Ученые превратили оптоволоконную линию в сеть датчиков для мониторинга
Проложенный между НГУ и Академпарком оптоволоконный кабель длиной 4,3 км используют как распределенный датчик вибраций. Искусственный интеллект учится определять по этим сигналам проезд автомобилей, шаги людей, земляные работы и другие события.
МОСКВА, 22 сентября /Новости науки/. Ученые НГУ и специалисты компании «Т8» начали использовать действующую оптоволоконную линию как сеть датчиков для мониторинга инфраструктуры. Об этом сообщили в Новосибирском государственном университете.
Технология позволяет получать информацию о событиях вдоль нескольких километров кабеля без установки большого количества отдельных вибрационных датчиков. В перспективе существующие линии связи смогут одновременно передавать данные и использоваться для контроля дорог, зданий, промышленных объектов, строительных работ и других элементов городской инфраструктуры.
«Можно подключить специальный прибор к существующей оптоволоконной линии и использовать само волокно в качестве распределенного датчика, не прокладывая новую сенсорную линию», — рассказал старший научный сотрудник НГУ и научный сотрудник Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН Петр Дергач.
В эксперименте используется служебная оптоволоконная линия длиной 4,3 км, которая проходит по территории Новосибирского научного центра между НГУ и Академпарком. Система регистрирует вибрации с пространственным шагом около 10 м, поэтому один кабель фактически образует примерно 400 распределенных точек наблюдения.
К линии подключен интеррогатор — специальный прибор, который направляет в оптическое волокно короткие лазерные импульсы и анализирует свет, рассеивающийся обратно из-за естественных неоднородностей волокна. Вибрации и деформации кабеля меняют характеристики этого сигнала, благодаря чему можно установить, на каком участке произошло воздействие.
Полученные данные поступают на сервер Центра искусственного интеллекта НГУ. Алгоритмы машинного обучения анализируют вибрационные сигналы и классифицируют события. В частности, разработчики проверяют способность системы различать проезд автомобиля, ходьбу человека и проведение земляных работ, а также определять время и примерное место их возникновения.
«Система получает непрерывный поток вибрационных сигналов, среди которых искусственный интеллект распознает характерные признаки различных событий и позволяет определить, что произошло и где примерно это произошло», — пояснил ведущий научный сотрудник Центра искусственного интеллекта НГУ Алексей Редюк.
По словам разработчиков, технология может применяться для охраны периметра, контроля дорожного движения и строительных работ, а также наблюдения за зданиями и инженерными сооружениями. Изменение привычного вибрационного фона может указывать на необычные нагрузки или нештатную работу оборудования.
Еще одно возможное применение — регистрация сейсмических волн. Оптоволоконная линия способна фиксировать колебания грунта на множестве участков одновременно. При этом разработчики не рассматривают ее как полную замену классическим сейсмометрам: распределенная система может дополнять их данные и существенно увеличивать территорию наблюдений.
В эксперименте участвуют специалисты НГУ, Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН, Центра искусственного интеллекта НГУ и компании «Т8». Для сопоставления результатов оптоволоконной системы с обычными датчиками данные также собирают совместно с компанией «Индастриал Мониторинг». Оборудование интегрировали в действующую систему вибрационного мониторинга кампуса НГУ.
Разработчики отмечают, что чувствительность такого датчика зависит от того, как именно проложен кабель и насколько хорошо он механически связан с окружающей средой. Провисание волокна, слабый контакт с грунтом или прохождение кабеля через колодцы могут ухудшать регистрацию вибраций.
Первые данные эксперимента уже собраны. Теперь ученые проверяют точность распознавания различных событий, после чего намерены увеличить набор данных и испытать технологию в разных условиях. В дальнейшем систему планируют тестировать на городских и промышленных объектах.
Распределенное акустическое зондирование оптоволокна исследуется в разных странах как способ наблюдения за протяженными объектами. Подобные системы могут применяться для мониторинга автомобильных и железных дорог, мостов и трубопроводов, причем в качестве датчика в ряде случаев можно использовать уже существующую телекоммуникационную инфраструктуру.
Технология позволяет получать информацию о событиях вдоль нескольких километров кабеля без установки большого количества отдельных вибрационных датчиков. В перспективе существующие линии связи смогут одновременно передавать данные и использоваться для контроля дорог, зданий, промышленных объектов, строительных работ и других элементов городской инфраструктуры.
«Можно подключить специальный прибор к существующей оптоволоконной линии и использовать само волокно в качестве распределенного датчика, не прокладывая новую сенсорную линию», — рассказал старший научный сотрудник НГУ и научный сотрудник Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН Петр Дергач.
В эксперименте используется служебная оптоволоконная линия длиной 4,3 км, которая проходит по территории Новосибирского научного центра между НГУ и Академпарком. Система регистрирует вибрации с пространственным шагом около 10 м, поэтому один кабель фактически образует примерно 400 распределенных точек наблюдения.
К линии подключен интеррогатор — специальный прибор, который направляет в оптическое волокно короткие лазерные импульсы и анализирует свет, рассеивающийся обратно из-за естественных неоднородностей волокна. Вибрации и деформации кабеля меняют характеристики этого сигнала, благодаря чему можно установить, на каком участке произошло воздействие.
Полученные данные поступают на сервер Центра искусственного интеллекта НГУ. Алгоритмы машинного обучения анализируют вибрационные сигналы и классифицируют события. В частности, разработчики проверяют способность системы различать проезд автомобиля, ходьбу человека и проведение земляных работ, а также определять время и примерное место их возникновения.
«Система получает непрерывный поток вибрационных сигналов, среди которых искусственный интеллект распознает характерные признаки различных событий и позволяет определить, что произошло и где примерно это произошло», — пояснил ведущий научный сотрудник Центра искусственного интеллекта НГУ Алексей Редюк.
По словам разработчиков, технология может применяться для охраны периметра, контроля дорожного движения и строительных работ, а также наблюдения за зданиями и инженерными сооружениями. Изменение привычного вибрационного фона может указывать на необычные нагрузки или нештатную работу оборудования.
Еще одно возможное применение — регистрация сейсмических волн. Оптоволоконная линия способна фиксировать колебания грунта на множестве участков одновременно. При этом разработчики не рассматривают ее как полную замену классическим сейсмометрам: распределенная система может дополнять их данные и существенно увеличивать территорию наблюдений.
В эксперименте участвуют специалисты НГУ, Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН, Центра искусственного интеллекта НГУ и компании «Т8». Для сопоставления результатов оптоволоконной системы с обычными датчиками данные также собирают совместно с компанией «Индастриал Мониторинг». Оборудование интегрировали в действующую систему вибрационного мониторинга кампуса НГУ.
Разработчики отмечают, что чувствительность такого датчика зависит от того, как именно проложен кабель и насколько хорошо он механически связан с окружающей средой. Провисание волокна, слабый контакт с грунтом или прохождение кабеля через колодцы могут ухудшать регистрацию вибраций.
Первые данные эксперимента уже собраны. Теперь ученые проверяют точность распознавания различных событий, после чего намерены увеличить набор данных и испытать технологию в разных условиях. В дальнейшем систему планируют тестировать на городских и промышленных объектах.
Распределенное акустическое зондирование оптоволокна исследуется в разных странах как способ наблюдения за протяженными объектами. Подобные системы могут применяться для мониторинга автомобильных и железных дорог, мостов и трубопроводов, причем в качестве датчика в ряде случаев можно использовать уже существующую телекоммуникационную инфраструктуру.
