通感一体，重构光纤连接价值——分布式光纤传感技术发展和应用

        光纤作为通信介质，是现代信息社会的基石，支撑通信技术实现从语音到数据、从窄带到万兆的技术代际跃迁，推动人类社会从工业时代迈入数字时代。应对当前AI算力爆发，光纤的角色也从传统的通信管道跃升为连接数据中心、AI智算中心的算力动脉。随着分布式光纤传感技术的发展，光纤网络从单纯的传输管道向通感一体化融合的智能感知体演进。分布式光纤传感技术利用同一根光纤，在传输数据的同时，将外界振动、温度、应变等物理量转化为光信号的相位、强度或偏振变化，实现全域、实时、连续的感知，从而实现光纤从单一通信介质向通信与感知融合的范式跃迁。

        分布式光纤传感技术作为新一代信息基础设施的核心感知技术，正迎来政策红利与产业升级的双重驱动。国家“十四五”规划纲要明确将先进传感器列为战略性新兴产业重点发展方向；《“十四五”国家信息化规划》《新型基础设施建设指导意见》等顶层文件持续强化对高端传感技术的支持，将分布式光纤传感纳入城市生命线工程、综合管廊智能化改造、电力系统数字化升级等重点应用场景的推荐技术路径；工信部《“十五五”智能制造发展规划》中，光纤传感技术被明确列为“新一代信息基础设施关键传感器”重点方向。

        国内运营商拥有全球规模最大的长途、接入光缆与海量冗余纤芯。长期以来，光纤网络因无源、隐蔽的特性，被视为看不清、管不到的哑资源，管理方式被动，故障排查耗时耗力。分布式光纤传感技术的应用，可以将海量光缆变为一张庞大的分布式传感器网络。运营商正加速推动光纤网络从单一通信管道向通感一体化智能基础设施演进。光缆将从沉默的传输管道，变为能主动感知、赋能千行百业的智能化基础设施，成为数字经济时代的感知神经。

分布式光纤传感技术

        分布式光纤传感技术是一种利用光纤本身作为传感介质，通过解析光信号在光纤中传输时产生的散射效应，实现沿光纤路径全域连续感知的先进技术。分布式光纤传感主要利用瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射三种物理机制。瑞利散射对振动和声波敏感，适用于周界安防与结构健康监测；布里渊散射对应温度与应变测量；拉曼散射专用于温度检测。

        分布式光纤传感技术具有四大核心优势：全域连续感知，单根光纤可实现数十公里范围内的连续监测，无监测盲区；抗电磁干扰，光纤本征绝缘，可在强电磁、易燃易爆、强腐蚀等极端环境稳定工作；多参量融合，单根光纤可同时测量温度、应变、振动、声波等多种物理量，实现“一缆多能”；无源传感，前端无需供电，使用寿命可达30年以上，运维成本极低。

        目前，应用于工程领域的分布式光纤传感技术主要可分为基于瑞利散射的光纤传感技术（φ-OTDR：相位敏感光时域反射）、基于拉曼散射的光纤传感技术（ROTDR：拉曼光时域反射）、基于布里渊散射的光纤传感技术（BOTDR/BOTDA：布里渊光时域反射/分析）。各项分布式光纤传感技术分类与性能指标对比如表1所示。

        基于瑞利散射的φ-OTDR利用光纤中后向瑞利散射光的相位变化进行探测。当外界振动或声波作用于光纤时，会引起光程改变，导致散射光干涉相位发生灵敏变化。该技术响应速度极快，可探测高频动态扰动，常被用于周界安防、管道泄漏监测和地震波检测。

        基于拉曼散射的ROTDR基于光纤分子的热振动效应。入射光子与分子相互作用后，会产生对温度敏感的斯托克斯和反斯托克斯散射光，通过检测二者强度比即可解调出沿光纤的温度分布，其测温精度高，是纯温度敏感型技术，不受应力影响，广泛应用于隧道火灾报警和电力电缆温度监测。

        基于布里渊散射的BOTDR/BOTDA利用光纤中声波引起的弹性光散射。布里渊频移量与光纤的轴向应变和温度呈线性关系，可实现分布式温度和应变测量。BOTDA采用双端入射的受激布里渊增益方案，空间分辨率和测量精度更高，而BOTDR为单端测量，更便于现场应用。该技术特别适合于桥梁、大坝等大型结构体的健康监测。

分布式光纤传感技术应用

        分布式光纤传感技术具有广泛的应用场景。在能源行业，沿油气管道与电力电缆布设传感光纤，实现泄漏定位、热点预警及外破监测。交通领域中，铁路与高速公路光纤兼具通信与结构健康感知功能，实时识别路基沉降与异物入侵。智慧城市方面，道路埋设光纤可监测车流量、识别交通事故，周界安防系统精准定位非法入侵。地质灾害防治中，边坡与隧道光纤感知应变与温度异常，提前预警滑坡与涌水。分布式光纤传感正成为数字孪生城市与新型信息基础设施的核心技术。

        中兴通讯分布式光纤传感应用主要包含三大系统（见图1）：

• 分布式光纤测温系统（distributed temperature sensing，DTS），主要依据光纤的光时域反射和光纤的背向喇曼散射温度效应，被反射回来光的光谱携带了光纤的温度信息，可以测量沿光纤每一点的温度。
  
  
• 分布式光纤声学传感系统（distributed acoustic sensing，DAS），利用光纤对振动或声波敏感的特性，当外界振动作用于传感光纤上时，由于弹光效应，光纤的折射率、长度将产生微小变化，从而导致光纤内传输信号的相位变化，使得光强发生变化。
  
  
• 分布式光纤温度和应变传感系统（distributed strain and temperature sensing，DSS），通过受激放大光信号传播时的布里渊散射信号，计算布里渊频移与温度、应变的关系，从而对光纤周围的温度和应变变化予以检测。
   

        在分布式光纤传感技术研究上，中兴通讯承担了上海市科委、深圳市科技委、国家科学技术部高技术研究发展中心多项研究项目。

        在市场应用方面，中兴通讯分布式光纤传感应用系统已经在多个行业部署商用。在高速公路场景应用中，实现护栏安全检测预警、车流量检测分析、车辆载重分析，准确率达到98%。在桥梁砼浇筑实时监测场景应用中，实现混凝土浇筑过程振捣检测、混凝土浇筑144小时水化热温度检测，浇筑效率提升了35%。在高铁安防监测场景应用中，实现铁路周界安防与入侵预警、与视频网联动，处置前置时间缩短98%。在铁路隧道监测场景应用中，实现隧道内落石监测、地质灾害监测，零安全事故发生。在智慧园区周界安防场景应用中，实现与视频联动和边缘计算AI分析结合，园区周界安防立体监测零漏报。在智慧城市通感一体综合场景应用中，实现城市管道入侵告警、地铁经过事件检测、工地违规施工监测、城市地面坍塌防治等。

        光纤在网络中的角色正在蜕变，将从传统的传输通道逐步升级为通感一体的智能感知载体。光纤通感融合将成为新一代信息基础设施的核心演进方向。通感一体技术也将实现规模化商用，现有海量的通信光缆将逐步升级为“感知神经”，光纤将同时承载通信传输与环境感知双重功能。技术维度层面，分布式光纤传感技术将向更高精度、更快响应、多参量融合方向演进。通过AI大模型的加持，实现超长距离内厘米级空间分辨率与多物理量同步感知能力的显著提升。应用场景层面，将向智慧城市、数字孪生、应急预警等千行百业延伸，城市地下管网、交通基础设施、生态环境监测将实现全域感知覆盖。产业生态方面，行业深度协同，标准体系加速完善，通感融合将重塑光通信产业价值链，成为数字经济高质量发展的重要基石。