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，對外界入侵、管道泄漏進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，對管道沉降進(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)時在線監(jiān)測

?漏點(diǎn)定位

?漏量評估

?入侵點(diǎn)定位

?入侵事件識別

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)行分時測量，即同一時間只能監(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傳感技術(shù)（φ-OTDR & MZI），可對長距離（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，系統(tǒng)可在第一時間進(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?，不斷采集管道沿線長達(dá)數(shù)十公里的振動、聲音數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時、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)生的第一時間進(jìn)行報(bào)警、定位、事件類型分析，幫助業(yè)主及時排除安全隱患。

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。對漏點(diǎn)進(jìn)行定位，對漏量進(jìn)行在線評估。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，對異常沉降的程度和位置進(jìn)行分析、評估。

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)時在線監(jiān)測管線各處的泄漏情況。

DVS從功能上包含 4 個子系統(tǒng)，分別是光學(xué)系統(tǒng)、嵌入式控制系統(tǒng)、后臺軟件系統(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，提供原始的擾動傳感信號。嵌入式控制系統(tǒng)和后臺軟件系統(tǒng)對傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、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傳感信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，交付后臺軟件系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時處理。后臺軟件系統(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，提供擾動數(shù)據(jù)的處理結(jié)果。交互系統(tǒng)將后臺軟件系統(tǒng)的處理結(jié)果實(shí)時顯示給用戶查看，包括報(bào)警信息、擾動曲線、時域波形、時空瀑布圖、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)擾動情況的實(shí)時評估結(jié)果。數(shù)據(jù)流的生命周期下圖所示。