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科技护守智慧机坪,中通胜安激光光纤传感技术深度解析

浩渺宇宙,莽莽人间,人类对于自然及自身的探索从未停止。从以自身眼耳鼻舌等器官探测外部世界,到借助初级工具如望远镜、显微镜、传感器等,直至高科技探测工具卫星、雷达以及射电望远镜等等,人类不断突破自我认知的极限,探测的领域越来越广。

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然而在这些探测的手段中,既能细微入真,探测稳定,不受外界干扰,还能实现超长距离探测的方法却是罕见。它不像显微镜探测,只有精度没有广度,也不像雷达、卫星,有了广度精度又不够,还不像传感器、红外探测,有探测盲区且受外界干扰很大。这种技术,就是先进的激光光纤传感技术。它以纳米级细微的光纤分子作为探测外界的媒介,用更细微的费米级激光将光纤分子探测到的外界变化(如振动、温度以及微应变)带回分析,经过大数据处理、算法分析,从而还原外界变化的真相,做到至微至真,探测无极。   

(激光光纤监测原理及监测示意图)

由于激光的稳定性,以及不断发展的光纤掺杂技术,现有的手段用一台激光发射器就能探测40公里以上光纤中光纤分子的反应变化,多台联动可以探测成百上千公里,真正做到了既细微入真,又宽广辽远。

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(土耳其上千公里沿线监测界面)

激光及光纤还有极强的抗干扰能力,不受雨雪风霜、酸碱、辐射、无线电、电场等等的干扰,因此它的探测稳定性及抗干扰能力远远超过传感器或者电流、红外变化等探测技术。 

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(雪地人员靠近监测波形变化界面)

另外,在一段光纤中,由于存在数以百万甚至更多的光纤分子,而光纤分子就是激光光纤传感技术对外的感应媒介,这就相当于有数以百万的传感器,这些传感器是连续的随光纤分布,因此不存在探测的死角。 

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(英国OPTASENSE公司LOGO)

中通胜安(北京)光感科技有限公司引进英国Optasense公司的世界领先激光光纤传感技术,利用激光瑞利散射的原理探测光纤周边振动(或声音),经过数十年的数据积累和研究,用算法已经建立了20多种振动(或声音)的模式识别如人员靠近、车辆靠近、挖掘打桩、攀爬围栏、管道渗漏等,也就是当外界这20多种振动(或声音)在光纤周边发生时,我们能精准的探测出来,即使同时有几种发生,我们也能分别识别,而其它的扰动,则都被我们过滤掉了。这样,误报率就被大大降低了,远低于同行水准。

我们2019年在香格里拉机场做的连续1个半月1056条报警数据中,仅14条报警为误报(其中10条为7级强风引发),误报率仅1.3%。

另外,我们的光电大数据处理是每秒TB级的,也远远快于同行MB级,因此我们能实现对高速物体的追踪及速度监测。基于这一点,如果在机场跑道两侧敷设光缆,我们能很好的追踪飞机着陆或起飞滑行的轨迹,并且测出它的速度。

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还有,我们千锤百炼的光时域定位技术以及超稳定的美国RIO商用激光器的应用,也使我们的探测精度在40公里范围能定位在2米以内,翘楚同行。

在机场应用方面,我们有多个成熟的探测模式可以运用。

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(美国RIO公司激光器)

1、在围界探测方面。

我们有四种模式识别可以使用。分别是攀爬(或剪切)探测、挖掘探测、人员靠近探测以及车辆靠近探测。

在实际应用中,我们将光缆沿机场物理围界敷设,能探测光缆垂直上下5米内的攀爬(或剪切)入侵,详细比对该入侵引起的振动频率、振幅大小、持续时长及波动面宽广等信息,当这些信息与我们的经过成千上万次数据提取形成的算法模型匹配时,该入侵便被精准识别,而与之不匹配的小动物停留或大风刮动引起的振动则被过滤掉(当然,由于风速不同对光缆造成的振幅不同,我们也可以利用它来测风速),最多形成预警但不会产生报警,从而大大降低了误报率。对于挖掘、车辆的探测原理也是如此,只不过需要埋地30-50公分并且由于扰动产生的振动大小不同,我们能探测垂直光缆5米内的人员入侵、人工挖掘、10米内的机械挖掘以及10米内的车辆靠近。 

(围界探测5种模式识别波形)

(车辆靠近围界报警)

(人员入侵报警)

(钢网围栏攀爬报警)

(实体墙围界攀爬报警)

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 ( 围界旁挖掘报警)

2、在基础设施监测方面。我们也有6种模式识别可以使用。分别是管道(或阀门)泄漏、管道阻塞、电路放电、线路破坏、挖掘、人员非法入侵等。

在实际应用中,我们将光缆沿管道及线路敷设,一旦管道有轻微的泄漏或线路晃动,该泄漏或晃动产生的振动便会使附近光纤中成千上万的光纤分子运动产生异常,这种异常很快就会被在光纤中运行的激光捕捉到,从而在瑞利散射返回时带回监测终端分析,当这种振动的振幅、频率等多种参数与我们的算法模型匹配,便能被精准识别并报警,从而及时提醒安防人员处理,避免重大损失。管道阻塞、电路放电、线路破坏等亦是如此。这样以来,我们便可以很好的对机场水电气管路、油库及重要建筑进行保护。 

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(对地下油气管路监测)

3、在自然灾害监测方面。我们也有6种模式可以应用。分别是山体滑坡、地面沉降(或塌方)、地面涌水、台风、海啸乃至地震监测。

在实际应用中,我们就在美国风峡谷成功的监测到山体滑坡。利用埋设光缆传回的瀑布图,我们很快在其中找到了很多石块滑落造成的振动斑,这与当时风峡谷大雨造成的振动明显不同。更令人鼓舞的式,当时光缆实际已被山体滑坡形成的泥石流打断,但这依然没有影响打断前端部分将数据传回,并精准的显示出被打断的位置。除此之外,我们还在2017年6月成功监测到土耳其石油管道发生的一次里氏5级的地震,在地震发生时,数百公里的振动斑有规律的刷屏瀑布图而过,这显然不是一次爆破或者破坏能造成的。 

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(美国风峡谷山体滑坡监测)

从上可以看出,在技术和性能上我们的优势是明显的,我们的激光光纤传感监测是人工智能的、多种模式精准分析的、极其抗干扰的、集多功能多区域监测一体的,由于算法、大数据处理以及高端激光技术的应用,性能稳定,误报率极低,大大降低了误报给安防人员产生的困扰。

在外围技术联动方面,我们还开发了1、摄像头联动技术能保障在监测到入侵事件时安装的摄像头能聚焦到入侵点查明真相,2、及时将入侵事件发送图片信息传送到指定移动终端的移动互联技术保障安防信息无遗漏,便于安防人员及时采取措施3、无人机联动技术能很好的检测野外远距离入侵事件。

在成本造价上,由于一套设备便能监测40公里,外围40公里都是光缆主要设备在监控室,因此施工简单,维护方便、造价便宜,并且在这40公里中,我们还可以根据用户的需求进行分段、分功能监测,做到一机多用,多重监测集中处理,这真是机场安防监测数字化信息化的首选。

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(围界系统组成图)

值得一提的是,我们正在和国内知名高校(吉林大学、上海交大、天津大学、山东激光所等)一起利用飞机落停跑道时掉落的异物产生的振动与飞机划过跑道产生振动不同进行:

●跑道异物激光光纤探测法研究

●应用户要求开展机场廊桥安全监测研究

●利用风振动光缆产生的振幅变化进行光缆测机场风速研究

●利用光感磁感传感器进行敌我识别研究

相信如果以上研究成功,将为机场全面安防做出更大贡献。

最后,我们还在和合作伙伴一起研发系统安防联动系统,包括:

●国防科大进行机器人巡检联动

●无源雷达鸟情及机坪监控联动

●与新疆军研机构进行雷达敌我识别及音频搜集联动等合作 

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给我们一个平台,还您世界最先进的整体数字化安防监控系统!是我们的口号和追求。中通胜安(北京)光感科技有限公司竭诚愿与您共享机场数字化安防监控的美好未来。

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中通胜安(北京)光感科技有限公司

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