引用本文:

张旭苹,闫森,张益昕,等. DAS技术在公路智能监测领域的应用[J]. 光通信技术,2026,50(4):23-33.

DAS技术在公路智能监测领域的应用

张旭苹1,2†,闫 森1,2†,张益昕1,2,董智捷3, 黄尚佚1,2,江亚楠1,2,桂 今1,2,赵晓宇1,2,陈奂文4

(1.南京大学 现代工程与应用科学学院,南京 210023;2.智能光传感与调控技术教育部重点实验,南京 210023; 3.东南大学 交通学院,南京 211189;4.杭州法艾博光电科技有限公司,杭州 310000)

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摘要:针对传统点式传感在公路长距离连续监测及内部隐性病害识别方面的局限,本文阐述了分布式光纤声传感(DAS)的传感原理、系统架构、光缆布设方案以及信号处理与参数反演技术;归纳了其在路面病害检测、边坡预警及周界安防中的应用;并实施了非开挖路面全链路监测系统进行分车型车流全天量化监测验证。结果表明:该系统能有效实现交通运行状态与结构健康的一体化监测,提供全天候车型、车流量化数据,验证了DAS技术在智慧公路全结构深度感知中的可行性与应用价值。

关键词:分布式光纤声传感;公路智能监测;结构健康监测;交通流监测

中图分类号:TN256  文献标志码:文章编号:1002-5561(2026)04-0023-011

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2026.04.004

  1. DAS技术概述

    • 基本原理:DAS技术通过检测光纤中因振动引起的相位变化,实现对振动、声波的定量测量,适用于长距离连续监测。

    • 系统架构:包括前端传感光缆、中端解调设备及后端数据处理与预警平台,实现从光信号感知到工程决策支持的完整闭环。

  2. 公路监测需求与挑战

    • 监测需求:随着公路服役年限增加,路面破损、路基沉降等问题频发,对常态化、精细化、智能化监测提出高需求。

    • 传统方法局限:人工巡检成本高、主观性强;地感线圈、微波雷达、视频摄像头等点式监测设备存在明显技术局限性。

  3. DAS技术在公路监测中的应用

    • 路面病害检测:利用DAS记录车辆荷载作用下不同结构层的应变变化,识别局部承载能力下降和层间传力异常。

    • 边坡预警:通过监测土体含水量变化引起的应变变化,识别含水变化引起的土体收缩、膨胀和刚度变化。

    • 周界安防:监测非法地面开挖、护栏撞击损毁等突发风险异常振动事件,保障道路安全。

  4. 车辆监测技术

    • 信号增强与降噪:包括经典信号降噪(如预处理降噪、域变换信号降噪)和基于深度学习的信号增强技术,提高信号质量。

    • 车辆轨迹检测与交通状态反演:通过解析车辆轨迹提取车辆位置、速度等运动信息,统计得到路段平均车速、车流量与车型分类结果。

  5. 光缆布设方案

    • 既有通信光缆:复用公路沿线已铺设的通信光缆,工程成本低,但信号连续性和精度受限。

    • 直埋布设光缆:开槽直埋布设,实现紧密力学耦合,适用于新建和已运营道路的高精度监测。

    • 表面贴敷光缆:施工灵活,适用于运营道路不具备开挖施工条件的场景,提供轻量化非开挖监测解决方案。

  6. 实验验证与案例分析

    • 实验验证:在不同布设方式下进行实验,验证DAS系统在非直埋布设状态下的高频信号有效性。

    • 案例分析:在温州长距离高速公路监测项目中,构建全链路交通流监测系统,实现全天候交通流监测,为交通调度提供数据支撑。

  7. 现存挑战与未来展望

    • 技术挑战:复杂交通与环境工况下信号解译精度与泛化性不足;多场景光缆布设缺乏统一标准化体系;多参量融合病害诊断的数据应用能力不足。

    • 未来展望:研发物理约束轻量化智能算法;构建全工况标准化布设体系;搭建车路一体化融合平台,实现智能化病害精准诊断。

文件总结了DAS技术在公路智能监测领域的全面应用,通过详细阐述其基本原理、系统架构、监测应用、信号处理技术、光缆布设方案及实验验证,展示了DAS技术在提升公路监测智能化水平方面的巨大潜力,并指出了当前面临的技术挑战和未来发展方向。