技術交流

Omnisens Lynx 是一套分散式光纖傳感系統，能夠即時連續地監測、定位及描繪出感應光纖整個監測範圍內細微的溫度、應變和振動變化，這些變化即表示管道發生了洩漏、地層移動或入侵事件。Omnisens專有的監測軟體確保對檢測到的事件進行智慧分析，建立有效的通信預警並最小化誤報（圖 1）。

圖 1  Omnisens Lynx系統監測示意

1 系統簡介

　1.1 Omnisens Lynx系統

1. 　　（1） Omnisens Ditest解析儀：提供強大可靠的測量和定位功能。對於管道  沿線的任何位置，
2. 　　　　　當經計算後的溫度和應變測量結果超出專案特定標準時，隨即觸發警報。可將整個監測
3. 　　　　　管道長度範圍內微小的溫度異常（洩漏的早期跡象）或應變異常（地層移動的首要特徵）
4. 　　　　　定位在數米內。
5. 　　（2） Omnisens DiVA解析儀：檢測和分析管道周圍地層的振動情況。管道  沿線的所有活動
6. 　　　　（正常的或未授權的）都會被檢測和定位，並依據測得的振動特徵定義為危害性或非危害
7. 　　　　　性，檢測與定位精確有效。
8. 　　（3）介面與通信：通過TCP/IP或中繼，實現與協力廠商系統通信。
9. 　　（4）感測器：通常為與管道一起安裝的標準單模光纖通信光纜。
10. 　　（5）監測軟體：用於處理溫度、應變和振動資料，發出預警。資料處理並     存儲在專用的資料庫中。
11. 　　（6） Omnisens Map：簡潔明瞭的GIS介面，用於識別線路上與之KPs和GPS座標關聯的預警位置，
12. 　　　　　並將事件演變過程虛擬化顯示出來。

　1.2 Omnisens Lynx系統的監測物件

Omnisens Lynx系統監測與定位無盲區，能夠提供高靈敏度的連續監測，構  成了運營商安全系統的要素之一。其能夠監測到以下活動事件。

1. 　　（1）微小的（初期）、發展的洩漏。
2. 　　（2）地層運動的早期徵兆，如滑坡、沉降及其他地質災害影響。
3. 　　（3）季節性變化對周圍土壤帶來的影響，如洪泛、冰凍、融化。
4. 　　（4）土壤侵蝕的早期跡象。
5. 　　（5）協力廠商侵入（合法的和非法的）。
6. 　　（6）管道智能清理器的位置。

2 管道洩漏監測

1. 　管道洩漏會引起周圍土壤的溫度變化。 OmnisensLynx 檢測並分析管道沿線的溫度變化，以米級精度檢測並定位細微滲漏，
2. 　然後通過統計學演算法處理大量的參數，進而從正常的季節性氣候變化引起的溫度變化中辨別出真正的洩漏（圖 2）。

圖2  Omnisens Lynx 洩漏監測

1. 　2.1 天然氣管道洩漏監測
2. 當氣體洩漏時，冷卻點會迅速擴散。在局部（1～2米）溫度變化之後，在管 道表面周圍的土壤中形成溫度梯度。無論周圍的土壤溫度如何，冷卻效果（直接與氣體類型和壓力有關）的大小保持不變。
3.  
4. 　2.2 液體管道洩漏監測
5. 大多數液體比周圍的土壤溫度更熱，因此安裝在附近的光纖傳感器能夠監測到液體洩漏。
6.  
7. 　2.3 地層移動監測
8. 管道地層移動會對管道路徑產生損傷，進而危害管道完整性。為了對這些危害中的一個或多個進行高靈敏度、高效益和強穩定性監測， Omnisens Lynx提供了以下全面、三重解決方案。
9. 　　（1）分散式溫度監測。
10. 　　（2）分散式應變監測。
11. 　　（3）分散式振動監測。
12. 　　通過應變和溫度的結合測量，可以實現對滑坡、蠕變、沉降及侵蝕現象的檢測和監測。使用光纖
13. 　　應變感測器，能夠監測和定位沿著管道/光纖傳感器上任意位置幾釐米的地層位移，定位精度在幾
14. 　　米以內。通過振動監測，能夠推斷出地震和相關現象（例如滑坡、火山活動等）（圖 3）。
15.  

圖 3  Omnisens Lynx 地層移動監測

1. 　　溫度的變化表明其他可能影響管道和/或其通行權的事件。管道周圍土壤物質的侵蝕，如洪水的侵入，
2. 　　凍漲等，可能引起土壤狀況的變化，進而導致溫度變化。即時監測這些溫度變化和發生位置並發出警
3. 　　報，操作員可以對管道逐一進行調查，消減損傷。為了滿足管道路由不同工況的挑戰， Omnisens
4. 　　Lynx提供了一種靈活性，可以將不同的危害因素組合在一起或單獨進行監控。因此，設計一個全面
5. 　　的、成本合理、實用高效的管道完整性光纖監控解決方案，無需考慮危害因素的單一性。
6.  
7. 　2.4 協力廠商入侵監測
8. 　　　公眾最關心的是管道周邊建設和非法挖掘活動，因為一旦發生事故會對公眾安全和財產造成直接危
9. 　　　害。Omnisens DiVA能夠監測整個管道長度內的協力廠商侵入，並進行定位和分類（圖 4）。

圖 4  協力廠商入侵監測

1. 　　協力廠商入侵擾動會在土壤中產生微弱的壓力或振動，感應光纖（標準通信光纜）隨即感應，借助軟體複雜演算法進行分類，以判定信號來自異常事件還是正常的環境變化。
2. 　　Omnisens DiVA類似一部連續的寬頻帶電話，檢測管道路徑沿線不同事件產生的特定頻率，即使面對大量的同步事件也能夠通過可管控的資料量進行分類，因此可以快速區
3. 　　分開“正常”和“異常”事件。
4. 　　Omnisens DiVA足夠靈敏，在侵入變成危害前就可以將其檢測出，例如挖掘機到達現場開挖之前就能夠及時反映出來。當監測到危及安全的事件時，會觸發預警並在
5. 　　Omnisens Map（或其他GIS）地理圖形上顯示出來，同時發送給管道資料獲取與監視系統SCADA或協力廠商平臺。
6.  
7. 　2.5 清管追蹤
8. 　　對於清管作業活動，清管傳播過程中在周圍的土壤中產生振動，使用附近放置的光纖電纜可以即時追蹤,可用一個可擕式的Omnisens DiVA解析儀。
9.  
10. 　2.6 管道變形監測
11. 　　為監測管道的變形狀況，將光纖鋪設在管道的表面，管道任何的形變都直接回饋到光纖中。監測形變過程中光纖的拉伸和壓縮變化，並觸發警報（圖 5）。

圖 5  管道變形監測

1. 　2.7 光纖電纜選擇
2. 　　（1）提供光纖傳感電纜選擇和安裝程式指導。
3. 　　（2）光纖傳感電纜可用於各種惡劣環境或特定條件下安裝
4. 　　（3）用於洩漏和入侵偵測的電信級單模光纖電纜。
5. 　　（4）應變傳感電纜，結合抗拉強度和最大應變靈敏度對地面運動進行監測。
6.  
7. 　2.8 Omnisens Map
8. 　　Omnisens Map作為Lynx的預設介面，提供一看就懂的全虛擬化數位結果，顯示預警和事件資訊(圖 6)。
9. 　　其由一個地理資訊系統（GIS）構成，提供管道完整性危害因素的即時資訊，在一幅代表管線路徑的地
10. 　　圖上顯示所有檢測到和分類的事件， 包括事件日誌和歷史資訊。

圖 6  Omnisens Map介面

1. 　（1）動態地圖顯示管線和定義的區域。
2. 　（2）區域狀態和狀況的即時資訊（例如最低/最高溫度等）。
3. 　（3）日期、時間和位置（所有已記錄事件的GPS座標）。
4. 　（4）資訊工具。
5. 　（5）所有已連接解調儀的狀態資訊。
6. 　（6）系統歷史日誌。
7. 3 Omnisens服務
8. 　3.1 應用工程
9. 　（1）傳感系統設計，監測系統測試和驗證。
10. 　（2）集成到協力廠商系統（SCADA），通信連接。
11. 　（3）將管道地理座標安裝到Omnisens Map中。
12. 　3.2 調試和安裝
13. 　（1）系統組態、區域和警報優化。
14. 　（2）現場接受度測試。
15. 　（3）遠端存取設置和操作員培訓。
16. 　3.3 服務合同
17. 　　可提供一系列服務，以確保監測系統的持續可用性，包括後期調試支援和資料解釋服務。

4 Omnisens Lynx 系統結論

（1）性能： Omnisens Lynx結合了Omnisens Ditest（用於最早發現洩漏和/或地面運動）和Omnisens DiVA（用於入侵偵測）的測量性能，以及Omnisens Map使用者介面，提供了一套成本可接受、實用高效的管道完整性檢測解決方案（圖7）。

圖 7 Omnisens  Lynx 系統安裝示意

Omnisens Ditest與DiVA監測距離超過40公里，解析度是在系統組態期間設置的，並且在距離範圍內保持不變。光纖安裝的合理性保證光纖監測的精度。

（2）靈敏度：初始溫度（洩漏）、應變（地面運動）和振動（侵入）事件可以及早發現，局部控制，從而使操作者有時間採取行動。

（3）通信：狀態和檢測到的事件可以即時與其他系統進行通信。Omnisens遵循資訊安全管理指南，以確保資訊的完整性、可用性和可追溯性。

（4）成本效益和靈活性：如果光纜安裝在管道旁，只需花費很少的額外成本，即可完成洩漏和入侵偵測。