1 河南省通信工程局有限责任公司，郑州 450000
2 国网河南省电力公司信息通信公司，郑州 450000
3 郑州天河通信科技有限公司，郑州 450000
4 河南华创通信设备有限公司，郑州 450000
【目的】随着国内光网建设的深层次发展，光缆路由资源管理问题越来越引起运营商的重视，尤其是光缆普查效率低的问题，亟需一套可行的光缆普查方法和方案来解决目前存在的光缆粗略和精确普查问题，光缆路由普查方式的有效性和实用性也是决定该地区网络建设维护指标提升的重要指标。
【方法】文章通过阐述光缆敷设及管理状况，调查分析了现有的大量且环境复杂光缆路由的普查方式及规律，多维度地对比分析了检测原理、应用场景和存在的问题，重点对效率提升、可操作性和成本等方面进行了评价，结合实际案例情况，针对性地分析了不同方案的实际普查效果。
【结果】文章在此基础上创新性地提出了新光缆普查方法的研究理念和其在多类型场景中的应用，重点对可用于全程识别的缆线识别仪和光缆敲缆普查仪进行了实际应用，其在效率和成本方面都凸显出优势，能够解决运营商的管线资源管理痛点，为国内运营商管线资源的信息化发展及创新提供了思路。
【结论】光缆路由普查方法与研究是有效解决放缆、查缆和修缆等实际问题的重要突破口，是精品光网络建设中的重要环节。
光网 光缆普查方法 维护指标 管线资源 optical network optical cable survey method maintenance index pipeline resource 光通信研究
2024, 50(2): 22007001
1 西安科技大学安全科学与工程学院，陕西 西安 710054
2 陕西省煤火灾害防治重点实验室，陕西 西安 710054
针对天然气管道沿线威胁事件的实时识别问题，笔者提出了一种基于瑞利光时域反射分布式光纤振动监测系统和深度学习网络的方法。首先，利用分布式光纤振动监测系统采集28.9 km长管道沿线6类事件的波形信号，并通过格拉姆角场（GAF）将其转化为二维图像信息，然后利用GoogLeNet、VGG、AlexNet三种深度学习网络对图像信息进行分类对比，并分析了不同信噪比条件下GoogLeNet的分类效果。结果表明：GoogLeNet对6类事件的分类准确率最高，优于其他两种网络；当信噪比为8 dB时，GoogLeNet对人工挖掘和机械破坏事件数据进行滤波、GAF等处理之后没有出现误报。本文所提方法适合在实际现场使用，为管道安全监测提供了一种新的技术手段。
光纤光学 管道监测 格拉姆角场 分布式光纤振动 特征识别
1 哈尔滨工业大学仪器科学与工程学院先进光电成像技术研究室，黑龙江 哈尔滨 150080
2 哈尔滨医科大学附属第二医院神经外科室，黑龙江 哈尔滨 150086
3 东北林业大学机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040
4 北京协同创新研究院，北京 100094
5 北京大学未来技术学院国家生物医学成像科学中心分子医学研究所膜生物学国家重点实验室，代谢及心血管分子医学北京市重点实验室，北京 100871
管道机器人是对复杂系统中管道损伤进行检测和评估的主要工具之一，通过沿行进方向搭载成像系统，实现了在管道中的运动导航和内环境观察。然而，这会导致管壁信息存在于图像传感器边缘，不可避免地会受到镜头畸变的影响而降低对损伤的检测精度，提高对损伤的定量难度。而搭载额外的成像系统观察管壁会大大增加机器人的承载负荷和整体体积，尤其在小尺寸管道机器人中。设计一款适用于管道机器人的微型化管壁成像系统。经过元件选型、光学系统优化和3D打印集成后，整个系统的体积为25 mm×30 mm×12 mm，最优横向分辨率为15.63 μm。最后利用该系统制作了一款微型管道机器人，验证了其成像效果和定量能力。此系统有望搭载到其他管道机器人上作为扩展载荷，提升对管壁细节信息的捕捉能力。
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211013
1 西安交通大学 机械工程学院 机械制造系统工程国家重点实验室，陕西西安70049
2 新拓三维技术（深圳）有限公司 创新实验室， 广东深圳518060
船舶、飞机等发动机为减小体积，采用斜口管路焊接代替弯头连接，管路系统中端头位姿是焊接对齐的前提。针对斜口管路端头位姿的高效高精度测量难题，提出了一种通过重建管路轴线以及管路端面进行端头位姿精确测量的方法。通过获取种子圆柱并设计非线性寻优算法提高圆柱拟合精度，通过高精度种子圆柱扩散重建得到管路轴线。通过双曲率阈值搜索方法对管路边缘进行搜索，得到管路端面边缘点整像素坐标。通过对端面提取得到的整像素坐标进行椭圆拟合结合射线求交方法求解端面边缘亚像素坐标，从而避免插值方法计算亚像素坐标受环境光源影响大的问题。最后，使用逐点最小二乘法重建空间投影平面并在平面上得到残差最小空间椭圆，空间椭圆中心即为管路端点，该投影平面即为端面所在平面，实现了对端头位姿的精确测量。实验结果表明，该方法的测量精度达到0.05 mm，角度测量误差小于0.1°，基本满足斜口管路端头的位姿测量精度要求，对管路的装配具有良好的指导意义。
空间投影平面 管路 端头位姿测量 端面重建 spatial projection plane pipeline endpoint pose measurement end face reconstruction
1 武汉理工大学 光纤传感技术与网络国家工程研究中心, 湖北 武汉430070
2 武汉理工大学 信息工程学院, 湖北 武汉 430070
城市燃气在管道运输过程中存在很大的安全隐患, 一旦发生危险, 后果不堪设想, 燃气管道泄漏的监测与定位意义重大。为解决目前大部分管道泄漏检测与定位方法存在的易受环境干扰、精度低、适用范围窄、计算难度较高等问题, 提出了一种基于时延估计的光栅阵列(wFBG)管道泄漏检测与定位方法, 该方法通过光栅阵列技术采集振动信号, 根据采集到的泄漏振动信号时域、频域上的特征, 首先通过基于短时能量分析的方法检测管道是否泄漏, 然后对满足要求的信号片段进行峰值间多项式拟合获取泄漏信息到达的时刻, 最后根据时间差定位泄漏点。实验结果表明, 该方法能有效检测泄漏, 并且在测量距离为40 m的情况下, 定位误差在1 m左右。
管道泄漏 光栅阵列 检测与定位 泄漏特征 时延估计法 pipeline leakage wFBG detection and location leakage characteristics time delay estimation
1 桐乡泰爱斯环保能源有限公司， 浙江 桐乡 314500
2 浙江大学 湖州研究院， 浙江 湖州 313000
面对热电厂中存在的高温蒸汽管路输送距离长、泄漏点难以寻找的问题，搭建分布式光纤测温系统，对蒸汽管路的温度场进行监控。系统根据拉曼散射原理解调出了管道沿线铺设光缆中反射光信号内含有的温度信息，并根据光时域反射技术将温度与对应的管道进行位置匹配。同时系统通过卡尔曼滤波算法对解调出的温度信号进行了滤波，结果证明卡尔曼滤波能够将系统测量的温度波动降低至1℃。
分布式光纤测温 蒸汽管路 监测 卡尔曼滤波 distributed temperature sensor steam pipeline monitoring kalman filter
齐鲁工业大学（山东省科学院）激光研究所，山东 济南 250104
管道运输安全是国民经济和人民生活的重要保障，管道泄漏监测成为管道运输安全中需要解决的一大难题。本文提出了一种基于分布式光纤振动传感（DVS）系统实现管道泄漏监测的多维空间数据融合算法，将传感光缆固定在管道侧面，通过DVS系统拾取管道泄漏信号，分别根据时间窗和空间分辨率对管道泄漏信号进行时空域平均，设定合适阈值完成管道泄漏监测报警。实验中对单点泄漏以及多点泄漏进行了测试，单点管道泄漏信号信噪比提升了4.5 dB，单点管道泄漏报警率最高提升了19.53 %，多点管道泄漏报警率最高提升了2.29 %，实现了对加压0.2 MPa管道泄漏的实时监测报警。
遥感与传感器 分布式振动传感 时空域 管道泄漏 数据融合 激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0928002
华北电力大学控制与计算机工程学院，北京 102206
现有的自动破损检测忽略了深度信息，仅使用图像2D信息，难以准确检测复杂环境下的管道保温层破损。为解决该问题，针对轨道式机器人巡检场景，提出一种基于线结构光和YOLOv5的管道保温层破损检测方法。将线结构光加入视频采集装置中，对激光域进行预分割后，采用自适应阈值方法提取激光中心线，结合线结构光测量深度原理，进行主动式测距。经图像拼接由视频自动生成RGB-D图像，解决了RGB图像与深度信息配准问题。最后结合中层特征融合的YOLOv5算法进行RGB-D破损检测，对凸起和凹陷两类破损进行分类检测。实验结果表明，所提方法可以从轨道式机器人采集视频中获取RGB-D信息，检测的平均精度均值可达85.1%，能够实现对热力管道保温层破损的有效准确识别。
表面破损检测 线结构光 深度学习 热力管道 图像处理 激光与光电子学进展
2023, 60(6): 0611008
1 西南石油大学机电工程学院，四川 成都 610500
2 中国石油集团川庆钻探工程有限公司安全环保质量监督检测研究院，四川 成都 610056
3 中国石油集团西部钻探工程技术研究院，新疆 乌鲁木齐 830000
针对多传感器管道缺陷检测数据融合精度不高的问题，提出了一种改进鸟群算法（IBSN）与加权正则化极限学习机（WRELM）相结合的多传感器检测管道缺陷数据融合方法。首先，利用电磁超声导波、漏磁以及涡流检测设备采集管道缺陷数据，将高斯核函数样本权重矩阵和正则化参数引入极限学习机中，建立WRELM数据融合模型；而后，通过引入混沌变量和高斯扰动、优化警惕行为以及改变飞行行为中步长因子来优化鸟群算法，采用IBSA优化WRELM输入层到隐含层的连接权值和隐含层的偏置；最后，利用多仪器检测管道缺陷数据融合平台进行实验分析。实验结果表明：采用IBSA-WRELM的多仪器检测管道缺陷数据融合模型的误差最小，仅为2.33%，有效提高了多仪器检测管道缺陷数据的融合精度。
油气管道腐蚀 多传感器 改进鸟群算法 加权极限学习机 数据融合 激光与光电子学进展
2023, 60(4): 0412001
