【前沿】新技术！用分布式光纤声学传感采集交通流量

现在智能交通行业的交通流采集以及目标跟踪技术存在缺陷，线圈或者地磁传感器和交通摄像机可实现有限且固定范围的流量采集，而浮动车数据不够精确。浮动车数据可以提供车辆在交叉路口的平均等待时间，但不能科学分析出如何有效调整信号相位和配时并直接改善交通流量的措施。GPS信号在隧道或农村偏远地区可能会中断，或者会因其在少数车辆使用而受到影响。

从本质上讲，当前交通流量检测与监控技术的关键缺陷是缺乏实时、透明的数据源。当出现严重交通拥堵或其他潜在安全风险时，无法对交通状况进行远程监控并迅速采取有效行动。

除了解决技术缺陷外，另一个重要的挑战是如何在不改变现有基础架构的情况下交付完全集成的交通管理系统。所以，可以兼容或利用现有基础结构（而不是割裂和替换）的解决方案是特别需要的。

分布式声学传感系统（DAS）是基于光纤的光电器件，本质上讲，是对城市现有沿道路铺设的光纤光缆进行升级，使其包含数千个振动传感器，类似于在道路上部署大量的麦克风。

分布式声学传感系统技术利用瑞利散射光的相位来探测音频范围内的声音或振动等信号，不仅可以利用相位幅值大小来提供声音或振动事件强度信息，还利用线性定量测量值来实现对声音或振动事件相位和频率信息的获取。

激光发射器每秒沿着光纤发射数千个光脉冲。一些光以反向散射的形式与入射光在脉冲内发生干涉，干涉光反射回来以后，反向散射的干涉光回到信号处理装置，同时将光纤沿线振动声波信号出输给处理装置。由于光速保持不变，因此可得到每米光纤声波振动的测量结果（每个光纤传感器有自己不同的中心波长，终端通过传回来的数据中心波长来判断是光纤上哪个传感器的数据）。所以，分布式声学传感系统可以实时告知工作人员什么时间段在哪个确切的位置发生了什么。 

道路沿线铺设的光缆接入分布式光纤传感器，可以实时跟踪车辆运行情况，确定车辆外廓尺寸，计算分析出交通拥堵的地点和原因，评估道路基础设施的状态，还可以及时识别突发的事件。

有了这些感知能力，地方政府当局可以通过交通拥堵管理来改善出行体验和空气质量，预警车辆队列在湿滑路面上行驶的危害，通过道路基础设施收集驾驶员闯红灯等违法行为。此外，还可以监测燃气、自来水管道泄露和电缆损坏等异常事件，进行安全防护和预警。

理论上，通过“利用”在城市范围内广泛的光纤基础设施，分布式声学传感系统具有其他技术无法比拟的优势，即可利用现有基础设施覆盖范围，而无需进行道路施工或部署新的定点传感器或摄像机等大量新建工作。

今年2月，Fotech与西班牙基础设施和工程公司Comsa进行了一现场试验，以确定分布式声学传感技术如何在交通管理中发挥作用，以及是否有助于优化交通信号控制以改善交通拥堵。

该试验在西班牙加泰罗尼亚小镇拉维斯瓦尔登波尔达的一段5公里长道路沿线进行，将光缆进行微槽敷设，再铺设于机动车道与人行道下方。该项目旨在测试分布式声学传感系统在交通管理系统中的优势，并明确其感知能力的极限。

Fotech和Comsa通过分布式声学传感系统和道路监控摄像机对交通流量进行了全天候的测量，交叉验证光缆沿线感应点数据采集的准确性。同时，还对行人、骑行者的移动，以及旧石桥的振动进行了测量。

夜间，项目组选择了一段500米的封闭道路进行一系列测试，包括模拟交通堵塞时车辆跟驰情况下的制动和加速运行情况。并对每个参数逐一更改，以了解传感器的测量范围。

尽管数据分析仍在进行中，但很显然，分布式声学传感系统可用于采集道路双向车流量，为交通管理系统提供全面、实时的信息。该测试证明了分布式声学传感技术可以确定车辆外廓尺寸和行驶速度，同时能识别出交通拥堵点和排队长度。

Fotech现在正在努力构建一个综合解决方案，利用分布式声学传感系统控制整个道路交通网络，并减少碳排放、提高空气质量。

在拉维斯瓦尔登波尔达实验之后，分布式声学传感技术成为智慧城市项目建设更好的技术选择之一，因为可采集到更多重要的细节信息。

以NTT集团在拉斯维加斯的智慧城市项目为例。其中就有一个单行道违章驾驶监测，就进行了该技术的试点。项目试点目标是探索改善交通管理和信号配时的其他有效方法，结果证明，分布式声学传感技术可以在交通动态管理中发挥重要作用。

例如，一旦有人闯红灯，分布式声学传感系统可以立即检测到，然后实时调整信号相位与配时，通过持续红灯使路口其他方向上的行人“按兵不动”，避免因行人闯红灯而造成交通事故。

将分布式声学传感系统与NTT Data的“安全城市”解决方案集成在一起，将迅速验证各种交通管理策略的影响，并提供该策略在整个城市范围内运行时实时、清晰的“证据”。

没有任何单一技术可以成为应对城市化挑战、提高城市交通管理能力的灵丹妙药。但很明显，分布式声学传感技术提供了交通基础设施和城市网络发展的另一个选择。尤其重要的是，它是建立在城市现有的光纤布线基础设施之上。

诸如拉维斯瓦尔登波尔达的实验表明，分布式声学传感技术实际可以在减轻交通运输网络的压力，并在提高道路拥堵感知能力等方面有所作为。（本文原载于《智慧交通》杂志5-6月双刊）

文/国际智能交通  译/刘艳