輸水管線距離長，沿途自然環(huán)境復(fù)雜，管線為雙管道。為監(jiān)控管道運(yùn)行情況，對(duì)外界入侵、管道泄漏進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，對(duì)管道沉降進(jìn)行定期檢測，保證輸水管線的正常良好運(yùn)行，需要部署 2 套分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測管道全線的運(yùn)行工況。系統(tǒng)具備以下功能：

?分布式泄漏、入侵監(jiān)測

?實(shí)時(shí)在線監(jiān)測

?漏點(diǎn)定位

?漏量評(píng)估

?入侵點(diǎn)定位

?入侵事件識(shí)別

具體，可采用兩套雙通道 DVS 系統(tǒng)從中間向兩邊輻射實(shí)現(xiàn) 50km 的雙管線全覆蓋監(jiān)測。為降低系統(tǒng)建設(shè)成本，可將兩條管道全部安裝光纖傳感器，兩套傳感器共用一套DVS系統(tǒng)，進(jìn)行分時(shí)測量，即同一時(shí)間只能監(jiān)測一條管線，管線1和管線2輪流監(jiān)測。

1.簡介

光纖管道泄漏監(jiān)測及安全預(yù)警系統(tǒng)采用最新的分布式光纖擾動(dòng)傳感技術(shù)（φ-OTDR & MZI），可對(duì)長距離（10~50km）輸水管道、原油/成品油管道、天然氣管道發(fā)生的媒質(zhì)泄漏、第三方施工挖掘、盾構(gòu)、人為入侵破壞、山體滑坡、泥石流等有害事件進(jìn)行在線監(jiān)測。當(dāng)有害事件發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)可在第一時(shí)間進(jìn)行報(bào)警和定位，幫助運(yùn)營單位快速鎖定隱患位置，排除危險(xiǎn)因素，避免生命財(cái)產(chǎn)損失和環(huán)境污染。光纖管道泄漏監(jiān)測及安全預(yù)警系統(tǒng)采用與管道同溝敷設(shè)或貼壁敷設(shè)的伴行光纜作為傳感光纜，來感知管道沿線環(huán)境中的振動(dòng)和聲音。傳感光纜中的傳感光纖應(yīng)為 SMF-28e 標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，是目前普遍使用的通訊光纖。光纖管道泄漏監(jiān)測及安全預(yù)警系統(tǒng)基于傳感光纜中傳輸?shù)墓庑盘?hào)，不斷采集管道沿線長達(dá)數(shù)十公里的振動(dòng)、聲音數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、在線分析，捕捉海量數(shù)據(jù)中的異常。一根傳感光纜不僅代替了成千上萬個(gè)線性排列的聲傳感器，還省去了傳統(tǒng)點(diǎn)式聲傳感器大規(guī)模復(fù)用時(shí)復(fù)雜、繁冗的布線、供電、防腐、電磁屏蔽等工作，具有極低的施工和維護(hù)成本。由于光纖本身的無源、靈活、穩(wěn)定等特點(diǎn)，光纖管道泄漏監(jiān)測及安全預(yù)警系統(tǒng)具有天然的抗化學(xué)腐蝕、抗電磁干擾、無需供電、敷設(shè)簡單等優(yōu)點(diǎn)，是長距離線性空間連續(xù)物理場監(jiān)測的推薦選擇。

2.應(yīng)用場景

2.1入侵預(yù)警

監(jiān)測那些有可能對(duì)管道安全運(yùn)行造成威脅的外界入侵事件，如第三方施工挖掘。在入侵事件發(fā)生的第一時(shí)間進(jìn)行報(bào)警、定位、事件類型分析，幫助業(yè)主及時(shí)排除安全隱患。

2.2泄漏監(jiān)測

監(jiān)測管道全線可能發(fā)生的泄漏，包括突發(fā)性泄漏和持續(xù)性泄漏。對(duì)漏點(diǎn)進(jìn)行定位，對(duì)漏量進(jìn)行在線評(píng)估。幫助業(yè)主快速鎖定漏點(diǎn)，降低漏損。

2.3沉降測量

根據(jù)業(yè)主需要，可對(duì)管道沉降進(jìn)行定期測量，以確定是否存在異常沉降管段，對(duì)異常沉降的程度和位置進(jìn)行分析、評(píng)估。

3.系統(tǒng)構(gòu)成

分布式光纖管道泄漏監(jiān)測及安全預(yù)警系統(tǒng)主要由 ①DVS 主機(jī)、②顯示器，鍵盤， 鼠標(biāo)等交互式設(shè)備 以及 ③傳感光纜 三部分組成，如下圖所示。

在水廠的中控室（或類似設(shè)備間）內(nèi)放置 DVS 主機(jī)，并連接顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)， 供給 220V AC 市電，開機(jī)使其正常運(yùn)行。將沿管壁貼敷的傳感光纜從地下管道處引入水廠內(nèi)、導(dǎo)入中控室中，選取光纜中的一芯熔接 FC/APC 跳線后，插入 DVS 主機(jī)的傳感光纜接口。運(yùn)行 DVS 泄漏在線監(jiān)測軟件，系統(tǒng)正常運(yùn)行，可實(shí)時(shí)在線監(jiān)測管線各處的泄漏情況。

DVS從功能上包含 4 個(gè)子系統(tǒng)，分別是光學(xué)系統(tǒng)、嵌入式控制系統(tǒng)、后臺(tái)軟件系統(tǒng)和交互系統(tǒng)，如上圖所示。

光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生極窄線寬、功率適當(dāng)?shù)奶綔y脈沖，將探測脈沖注入傳感光纖并同時(shí)接收傳感光纖中返回的瑞利后向散射光，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，提供原始的擾動(dòng)傳感信號(hào)。嵌入式控制系統(tǒng)和后臺(tái)軟件系統(tǒng)對(duì)傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、計(jì)算、傳輸、交互。嵌入式控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備將光探測器輸出的模擬擾動(dòng)傳感信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，交付后臺(tái)軟件系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。后臺(tái)軟件系統(tǒng)讀取傳感數(shù)據(jù)后，進(jìn)行預(yù)處理、濾波、批量 FFT 分析、特征量計(jì)算、閾值分析等，提供擾動(dòng)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果。交互系統(tǒng)將后臺(tái)軟件系統(tǒng)的處理結(jié)果實(shí)時(shí)顯示給用戶查看，包括報(bào)警信息、擾動(dòng)曲線、時(shí)域波形、時(shí)空瀑布圖、調(diào)閱歷史報(bào)警記錄、查看歷史波形等功能，并可根據(jù)用戶的輸入，對(duì)系統(tǒng)的空間分辨率、脈沖重復(fù)頻率、探測脈沖寬度等參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

DVS在運(yùn)行過程中，新的擾動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)不斷從傳感光纜中產(chǎn)生，這些監(jiān)測數(shù)據(jù)被持續(xù)采集、處理、分析，最終得到監(jiān)測區(qū)域內(nèi)擾動(dòng)情況的實(shí)時(shí)評(píng)估結(jié)果。數(shù)據(jù)流的生命周期下圖所示。