中國石油大學（北京）管道技術與安全研究中心 編譯

Omnisens Lynx 是一套分布式光纖傳感系統，能夠實時連續地監測、定位及描繪出感應光纖整個監測范圍內細微的溫度、應變和振動變化，這些變化即表示管道發生了泄漏、地層移動或入侵事件。 Omnisens專有的監測軟件確保對檢測到的事件進行智能分析，建立有效的通信預警并最小化誤報（圖 1）。

圖 1  Omnisens Lynx系統監測示意

1 系統簡介

1.1 Omnisens Lynx系統

（1） Omnisens Ditest解調儀：提供強大可靠的測量和定位功能。對于管道沿線的任何位置，當經計算后的溫度和應變測量結果超出項目特定標準時，隨即觸發警報。可將整個監測管道長度范圍內微小的溫度異常（泄漏的早期跡象）或應變異常（地層移動的首要特征）定位在數米內。

（2） Omnisens DiVA解調儀：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（正常的或未授權的）都會被檢測和定位，并依據測得的振動特征定義為危害性或非危害性，檢測與定位精確有效。

（3）接口與通信：通過TCP/IP或中繼，實現與第三方系統通信。

（4）傳感器：通常為與管道一起安裝的標準單模光纖通信光纜。

（5）監測軟件：用于處理溫度、應變和振動數據，發出預警。數據處理并存儲在專用的數據庫中。

（6） Omnisens Map：簡潔明了的GIS界面，用于識別線路上與之KPs和GPS坐標關聯的預警位置，并將事件演變過程虛擬化顯示出來。

1.2 Omnisens Lynx系統的監測對象

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，構成了運營商集成安全系統的要素之一。其能夠監測到以下活動事件。

（1）微小的（初期）、發展的泄漏。

（2）地層運動的早期征兆，如滑坡、沉降及其他地質災害影響。

（3）季節性變化對周圍土壤帶來的影響，如洪泛、冰凍、融化。

（4）土壤侵蝕的早期跡象。

（5）第三方侵入（合法的和非法的）。

（6）管道智能清理器的位置。

2 管道泄漏監測

管道泄漏會引起周圍土壤的溫度變化。 OmnisensLynx 檢測并分析管道沿線的溫度變化，以米級精度檢測并定位細微滲漏，然后通過統計學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泄漏（圖 2）。

圖 2  Omnisens Lynx 泄漏監測

2.1 天然氣管道泄漏監測

當氣體泄漏時，冷卻點會迅速擴散。在局部（1～2米）溫度變化之后，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。

2.2 液體管道泄漏監測

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泄漏。

2.3 地層移動監測

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。

（1）分布式溫度監測。

（2）分布式應變監測。

（3）分布式振動監測。

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。使用光纖應變傳感器，能夠監測和定位沿著管道/光纖傳感器上任意位置幾厘米的地層位移，定位精度在幾米以內。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）。

圖 3  Omnisens Lynx 地層移動監測

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，凍漲等，可能引起土壤狀況的變化，進而導致溫度變化。實時監測這些溫度變化和發生位置并發出警報，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 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。

2.4 第三方入侵監測

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害。 Omnisens DiVA能夠監測整個管道長度內的第三方侵入，并進行定位和分類（圖 4）。

圖 4  第三方入侵監測

第三方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，借助軟件復雜算法進行分類，以判定信號來自異常事件還是正常的環境變化。

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數據量進行分類，因此可以快速區分開“正常”和“異常”事件。

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，會觸發預警并在Omnisens Map（或其他GIS）地理圖形上顯示出來，同時發送給管道數據采集與監視系統SCADA或第三方平臺。

2.5 清管追蹤

對于清管作業活動，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實時追蹤,可用一個便攜式的Omnisens DiVA解調儀。

2.6 管道變形監測

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反饋到光纖中。監測形變過程中光纖的拉伸和壓縮變化，并觸發警報（圖 5）。

圖 5  管道變形監測

2.6 光纖電纜選擇

（1）提供光纖傳感電纜選擇和安裝程序指導。

（2）光纖傳感電纜可用于各種惡劣環境或特定條件下安裝

（3）用于泄漏和入侵檢測的電信級單模光纖電纜。

（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。

2.7 Omnisens Map

Omnisens Map作為Lynx的默認界面，提供一看就懂的全虛擬化數字結果， 顯示預警和事件信息（圖 6）。其由一個地理信息系統（GIS）構成，提供管道完整性危害因素的實時信息，在一幅代表管線路徑的地圖上顯示所有檢測到和分類的事件， 包括事件日志和歷史信息。

圖 6  Omnisens Map界面

（1）動態地圖顯示管線和定義的區域。

（2）區域狀態和狀況的實時信息（例如最低/最高溫度等）。

（3）日期、時間和位置（所有已記錄事件的GPS坐標）。

（4）信息工具。

（5）所有已連接解調儀的狀態信息。

（6）系統歷史日志。

3 Omnisens服務

3.1 應用工程

（1）傳感系統設計，監測系統測試和驗證。

（2）集成到第三方系統（SCADA），通信連接和冗余。

（3）將管道地理坐標安裝到Omnisens Map中。

3.2 調試和安裝

（1）系統配置、區域和警報優化。

（2）現場驗收測試。

（3）遠程訪問設置和操作員培訓。

3.3 服務合同

可提供一系列服務，以確保監測系統的持續可用性，包括后期調試支持和數據解釋服務。

4 Omnisens Lynx 系統小結

（1）性能： Omnisens Lynx結合了Omnisens Ditest（用于最早發現泄漏和/或地面運動）和Omnisens DiVA（用于入侵檢測）的測量性能，以及Omnisens Map用戶界面，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，分辨率是在系統配置期間設置的，并且在距離范圍內保持不變。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（泄漏）、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采取行動。

（3）通信：狀態和檢測到的事件可以實時與其他第三方系統進行通信。 Omnisens遵循信息安全管理指南，以確保信息的完整性、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中，只需花費很少的額外成本，即可完成泄漏和入侵檢測。地面活動監測需要安裝一種“適合用途”的光纖光柵位移傳感器以實施檢測。

（注：原文來自加拿大國際管道會議 IPC2018 Omnisens公司展會資料）