视频Blogs
分布式光纤传感:山体滑坡监测与预警的 “智慧神经”
资料下载 联系我们 服务支持

分布式光纤传感:山体滑坡监测与预警的 “智慧神经”

分类: 博客Blogs 发布日期: 2025-10-29

在全球气候变化与基础设施建设扩张的双重背景下,山体滑坡作为最具破坏性的地质灾害之一,其监测预警始终是地质工程领域的核心挑战。传统监测手段因存在覆盖范围有限、抗干扰能力弱、数据连续性不足等短板,难以满足复杂边坡的精细化预警需求。分布式光纤传感技术的崛起,以其独特的 “分布式感知” 特性,为滑坡灾害的全周期监测提供了革命性解决方案,成为守护山体安全的 “智慧神经”。
Rockfall_landslide_Tejeros-Spain.webp

技术内核:光的散射密码与滑坡感知原理

分布式光纤传感技术的核心原理是利用光在光纤中传播时的散射特性,将细长的光纤转化为 “绵延数公里的感知网络”。当滑坡孕育过程中产生微小的应变、振动或温度变化时,会改变光纤的物理状态,进而影响光的散射信号,通过专用设备解析这些信号变化,即可实现对滑坡前兆的精准捕捉。目前在滑坡监测中应用最广泛的技术路径主要分为两类:


布里渊散射类技术

以布里渊光时域反射仪(BOTDR)为代表的技术,通过监测布里渊背向散射光的频移变化实现感知。其核心原理在于,布里渊频移量与光纤所受应变和环境温度呈严格的线性关系,在温差小于 5℃的情况下可忽略温度干扰,通过公式 ε=Δv₈/(v₈(0)×C) 即可精确计算应变量。这类技术的测量距离可达 80 公里,应变测量精度高达 ±0.003%,距离分辨率低至 1 米,能够敏锐捕捉滑坡孕育期滑体内部的微小形变,为早期预警提供关键数据支撑。


分布式声学传感技术

分布式声学传感(DAS)则通过分析激光脉冲在光纤中的瑞利散射信号,实现对振动信号的实时监测。当地震波、岩石错动等产生的地波作用于光纤时,会引发光纤的微小伸缩,导致反射光信号产生相位变化,通过解析这些变化可定位振动源位置,精度可达数米级别。在 2023 年布里恩茨岩崩事件中,研究团队正是利用 DAS 技术,通过既有互联网光纤捕捉到了主崩前数百次小型岩崩的振动信号,完整还原了灾害演化过程。
此外,光纤布拉格光栅(FBG)技术作为准分布式传感的代表,通过在光纤上刻制光栅形成离散传感点,可针对性监测滑坡关键部位的应变与倾斜变化,在挡土墙、边坡支护结构等局部监测场景中发挥重要作用。

515324_1_En_20_Fig2_HTML.webp


应用实践:从实验室到灾害现场的技术落地

分布式光纤传感技术已从实验室研究走向工程实践,在不同地质条件和工程场景中展现出强大的适配性,形成了多元化的监测方案体系。

滑坡体内部结构监测

针对滑坡孕育的核心 —— 滑动面演化,研究人员开发了专用的光纤传感监测方案。通过在坡体钻孔并埋入特制光纤应变传感管,确保传感管贯穿潜在滑动面并深入坚实地层,当滑动面发生错动时,传感管随之弯曲变形,光纤应变数据的突变即可精准定位滑动面位置与错动幅度。这种 “深地感知” 模式突破了传统点式传感器难以捕捉滑体内部结构变化的局限,为解析滑坡失稳机制提供了直接依据。

长距离线性工程监测

在交通干线、油气管道等线性基础设施的边坡防护中,分布式光纤技术展现出独特优势。中缅油气管道贵州段的监测项目中,技术团队利用伴行光缆中的备用纤芯,实现了 120 公里范围内高风险边坡的连续监测,不仅能捕捉滑坡、泥石流等地质灾害的应变与振动信号,还能区分第三方施工等人为干扰,监测覆盖区域坡度达 40° 至 80°,最大高差 188 米,为管道安全运行构建了立体防护网。

灾害事件的全周期捕捉

分布式传感技术的实时性与连续性,使其能够完整记录滑坡从孕育到发生的全过程。在布里恩茨岩崩监测中,研究团队通过 45 天的持续激光脉冲监测,不仅提前捕捉到数百次前兆性小型岩崩,还在主崩发生时以亚微应变级精度记录了事件的精确区域与时间序列,甚至发现了高活动区域地表移动后的波动特征,这些数据与雷达、地震仪等传统设备的监测结果高度吻合。

更多博客视频内容

光纤振动传感器可以防止火车事故

研究人员开发出用于测量列车加速度和振动的新型传感器。该技术可与人工智能相结合,以防止铁路事故和灾难性的列车脱轨事故。“每年,火车事故都会导致严重伤害甚至死亡,”研究团队负责人、香港理工大学的谭华耀说道。“我们的光纤加速度计可用于实时监测铁路轨道或列车的缺陷,以便在事故发生前查明问题。”

发布日期:2025-10-24

基于连续波强度动态自扫光纤激光器的光频域反射系统中的信号处理

我们报告了一种基于连续波掺铒自扫光纤激光器的光频域反射仪 (OFDR) 系统的开发。在本文中,我们研究了 OFDR 系统中输入数据处理程序对所得反射图和噪声水平的影响。具体而言,我们应用了几种类型的信号平均(时域和频域)和傅里叶分析。我们证明,频域平均可用于评估与瑞利光散射 (RLS) 相关的局部散射振幅的绝对值,瑞利光散射与散射信号对光纤中微观不均匀性的干扰有关

发布日期:2025-10-17

分布式光纤传感(DAS)在周界安防领域的 “隐形卫士”

在安防技术快速发展的今天,周界安防作为安全防护的第一道防线,其重要性不言而喻。从传统的红外对射、振动电缆,到现代的微波雷达、视频监控,技术迭代始终围绕着 “更精准、更可靠、更智能” 的目标。而分布式光纤传感(DAS)技术的出现,正以其独特的优势,成为周界安防领域的 “隐形卫士”,为各类敏感区域构建起全天候、无死角的安全屏障。

发布日期:2025-10-16

光纤激光器的基本原理

在现代工业加工、医疗设备、通信技术等领域,光纤激光器凭借其高功率、高稳定性、小型化等优势,逐渐取代传统激光器成为主流技术。要理解这一 “光的精密工具” 为何能实现高效能量转化与精准光束控制,需从其核心结构、工作原理及关键物理过程展开分析。

发布日期:2025-10-15

什么是啁啾调制算法(Chirp Modulation Algorithm)

在分布式光纤传感(DAS, Distributed Acoustic Sensing)系统、雷达测距以及光通信等领域中,啁啾调制(Chirp Modulation) 是一种极为关键的信号调制技术。它通过在时间上连续改变信号频率,实现对信号的编码与优化,从而提高系统的分辨率、抗噪性能和信号处理效率。

发布日期:2025-10-13

了解 LoRa PHY(长距离物理层)

LoRa PHY(长距离物理层)是一种非常激动人心的通信技术,它基于线性调频扩频 (CSS) 调制和频移键控 (FSK) 调制。它是 Semtech 拥有专利的专有物理层方法。另一方面,LoRaWAN 是一种基于 LoRa PHY 构建的低功耗广域网 (LPWAN) 协议。LoRa 的一些优势包括:

发布日期:2025-10-11