分布式光纤传感城市生命线韧性实践
用暗光纤贯通施工振动、内涝前兆与供水管道漏损监测漏
今年12月，第三届分布式光纤传感技术及应用大会将在哈尔滨举办。作为本次大会的承办单位，神州普惠子公司哈船光科正全力推进筹备工作。为了在会前与业界同仁深入交流前沿技术、共享应用真知，我们特别推出“分布式光纤传感应用场景与案例分享”系列专题报告。今天是本系列的第23期，让我们聚焦——分布式光纤传感如何在城市生命线、内涝与供水管道漏损监测中闭环应用。
生命线暗光纤连续阵列原理
一、暗光纤复用为何适配生命线韧性
生命线包括供水、排水、燃气、供热、桥梁、综合管廊，传统监测各系统分散建设：供水靠分区计量（District Metering Area，DMA）和听漏仪，排水靠液位计和电子水尺，施工防范靠人工巡查和视频，形成数据孤岛、责任割裂。DAS 用沿路、沿管通信光缆（暗光纤）做连续声学阵列，基于 Φ-OTDR 接收瑞利背向散射相位，可感知施工振动、管道漏声、地面载荷，以及内涝前土体饱和度变化引起的响应差异；不采集图像、不进入管道、不接触介质，可与 GIS、SCADA、IoT、DMA 分层对接。 适配性：第三方施工多在路面开挖、打桩、顶管，振动沿土体传到并行通信光缆，可在破坏发生前报警；供水微漏产生低频声能，邻埋光缆可连续筛查，代替人工逐段听漏；排水防涝虽以液位为主，但降雨入渗、窨井溢流、路面载荷异常可在振动、应变基线中做辅助判别。
• 边界：DAS 不直接测水压、水质、流量，必须与点式仪表和 DMA 合用水力模型；漏声频段受埋深、土质、管径影响，不能只套用固定的频率阈值。
二、盐城中心城区154km闭环现场
盐城154km施工振动与5秒报警闭环
盐城市生命线安全工程一期于2025年9月进入试运行，由住建部门牵头、大数据集团实施，覆盖燃气、供水、排水、桥梁等9类风险。在“综合监管+智慧监测”框架下，第三方施工监管采用分布式光纤传感，覆盖中心城区17条主干道、154 km重点路段，建立“5秒报警—50秒视频复核—20分钟闭环处置”机制；试运行期间已预警48起施工风险。排水防涝同步建设设施维护、内涝感知、报警处置全链条，试运行有效报警百余次。
该案例的价值在于“工单闭环”，而不只在于单点报警：光纤检测到异常振动后，平台触发视频复核，属地和施工单位在20分钟内完成处置，风险入库。它把DAS从“能发现施工”提升到“能管控第三方破坏”，对供水、排水、管廊都有可复制性。
三、施工振动、内涝前兆与供水低频漏声
供水微漏邻埋低频能谱＋内涝前兆
施工分类用振动强度、主频、空间连续性三个维度：小型开挖持续时间短、可定位，打桩、顶管宽频且沿纤传播远，重型机械有稳定低频载荷。盐城机制未公开全部频带，工程落地建议按 0–20 Hz 土体传播、20–200 Hz 机械冲击、200 Hz 以上金属与石料碰撞分别建立模板，配合视频和施工许可名单降低误报。
供水漏声参照阿德莱德与塞文·特伦特（Severn Trent）的思路：邻埋通信光缆不接触管体，微小漏以低频为主，漏声能量、空间持续性和背景交通分离是核心。阿德莱德供水管邻埋案例已验证标准通信光缆可检出 0.07 L/s 级微漏，漏声能量主要集中在 250 Hz 以下（见第19期）；塞文·特伦特伯明翰项目由行业媒体披露同沟敷设 DAS、秒级报警、定位精度 ±5 m、预期降低漏损 40%–50%，上述数据来自厂商与水务公司披露，实际效果需以本地试点验收为准。内涝前兆不依靠 DAS 单独测水位，而是通过降雨前后路面载荷变化、窨井周边振动异常、管廊土体饱和度等间接特征判断；盐城排水报警以液位计、电子水尺为主，光纤用于施工与载荷异常监测，作为辅助手段。
四、与DMA、SCADA、视频、探地雷达分层
与点式DMA、SCADA、视频、探地雷达分层
不需要额外设备：DAS 直接利用燃气、供水、排水等管线附近已有的通信光缆，感知路灯、井盖、管壁的振动（供水等管道和窨井内部无需进入）。系统把振动分成三类：施工挖掘、水管漏损、交通和路人产生的背景噪声，再通过光纤空间定位与时间上的持续特征进行筛查——
•燃气：用 DAS 监测管线上方路面作业，在挖掘机或顶管靠近管道前发出振动异常预警；点式可燃气体探测器负责确认泄漏浓度，DAS 不替代可燃气体探测器。
•供水：DMA 和点式声学记录仪做水量平衡与定点听漏，DAS 做干线连续筛查；GIS 做管缆距离标定，SCADA 做压力、流量联合判别。
•排水：电子水尺、液位计、雨量计为主，DAS 做路面施工、载荷和和窨井异常辅助。
•施工：视频做取证，人工巡检做执法，DAS 做全天候振动初筛。
空洞、脱空：探地雷达做定期抽检和事故后确诊，DAS 做常态化车流激发浅层响应复测，不替代雷达。
•整体原则是：DAS 说出“哪段异常”，计量仪器仪表给出“物理量绝对值”，视频、人工落实“责任与执法”，工单平台完成闭环。
五、城市试点边界
•路由匹配：供水主干、排水大管、综合管廊同侧有通信直埋光缆最优；纯架空光缆不纳入漏声主模型。
•土质与埋深：砂土中高频衰减较快，黏土中低频传播更有利，邻埋距离需按管径和漏量做本地化标定。
•交通重叠：道路主路施工与重车同频段，必须用施工许可、空间持续性和短时傅里叶变换（STFT）分带区分。
•数据权责：百公里级项目涉及运营商、住建、水务、城管，盐城模式由住建统筹、大数据集团实施，可作为城市级参照。
•误报成本：施工报警可先“视频复核再派单”，供水报警可先“同址水听器或加速度计复核后再开挖”，不把 DAS 报警阈值直接作为开挖依据。
六、从试点到全城生命线闭环
从试点到全城生命线工单闭环
•资产盘点：将供水、排水、燃气、管廊台账与通信光缆路由、历史施工破坏点、内涝黑点交叉比对，筛出“同沟或邻埋、直埋、端站具备DAS接入条件”的纤芯。
•试点段：选10–20 km包含老城供水、主干排水、施工高发、内涝点的混合段；供水通道间距1–5 m、采样覆盖0–500 Hz，施工与内涝按0–200 Hz主采样。
•基线：用4–12周的正常交通、雨季、施工许可、DMA夜间最小流量（Minimum Night Flow，MNF）对照，建立漏声功率谱密度（PSD）、施工振动库、路面载荷库。
• 标定：通过可控放水、许可开挖、模拟顶管、暴雨过程标定；机器学习（ML）做“漏声、施工、交通、降雨”四类分类。
•工单：施工5秒报警→视频50秒复核→20分钟闭环；供水异常派水听器或加速度计复核→DMA联判→开挖；内涝异常派液位计或电子水尺复核→排水分队处置。
•扩围规则：直埋、邻埋优先扩；同沟供水光缆优先；管廊光缆用于多参数监测；纯通信架空光缆只作周界与施工补充；所有漏量、定位精度、降漏率以本地验收报告为准。
参考来源
[1] 新华网江苏. 盐城：数智赋能城市生命线 筑牢宜居韧性智慧之城安全屏障. 2026-04-07. http://www.js.xinhuanet.com/20260407/137dd2aabd26486bb72ae4c90245a6af/c.html
[2] Wang X, Yin C, Lai VH, Cazzolato B, Lambert MF, Zeng W. Repurposing Dark Fibres for Pipeline Leak Detection Utilising Distributed Acoustic Sensing: A Field Study. SSRN, posted 2026-05-26. https://doi.org/10.2139/ssrn.6829423
[3] Water Magazine. Rapid leak detection possible with new Severn Trent optical fibre trial. 2023-08-22. http://watermagazine.co.uk/2023/08/22/rapid-leak-detection-possible-with-new-severn-trent-optical-fibre-trial/
[4] 城市生命线综述（可选）：分布式光纤声纹传感技术在城市生命线工程安全中的研究现状与进展. 万方期刊摘要页. https://m.wanfangdata.com.cn/jewelbox/search/toArticleDetails.html?id=dndxxb202605013&type=perio_artical
