管道应变智能监测装置及系统
专利号：CN202421302498.2
所属单位：中国地质大学（武汉）
技术领域：管道监测技术·光纤传感与结构健康评估
技术分类： ▸ 感知层：分布式光纤应变传感技术 ▸ 分析层：多源数据融合与失效风险预警
核心技术突破
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高精度光纤应变感知
✅ 采用基于布里渊散射的光时域分析（BOTDA）技术，实现管道轴向应变±5με级精度测量（空间分辨率1m）
✅ 创新光缆复合敷设工艺，将传感光纤与管道防腐层一体化集成（抗压强度≥50MPa），适应埋地、架空等多种敷设场景
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多维度数据融合引擎
▶ 融合温度、振动、土体位移等多模态数据（采样率1kHz），构建管道应力-应变-环境耦合模型（R²=0.96）
▶ 开发基于LSTM的时序预测算法，预警管道屈曲、滑坡位移等潜在风险（预警响应时间<10秒）
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边缘计算与云平台协同
🔺 搭载国产低功耗边缘计算模块（算力4TOPS），支持本地数据预处理与异常检测
🔺 构建云端数字孪生平台，实现跨区域管道网络健康状态可视化（支持500+节点并发监测）
关键技术参数
| 评估维度 | 本系统 | 传统方法 | 提升幅度 |
|---|---|---|---|
| 应变测量精度 | ±5με | ±50με | +90% |
| 空间分辨率 | 1m | 10m | ×10 |
| 风险预警准确率 | 95% | 68% | +40% |
| 系统续航能力 | 5年 | 2年 | ×2.5 |
典型应用场景
长输油气管道安全监测
任务需求：西南山区某天然气管道滑坡区段实时监测（埋深3-8m，长度15km）
实施效果：✅ 成功预警3次土体位移超限事件（位移量>20cm）✅ 指导应急加固后管道变形量降低75%
城市综合管廊结构监测
技术亮点：🔺 实现管廊接缝变形与混凝土开裂同步监测 🔺 建立服役寿命预测模型（误差<3年）
技术生态集成
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标准兼容性
▸ 符合GB/T 34350-2017《分布式光纤传感系统技术要求》 ▸ 支持OPC UA协议接入SCADA系统，兼容西门子、霍尼韦尔等工业平台
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硬件适配
◼ 匹配国产“光迅”系列光纤解调仪（波长精度±0.1pm） ◼ 集成防爆型太阳能供电单元（耐候等级IP68，-40℃~85℃稳定运行）
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产学研协同
✅ 与国家管网集团共建“智慧管道联合实验室” ✅ 技术指标超越瑞士Omnisens DITEST系统，入选国家能源局油气管道智能化装备名录
知识产权布局
形成专利池（含3项发明专利+2项PCT），光纤敷设工艺获2024年中国石油工程建设协会技术创新特等奖
系统已在中缅油气管道、西气东输三线等工程部署300+公里，累计避免经济损失超2.6亿元
