Ученые применили оптоволоконную ЛС для мониторинга объектов инфраструктуры

Мониторинг объектов университетского кампуса с помощью существующей оптоволоконной линии связи (ЛС) в рамках эксперимента провели совместно с компанией «Т8» сотрудники Новосибирского государственного университета (НГУ) и Института нефтегазовой геологии и геофизики (ИНГГ) им. А. А. Трофимука СО РАН, 21 сентября сообщила пресс-служба НГУ.



Исследователями была проверена возможность использования уже проложенного оптоволоконного кабеля в качестве распределенного датчика вибраций, полученные данные с которого методами искусственного интеллекта позволят распознавать события в окружающей среде.



Ученые предполагают, что в перспективе такая технология позволит проводить мониторинг производственной и городской инфраструктуры.



В пилотном проекте был использован программно-аппаратный комплекс оптоволоконной распределенной системы «Дунай», который включает в себя интеррогатор, подключение которого к оптоволоконной ЛС позволяет анализировать обратное рассеяние света в волокне.



Характеристики этого рассеянного сигнала изменяются при вибрациях и деформации волокна, вызываемых происходящими рядом с ним событиями. Анализ системой этих изменений позволяет определить место и характер воздействия на оптоволоконную линию.



Исследователи использовали оптоволоконную ЛС, проложенную на территории Новосибирского научного центра между НГУ и «Академпарком», длина которой составляет 4,3 км. Это обеспечивало регистрацию вибраций с пространственным шагом около 10 м примерно для 400 распределенных точек наблюдения.







В такой системе мониторинга, в отличие от традиционных, когда отдельный сейсмометр или вибродатчик устанавливается в каждой точке наблюдения, сенсорная функция выполняется уже существующим оптическим волокном.



Старший научный сотрудник НГУ, научный сотрудник ИНГГ СО РАН Пётр Дергач пояснил преимущества предлагаемой системы мониторинга:



«Можно подключить специальный прибор к существующей оптоволоконной линии и использовать само волокно в качестве распределенного датчика, не прокладывая новую сенсорную линию».



Полученные в эксперименте данные поступали на сервер Центра искусственного интеллекта НГУ, в котором алгоритмы машинного обучения классифицировали зарегистрированные вибрационные сигналы.



Такая система позволяет распознавать различные события, в том числе проезд автомобиля, ходьбу человека или проведение земляных работ. При этом для каждого выявленного события определяются время и примерное место его возникновения, которые отображаются интерфейсом системы мониторинга.



Эта система может использоваться, например, для охраны периметра, контроля строительных работ, дорожного движения, состояния зданий и инженерных сооружений.



В этом случае изменения вибрационного фона и характера колебаний станут сигналом о необычных нагрузках, изменениях условий эксплуатации или работе оборудования в нештатном режиме. То есть появляется возможность использовать оптоволоконную линию для раннего обнаружения аномалий и дополнительного контроля состояния инфраструктуры.



Также такая технология может использоваться для мониторинга сейсмической активности. Распределенный оптоволоконный датчик может регистрировать сейсмические волны, определять их характеристики и место регистрации вдоль ЛС. Данные системы могут дополнять показания уже установленных отдельных сейсмодатчиков, расширяя зону наблюдения.



Компания «Т8» для эксперимента предоставила интеррогатор, подключила его к ЛС и участвует в сборе данных. Команда НГУ обеспечивает серверную инфраструктуру, программное обеспечение, визуализацию и алгоритмы обработки данных.



Сбор данных проводится одновременно с распределенного оптоволоконного датчика и с традиционных одиночных датчиков компании «Индастриал Мониторинг», что позволяет сопоставлять полученные результаты двух систем. Участвующее в эксперименте оборудование, в том числе программно-аппаратный комплекс «Дунай», было интегрировано в систему вибрационного мониторинга кампуса НГУ, разработанную сотрудниками и студентами Передовой инженерной школы НГУ.



«Мы проверяем концепцию переиспользования уже существующей оптоволоконной инфраструктуры. Для систем мониторинга можно прокладывать специальные сенсорные линии, но в городской среде уже существует большое количество оптоволоконных линий связи, которые потенциально можно дополнительно использовать в качестве распределенных датчиков», — указал Пётр Дергач.



У предложенной технологии есть ограничения: традиционные сейсмометры могут обеспечивать по некоторым параметрам более высокую чувствительность, в то время как как характеристики оптоволоконного датчика во многом зависят от способа прокладки линии, а также ее механической связи с окружающей средой.



Так, слабый контакт с грунтом, провисание волокна, прохождение кабеля через колодцы могут привести к снижению эффективности регистрации вибраций. Однако распределенный характер измерений и возможность использовать уже существующую инфраструктуру частично компенсируют эти ограничения.



Исследователи уже получили первые данные и теперь проверяют точность распознавания алгоритмами различных событий по вибрациям оптического волокна. На следующем этапе проекта они расширят набор данных и проверят работу системы в разных условиях.



Если полученные результаты подтвердят эффективность технологии, команда исследователей проведет испытания на городских и промышленных объектах с уже существующей оптоволоконной инфраструктурой. При этом новая технология не помешает использованию этих ЛС по их прямому назначению — передаче сигналов.