基于光纤测振系统的地铁隧道防破坏监测

渠红海

（武汉理工光科股份有限公司，湖北 武汉 430223）

地铁隧道分布于复杂的地下城市路网，地处环境复杂多变，地铁隧道的运营安全面临着众多外界施工的威胁[1-5]。近年来，我国多地都发生过地铁隧道被击穿的事故，因此，及早发现地铁隧道周边的第三方施工对地铁隧道的破坏风险，安排相关人员进行现场监督，是预防地铁隧道被破坏事故发生的有效措施。

利用分布式光纤传感技术空间和时间连续测量的技术优势，对地铁隧道沿线的所有振动信号进行采集和分析，对具有威胁性的施工信号进行及时地预警，可作为对地铁隧道进行防破坏监测的有效手段。

1 信号采集分析

将振动探测光缆布设于地铁隧道顶部，采集地铁隧道沿线的所有振动信号。将各个时刻采集的数据矩阵进行拼接，即得到一段时间内的全段振动信号矩阵，此矩阵的横轴为距离，纵轴为时间，由全段振动信号矩阵绘制而成的光纤振动数据图像，称之为振动瀑布图。

1.1 信号预处理

监测系统生成振动瀑布图的过程，即信号预处理过程，计算步骤如下：（1） 每一时刻，读取各个监测单元的原始信号。采样率为f，监测单元数量为N，得到f×N 的矩阵。（2） 对每秒原始信号矩阵的每一列（即每个监测单元的时域数据），进行差分运算，即每个数据点的后一点与其相减再取绝对值。（3） 对上一步的矩阵按行进行分帧，记帧数为d，对每一帧，求每列的最大值，得到d×N 的矩阵。即：将每一时刻的数据划分为d 个时间片段，取每个片段的最大值，用以进一步增强探测到的振动信号。……