2024年面向多場(chǎng)景應(yīng)用的光網(wǎng)絡(luò)通感一體化架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)方案研究報(bào)告

IMT-2020(5G)推進(jìn)組目錄引言P1光纖通信網(wǎng)絡(luò)通感一體化的多場(chǎng)景應(yīng)用分析P2光纖通信網(wǎng)絡(luò)通感一體化關(guān)鍵技術(shù)研究P6引言P1光纖通信網(wǎng)絡(luò)通感一體化的多場(chǎng)景應(yīng)用分析P2光纖通信網(wǎng)絡(luò)通感一體化關(guān)鍵技術(shù)研究P6光纖通信網(wǎng)絡(luò)通感一體化產(chǎn)業(yè)發(fā)展及標(biāo)準(zhǔn)化P17總結(jié)及展望P29主要貢獻(xiàn)單位P31IMT-2020(5G)推進(jìn)組于2013年2月由中國工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展和改革委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部聯(lián)合推動(dòng)成立，組織架構(gòu)基于原IMT-Advanced推進(jìn)組，成員包括中國主要的運(yùn)營(yíng)商、制造商、高校和研究機(jī)構(gòu)。推進(jìn)組是聚合中國產(chǎn)學(xué)研用力量、推動(dòng)中國第五代移動(dòng)通信技術(shù)研究和開展國際交流與合作的主要平臺(tái)。引言

IMT-2020(5G)推進(jìn)組11光纖通信網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)大容量、長(zhǎng)距離、高可靠的信息傳輸，是通信網(wǎng)絡(luò)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，廣泛應(yīng)用于電信領(lǐng)域、電力和油氣等能源行業(yè)的信息通信網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過多年發(fā)展已形成龐雜的體系，承載著豐富多樣的業(yè)務(wù)。光纖傳感技術(shù)利用光纖對(duì)溫度、應(yīng)變、振動(dòng)、聲波等物理場(chǎng)的敏感性，實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖周圍環(huán)境的感知。光纖通信技術(shù)與光纖傳感技術(shù)皆以光纖為媒介，在信號(hào)的調(diào)制、發(fā)送、放大、探測(cè)等方面類似，二者的融合具有先天優(yōu)勢(shì)。此外，人工智能（AI）技術(shù)的發(fā)展，對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、智能感知及控制應(yīng)用產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，極大地推動(dòng)了通信和感知的深度融合。通感一體化技術(shù)一方面提升了光纖光纜的資源利用率，另一方面滿足5G-A/6G、智算等新一代信息通信技術(shù)對(duì)光纖通信網(wǎng)絡(luò)提出的智能化運(yùn)維管理需求。本藍(lán)皮書分析了光纖通信網(wǎng)絡(luò)通感一體化的應(yīng)用需求，提出較為成熟的解決方案，探討技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展，提出未來發(fā)展趨勢(shì)及發(fā)展建議，推動(dòng)光纖通信網(wǎng)絡(luò)通感一體化技術(shù)和產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展。圖1光纖壽命與應(yīng)力關(guān)系2IMT-2020(5G)推進(jìn)組圖1光纖壽命與應(yīng)力關(guān)系2 光纖通信網(wǎng)絡(luò)通感一體化的多場(chǎng)景應(yīng)用分析 光纖通信和感知的融合是基于光纖光纜資源共享的基礎(chǔ)之上，在一張網(wǎng)絡(luò)上同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與環(huán)境感知功能，對(duì)傳統(tǒng)光纖通信網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行革新與擴(kuò)展。目前具備通感一體化功能的光纖通信網(wǎng)絡(luò)主要有兩大應(yīng)用方向，一是借助感知功能提升通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性，即利用光纖光纜對(duì)所處環(huán)境的感知、識(shí)別與預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)光纖光纜的智能化管理和監(jiān)測(cè)應(yīng)用；二是基于光纖通信資源使能多場(chǎng)景的感知增強(qiáng)，即借助于泛在部署的光纖通信系統(tǒng)資源，實(shí)現(xiàn)感知的多維、廣域覆蓋，降低感知硬件部署成本，提升光纖光纜資源利用率，滿足多場(chǎng)景的感知需求。光纜資源的管理和監(jiān)測(cè)光纖通信網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過多年的發(fā)展，建設(shè)規(guī)模和復(fù)雜度不斷增加，形成龐雜的體系，利用光纖傳感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)光纜資源管理、維護(hù)及監(jiān)測(cè)的智能化和可視化，保障光纖通信網(wǎng)絡(luò)的安全和穩(wěn)定，提升傳輸質(zhì)量。光纜資源管理方面，傳統(tǒng)光纜資源管理(光纖識(shí)別、光纖路由還原、光纖壽命預(yù)測(cè)等)手段大多依賴于靜態(tài)數(shù)據(jù)庫，更新不及時(shí)，且易出錯(cuò)，無法準(zhǔn)確反映光纖光纜在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的變動(dòng)。利用光纖傳感技術(shù)，與地理信息系統(tǒng)（GIS）結(jié)合，有望實(shí)現(xiàn)光纜路由信息的精準(zhǔn)管理與可視化展示。此外，傳統(tǒng)光纖壽命評(píng)估多基于經(jīng)驗(yàn)，缺乏對(duì)光纖狀態(tài)參量的精準(zhǔn)感知和實(shí)際運(yùn)行環(huán)境的考慮，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度較低。應(yīng)力與光纖的壽命密切相關(guān)[1]，如圖1所示，通過光纖傳感技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光纖的應(yīng)力變化，建立科學(xué)的壽命預(yù)測(cè)模型，可實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖性能衰減的預(yù)警和維護(hù)。市的智能感知網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)城市交通車流、路面狀況及橋梁健康狀況等監(jiān)測(cè)，如圖3所示。3IMT-2020(5G)推進(jìn)組市的智能感知網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)城市交通車流、路面狀況及橋梁健康狀況等監(jiān)測(cè)，如圖3所示。3光纜資源監(jiān)測(cè)方面，面對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下光纜資源的隱形損傷，如微裂紋增長(zhǎng)、緩慢性能退化等，傳統(tǒng)技術(shù)手段在實(shí)時(shí)性、定位精度以及對(duì)微小損傷的敏感性上存在局限，難以做到早期預(yù)警，尤其是對(duì)于埋深較深、環(huán)境復(fù)雜的光纜段（如圖2所示），定位誤差較大，甚至無法進(jìn)行有效測(cè)試，亟待解決?；诠饫w傳感技術(shù)，構(gòu)建實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)光纖狀態(tài)、并在故障發(fā)生前進(jìn)行預(yù)警的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜環(huán)境下非接觸式探測(cè)光纜位置及埋深，降低誤報(bào)和漏報(bào)，減少業(yè)務(wù)中斷時(shí)間。圖2光纜鋪設(shè)環(huán)境復(fù)雜環(huán)境感知和安全監(jiān)測(cè)光纖通信網(wǎng)絡(luò)利用光纖傳感技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖周圍環(huán)境的感知，構(gòu)建泛在的感知網(wǎng)絡(luò)。復(fù)用已有的光纖資源進(jìn)行環(huán)境感知和目標(biāo)資源的安全監(jiān)測(cè)，減少單獨(dú)部署傳感網(wǎng)絡(luò)的巨額開銷，提升光纖網(wǎng)絡(luò)的綜合效益，展現(xiàn)出良好的經(jīng)濟(jì)可行性。下面針對(duì)幾種典型應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行分析。利用電信光纜資源實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知隨著運(yùn)營(yíng)商光纖網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)張與深化覆蓋，龐大的光纜資源應(yīng)用拓展成為熱點(diǎn)研究領(lǐng)域，其中城市動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與地質(zhì)水文環(huán)境監(jiān)測(cè)具有實(shí)際應(yīng)用潛力。城市動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方面，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控、感應(yīng)線圈等城市監(jiān)測(cè)手段的覆蓋能力有限，難以實(shí)現(xiàn)全城范圍內(nèi)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，維護(hù)成本高?；诠饫w傳感技術(shù)，將不斷擴(kuò)張的光纖通信網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)楸椴汲菆D4利用海光纜監(jiān)測(cè)臺(tái)風(fēng)過境的海流變化4IMT-2020(5G)推進(jìn)組圖4利用海光纜監(jiān)測(cè)臺(tái)風(fēng)過境的海流變化4圖3城市動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)示意圖地質(zhì)水文環(huán)境監(jiān)測(cè)方面，光纖通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋多樣化的地質(zhì)環(huán)境，相較于衛(wèi)星遙感或地震臺(tái)等監(jiān)測(cè)手段，光纖傳感技術(shù)能以相對(duì)較低的成本實(shí)現(xiàn)地下深層結(jié)構(gòu)的連續(xù)、高密度監(jiān)測(cè)，預(yù)警地質(zhì)災(zāi)害如地震和滑坡等，如圖4所示[2]。分析光信號(hào)在光纖中傳播時(shí)的頻率、偏振態(tài)等參數(shù)變化，不斷提高檢測(cè)微小土壤位移、地下水位變化等方面的靈敏度，進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警。（3）利用OPGW實(shí)現(xiàn)電力傳輸線纜安全監(jiān)測(cè)輸電線路途徑環(huán)境惡劣，跨越江河、海洋、沙漠、森林及高海拔區(qū)域，地理環(huán)境及氣象復(fù)雜，運(yùn)行條件惡劣，不僅需要穿越高海拔、多積雪、重覆冰的地區(qū)，還會(huì)受到惡劣天氣如大風(fēng)、雷暴、冰雪5IMT-2020(5（3）利用OPGW實(shí)現(xiàn)電力傳輸線纜安全監(jiān)測(cè)輸電線路途徑環(huán)境惡劣，跨越江河、海洋、沙漠、森林及高海拔區(qū)域，地理環(huán)境及氣象復(fù)雜，運(yùn)行條件惡劣，不僅需要穿越高海拔、多積雪、重覆冰的地區(qū)，還會(huì)受到惡劣天氣如大風(fēng)、雷暴、冰雪5利用油氣管線伴行光纜實(shí)現(xiàn)管道資源安全監(jiān)測(cè)管道輸送作為石油天然氣的運(yùn)輸方式，對(duì)國家經(jīng)濟(jì)與民眾生活有著重要作用。管道輸送的介質(zhì)具有高度易燃易爆性，運(yùn)行時(shí)處于高壓狀態(tài)，一旦發(fā)生泄漏，不僅會(huì)威脅環(huán)境安全，還可能引起爆炸等災(zāi)難性后果，對(duì)資源的健康監(jiān)測(cè)以及防外破監(jiān)測(cè)至關(guān)重要。管道資源健康監(jiān)測(cè)方面，傳統(tǒng)手段進(jìn)行管道內(nèi)檢測(cè)器和清管器的實(shí)時(shí)跟蹤定位難以滿足高精度定位的要求。利用管道伴行光纜和光纖傳感技術(shù)，有望實(shí)現(xiàn)對(duì)各種條件下、不同規(guī)格的管道檢測(cè)器實(shí)時(shí)、高精度的跟蹤定位。防外破監(jiān)測(cè)方面，油氣管道多屬于開放系統(tǒng)，安全隱患具有時(shí)空隨機(jī)性、分布廣域性、發(fā)生隱蔽性、后果災(zāi)難性等特點(diǎn)，安全預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)防控是系統(tǒng)性技術(shù)難題。傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)設(shè)備易受環(huán)境干擾，導(dǎo)致誤報(bào)和漏報(bào)頻發(fā)，且存在識(shí)別準(zhǔn)確率不高、弱信號(hào)檢測(cè)能力不足、多因素模型預(yù)測(cè)精度有限以及實(shí)時(shí)性受限等問題。基于管道伴行光纜，持續(xù)收集管道內(nèi)溫度等環(huán)境信息，構(gòu)建可在惡劣環(huán)境下進(jìn)行廣域、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集與分析的系統(tǒng)，一旦監(jiān)測(cè)到人工挖掘或管道附近施工造成的管道泄露，即可迅速精準(zhǔn)定位，為應(yīng)急響應(yīng)提供寶貴時(shí)間，如圖5所示。圖5油氣管道監(jiān)測(cè)現(xiàn)有光纖通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和技術(shù)難以滿足不斷涌現(xiàn)的應(yīng)用需求，亟待研發(fā)資源高效利用、滿足差異化應(yīng)用需求的新型通感一體化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和使能技術(shù)。一是實(shí)現(xiàn)光纖通信網(wǎng)絡(luò)的通感一體化，需在既有光纖通信網(wǎng)絡(luò)中融合感知功能，在既有通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上構(gòu)建感知系統(tǒng)。二是產(chǎn)業(yè)界正在積極尋求合適6IMT-2020(5G)推進(jìn)組現(xiàn)有光纖通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和技術(shù)難以滿足不斷涌現(xiàn)的應(yīng)用需求，亟待研發(fā)資源高效利用、滿足差異化應(yīng)用需求的新型通感一體化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和使能技術(shù)。一是實(shí)現(xiàn)光纖通信網(wǎng)絡(luò)的通感一體化，需在既有光纖通信網(wǎng)絡(luò)中融合感知功能，在既有通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上構(gòu)建感知系統(tǒng)。二是產(chǎn)業(yè)界正在積極尋求合適6災(zāi)害等環(huán)境因素影響，阻礙電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。亟需在線監(jiān)測(cè)電力傳輸線纜運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并預(yù)警，降低災(zāi)害造成的損失。對(duì)電網(wǎng)中的架空輸電線路進(jìn)行持續(xù)、實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和評(píng)估，主要包括導(dǎo)線及金具溫度監(jiān)測(cè)、導(dǎo)線弧垂監(jiān)測(cè)、線路覆冰監(jiān)測(cè)、微風(fēng)振動(dòng)與導(dǎo)線舞動(dòng)監(jiān)測(cè)、桿塔傾斜監(jiān)測(cè)、雷擊監(jiān)測(cè)及火災(zāi)監(jiān)測(cè)等，如圖6所示。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法依賴于周期性的手動(dòng)檢查和局部安裝的傳感器，具有巡視效率低、難以全面覆蓋電網(wǎng)、易留下監(jiān)測(cè)盲點(diǎn)、無法有效采集動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、安裝和維護(hù)工作量巨大及故障率和成本較高等問題?；诎殡S高壓輸電線敷設(shè)的光纖復(fù)合架空地線（OPGW），采集高壓電線的應(yīng)力變化、振動(dòng)、溫度等關(guān)鍵參數(shù)，建立非侵入式監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)全生命周期感知。構(gòu)建預(yù)防性維護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別災(zāi)害前兆，觸發(fā)預(yù)警機(jī)制，并提供精準(zhǔn)定位的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)電網(wǎng)資源健康狀態(tài)提供及時(shí)準(zhǔn)確的評(píng)估。圖6OPGW光纜自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)光纖通信網(wǎng)絡(luò)通感一體化關(guān)鍵技術(shù)研究 征，為模型層提供數(shù)據(jù)輸入。模型層：構(gòu)建分析模型，對(duì)數(shù)據(jù)層輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行模式識(shí)別、異常檢測(cè)、預(yù)測(cè)分析等處理，識(shí)別特定事件或模式，針對(duì)不同的監(jiān)測(cè)目標(biāo)（如光纜損傷預(yù)測(cè)、管網(wǎng)泄漏檢測(cè)、輸電線路故障預(yù)警）進(jìn)行7IMT-2020(5G)推進(jìn)組征，為模型層提供數(shù)據(jù)輸入。模型層：構(gòu)建分析模型，對(duì)數(shù)據(jù)層輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行模式識(shí)別、異常檢測(cè)、預(yù)測(cè)分析等處理，識(shí)別特定事件或模式，針對(duì)不同的監(jiān)測(cè)目標(biāo)（如光纜損傷預(yù)測(cè)、管網(wǎng)泄漏檢測(cè)、輸電線路故障預(yù)警）進(jìn)行7的監(jiān)測(cè)方案，目前廣泛應(yīng)用的技術(shù)路線包括分布式光纖傳感技術(shù)及相干信號(hào)DSP解調(diào)技術(shù)。三是新型光纖光纜不斷涌現(xiàn)，為光纖通信網(wǎng)絡(luò)通感一體化性能提升和應(yīng)用拓展提供了有力支撐。通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)在已有的光纖通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上構(gòu)建感知能力，支持多種應(yīng)用場(chǎng)景，系統(tǒng)架構(gòu)分為5個(gè)部分：物理層、數(shù)據(jù)層、模型層、應(yīng)用層以及管控層，如圖7所示。通過這5個(gè)部分的緊密協(xié)作，構(gòu)建從數(shù)據(jù)采集到應(yīng)用服務(wù)的系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)智能化感知和決策提供技術(shù)支持平臺(tái)。圖7光纖通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上構(gòu)建感知能力物理層：作為系統(tǒng)的基礎(chǔ)，物理層集成多類型分布式傳感設(shè)備，構(gòu)建既能承載傳統(tǒng)通信業(yè)務(wù)，又可支持感知功能的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。從物理層面來看，光網(wǎng)絡(luò)通感一體化指通信與感知在光纖資源層面實(shí)現(xiàn)復(fù)用，如采用波分復(fù)用、空分復(fù)用等方式實(shí)現(xiàn)傳感數(shù)據(jù)和通信數(shù)據(jù)的多路復(fù)用與傳輸。以光纖作為傳感元件，實(shí)時(shí)捕捉環(huán)境變化，如溫度、振動(dòng)、聲波等物理參量，并通過光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸傳感數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)層：負(fù)責(zé)接收來自物理層的原始數(shù)據(jù)，執(zhí)行數(shù)據(jù)清洗、格式化、壓縮等工作，提升數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可用性。通過大數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，提取有價(jià)值的信息特圖8基于 -OTDR的光纜防外破預(yù)警系統(tǒng)示意圖8IMT-2020(5圖8基于 -OTDR的光纜防外破預(yù)警系統(tǒng)示意圖8定制化訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)異常檢測(cè)、趨勢(shì)預(yù)測(cè)與健康評(píng)估。這些模型不斷進(jìn)行學(xué)習(xí)和優(yōu)化，以提高事件識(shí)別的準(zhǔn)確性和響應(yīng)速度。應(yīng)用層：基于模型層的分析結(jié)果，應(yīng)用層設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景的服務(wù)和解決方案，確保感知數(shù)據(jù)能夠轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，滿足用戶特定需求。多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)監(jiān)測(cè)，如不同跨段的光纜監(jiān)測(cè)單元協(xié)同工作，互相補(bǔ)充驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)光纖光纜資源全面、大范圍感知，提高監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。管控層：作為系統(tǒng)的指揮中心，管控層負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的資源配置、任務(wù)調(diào)度和安全監(jiān)控。通過南北向接口與協(xié)議，實(shí)現(xiàn)對(duì)上層應(yīng)用服務(wù)和底層數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝Ч芾?，確保數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和安全性。同時(shí)，管控層根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，動(dòng)態(tài)調(diào)整模型和算法的配置，以適應(yīng)業(yè)務(wù)需求的變化，確保系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。目前提出的系統(tǒng)架構(gòu)中通信與感知作為兩種業(yè)務(wù)形態(tài)相對(duì)獨(dú)立存在，未達(dá)到深度融合。如何進(jìn)行資源統(tǒng)一調(diào)配、信息統(tǒng)一整合，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)控和協(xié)同機(jī)制，需要產(chǎn)業(yè)界進(jìn)行更多探索和研究。通感一體化技術(shù)應(yīng)用方案分布式光纖傳感技術(shù)應(yīng)用方案分布式光纖傳感技術(shù)沿光纖傳輸路徑上的空間分布和隨時(shí)間變化的信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，具有高靈敏度、抗電磁干擾、分布式等優(yōu)勢(shì)，目前業(yè)界已提出幾種較成熟分布式光纖傳感技術(shù)應(yīng)用方案?；?OTDR技術(shù)的光纜防外破預(yù)警光纜線路常遭受到外力破壞，如施工挖掘、自然災(zāi)害等，導(dǎo)致通信中斷?；?OTDR技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)的光纜防外破預(yù)警系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光纜狀態(tài)，預(yù)警外部破壞，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)和維護(hù)，保障通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定與安全，如圖8所示?？赡艿挠绊懛秶阮A(yù)警信息，結(jié)合GIS系統(tǒng)，提供光纜網(wǎng)絡(luò)布局、異常點(diǎn)位置及周邊環(huán)境信息的可視化數(shù)據(jù)。運(yùn)維響應(yīng)：為實(shí)現(xiàn)快速、有效的危機(jī)管理，有效保障通信業(yè)務(wù)安全。運(yùn)維人員根據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的預(yù)警信號(hào)啟動(dòng)預(yù)案，攜帶必要的工具和設(shè)備前往現(xiàn)場(chǎng)，同時(shí)協(xié)調(diào)資源進(jìn)行外破修復(fù)。9IMT-2020(5G可能的影響范圍等預(yù)警信息，結(jié)合GIS系統(tǒng)，提供光纜網(wǎng)絡(luò)布局、異常點(diǎn)位置及周邊環(huán)境信息的可視化數(shù)據(jù)。運(yùn)維響應(yīng)：為實(shí)現(xiàn)快速、有效的危機(jī)管理，有效保障通信業(yè)務(wù)安全。運(yùn)維人員根據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的預(yù)警信號(hào)啟動(dòng)預(yù)案，攜帶必要的工具和設(shè)備前往現(xiàn)場(chǎng)，同時(shí)協(xié)調(diào)資源進(jìn)行外破修復(fù)。9-OTDR采用窄線寬光源，將一個(gè)高相干的泵浦脈沖注入到待測(cè)光纖中，接收端探測(cè)到的信號(hào)是脈寬內(nèi)瑞利散射光的干涉疊加，當(dāng)光纖周圍無擾動(dòng)時(shí)，相干疊加光處于穩(wěn)定狀態(tài)。光纖某處受到外界擾動(dòng)時(shí)，光纖的徑向長(zhǎng)度和折射率均會(huì)受到明顯的影響，產(chǎn)生信號(hào)的相位和強(qiáng)度變化。通過信號(hào)差分、IQ解調(diào)等手段解調(diào)信號(hào)相位或強(qiáng)度的變化，進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)。通過分析多種振動(dòng)類型產(chǎn)生的探測(cè)樣本數(shù)據(jù)，建立不同外破場(chǎng)景的識(shí)別算法，實(shí)現(xiàn)分級(jí)預(yù)警機(jī)制?；?OTDR技術(shù)的光纜防外破預(yù)警系統(tǒng)包含硬件部署、信號(hào)處理、預(yù)警與定位和運(yùn)維響應(yīng)，如圖9所示。圖9基于-OTDR的光纜防外破預(yù)警系統(tǒng)方案流程硬件部署：規(guī)劃整個(gè)光纖通信網(wǎng)絡(luò)，在易遭受外力破壞的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和易損區(qū)域安裝具備高靈敏度和低噪聲特性的-OTDR設(shè)備，如穿越道路、河流、建筑工地附近等。-OTDR設(shè)備通過光分路器或耦合器與主光纜連接，在不影響主通信業(yè)務(wù)的前提下，實(shí)現(xiàn)非侵入式的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。此外，需確保所有硬件設(shè)備符合室外環(huán)境的耐用性和可靠性要求，如防塵防水、耐高低溫等。信號(hào)處理：負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和處理從各監(jiān)測(cè)點(diǎn)回傳的原始數(shù)據(jù)，濾除背景噪聲，提取出外力作用導(dǎo)致的相位變化信號(hào)。數(shù)據(jù)處理算法包括先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、模式識(shí)別以及機(jī)器學(xué)習(xí)等。同時(shí)，系統(tǒng)具備良好的可擴(kuò)展性，以適應(yīng)未來網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張和滿足數(shù)據(jù)量增加的需求。預(yù)警與定位：實(shí)時(shí)判斷檢測(cè)到異常相位變化是否達(dá)到預(yù)警閾值，提供異常發(fā)生的地點(diǎn)、程度以及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警：通過集成GIS系統(tǒng)，將處理后的數(shù)據(jù)映射到城市地圖上，實(shí)現(xiàn)空間和時(shí)間維度的關(guān)聯(lián)分析。持續(xù)監(jiān)測(cè)光纖網(wǎng)絡(luò)傳回的數(shù)據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)，例如交通異常擁堵、路面破損或橋梁結(jié)構(gòu)的微小變化，立即觸發(fā)預(yù)警機(jī)制。10IMT-2020(5G)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警：通過集成GIS系統(tǒng)，將處理后的數(shù)據(jù)映射到城市地圖上，實(shí)現(xiàn)空間和時(shí)間維度的關(guān)聯(lián)分析。持續(xù)監(jiān)測(cè)光纖網(wǎng)絡(luò)傳回的數(shù)據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)，例如交通異常擁堵、路面破損或橋梁結(jié)構(gòu)的微小變化，立即觸發(fā)預(yù)警機(jī)制。10-OTDR技術(shù)本身已較為成熟，然而將其應(yīng)用于大規(guī)模光纜防外破預(yù)警系統(tǒng)，涉及到的信號(hào)處理算法、數(shù)據(jù)傳輸與處理、以及通信和感知功能集成等關(guān)鍵技術(shù)仍需進(jìn)一步優(yōu)化與驗(yàn)證。特別是算法的魯棒性、系統(tǒng)整體穩(wěn)定性和成本效益，是當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)?；?OTDR技術(shù)的道路車流和道路故障動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)基于-OTDR技術(shù)的城市道路動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方案利用沿城市道路鋪設(shè)的光纜，監(jiān)測(cè)車流狀態(tài)、道路狀態(tài)動(dòng)態(tài)變化引起的光相位變化，識(shí)別振動(dòng)信號(hào)，進(jìn)行事件特征提取和分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)道路塌陷等危害的提前感知并預(yù)警，如圖10所示。圖10基-OTDR的城市道路監(jiān)測(cè)方案示意圖基于-OTDR技術(shù)的城市道路動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方案包含監(jiān)測(cè)方案部署、信號(hào)處理與分析、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警和數(shù)據(jù)融合與應(yīng)用開發(fā)。監(jiān)測(cè)方案部署：利用已有的城市光纖通信網(wǎng)絡(luò)或設(shè)計(jì)鋪設(shè)新的光纖線路，在主干道、橋梁、隧道、地鐵線路及建筑物周邊等關(guān)鍵區(qū)域部署監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，確保網(wǎng)絡(luò)覆蓋全面并可實(shí)時(shí)捕捉城市運(yùn)行產(chǎn)生的各種動(dòng)態(tài)信息。信號(hào)處理與分析：從海量光纖回波信號(hào)中提取出有用信息，開發(fā)先進(jìn)的信號(hào)處理算法，結(jié)合噪聲過濾技術(shù)，確保數(shù)據(jù)的純凈度。通過機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能算法，學(xué)習(xí)并識(shí)別特定的信號(hào)模式，如不同類型的車輛行駛、基礎(chǔ)設(shè)施故障引起的振動(dòng)特征等，從而提升事件識(shí)別的準(zhǔn)確率和響應(yīng)速度。特征提取等步驟實(shí)現(xiàn)感知數(shù)據(jù)的分析，識(shí)別不同類型的事件，如人工挖掘、機(jī)械挖掘、自然災(zāi)害等。管道風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警響應(yīng)：包括1）風(fēng)險(xiǎn)閾值設(shè)定，根據(jù)事件類型和特征，設(shè)定合理的風(fēng)險(xiǎn)閾值，評(píng)估其對(duì)管道構(gòu)成的威脅等級(jí)；2）基于數(shù)據(jù)分析結(jié)果，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道狀態(tài)，識(shí)別異常情況；3）當(dāng)監(jiān)測(cè)到的風(fēng)險(xiǎn)超出設(shè)定閾值時(shí)，智能預(yù)警系統(tǒng)快速做出響應(yīng)，觸發(fā)預(yù)警機(jī)制。IMT-2020(特征提取等步驟實(shí)現(xiàn)感知數(shù)據(jù)的分析，識(shí)別不同類型的事件，如人工挖掘、機(jī)械挖掘、自然災(zāi)害等。管道風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警響應(yīng)：包括1）風(fēng)險(xiǎn)閾值設(shè)定，根據(jù)事件類型和特征，設(shè)定合理的風(fēng)險(xiǎn)閾值，評(píng)估其對(duì)管道構(gòu)成的威脅等級(jí)；2）基于數(shù)據(jù)分析結(jié)果，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道狀態(tài)，識(shí)別異常情況；3）當(dāng)監(jiān)測(cè)到的風(fēng)險(xiǎn)超出設(shè)定閾值時(shí)，智能預(yù)警系統(tǒng)快速做出響應(yīng)，觸發(fā)預(yù)警機(jī)制。在橋梁結(jié)構(gòu)、軌道交通結(jié)構(gòu)等安全檢測(cè)應(yīng)用領(lǐng)域，上述基于-OTDR的技術(shù)也可以實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參量的動(dòng)態(tài)感知。結(jié)合BOTDR等更多類型感知技術(shù)，可為上述應(yīng)用提供多參量多維度感知，提升感知性能。交通管理等相關(guān)部門，可結(jié)合上述多維感知數(shù)據(jù)，形成更為全面的城市監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包括視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、氣象信息、交通流量統(tǒng)計(jì)等一起，進(jìn)行多源數(shù)據(jù)的綜合分析，從而提供更全面的城市運(yùn)行視圖。分布式聲學(xué)傳感實(shí)現(xiàn)輸油管道安全監(jiān)測(cè)依托伴行光纜搭建管道安全預(yù)警與泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，準(zhǔn)確識(shí)別人工挖掘、機(jī)械挖掘、自然災(zāi)害、定向鉆孔等威脅事件監(jiān)測(cè)，有效遏制第三方施工損傷事件的發(fā)生，如圖11所示。利用分布式聲學(xué)傳感技術(shù)（DistributedAcousticSensing，DAS），實(shí)現(xiàn)信號(hào)還原、信號(hào)識(shí)別與事件威脅度分析，目前可實(shí)現(xiàn)誤報(bào)率小于10％，定位精度小于50m。圖11基于DAS的輸油管道安全監(jiān)測(cè)方案示意圖基于DAS技術(shù)的輸油管道安全監(jiān)測(cè)方案包含傳感單元部署、感知數(shù)據(jù)的采集和分析及管道風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警響應(yīng)。傳感單元部署：合理設(shè)置光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，確保覆蓋整個(gè)管道沿線，監(jiān)測(cè)管道周圍的振動(dòng)和聲波信號(hào)。另外還需要考慮可適應(yīng)管道沿線環(huán)境條件的光纖類型和保護(hù)措施，確保穩(wěn)定工作在各種管道環(huán)境。感知數(shù)據(jù)的采集和分析：在通信站點(diǎn)部署的設(shè)備中集成，收集感知信號(hào)，再經(jīng)過數(shù)據(jù)的預(yù)處理、度傳感器，建立光纖復(fù)合架空地線地理位置與分布式溫度曲線的對(duì)應(yīng)關(guān)系，分別比較溫度曲線中同一位置不同時(shí)刻的溫度以提取出溫度突變區(qū)域，再比較與溫度曲線中溫度突變區(qū)域相鄰的幾個(gè)位置的溫度變化以排除溫度測(cè)量中的干擾因素，從而確定溫度的突變來自于雷擊，并結(jié)合避雷器的計(jì)數(shù)變化，12IMT-2020(5G)推進(jìn)組度傳感器，建立光纖復(fù)合架空地線地理位置與分布式溫度曲線的對(duì)應(yīng)關(guān)系，分別比較溫度曲線中同一位置不同時(shí)刻的溫度以提取出溫度突變區(qū)域，再比較與溫度曲線中溫度突變區(qū)域相鄰的幾個(gè)位置的溫度變化以排除溫度測(cè)量中的干擾因素，從而確定溫度的突變來自于雷擊，并結(jié)合避雷器的計(jì)數(shù)變化，12利用OPGW實(shí)現(xiàn)高壓輸電線健康監(jiān)測(cè)基于OPGW的高壓輸電線健康監(jiān)測(cè)，采用OPGW內(nèi)一芯冗余光纖作為傳感單元，以衰耗、溫度、應(yīng)力和振動(dòng)等監(jiān)測(cè)參量作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合覆冰、雷擊、火災(zāi)、風(fēng)偏舞動(dòng)等場(chǎng)景事件識(shí)別結(jié)果，開展OPGW光纜健康狀態(tài)大數(shù)據(jù)分析。導(dǎo)入深度學(xué)習(xí)算法模型，通過對(duì)樣本的訓(xùn)練，得到各層節(jié)點(diǎn)之間的連接權(quán)值和閾值，實(shí)現(xiàn)OPGW光纜健康狀態(tài)評(píng)估，系統(tǒng)整體框架如圖12所示。圖12基于OPGW實(shí)現(xiàn)輸電線安全監(jiān)測(cè)分布式溫度傳感實(shí)現(xiàn)OPGW光纜雷擊和火災(zāi)監(jiān)測(cè)：對(duì)于光纜雷擊監(jiān)測(cè)來說，雷擊作為一個(gè)瞬態(tài)過程，其短時(shí)間內(nèi)釋放的巨大能量會(huì)對(duì)輸電線路相應(yīng)區(qū)域產(chǎn)生明顯的熱量影響，雷擊后電流在雷擊點(diǎn)到高塔如地面的路由界面上形成溫度梯度分布。根據(jù)此特性，將光纖復(fù)合架空地線中的備用光纖作為溫13IMT-2020(5G)推進(jìn)組13最終辨別和定位雷擊事件。對(duì)于火災(zāi)監(jiān)測(cè)來說，基于分布式光纖測(cè)溫技術(shù)可以支持光纖沿線溫度的連續(xù)、分布式測(cè)量，通過溫度監(jiān)測(cè)數(shù)值、溫度上升速率、相鄰區(qū)域溫度偏差等特征監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)火花、火苗以及火災(zāi)等事件的判別。分布式振動(dòng)傳感實(shí)現(xiàn)OPGW光纜覆冰和風(fēng)偏舞動(dòng)監(jiān)測(cè)：對(duì)于覆冰監(jiān)測(cè)，基于相位敏感光時(shí)域反射原理，獲取線路振動(dòng)狀態(tài)，把具有一定弧垂的單檔纜線等效為彈簧模型，分別獲取有、無覆冰時(shí)的特定振動(dòng)頻率。覆冰條件下纜線重量增加，導(dǎo)致弧長(zhǎng)加大，振動(dòng)頻率降低，通過振動(dòng)頻率的變化，實(shí)現(xiàn)線路覆冰狀態(tài)監(jiān)測(cè)。對(duì)于光纜風(fēng)偏舞動(dòng)監(jiān)測(cè)，當(dāng)風(fēng)吹過架空光纜時(shí)，空氣的黏性作用會(huì)在光纜表面產(chǎn)生較大的邊界層，邊界層因光纜表面不平坦而剝離形成周期性的卡爾曼旋渦?？柭郎u會(huì)引起光纜表面垂直風(fēng)向的抬舉力變化并產(chǎn)生空氣振動(dòng)，形成光纜風(fēng)致振動(dòng)。振動(dòng)的強(qiáng)度與風(fēng)速密切相關(guān)，通過監(jiān)測(cè)光纜振動(dòng)情況，反演輸電線路走廊的風(fēng)速情況。根據(jù)風(fēng)速、不平衡張力與振動(dòng)的具體關(guān)系，設(shè)計(jì)推演模型，評(píng)估OPGW運(yùn)行狀態(tài)。（5）小結(jié)分布式光纖傳感技術(shù)方案可通過波分復(fù)用、頻分復(fù)用、空分復(fù)用等技術(shù)整合到相干通信網(wǎng)絡(luò)中，或載波調(diào)頻的方式整合到直調(diào)直檢網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)通信信號(hào)和傳感信號(hào)的共傳。通信信號(hào)和傳感信號(hào)的信號(hào)格式存在較大差異，分布式光纖傳感往往采用峰值功率在100mW量級(jí)、持續(xù)時(shí)間在數(shù)十ns左右的高功率窄脈沖進(jìn)行傳感。對(duì)光纖通信系統(tǒng)而言，這種突發(fā)的高功率脈沖與承載業(yè)務(wù)的通信信號(hào)在光纖中共傳，易引起非線性效應(yīng)，惡化傳輸性能。抑制通信與傳感信號(hào)串?dāng)_的技術(shù)方案成為產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)，已有初步進(jìn)展。在OFC2024會(huì)議上，國內(nèi)外研究團(tuán)隊(duì)展示了分布式光纖傳感分別與單載波、多載波相干通信系統(tǒng)信道融合的設(shè)計(jì)方案[3,4]，在解決系統(tǒng)傳輸距離與空間分辨率、頻率響應(yīng)之間的相互制約問題上取得了一定進(jìn)展。相干信號(hào)DSP解調(diào)技術(shù)應(yīng)用方案外界環(huán)境的干擾引發(fā)光纖的雙折射效應(yīng)，引起光信號(hào)的偏振變化，通過數(shù)字信號(hào)處理（DSP）芯片對(duì)光纖鏈路端到端擾動(dòng)事件引起的光束偏振態(tài)變化進(jìn)行分析，獲得光纖鏈路實(shí)時(shí)的偏振態(tài)變化情況，反演光纖鏈路中環(huán)境參量變化，實(shí)現(xiàn)光纜的監(jiān)測(cè)或者環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用，如圖13所示。圖14SOP異常定位示意圖14IMT-2020(5G圖14SOP異常定位示意圖14圖13基于相干信號(hào)DSP解調(diào)的傳感監(jiān)測(cè)方案示意圖基于相干信號(hào)DSP解調(diào)技術(shù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包含相干光生成、信號(hào)解調(diào)及數(shù)據(jù)分析。相干光生成：相干光信號(hào)在承載數(shù)據(jù)的同時(shí)，受到光纜鏈路沿線的環(huán)境變化影響，通過高穩(wěn)定性和相干性的光源，控制光源的偏振態(tài)、相位和功率，為后續(xù)的信號(hào)解調(diào)和環(huán)境監(jiān)測(cè)提供合適的光源。信號(hào)解調(diào)：在信號(hào)的接收端，相干光通信系統(tǒng)的DSP解調(diào)模塊完成信號(hào)參量解調(diào)。從接收信號(hào)中提取并分析信號(hào)的偏振態(tài)、相位和功率變化，量化環(huán)境因素造成的影響，為環(huán)境監(jiān)測(cè)提供依據(jù)。數(shù)據(jù)分析：針對(duì)不同偏振參量，對(duì)DSP處理后的信號(hào)特征進(jìn)行深度分析，從原始數(shù)據(jù)中提取反映環(huán)境變化的特征向量。通過大量標(biāo)記數(shù)據(jù)集進(jìn)行訓(xùn)練，使模型能夠?qū)W習(xí)和理解不同環(huán)境變化與信號(hào)特征之間的關(guān)聯(lián)。機(jī)器學(xué)習(xí)算法利用長(zhǎng)期收集和分析的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不斷優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)配置和維護(hù)策略，提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和資源利用效率。相干信號(hào)DSP解調(diào)技術(shù)方案無法通過單端檢測(cè)的方式獲取光纖分布位置上的SOP變化，需利用檢測(cè)雙端SOP事件時(shí)間差計(jì)算SOP發(fā)生的位置（要求光纖為東西向光纖，且在同一光纜內(nèi)）。如圖14所示，已知為AB站點(diǎn)間的光纖長(zhǎng)度（假設(shè)雙向光纖長(zhǎng)度一致），光纖折射率，光速c，主模塊和從模塊檢測(cè)到的SOP告警時(shí)間點(diǎn)、，SOP異常位置可以用 計(jì)算得到。3.3.1光纖在原有線路通信基礎(chǔ)上增設(shè)分布式傳感設(shè)備，配接同一光纖或者同纜不同光纖，實(shí)現(xiàn)通感一體化部署，具有較高的經(jīng)濟(jì)收益。已建成光纖通信網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模采用常規(guī)G.652.D單模光纖，具有損耗較高、15IMT-2020(5G3.3.1光纖在原有線路通信基礎(chǔ)上增設(shè)分布式傳感設(shè)備，配接同一光纖或者同纜不同光纖，實(shí)現(xiàn)通感一體化部署，具有較高的經(jīng)濟(jì)收益。已建成光纖通信網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模采用常規(guī)G.652.D單模光纖，具有損耗較高、15雙端檢測(cè)方案的定位距離誤差來源包括檢測(cè)到SOP事件時(shí)間差的誤差和SOP持續(xù)時(shí)間，對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景有明確約束，要求應(yīng)用于單一瞬時(shí)大SOP事件的場(chǎng)景應(yīng)用（不適用多個(gè)位置同時(shí)發(fā)生大SOP事件場(chǎng)景；SOP事件持續(xù)時(shí)間在us級(jí)別，速度在Mrad/s級(jí)別）,如架空光纜閃電引起大SOP場(chǎng)景。除利用SOP變化，相干信號(hào)DSP解調(diào)方案還可利用光信號(hào)的相位抖動(dòng)和光鏈路功率剖面估計(jì)（PPE）等參量實(shí)現(xiàn)光鏈路的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，但這種方案對(duì)窄線寬激光光源和DSP器件的性能要求極高，需進(jìn)一步研究。與傳統(tǒng)的分布式傳感系統(tǒng)相比，相干信號(hào)數(shù)字信號(hào)處理（DSP）解調(diào)方案能夠充分利用現(xiàn)有的光纖通信基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)，無需額外部署專門的傳感設(shè)施。這種方法不僅降低了成本，還確保了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性，同時(shí)可避免對(duì)現(xiàn)有光纖通信網(wǎng)絡(luò)的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖鏈路環(huán)境參數(shù)的便捷快速、靈活監(jiān)測(cè)。尤其是在應(yīng)對(duì)架空光纜遭受雷擊導(dǎo)致的大規(guī)模偏振態(tài)（SOP）變化的情況下，該方案可以提供高精度、高響應(yīng)度的監(jiān)測(cè)結(jié)果。相干信號(hào)DSP解調(diào)方案的實(shí)施對(duì)傳輸設(shè)備制造商的DSP芯片提出了新的挑戰(zhàn)。一方面，特征提取算法的復(fù)雜度較高，這需要占用原本用于支持相干通信的部分資源，有可能會(huì)對(duì)正常的通信服務(wù)產(chǎn)生一定的影響。另一方面，基于DSP的縱向特征提取過程需要復(fù)雜的逆向計(jì)算算法，這使得系統(tǒng)容易受到鏈路噪聲和非線性干擾的影響。目前，該領(lǐng)域尚未形成成熟的空間分辨能力和信道間分辨能力的理論模型，這對(duì)于提升系統(tǒng)的整體性能至關(guān)重要。未來的研究方向應(yīng)該包括但不限于以下幾個(gè)方面：開發(fā)更為高效的特征提取算法以減少資源消耗并保證正常通信不受影響；提升系統(tǒng)的抗干擾能力，特別是對(duì)于鏈路噪聲和非線性效應(yīng)的抑制；建立和完善空間分辨和信道間分辨能力的理論模型，以便分析和優(yōu)化系統(tǒng)性能；探索如何利用現(xiàn)有硬件資源進(jìn)行更深層次的數(shù)據(jù)處理和信息提取，以實(shí)現(xiàn)更高精度的監(jiān)測(cè)。相干信號(hào)DSP解調(diào)方案無須調(diào)整已有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、增加額外設(shè)備器件，在實(shí)際應(yīng)用中展現(xiàn)出巨大潛力，備受期待。然而，要充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，還需要業(yè)界和學(xué)術(shù)界共同努力，不斷解決當(dāng)前面臨的技術(shù)難題，并推動(dòng)相關(guān)理論和技術(shù)的發(fā)展。用于通感一體化應(yīng)用的光纖光纜光纖是構(gòu)建通感一體化光纖通信網(wǎng)絡(luò)的基石與關(guān)鍵要素，研究適用于不同行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景及復(fù)雜外界環(huán)境的光纖光纜技術(shù)，具有非常重要的實(shí)際意義。及缺陷前驅(qū)體，達(dá)到輻射硬化的效果。3.3.2光纜光纜是光纖的重要載體，光纖通信網(wǎng)絡(luò)通?；诠饫|進(jìn)行大規(guī)模鋪設(shè)，部分通感一體應(yīng)用可基于16IMT-2020(5G及缺陷前驅(qū)體，達(dá)到輻射硬化的效果。3.3.2光纜光纜是光纖的重要載體，光纖通信網(wǎng)絡(luò)通?；诠饫|進(jìn)行大規(guī)模鋪設(shè)，部分通感一體應(yīng)用可基于16非線性閾值功率低、散射信號(hào)信噪比不足等問題，導(dǎo)致光纖傳感系統(tǒng)測(cè)量距離和靈敏度有限。新型超低損耗系列光纖在實(shí)現(xiàn)數(shù)百乃至上千公里的超長(zhǎng)距傳輸與傳感距離具有一定優(yōu)勢(shì)。另一方面，惡劣環(huán)境場(chǎng)景帶給光纖系統(tǒng)高溫、高壓或化學(xué)腐蝕等極端條件考驗(yàn)，對(duì)光纖材料選取與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高要求。新型超低損耗系列光纖相較于常規(guī)G.652.D光纖，超低損耗G.652.B光纖和新型G.654.E光纖具備較低的衰減系數(shù)（≤0.17dB/km@1550nm），這一特性能夠延長(zhǎng)傳輸系統(tǒng)及傳感系統(tǒng)探測(cè)光的傳輸距離。同時(shí)，G.654.E光纖具備較大的有效面積（典型值125μm2@1550nm），可降低光信號(hào)在傳輸過程中的非線性效應(yīng)，提高注入光功率，增加測(cè)量距離。新型超低損耗系列光纖應(yīng)用于超長(zhǎng)無中繼線路的單端測(cè)量有明顯優(yōu)勢(shì)，基于OPGW光纜，已實(shí)現(xiàn)BOTDR單端253km的傳感距離[5]。纖多芯光纖常規(guī)產(chǎn)品包括四芯單模光纖和七芯單模光纖，芯間弱耦合，具有低衰減和低串?dāng)_（衰減≤0.22dB/km@1550nm，芯間串?dāng)_≤-40dB/km）的特性。在通信方面，多芯光纖可應(yīng)用于空分復(fù)用系統(tǒng)，適用于短距離高電壓變電站和長(zhǎng)距離海纜傳輸?shù)葓?chǎng)景。在傳感方面，多芯光纖有助于解決傳統(tǒng)單模光纖傳感系統(tǒng)中普遍存在的溫度和應(yīng)力等多參量交叉敏感的問題，為多參量集成測(cè)量提供解決思路。散射增強(qiáng)光纖由于散射回解調(diào)端的傳感信號(hào)強(qiáng)度較弱，瑞利散射信號(hào)信噪比低，限制了DAS系統(tǒng)的檢測(cè)靈敏度和范圍。通過提高光纖中摻雜和在光纖纖芯中引入周期性折射率調(diào)制的弱光柵陣列等方式提高光纖的散射信號(hào)強(qiáng)度，提升檢測(cè)靈敏度，擴(kuò)大檢測(cè)范圍。散射增強(qiáng)光纖通常衰減較大，在通信信噪比冗余要求較低的應(yīng)用場(chǎng)景（如接入網(wǎng)等）具有一定的適用性。特殊境光纖通感一體化光網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景或伴隨極端惡劣環(huán)境，例如，在液化天然氣管道的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，光纖通信系統(tǒng)需承受-190℃的極低溫度環(huán)境；在核電站殼內(nèi)區(qū)域等應(yīng)用環(huán)境中，光纖則需要承受高達(dá)兆級(jí)戈瑞（Gy）的輻照量。材料的選取和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方案可提高光纖系統(tǒng)對(duì)惡劣環(huán)境的適應(yīng)性。例如，耐溫型的丙烯酸酯、聚酰亞胺甚至銅、鋁、金等金屬涂層材料的應(yīng)用可將光纖的適用溫度由-60℃~85℃擴(kuò)展至-273℃~700℃；抗輻照光纖通過調(diào)整玻璃組分及完善工藝技術(shù)，減少制造過程中產(chǎn)生的缺陷中心17IMT-2020(5G)推進(jìn)組17現(xiàn)有通用光纜，部分通感一體應(yīng)用需通過光纜的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新或特性參數(shù)優(yōu)化來提升感知能力。在電信領(lǐng)域，承載網(wǎng)通用傳輸光纜已能夠滿足光纜故障定位、路由查找及施工盜挖監(jiān)測(cè)等通感一體應(yīng)用需求。在油氣管網(wǎng)領(lǐng)域，通用伴行光纜可應(yīng)用于滑坡、第三方入侵等環(huán)境監(jiān)測(cè)，并通過緊耦合松套和緊套光纜實(shí)現(xiàn)管道系統(tǒng)的變形、泄漏及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)（如滑坡、泥石流等）等應(yīng)用的高精度監(jiān)測(cè)。在電力電網(wǎng)領(lǐng)域，通用的OPGW光纜可監(jiān)測(cè)雷擊和山火引發(fā)的溫度變化，以及覆冰和風(fēng)害引起的振動(dòng)變化。然而，在涉及覆冰、融冰過程中的應(yīng)變監(jiān)測(cè)及光纜安全評(píng)估時(shí)，使用緊套光纜以確保架空線與光纜的協(xié)同變形是必要的。并且通用的OPGW光纜中增加余長(zhǎng)較小的纖芯，可進(jìn)一步提升系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)能力。在海纜領(lǐng)域，通用海光纜均為帶有余長(zhǎng)的松套光纜，能夠有效排除外界應(yīng)力對(duì)監(jiān)測(cè)的干擾，可進(jìn)行溫度、振動(dòng)、聲波的監(jiān)測(cè)。對(duì)于海纜應(yīng)變和錨害監(jiān)測(cè)，緊套光纖的引入可提升實(shí)時(shí)應(yīng)力監(jiān)測(cè)能力。光纖通信網(wǎng)絡(luò)通感一體化產(chǎn)業(yè)發(fā)展及標(biāo)準(zhǔn)化基于現(xiàn)網(wǎng)光纜資源的多場(chǎng)景應(yīng)用實(shí)踐通信與感知技術(shù)的一體化融合，將現(xiàn)有的多樣化光纖光纜資源賦能高附加值應(yīng)用場(chǎng)景，為新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。電信領(lǐng)域、電力和油氣等能源行業(yè)正積極依托現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，推進(jìn)通感一體技術(shù)的試驗(yàn)驗(yàn)證與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。(1)電信領(lǐng)域中國聯(lián)通針對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的運(yùn)維監(jiān)測(cè)需求，結(jié)合省分的光纜資源，進(jìn)行多項(xiàng)通感一體化試驗(yàn)研究，探索光纖通信網(wǎng)絡(luò)通感一體化技術(shù)在運(yùn)營(yíng)商光纜資源融合方面的應(yīng)用前景，主要圍繞光纖資源管理和光纜故障監(jiān)測(cè)方面，如圖15所示。圖16中國聯(lián)通光纜路由的可視化研究18IMT-2020(5G)圖16中國聯(lián)通光纜路由的可視化研究18圖15中國聯(lián)通現(xiàn)網(wǎng)通感一體化試驗(yàn)光纖資源管理：通過振動(dòng)感知技術(shù)實(shí)現(xiàn)光纜路由的可視化，不僅能夠?qū)崟r(shí)追蹤光纜的實(shí)際走向，還能夠通過振動(dòng)模式識(shí)別不同環(huán)境下的光纜狀態(tài)，為光纖資源的規(guī)劃、維護(hù)和優(yōu)化提供了支撐。如圖16所示，通過遠(yuǎn)程部署光纜監(jiān)測(cè)單元，監(jiān)測(cè)光纜資源的路由核查和光纜環(huán)境事件。此研究提高了資源管理的精確度，減少了因信息不準(zhǔn)確導(dǎo)致的施工沖突和維護(hù)困難。的相似性來評(píng)估光纖對(duì)是否屬于同一溝道，相關(guān)試驗(yàn)取得了良好效果。中國電信針對(duì)光網(wǎng)絡(luò)啞資源管理、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及故障定位等關(guān)鍵應(yīng)用場(chǎng)景，使用-OTDR設(shè)備，開展60km高速長(zhǎng)途干線進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，如圖18所示，依托自主研發(fā)的AI算法，通過各分支卷積核尺寸多樣化，從空間、時(shí)間以及空間-時(shí)間三個(gè)方向?qū)W習(xí)特征來識(shí)別各種光纜外破事件，避免網(wǎng)絡(luò)層數(shù)增19IMT-20的相似性來評(píng)估光纖對(duì)是否屬于同一溝道，相關(guān)試驗(yàn)取得了良好效果。中國電信針對(duì)光網(wǎng)絡(luò)啞資源管理、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及故障定位等關(guān)鍵應(yīng)用場(chǎng)景，使用-OTDR設(shè)備，開展60km高速長(zhǎng)途干線進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，如圖18所示，依托自主研發(fā)的AI算法，通過各分支卷積核尺寸多樣化，從空間、時(shí)間以及空間-時(shí)間三個(gè)方向?qū)W習(xí)特征來識(shí)別各種光纜外破事件，避免網(wǎng)絡(luò)層數(shù)增19光纜故障監(jiān)測(cè)：結(jié)合光纜的多維參量感知，如溫度、應(yīng)變、振動(dòng)、偏振態(tài)變化等，構(gòu)建光纜健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光纜的各項(xiàng)物理參數(shù)，實(shí)現(xiàn)快速識(shí)別和分析光纜的異常變化，及光纜故障的早期預(yù)警，大大縮短了故障響應(yīng)時(shí)間，提升了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可用性。針對(duì)光纜不同外破風(fēng)險(xiǎn)事件的監(jiān)測(cè)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)分析光譜響應(yīng)模式，實(shí)現(xiàn)光纜資源的遠(yuǎn)程安全監(jiān)測(cè)，如圖17所示。圖17中國聯(lián)通不同光纜外破風(fēng)險(xiǎn)事件的監(jiān)測(cè)試驗(yàn)為了有效識(shí)別光纖光纜中的同路由問題，提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維效率，中國移動(dòng)提出了一種可以在線識(shí)別運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)中同纜和同溝光纖的架構(gòu)，并在11個(gè)現(xiàn)網(wǎng)站點(diǎn)開展試點(diǎn)實(shí)驗(yàn)。該框架在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部署智能傳感單元（ISU），從實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的光纖收集動(dòng)態(tài)和靜態(tài)數(shù)據(jù)。通過將ISU與SDN控制器配合，實(shí)現(xiàn)同路由光纖的在線識(shí)別。利用集成學(xué)習(xí)的原理，該架構(gòu)增強(qiáng)了模型在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景中的泛化能力。此外，對(duì)于同溝光纜識(shí)別問題，中國移動(dòng)開發(fā)了多個(gè)獨(dú)立的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)器，基礎(chǔ)學(xué)習(xí)器根據(jù)振動(dòng)事件曲線20IMT-2020(5G)推進(jìn)組20多帶來的過擬合現(xiàn)象，有效評(píng)估外破風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，排查頂管施工、夯土機(jī)、壓路機(jī)、挖掘機(jī)等多種隱患點(diǎn)，使外破風(fēng)險(xiǎn)數(shù)字化、可視化，保障光傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全運(yùn)行。此外，基于環(huán)境相似度算法，開展了光纜同路由監(jiān)測(cè)，節(jié)省人力成本，在不開井、不損害光纜的前提下，降低光纜故障對(duì)業(yè)務(wù)的影響。圖18中國電信基于現(xiàn)網(wǎng)光纜的外破事件監(jiān)測(cè)試驗(yàn)油氣管網(wǎng)國家管網(wǎng)集團(tuán)試點(diǎn)建設(shè)智能管道，智能管道泛在感知范圍主要包括管道本體及周邊環(huán)境安全（應(yīng)變、智能陰保、沿線施工、占?jí)骸⒌貫?zāi)、泄漏等）、站場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)（火氣監(jiān)測(cè)、可燃?xì)怏w檢測(cè)、周界入侵等）、站場(chǎng)工藝及介質(zhì)數(shù)據(jù)（閥門狀態(tài)、壓力、溫度、流量氣質(zhì)等）、站場(chǎng)關(guān)鍵設(shè)備（壓縮機(jī)組、電氣設(shè)備、計(jì)量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等），如圖19所示。圖19國家管網(wǎng)某天然氣管道項(xiàng)目

IMT-2020(5G)推進(jìn)組圖圖20多傳感器融合的管道監(jiān)測(cè)21通過在管道沿線部署光纖傳感器、本體應(yīng)變傳感器、智能陰極保護(hù)系統(tǒng)等，結(jié)合站場(chǎng)的光纖周界傳感和激光可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)管道本體、周邊環(huán)境、站場(chǎng)設(shè)備及安全狀況的全方位、全天候監(jiān)測(cè)，如圖20所示。利用油氣管線的光纖資源，集成光纖振動(dòng)監(jiān)測(cè)功能，實(shí)現(xiàn)智能管道多維立體感知聯(lián)動(dòng)。利用通信光纜建成巨型光纖傳感網(wǎng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并與多維感知聯(lián)動(dòng)，形成管道周邊環(huán)境立體“保護(hù)帶”，預(yù)防和處理第三方破壞、地質(zhì)災(zāi)害等風(fēng)險(xiǎn)，提升了管道安全水平。22IMT-2020(5G)推進(jìn)組22電力電網(wǎng)從2018年起，國網(wǎng)信通公司聯(lián)合多家研究機(jī)構(gòu)和相關(guān)企業(yè)設(shè)計(jì)研發(fā)了OPGW光纜在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，用于監(jiān)測(cè)電力光纜的應(yīng)力、衰耗、覆冰及外界溫度的變化，并在國網(wǎng)±1000kV白鶴灘—浙江特高壓輸電線路進(jìn)行了首次應(yīng)用，同步在四川、湖北、湖南等省等區(qū)域電網(wǎng)中開展試點(diǎn)應(yīng)用。結(jié)合監(jiān)測(cè)設(shè)備的試點(diǎn)運(yùn)行情況，基本驗(yàn)證了在不影響通信的情況下，可利用通感一體技術(shù)開展OPGW光纜狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)。分布式光纖傳感在線監(jiān)測(cè)設(shè)備典型應(yīng)用系統(tǒng)如圖21所示，在變電站設(shè)備安裝點(diǎn)安裝監(jiān)測(cè)設(shè)備，將設(shè)備光端口與被監(jiān)測(cè)線路OPGW內(nèi)一芯光纖連接，將接入設(shè)備的OPGW內(nèi)一芯光纖作為傳感單元和信號(hào)傳輸媒介，持續(xù)監(jiān)測(cè)采集被測(cè)線路的實(shí)際運(yùn)行特征，實(shí)現(xiàn)被監(jiān)測(cè)線路全線路分布式監(jiān)測(cè)。圖21基于OPGW的在線監(jiān)測(cè)示意圖以其中一段監(jiān)測(cè)鏈路為例，首先在A站和B站之間建立模擬的通信業(yè)務(wù)鏈路，通信業(yè)務(wù)收發(fā)業(yè)務(wù)正常占用2芯纖芯，作為通信測(cè)試鏈路，開通調(diào)試通信業(yè)務(wù)，并在兩端站點(diǎn)掛誤碼測(cè)試儀表，對(duì)業(yè)務(wù)誤碼進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，驗(yàn)證在線監(jiān)測(cè)信號(hào)對(duì)通信業(yè)務(wù)的影響；其次，部署兩套分布式光纖傳感在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，分別從A站和B站通過合分波器接入正常運(yùn)行的通信鏈路中的其中的同一根纖芯，驗(yàn)證通感一體化監(jiān)測(cè)方案，如圖22所示23IMT-2020(5G)推進(jìn)組23圖22基于OPGW的通感一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用通感融合的光纜在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)對(duì)全線光纜衰耗、溫度、應(yīng)變和覆冰分布進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，下面結(jié)合實(shí)際的覆冰監(jiān)測(cè)和溫度監(jiān)測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。覆冰監(jiān)測(cè)應(yīng)用圖23所示為系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的線路整體覆冰情況，顯示從某年2月5日到2月11日、2月23到2月25日線路部分區(qū)間存在覆冰，其中覆冰區(qū)域主要存在13-19#(5.2~9.6km)、47#(23.6km)、59-63#(29.2~31.9km)、124-127#(58.9~61.0km)這四個(gè)檔區(qū)間，且前端覆冰較嚴(yán)重。根據(jù)覆冰的歷史變化曲線，可獲得17#檔和47#檔分別對(duì)應(yīng)2月23日和2月6日左右的線路覆冰增長(zhǎng)期，如圖24所示。圖23圖覆冰監(jiān)測(cè)結(jié)果為了更好地利用光纜資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，需將通感一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與現(xiàn)有的運(yùn)維管理平臺(tái)深度融合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、分析與決策支持。包括開發(fā)兼容性接口、優(yōu)化數(shù)據(jù)處理程序，以及建立自動(dòng)化工作流程，實(shí)現(xiàn)更高效、智能化的運(yùn)維管理。目前光纖通信網(wǎng)絡(luò)通感一體系統(tǒng)的初期建設(shè)成本較高，24IMT-2020(5G)推進(jìn)組為了更好地利用光纜資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，需將通感一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與現(xiàn)有的運(yùn)維管理平臺(tái)深度融合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、分析與決策支持。包括開發(fā)兼容性接口、優(yōu)化數(shù)據(jù)處理程序，以及建立自動(dòng)化工作流程，實(shí)現(xiàn)更高效、智能化的運(yùn)維管理。目前光纖通信網(wǎng)絡(luò)通感一體系統(tǒng)的初期建設(shè)成本較高，24圖2417#和47#檔覆冰變化曲線溫度監(jiān)測(cè)應(yīng)用選取15#檔處線路的溫度隨時(shí)間的變化，如圖25所示，該檔位在2月份線路最高溫和最低溫差別不大，對(duì)比當(dāng)?shù)靥鞖忸A(yù)報(bào)，和預(yù)報(bào)的數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)一致。圖2515#檔處線路溫度變化與預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)合上述光纖通信網(wǎng)絡(luò)通感一體化技術(shù)的現(xiàn)網(wǎng)試驗(yàn)分析，總結(jié)該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)：集成化運(yùn)維管理平臺(tái)建設(shè)初始階段，業(yè)界正在積極尋求將成熟的通信功能單元和感知功能單元集成，通過管控平臺(tái)統(tǒng)一調(diào)度、協(xié)同工作的解決方案。（2）器件25IMT-2020(5G初始階段，業(yè)界正在積極尋求將成熟的通信功能單元和感知功能單元集成，通過管控平臺(tái)統(tǒng)一調(diào)度、協(xié)同工作的解決方案。（2）器件25需不斷推動(dòng)關(guān)鍵設(shè)備和器件的標(biāo)準(zhǔn)化和發(fā)展成熟制造制備工藝。智能化故障識(shí)別與精準(zhǔn)告警感知系統(tǒng)的檢測(cè)數(shù)據(jù)量大，需借助人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，構(gòu)建更加精準(zhǔn)的光纜故障事件模型識(shí)別系統(tǒng)。通過學(xué)習(xí)歷史故障數(shù)據(jù)，不斷優(yōu)化算法模型，設(shè)定合理的告警閾值，以減少誤報(bào)和漏報(bào)，提高告警的準(zhǔn)確性和實(shí)用性，提升故障處理的效率和質(zhì)量。拓展應(yīng)用場(chǎng)景與示范推廣隨著技術(shù)的成熟，探索光纜資源的多元化應(yīng)用，如城市基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、安防等領(lǐng)域。通過在典型場(chǎng)景中部署示范項(xiàng)目，驗(yàn)證技術(shù)的可行性和經(jīng)濟(jì)效益，為后續(xù)的大規(guī)模推廣和技術(shù)迭代積累經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，加強(qiáng)與地方政府、其他行業(yè)伙伴的合作，共同推動(dòng)技術(shù)的跨界應(yīng)用與商業(yè)化進(jìn)程?；诂F(xiàn)網(wǎng)光纜資源的多場(chǎng)景應(yīng)用實(shí)踐已經(jīng)逐漸拓展到了除電信、電力和油氣外的多個(gè)領(lǐng)域。例如，在交通領(lǐng)域，可以利用光纖傳感技術(shù)監(jiān)測(cè)橋梁、隧道的安全狀況；在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，通過光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤濕度、溫度等關(guān)鍵參數(shù)，實(shí)現(xiàn)智能種植；在環(huán)保領(lǐng)域，光纖傳感可以用于大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)等，協(xié)助環(huán)境保護(hù)工作的有效開展。隨著技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)需求的增長(zhǎng)，進(jìn)一步拓展現(xiàn)網(wǎng)光纜資源的應(yīng)用，為各行各業(yè)帶來前所未有的應(yīng)用前景。產(chǎn)業(yè)發(fā)展需多維度協(xié)同推動(dòng)產(chǎn)業(yè)成熟度（1）設(shè)備OTDR已成為電信領(lǐng)域運(yùn)營(yíng)商規(guī)模集采的必備傳感單元，國內(nèi)華為、中興、烽火等設(shè)備商均有成熟產(chǎn)品，模塊化波分廠家也基本可以配備。高精度、大動(dòng)態(tài)范圍的OTDR以國外的儀表廠家VIAVI、EXFO等為主?，F(xiàn)有的OTDR傳感單元采集的數(shù)據(jù)，僅用于光纜故障的告警和排障參考，無法滿足智能化、精細(xì)化的光纜管理類應(yīng)用需求，且OTDR的網(wǎng)管模塊亟待優(yōu)化。基于DAS的傳感單元國外以LUNAInnovations、Silixa等專業(yè)傳感設(shè)備公司為主，國內(nèi)以光迅、理工光科等為主?；贐OTDR的傳感單元國外以VIAVI和LUNAInnovations為主，國內(nèi)的BOTDR設(shè)備發(fā)展起步較晚，除光迅科技推出相關(guān)產(chǎn)品外，還有一些高校的科研轉(zhuǎn)化成果。單一或多參量傳感設(shè)備的研究已經(jīng)相對(duì)成熟并具備產(chǎn)業(yè)化能力，但通感一體化技術(shù)尚處于發(fā)展的加強(qiáng)數(shù)據(jù)分類分級(jí)與安全管理降低光纖傳感高靈敏度性帶來的信息泄露風(fēng)險(xiǎn)。數(shù)據(jù)的分類分級(jí)管理是根據(jù)數(shù)據(jù)的敏感程度、重要性以及對(duì)安全運(yùn)營(yíng)的影響，劃分為不同的級(jí)別，并采取對(duì)應(yīng)的加密、訪問控制等安全措施。保護(hù)數(shù)據(jù)隱私，減少數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)，確保關(guān)鍵信息的高效處理和利用。同時(shí)，26IMT-2020(5G)推進(jìn)組加強(qiáng)數(shù)據(jù)分類分級(jí)與安全管理降低光纖傳感高靈敏度性帶來的信息泄露風(fēng)險(xiǎn)。數(shù)據(jù)的分類分級(jí)管理是根據(jù)數(shù)據(jù)的敏感程度、重要性以及對(duì)安全運(yùn)營(yíng)的影響，劃分為不同的級(jí)別，并采取對(duì)應(yīng)的加密、訪問控制等安全措施。保護(hù)數(shù)據(jù)隱私，減少數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)，確保關(guān)鍵信息的高效處理和利用。同時(shí)，26OTDR、DAS等傳感設(shè)備的關(guān)鍵器件國內(nèi)外企業(yè)均可實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。窄線寬半導(dǎo)體激光器國內(nèi)以光迅科技、武漢銳科、武漢中科銳擇等企業(yè)為主，國外以Coherent、NKTPhotonics等企業(yè)為主。此外，調(diào)制器件、放大器件、濾波器件、探測(cè)器件等國內(nèi)均有一批成熟的企業(yè)能夠生產(chǎn)制造，雖然在高速器件層面與國外的一些廠商仍有部分差距，但對(duì)于目前的光纖通信網(wǎng)絡(luò)通感一體化應(yīng)用來說，基本可以滿足需求。對(duì)于高性能監(jiān)測(cè)設(shè)備，如超窄線寬光源、高速探測(cè)器、高速采集卡等模塊器件，仍需技術(shù)突破。業(yè)界正在探討通感一體化光纖通信網(wǎng)絡(luò)的頻段規(guī)范，規(guī)劃波分系統(tǒng)的波長(zhǎng)分配，對(duì)于傳感信號(hào)光源的波長(zhǎng)范圍有一定的定制需求。目前的成熟傳感產(chǎn)品往往基于1550nm波長(zhǎng)的光源，因此需要針對(duì)其他波段的傳感光源器件進(jìn)行研發(fā)，涉及不同波段的窄線寬光源器件、光放大器件及波分復(fù)用器等。數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，傳感功能單元會(huì)產(chǎn)生海量原始數(shù)據(jù)，從龐雜的數(shù)據(jù)中提取有效信息是通感一體技術(shù)實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵，建立AI模型進(jìn)行事件的分析識(shí)別是較為有效的監(jiān)測(cè)策略。AI模型的建立需要大量的數(shù)據(jù)輸入，因此將感知數(shù)據(jù)歸類存儲(chǔ)形成數(shù)據(jù)資產(chǎn)，對(duì)于光纖通信網(wǎng)絡(luò)通感一體化技術(shù)的應(yīng)用具有重要意義。光纖通信網(wǎng)絡(luò)的感知數(shù)據(jù)處理面臨諸多挑戰(zhàn)，一是數(shù)據(jù)量大可操作性差，全部數(shù)據(jù)云化存儲(chǔ)難度高，數(shù)據(jù)篩選準(zhǔn)確度及時(shí)效性存在挑戰(zhàn)；二是光纖傳感靈敏度高，可記錄全場(chǎng)景所有事件，對(duì)受控區(qū)域安全的管理灰度造成沖擊，存在數(shù)據(jù)披露風(fēng)險(xiǎn)；三是實(shí)驗(yàn)室難以模擬出各種復(fù)雜的實(shí)際監(jiān)測(cè)環(huán)境，引起AI模型搭建的泛化困難、數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)結(jié)果與實(shí)際情況的偏差、事件的識(shí)別率低等問題。為解決以上問題，業(yè)界正積極討論解決方案，包括應(yīng)用分布式計(jì)算與邊緣計(jì)算、加強(qiáng)數(shù)據(jù)分類分級(jí)管理、構(gòu)建數(shù)據(jù)共享共研平臺(tái)等。應(yīng)用分布式計(jì)算與邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)應(yīng)用分布式計(jì)算與邊緣計(jì)算應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理的挑戰(zhàn)。分布式計(jì)算通過在網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)并行處理數(shù)據(jù)，有效分?jǐn)傆?jì)算負(fù)擔(dān)，縮短數(shù)據(jù)處理時(shí)延，提升系統(tǒng)響應(yīng)速度。邊緣計(jì)算則將數(shù)據(jù)處理能力放于數(shù)據(jù)生成的源頭，即傳感器附近。邊緣節(jié)點(diǎn)過濾非關(guān)鍵數(shù)據(jù)，優(yōu)化數(shù)據(jù)篩選機(jī)制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的即時(shí)分析與決策，僅將重要信息上傳至數(shù)據(jù)中心，減輕數(shù)據(jù)中心的計(jì)算壓力，降低數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)成本，提升事件響應(yīng)的時(shí)效性。加強(qiáng)數(shù)據(jù)分類分級(jí)與安全管理數(shù)據(jù)格式和編碼規(guī)則，確保不同來源的數(shù)據(jù)能被統(tǒng)一解析和處理；數(shù)據(jù)共享方面，建立數(shù)據(jù)共享機(jī)制和安全策略，促進(jìn)跨組織、跨行業(yè)的數(shù)據(jù)流通；數(shù)據(jù)接口協(xié)議方面，定義數(shù)據(jù)交換的接口標(biāo)準(zhǔn)，包括API接口規(guī)范，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在不同系統(tǒng)間的無障礙交互。27IMT-2020(5G)數(shù)據(jù)格式和編碼規(guī)則，確保不同來源的數(shù)據(jù)能被統(tǒng)一解析和處理；數(shù)據(jù)共享方面，建立數(shù)據(jù)共享機(jī)制和安全策略，促進(jìn)跨組織、跨行業(yè)的數(shù)據(jù)流通；數(shù)據(jù)接口協(xié)議方面，定義數(shù)據(jù)交換的接口標(biāo)準(zhǔn)，包括API接口規(guī)范，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在不同系統(tǒng)間的無障礙交互。27建立嚴(yán)格的數(shù)據(jù)審計(jì)和追溯機(jī)制，確保數(shù)據(jù)使用的合規(guī)性與透明度。構(gòu)建數(shù)據(jù)共享共研平臺(tái)建立產(chǎn)學(xué)研用的數(shù)據(jù)共享共研平臺(tái)，提升AI數(shù)據(jù)模型的泛化能力。該平臺(tái)應(yīng)支持跨行業(yè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)交換與協(xié)作，匯集不同環(huán)境下的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，不斷優(yōu)化和豐富AI模型庫。數(shù)據(jù)共享共研平臺(tái)可加速AI模型的迭代優(yōu)化，提高模型在復(fù)雜環(huán)境下的適應(yīng)性和精準(zhǔn)度，促進(jìn)知識(shí)共享，分散各方由于技術(shù)不確定性帶來的成本和風(fēng)險(xiǎn)。標(biāo)準(zhǔn)化是產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)化建議隨著光纖通信網(wǎng)絡(luò)通感一體化技術(shù)的迅速發(fā)展及其在眾多領(lǐng)域應(yīng)用的不斷拓展，標(biāo)準(zhǔn)化需求突出，建議在以下幾個(gè)方面開展標(biāo)準(zhǔn)化工作：系統(tǒng)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化：聚焦構(gòu)建光纖通信網(wǎng)絡(luò)通感一體化系統(tǒng)架構(gòu)，明確通信模塊和感知模塊的功能定義、互操作性規(guī)范，以及與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的兼容性，實(shí)現(xiàn)不同廠商設(shè)備的兼容性。接口和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化：為確保不同廠商設(shè)備的兼容和互操作性，實(shí)現(xiàn)光學(xué)接口和數(shù)據(jù)接口協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化至關(guān)重要，標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)容涉及接口的物理規(guī)格、信號(hào)傳輸協(xié)議、光電轉(zhuǎn)換效率、安全協(xié)議及互操作性準(zhǔn)則等。波長(zhǎng)規(guī)劃與管理標(biāo)準(zhǔn)化：在波分復(fù)用技術(shù)框架中，制定波長(zhǎng)資源的分配、管理和協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)，引入抗干擾抑制技術(shù)，保障通信與感知任務(wù)在共享光纖中的共存，降低相互干擾，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源利用率。傳感網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化：應(yīng)涵蓋網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、部署、維護(hù)及優(yōu)化策略，包括傳感器的選擇、部署位置、數(shù)據(jù)采集頻率及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等，以適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。關(guān)注組織和管理大量的傳感節(jié)點(diǎn)，確保網(wǎng)絡(luò)覆蓋全面、數(shù)據(jù)傳輸可靠、以及網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性和靈活性。光纖光纜標(biāo)準(zhǔn)化：應(yīng)包括三方面，一是場(chǎng)景分類，對(duì)產(chǎn)品和試驗(yàn)方法進(jìn)行分類，以適應(yīng)各類特定的應(yīng)用場(chǎng)景和需求，如海底光纜、地下管道監(jiān)測(cè)等；二是確保兼容性，可與現(xiàn)有系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)兼容；三是開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試流程和方法，評(píng)估光纖光纜在不同應(yīng)用場(chǎng)景下的性能。數(shù)據(jù)處理與安全標(biāo)準(zhǔn)化：隨著海量感知數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)一、共享及安全的標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。數(shù)據(jù)采集方面，規(guī)范數(shù)據(jù)采集的頻率、精度、以及傳感數(shù)據(jù)的預(yù)處理方法；數(shù)據(jù)統(tǒng)一方面，制定光纖光纜國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展見表1：28IMT-2020(5G)推進(jìn)組光纖光纜國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展見表1：28測(cè)試與評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)化：建立全面的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)估體系，包括性能指標(biāo)、可靠性測(cè)試方法、質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)等，為技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)和創(chuàng)新提供支持?？珙I(lǐng)域融合標(biāo)準(zhǔn)化：隨著光纖通信網(wǎng)絡(luò)通感一體化技術(shù)在智能家居、智慧城市、智慧交通、醫(yī)療健康等多個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，跨行業(yè)、跨領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化需求增多，亟待制定促進(jìn)不同領(lǐng)域技術(shù)融合和數(shù)據(jù)交互的規(guī)范性標(biāo)準(zhǔn)，包括數(shù)據(jù)交換協(xié)議、安全性標(biāo)準(zhǔn)、更新與維護(hù)機(jī)制等。標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展國際電信聯(lián)盟（ITU）、中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（CCSA）等國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)組織積極開展通感一體化光纖通信網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)和課題的研究工作：設(shè)備與器件國際標(biāo)準(zhǔn)化方面，ITU近年來也開始關(guān)注感知功能集成在光纖通信網(wǎng)絡(luò)通信中，SG15Q6相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提案逐年增多。中國聯(lián)通、中國信息通信研究院、中國移動(dòng)、華為等積極參與到ITU的標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)中，通過提交提案、參與工作組討論、以及技術(shù)驗(yàn)證等方式，推動(dòng)光纖通信網(wǎng)絡(luò)的通感一體化標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。以美國Verizon、日本NEC、日本NTT等為主導(dǎo)的G.dfos標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目，聚焦分布式光纖傳感技術(shù)在通信系統(tǒng)中的集成研究，關(guān)注光纖接口和光參數(shù)指標(biāo)等規(guī)范。在2024年7月