油气长输管道分布式光纤传感AI识别技术&视觉行为AI分析技术一体化智能预警系统
一、公司介绍
清华珠三角研究院成立于2015年，由广东省人民政府与清华大学共同组建。清华珠三角研究院，恪守清华“自强不息，厚德载物”的校训，致力于建设成为国家新型研发机构的引领者，形成产学研深度融合的国际化创新孵化集群。
中心致力于重点攻关数字油田、分布式光纤传感AI识别、高清智能视频行为分析算法（VCA）及能源物联网核心的底层数据采集、多传感数据融合技术、人工智能，将先进的数据分析算法服务于我国工业物联网智能装备及核心部件的科技创新与高端制造。
深圳市希德威科技发展有限公司成立于2006年3月，与清华珠三角研究院能控中心建立了紧密的产、学、研战略合作关系，公司依托清华大学深圳研究生院的科研实力以及清华珠三角研究院的产学研孵化平台，结合国家“十三五”科技创新规划、“中国制造2025”战略和高端装备制造规划，致力于将领先的传感器测控技术、绿色能源装备开发研制等。
深圳市希德威科技发展有限公司
深圳市希德威科技发展有限公司是一家以视频智能分析技术为核心，以数据应用为导向的智能视频分析设备及系统提供商，公司与清华珠三角研究院，清华国际研究生院长期在计算机视觉、模式识别领域有深入的合作，核心技术在国内国际保持领先的地位。
公司拥有多项自主产权的智能产品及系统，以留英博士带队的成熟且富有创造力的研发队伍，利用自主研发的核心技术，成功研发了基于支持ONVIF及多种协议的多路数智能分析服务器，分布式光纤传感解决方案，通过对市场客户的需求挖掘，进行产品功能的整合和深挖。
利用三维映射、一屏多控、增强现实等尖端技术手段开发出了一套光视一体化综合预警系统平台。分布式光视一体化传感技术在管道输送、电力电网、城市管廊、公路铁路、边防水下、桥梁建筑、自然灾害等长距离分布式监测领域拥有着巨大的应用价值和市场空间。
公司资质荣誉：
清华珠三角研究院能源先进测控中心战略合作企业，国家级高新技术企业、国家级软件企业，深圳市高新技术企业，深圳市政府采购合格供应商ISO9001：14001 认证企业，广东省安全技术防范系统设计、施工、维护资质，重合同守信用企业。
公司业务范围：
智能行为分析&深度学习算法/产品/应用系统，分布式光纤震动传感预警系统光视一体化预警系统，视频智慧化系统及视频人工智能整体解决方案，可视化智能预警综合管理平台及系统定制。
二、分布式光纤传感（DFOS）
2.1、应用背景
分布式光纤传感技术是一种基于光纤作为传感元件的测量技术，通过对外界物理量进行测量，可以实现对被测场地的连续、实时监测。相比于传统的传感器，分布式光纤传感器的优势在于其保障安全、抗电磁干扰、耐腐蚀、高灵敏度以及可分布式测量等。因此，该技术在石油、化工、电力、水利、交通等领域具有广泛的应用前景。
监测特点：
• 长距离远程监测，连续分布式监测，多参量状态监测，在线实时监测，适应恶劣环境。
技术特点：
2.2、实现原理
光纤对振动、声音、温度、应力等外界扰动变化敏感，因此，以光波为载体，光纤为媒介，可以“传输” 和“感知” 外界扰动信号分布式光纤传感类似人体感觉神经系统。
神经系统由成千上万的神经元组成，分布式传感光纤也是由成千上万的“点式”传感单元组成，可实现多点同时报警；
人体可以灵敏感知和定位外界环境变化，光纤也可以敏锐探测微弱反射光的强度位置变化信息，精确定位扰动发生位置及识别具体事件；
不同感受器可以感受不同环境变化，通过检测不同散射光，光纤系统也可以分为振动光纤、听诊光纤、测温光纤、应力检测光纤等；
2.3、光纤分类
光纤在加工拉制过程中产生光纤密度的不均匀性，导致光波在光纤中传播时会产生散射效应。这些散射效应按照散射波与入射波波长的差异可具体分为瑞利散射、布里渊散射以及拉曼散射三种最主要形式。根据探测光的不同，目前形成了DTS（分布式光纤测温系统）、 DTSS（分布式光纤测温度应力系统） 、 DVS/DAS（分布式光纤测振动/声音系统） 三大技术方向。
2.4、光纤应用领域
分布式光纤传感技术在管道输送、周界入侵、地质灾害、交通运输、油气生产、工业过程、结构健康、电力电缆长距离分布式监测领域拥有着巨大的应用价值和市场空间。
团队技术研究应用领域：
团队长期开展油气长输管道光纤预警监测、管道内监测器定位跟踪、光缆断纤地表定位、重点区域周界安防技术研究与应用。
1、管道内检测器定位跟踪技术
管道内监测器定位跟踪技术：是利用与管道同沟敷设的通信光缆中冗余光纤（不需要重新铺设光缆），构成分布式光纤传感器，通过检测识别获取内监测器与管道焊缝间碰撞振动信号，来内监测器运行过程的位置定位与轨迹跟踪。取代传统的人员地表驾车同步mark盒定位检测。
2、埋地光缆断纤地表定位检测
埋地光缆断纤地表定位检测：利用地表主动激励，探测埋地光缆反向相干瑞丽散射光纤耦合主动激励信号，快速确定地下断纤位置，解决埋地光缆坐标与地理坐标不一致情况下的光缆断纤点识别，减少地表开挖工程，快速应急抢修。为埋地光缆断纤应急抢修提供专业技术手段。
3、重点区域周界安防技术
重点区域周界安防技术：将分布式振动光缆部署到重点区域的围墙上，结合摄像头，通过对攀爬、剪断铁丝等行为进行智能识别预警，联动摄像头快速确认，实现对非法入侵人员的自动监测。
4、管道安全光纤预警技术
管道安全光纤预警技术：是利用与管道同沟敷设的通信光缆中冗余光纤（不需要重新铺设光缆），构成分布式光纤传感器，获取管道沿途的振动信号，通过分析光纤测量振动信号特点，来识别管道沿线威胁（挖掘、钻孔、破坏、滑坡）事件，实现快速准确定位。取代传统的人员定期管道线路巡检方式。
三、光纤预警需求
3.1、油气长输管道安全预警需求
案例一：
截止2022年底，我国油气干线管网总里程已达到18万公里，其中原油管道2.8万公里，成品油管道3.2万公里，天然气管道12万公里。形成了横跨东西、纵贯南北、联通海外的新格局。其中：西气东输工程：西起新疆、东到上海，全长4200公里。每年为我国400多座城市、3000余家大中型企业，提供约1000亿立方米清洁天然气，惠及近5亿人口。
案例二：
2022年7月国家管网集团董事长张伟同志在做客央视网《对话》栏目中讲述：为了守护15万公里红色能源动脉，需要管网人员每天进行两遍的管道巡线工作，仅管道巡线费用每年的支出高达几十亿。
3.2、光纤振动识别技术
振动原始信号：每小时产生：30000*2500=7500万原始振动数据
振动关键点提取：每分钟产生：300*2500=75万关键点数据（矩阵压缩100倍）。
代表性事件特征图：
行为过程模型AI模型构建：
《Early Safety Warnings for Long-Distance Pipelines: A Distributed Optical Fiber Sensor Machine Learning Approach（长输管道安全预警：基于分布式光纤传感和机器学习技术）》，2021年被人工智能领域顶级国际会议AAAI2021（The National Conference on Artificial Intelligence）所录用 。PSEW_Tsinghua模型大小是AlexNet的1/13，是VGG19的1/28。
四、管道项目应用
4.1、应用来源
根据我国《中长期油气管网规划》，预计到2025年，我国油气管道总里程将达到24万公里，在未来较长的一段时间，我国管道仍将保持高速发展。
然而，长输综合管道多位于野外或深埋地下，易受到外界人为破坏和突发性自然灾害（如地震、滑坡、泥石流等）的侵袭， 一旦发生管道破裂或油气泄漏事故，管道不仅停输，还可能引发油气燃烧、爆炸，给当地人民群众的生 命财产带来直接威胁。管道运营方迫切需要一种更先进、更高效、更经济的技术手段，对管道状态进行在线监测，对 潜在风险提前预警，对漏损事件在线告警。
4.2、光纤管道监测系统组成
我们的管道监控系统提供实时、可操作的数据，通过提高运营效率、 最大化生产效率和降低风险来优化业务决策和成本。
4.2、周界光视联动预警
五、光视一体化系统
5.1、光视一体化
5.2、综合平台架构图
5.3、平台组成
前端设备由电缆测温主机、管线振动探测主机、周界安防主机、结构监控主机、环境与设备监控主机、视频监控主机组成，通过公司先纤传感安监平台统一集成，实现对管线现场消防、安防、环境、结构等协同管理，同时该系统支持灵活的设备与功能扩展，满足客户各类定制化需求。
5.4、平台功能及优势
5.5、AI视频分析服务器
5.6、分布式光纤传感预警系统
5.7、分布式光纤振动监测系统（DVS）
分布式光纤振动监测系统（DVS/DAS），利用φ-OTDR 原理和高相干度背向瑞利散射光的干涉现象，实现对入侵振动信号的精确解调，并具有探测距离长、定位精度高、信号响应频带宽、能够进行智能模式分析等特点。针对不同应用场景进行的算法优化和数据模式识别，可实现事件精确定位、多事件同时报警、事件类型准确识别、个性化分区配置、地图展示等多个功能。
广泛应用于城市管网、油气管线、综合管廊、通信/输电线路 等的安全监测和定位，以及机场围界、园区周界、监狱围墙等重要区域的周界入侵安全防护。
六、部分成功案例
6.1、解放军某部库外输油管线安全预警系统
6.2、中石油某区段管道安全监测预警系统
6.3、某省天然气管道40公里线路监测
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清华珠三角研究院能源先进测控中心
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