监控系统三、智慧管廊附属设施简介综合运营管理平台ACU（区

域控制器）根据管廊内温湿度、氧气浓度等报警值自

动启动通风设备风机、水泵

状态集水坑水位。。。温湿度O2、

甲烷、

硫化氢浓度配电运行情

况防入侵控制监视根据需要或者火

令远控指定区域

设备系统拓扑：根据集水坑水位

启动通风设

备控制潜水泵控制照明控制•单仓路段：

1个防火分区设1套ACU•双仓路段：隔壁相邻仓位防火分区合设1套ACU•三仓路段：相邻三个仓位防火分区共设1套ACU•温湿度检测：每个防火分区2套•O2、

CO2浓度检测：每个防火分区2套•

集水坑液位检测：每个集水坑1套基础设施--环境与设备监控系统单仓路段双仓路段3个防火分区三、智慧管廊附属设施简介1个防火分区

2个防火分区环境监测ACU设置GOE212G-4G-8GX设备舱1电力舱雨污舱综合舱设备舱K0+609K1+085K0+310设备舱设备舱设备舱设备舱设备舱三、智慧管廊附属设施简介视频监控系统系统结构设备舱2IPCAM

+工业以太网交换

机+高清解码器1080P+IPSAN+高清平台软件(GB/T28059、GB/T28181、ONVIF)

地面

IPSAN中心机房视频监控客户端高清解码器GOE212G-4G-8GXGOE300GOE300三、智慧管廊附属设施简介视频监控系统视频监控清晰度三、智慧管廊附属设施简介视频监控系统视频监控走廊模式该系统由摄像机、磁盘阵列、视频综合管理平台等组成。系统采用网络信号传输方式，独立千兆光纤环

网，实现统一的视频信号存储、显示和远程调用等功能。视频管理平台具有以下功能：支持集中存储管理、网络实时预览、图像处理、日志管理、用户和权限管理、设备维护；支持前端任意图像的轮巡和分组切换等

控制；同时可以实现统一的数字化视频存储、显示和远程图像调用等功能。视频监控系统三、智慧管廊附属设施简介机柜OMATESMS100SMS流媒体

服务器OMATESCS100

SCS中心信令

服务器MMoIP/HD集

中式高清解

码器高清液晶拼接

显示器光纤、通

信线缆1080P星光

级红外枪机其它附属设备1080P防

爆摄像机IPSAN存

储设备1080P半

球—设备多屏拼接

处理器间n

NC5200C为核心的综合管廊通信系

统，单机容量可达5000用户，可接

入多种终端类型，每个终端分配独立

号码n

可实现管廊内有线、无线电话的自由

互通，和公网、行政办公网及其他专

网电话的自由互通n

地面调度台可对系统内任意终端进行

强插、强拆、群呼、三方通话、电话

会议、组呼、集群对讲（wifi专有手

机功能）、一键拨号、紧急呼叫等

调度功能。n

录音系统可实现对系统全网录音，支

持录音文件的多方式查询，下载，回

放，删除（需高等权限支持）等功能。三、智慧管廊附属设施简介市话网其他专网2M/环路

E&M/环路

IP/2M有线无线通信系统NC5200NC5200TCP/IP维护和录音系统光纤电话主机光纤电话辅机工业级基站WIFI手机调度台软电话其它PBX三、智慧管廊附属设施简介有线通信系统n光纤电话主机使用光纤直连地面，

光口传输距离20KM,使用链式组

网，单纤芯可接至少128台主机n每个光纤电话主机最多可以接8

部话机，可以是防水话机或扩音

话机。n每部终端分配有独立的号码，可

根据需求设置为摘机通话或者拨

号通话。n无线基站就近接入舱室内的环网

交换机上n单个基站可接两个定向天线。双

向覆盖100-200米n单个基站可支持16路并发通话，

基站之间可无缝漫游，业务不中

断三、智慧管廊附属设施简介有线通信系统l定位巡检人员，发生事故时提高救援

效率l定位非法入侵人员，减少造成损失l在管廊内部每隔100米设置1台定位主机，接入本分段以太网交换机三、智慧管廊附属设施简介人员定位门禁系统安装在隧道出入口处，

可有效防止未经许可人员进入管廊，

并可对隧道进出情况做全时完整得记录，方便对进出情况进行查询。

门禁系统由单门控制器，门开关按钮、读卡器、发卡机、电磁锁、门

禁系统软件组成。三、智慧管廊附属设施简介门禁在通风口和投料口等易于从外部入侵的位置设置1

套红外双鉴探测器，红外双鉴探测器输出信号由

报警主机（带协议转换）转换成以太网信号，报

警信号通过监控局域网上传至控制中心。当有外

部人员进入时，监控中心电视墙上将显示有入侵

的相应区间和位置图像元素闪烁，并产生语音报

警信号。l

红外双鉴探测器减少误报率l

投料口、通风口设置l

报警信息在控制中心显示三、智慧管廊附属设施简介入侵报警•

管廊内间隔1000~1500米设1套火灾报警控制器，防

火门控制器，消防电源区域控制器•

控制中心设置火灾报警控制器、防火门控制器，消防

电源中心控制器、联动控制盘、消防广播主机和图形

显示器等•

开启相应防火

分区内的声光

报警器和应急

疏散指示。•断开出入门禁

电源。•

关闭相应及相邻防火分

区及正在运行的排风机、

防火风阀及切断配电控

制柜中的非消防回路•

延时后，开现场放气指

示灯，启动气溶胶灭火

装置实施灭火•

电力仓及电力电信混合仓仓顶中央敷设一条感温光纤•

采用测温光纤对电缆本体表面温度进行在线监测（此

部分数据由电力部门提供）联动控制区间1三、智慧管廊附属设施简介探测方式传输方式控制器•

本子系统为独立子系统，采用专线方式。

第

一

回

路

报警

第

二

回

路

报警企业简介•技术来源：英国智能传感器系统有限公司•

山东省科学院激光研究所•创新平台：中英光纤传感及安全物联网联合研发中

心•产业化：山东微感光电子有限公司山东省光纤传感工程技术研究中心（2005）山东省光纤传感重点实验室（2006）煤矿安全光纤传感技术创新战略联盟（2010）煤矿安全光纤传感技术创新综合院士工作站（2011）

山东省光纤检测工程实验室（2013）矿山安全光纤检测技术科技研发平台（2015）国家安全总局“矿山安全光纤监测技术研发平台（2015）

中英光纤传感器与安全工程联合