[01085601]长距离高精度光纤智能入侵探测关键技术及应用

该项目属于光学与光纤传感材料、器件及技术领域，代码F050304。 电力、石油、石化、天然气等领域是国家的命脉，这些领域重要基础设施的安全运行将直接关系到国家经济发展和社会稳定。这些领域对安全监测技术提出了更高的要求：长距离大范围入侵事件的准确探测和预警。然而中国光纤入侵探测产品的发展水平距离国际先进技术还有很大的差距，高性能光纤入侵探测产品市场长期被国外厂家占领。长距离入侵探测需要解决功率损耗、灵敏度、动态范围以及信号衰落等问题，而入侵事件准确探测则要求对事件高精度定位、准确提取和识别。为了打破国外技术垄断，围绕上述关键技术难题，该项目开展了稀土材料激发光放大、拉曼光谱增益光放大、时域可变增益分布式信号放大、三维立体侧向定位和智能模式识别等技术研究和攻关，突破了长期制约系统性能的传感距离、侧向定位、动态范围、信号识别等核心技术，自主研制了长距离高精度光纤入侵探测产品和智能识别预警软件平台，取得了如下创新性成果： 1、长距离光纤传感技术。创新提出了稀土材料激发放大与拉曼光谱增益放大协同远程无源分布式光信号放大方法，发明了非线性放大和线性放大智能变换的光电转换信号放大技术，首次提出了原始瑞利信号的时域可变增益分布式放大方法，实现了传感距离100公里、灵敏度-65dBm和动态范围50dB的核心指标，形成了长距离光纤传感能力。 2、高精度侧向定位技术。发明了多核协同信号采集处理方法及粗扫描与精细扫描智能融合的采样模式，实时提取入侵事件振动信号。首次提出了三维立体时延差值算法，创新设计了振动信号的侧向定位模型，实现对入侵振动信号的高精度侧向定位，定位误差≤2.1米。 3、入侵事件智能模式识别技术。发明了基于新阈值函数和自适应阈值的小波降噪算法，设计了入侵事件振动信号的时域、频域、时频特征多维参数提取方法，创新提出了极限学习机(ELM)与支持向量机(SVM)融合的入侵事件智能识别模型。自主研发了入侵事件模式识别软件平台，有效降低了系统的误报率和漏报率。 4、高性能光纤入侵探测产品研制及智能识别预警软件平台开发。设计了长距离高精度光纤入侵探测产品总体方案，自主研制了满足典型行业应用的系列产品，开发了智能识别预警软件平台，并在南水北调、智能电网、长输管线等国家重大工程中成功应用。 项目成果成功应用于国家战略性工程(南水北调中线干线工程)中，该项目是全球最大的人工调水工程，安装光纤智能入侵探测产品累计超过60套，监测距离长达1432公里，为国家战略性工程中基础设施的安全运行保驾护航。同时，在国内率先将光纤智能入侵探测产品应用于智能电网安全监测，对高压电缆进行全天候安全防护，提升了电网的安全性能，降低了电网的故障停电时间。 近三年直接经济效益31265.3万元，同时避免了国家重要基础设施遭受破坏，间接经济效益数十亿元，取得了显著的社会效益和经济效益。项目共获得授权知识产权62项，其中发明专利31项、实用新型专利29项、软件著作权2件。参与制定国家标准1项，发表论文13篇。