摘要：物联网是当前的研究热点，其核心内容之一是负责信息获取的传感器网络，随着光纤传感技术的飞速发展其在物联网中的应用已经引起了广泛关注。而光纤传感器具有电传感器无可比拟的优势。本文研究基于物联网的光纤传感技术在城市轨道交通领域的应用，旨在讨论城市轨道交通在未来数智化建设中更进一步的可能。

关键词：物联网，光纤传感技术，城市轨道交通

1.引言

近十年国家重点推进城市轨道交通项目建设，以完善城市交通网为重点，推动形成通道联通、区域覆盖、枢纽完善、一体衔接的综合交通网络。国家十四五规划更是对城市轨道交通进行了战略规划；城市轨道交通运营里程将继续保持增长，2025年城市轨道交通运营里程将达到10000公里。作为“新基建”七大领域之一，城市轨道交通必将实现快速发展。

与此同时随着全国物联网技术的飞速发展，已经引起各领域的变化。传感器技术作为物联网技术的核心内容之一，主要负责信息的获取。其中光纤传感技术自其诞生以来就具有电传感器无可比拟的优势。其体积小、重量轻、灵敏度高、响应速度快、抗电磁干扰能力强。已广泛应用于材料工业、水利电力和土木工程等各领域。在物联网飞速发展的今天，光纤传感技术的重要性不容忽视。

基于此针对基于物联网的光纤传感技术在城市轨道交通领域的应用这一课题进行研究具有充分的意义。

光纤传感技术是一种新型的传感技术，在城市轨道交通领域具有广泛的应用前景。它可以将光纤作为传感器使用，实时地监测地铁车站、线路、隧道等各部位的温度、压力、振动和变形等关键参数，从而实现对地铁系统的全方位监测和分析。

2.技术原理

2.1光纤传感技术基本原理

光纤传感技术是一种新型的传感技术，是通过对光纤中后向散射光的频率、幅度、相位等信息的采集分析，实现对光纤沿线的温度变化、振动信息等的感知和定位，反映光纤本身或其所在环境的温度、应变和振动信息。其可以通过分布式的光纤线路上对整个链路环境进行持续测量，如同神经网络一样进行感知和监控，能够对桥梁、隧道等大型建筑进行监测，也能够对城市轨道线路、供电通信缆线等长距离设施进行监测，甚至还可以满足轨道交通区间隧道火灾监测的应用需求。通过有效配置，基于物联网的光纤传感技术既可以对环境及设备情况进行感知，也可以对各类事故、灾害等进行有效预警监测，具有重要意义。

2.2物联网的发展现状

物联网的概念是1999年提出的，其英文名称为“The internet of Things”，是指将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个大网络，能使所有的物品与网络连接便于识别和管理。物联网包括了全面感知、传递可靠、智能处理等特点是继计算机、互联网、移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。据估算，“十三五”末期，我国物联网总体产业规模已超2.4万亿元。“十四五”时期更是物联网新型基础设施建设发展的关键期。

3.在城市轨道交通领域的应用

光纤传感技术具有抗干扰能力强、监测距离长、灵敏度高等优势，很好地贴合城市轨道交通线路长、点位多的特性，利用线路沿线已敷设的通信光缆，可以组建线路沿线的感知网络，对全线进行实时监测感知。结合物联网技术中诸如导航定位、无线通信以及计算机网络等技术后，可对光缆的温度、应力、振动等物理量进行监测，利用既有光缆即可实现对线缆状态、所处位置、环境温度、振动扰动等信息进行监测，以实现光缆通断、异常温度、非法入侵、列车轨迹等状态的实时监测。

3.1光缆状态监测

利用光纤传感技术，将监测主机接入到既有光缆中，即可对光缆的通断状态进行检测，同时通过主动施加扰动并确认扰动里程的方式，可以探测光缆所处的地理位置，便于通信专业查找光缆路径。建立光缆里程-地理位置的关联数据库，当主机探测到光缆线路出现异常时，即可精确定位光缆断点并进一步明确对应的地理位置，方便设备抢修。

3.2列车轨迹监测

城轨列车行驶，会产生强振动信号，引起沿线光缆振动，利用光纤传感技术，可对列车振动信号进行采集定位。通过分析可以获取列车的位置、行驶方向以及行驶速度等信息。且由于该技术的传感器是光缆本身，因此具有无源、不受电磁干扰的固有优势。通过同时监测列车轨迹与沿线安全状态，不但可为突发紧急事件的行车指挥决策提供帮助，还可在此基础上拓展列车安全预警等功能。

3.3建筑结构监测

通过将光纤传感器嵌于桥梁和隧道内部，可以感知桥梁的结构变形、结构动态特性及交通荷载等状况，能够对隧道渗水、结构形变、异常震动等进行分析，同时结合物联网技术，实现对这些基础设施的长期稳定的实时监测，减少事故的发生。

3.4周界入侵监测

采用基于物联网的光纤传感技术进行监测，当有人攀爬或翻越周界防护网时，系统通过光纤感知单元感知到异常信号。通过分析现场围栏的形变、振动信息，同时结合物联网技术，实现对周界人员入侵、安防系统防护的无源监测，对天气扰动、动物扰动、外部作业振动等进行过滤，自动排除干扰源。

3.5火灾报警系统监测

利用基于物联网的光纤传感技术，将光纤感温光缆作为温度传感器，分布敷设于区间隧道内，用于采集隧道沿线的环境温度数据。利用物联网和光纤传感的优势将温度的空间和时间分布进行结合分析，对温度异常变化进行精准监测，能够及时的预警早期火灾，提高轨道交通火灾报警系统的可靠性和安全性，从而有效保障运营消防安全。

3.5其他应用

光纤传感技术具有电传感技术无可比拟的优势，因此可以广泛应用于电传感器不易使用的场合，在城市轨道交通领域，其可用于结构渗漏监测、线路导向、设备结构损伤探测以及环境监测，高压设备监测，管道设备监测等方面。这些均可以与物联网网相结合，从而实现更可靠的安全生产和管理。

4.优势与创新

基于物联网的的光纤传感技术在城市轨道交通领域的应用具有如下优势：

1、覆盖范围广：通过光缆的串接覆盖沿线各个区间，适合城市轨道交通线路沿线监测+线长点多的应用场景；

2、成本可控：充分理由既有通信光缆等光纤链路，无需重复施工，建设成本可控；

3、抗干扰能力强：光纤属于无源设备，可以有效避免电磁干扰等，在雨雪极端天气下仍能正常工作；

4、响应及时：光信号能实现对数十公里范围内的秒级响应，快速对现场异常情况进行定位和报警，提高监测效率；

5、定位精准：获取光纤中每一段的应变信息，集合物联网大数据的优势，分析任一位置的应变变化，实现精准定位。

5.结束语

城市轨道交通线路沿线既有的通信光缆，在作为通信传输网络使用的同时，结合基于物联网的光纤传感技术，可以构建城市轨道交通线路沿线多功能的综合感知网络，实现对城市轨道交通线路沿线各类设备状态以及各种复杂安全形式的实时监测和分析。最终构建一套基于物联网的综合智慧平台，为城市轨道交通的建设与运营的安全管理等提供重要决策依据。

随着科技的快速发展，光纤传感技术与物联网的紧密结合将成为人们关注的焦点，且在人们的生产和生活中将发挥越来越大的作用。

参考文献：

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