光纤传感器市场将呈指数级增长，其核心竞争力在于光器件与感知算法的紧密结合

据IDC预测，在2021-2025年期间，亚太地区（不包括日本），公共服务、石油和天然气、水资源、交通基础设施和街道照明的互联设备数量将保持每年9.15%的复合增长率。这反映了在5年内连接设备将从17亿台上升到25亿台。到2025年，这一总数将占该地区连接终端总数的20%以上。近年来，由于COVID-19疫情，全球人民被迫改变工作和生活方式。于是，保护和维护基础设施变得尤其重要。由于交通、能源和通信领域需要建立有弹性和高可靠的基础设施，导致企业和家庭网络连接的需求爆炸式增长。光纤已成为满足这种不断增长的通信需求的首选基础设施。2021-2025年，移动和固定网络的流量数据预测年复合增长率为13.9%，意味着到2025年，总流量将达到801.6PB，远远高于2021年的476PB，大部分流量通过光纤网络来传输。

预计2021-2025年，光纤传感器（FOS）市场将呈指数级增长。基础设施、公共服务和检测的巨大需求将大大促进分布式光纤传感的应用。光纤能够适应各种挑战环境，是推动市场增长的另一个因素。

分布式光纤传感（DFOS）迅速被接纳，促使制造商和供应商大力投资研发，为客户提供更好的产品。服务提供商尝试控制效率和优化生产工艺，以获得最大的市场份额，并打败光纤技术的其他竞品。

然而，仅靠光纤本身不足以提供易扩展，可广泛使用、并且高准确率的解决方案。光纤传感的核心竞争力在于光器件硬件与光感知算法的紧密结合。 

传统的监测技术包括物理巡检（通过视频或人员上站巡检），以及通过围栏、隔离和建设地下设施来限制进出。例如，在铁路监测中，传统的方法是沿轨道安装传感器。这种解决方案成本高和覆盖距离有限，只能是权宜之计。在基础设施上嵌入监测传感器可能有用，但需要部署多个传感器，才能全面监测振动、声波、应力和温度。此外，必须为沿基础设施安装的传感器提供通信覆盖。随着基础设施网络更广泛的部署，需要提供低成本、覆盖全网的综合性解决方案才能满足需求。

采矿和油气行业在过去18个月一直在努力应对COVID-19疫情的影响，他们正逐步借助数字化工具来帮助运营。对采矿业来说，其产业链中的矿石开采（即采矿）是数字化可能创造最大价值的领域。为了创造这方面的价值，矿业组织打算投资自动采矿设备和采矿优化系统，如短间隔控制系统，以及用于矿山设计优化的先进预测工具。

监测光缆完整性、预测光缆故障及损坏对于光纤通信系统的可靠性至关重要。当前大多数光缆监测技术能够提供光缆被干扰的实时、准静态和动态信息。这有利于进一步监测光缆周围或光缆附着物的结构或材料，如围栏、物料运输管道（如石油、天然气或水）和基础设施（如道路、桥梁和楼宇）。这种技术能够同时实现光纤通信和传感应用，如结构完整性监测、油气泄漏检测、地表监测、设备状态监测和入侵检测。

光纤不仅仅是信号载体，除非受到外部环境影响，光在光纤中可以一直沿着介质稳定传输。通过专业的光纤传感仪器可以来监测任何可能改变探测光特性（振幅、相位、波长、偏振、模态分布和传输时间）的干扰，而这些特性改变与干扰大小相关。这种光的模型变化可以用来测量外部事件和条件变化，包括：

• 应力/残留应力

• 位移

• 损害

• 裂开

• 振动/频率

• 形变

• 影响

• 声学信号

• 液面

• 压力

• 温度

• 载重

光纤传感器（FOS）可以内置也可以外置，这取决于光纤是传感元件还是信息载体。当传感用于离散区域时，光纤传感器就相当于点式传感器。如果传感器能够沿着整根光纤连续监测变量，那么它就相当于分布式传感器。

不同于传统传感器（如电应变计和压电传感器），光纤传感器并不限于单一的应用。因此，光纤正逐步取代传感应用中的传统电气设备，目前已经有多种传感技术和应用。

当前越来越多的管道铺设于环境恶劣的偏远地区，管线需要穿过崎岖不平的山区，且冬季和夏季土壤质地的变化会增加管道的危险性。第三方蓄意干扰或意外入侵是导致管道泄漏甚至爆炸的主要原因。对于长距监测和管道的线性特点，分布式光纤传感技术具有显著的优势和能力，比如高精度检测和定位干扰事件。此外，管道所有者/运营商将光缆沿着传输管道铺设，不仅用于通信，还能够在通信系统中增加低成本的监测能力。

如前所述，管道可以输送石油、天然气、水和其他物料，对现代社会的平稳运转至关重要。FOS的另一个重要应用是周界防护。边界需要管理和控制。部分园区需要管理关键区域，如机场、发电站和通信基础设施，必须管理授权人员的通行许可。

周界防护的技术监测存在较多困难，如大风、围栏材料和野生动物活动等因素会导致围栏振动。人工智能软件能够协同FOS系统工作，来监测周界沿线每个点的振动干扰。这种方法避免了进入周界时产生的多重振动干扰，可以显著减少误报。

FOS+人工智能与定期巡查、视频监测和无人机监测融合，可以显著降低周界的穿越几率，并提升监测区域内的安全水平。

光纤传感的应用已经有几十年的历史，其主要问题是告警上报的准确性太低。光硬件和软件算法的融合可以解决问题，并将FOS应用扩展到更多行业。

2021年，华为正式推出了油气管道光纤预警解决方案。该解决方案包括部署于场站的DAS设备和感知算法服务器，两个部署设备的站点之间最远距离可达100km。部署于指挥调度中心的集中管理平台支持与GIS、视频监测或无人机、巡线系统等其他平台对接，共同形成一个完整方案，融入生产流程，端到端闭环管道的安全风险。该解决方案集成了光纤和传感算法，以创建一个动态、自适应的环境。其次，该解决方案采用增强型oDSP算法消除监测盲点，提升信噪比，为数据分析提供充分可信的信息输入，支撑预警零漏报。再者，方案采用了32维振动波形分析算法，用于过滤背景干扰和增强弱信号。最后，传感算法支持自学习和自优化。在线学习本地样本，快速调整算法模型，适应新的环境和场景。这三项关键技术与光纤传感结合应用，在监测的基础设施范围内提供自适应智能。

FOS能力也可应用于监测桥梁、隧道、路线和铁路的应力，振动变大或应力变大可能预示着故障。同样，管道可用于输送石油、天然气、水和其他流动性的物料，这意味着FOS也可用于检测气体泄漏和温度变化。

使用光纤传感技术监测和诊断管道的状态和性能，可以为这些基础设施的操作、维护、整修或更换以及延长寿命提供坚实的工程和经济基础。避免、推迟整修或更换可能会省下一大笔钱。

此外，光纤的高分辨率、抗电磁干扰、实时监测能力和低成本，有望提高管道安全性和运行，并造福于整个行业和社会。

与传统通信手段相比，光纤通信具有许多特点和优势，在过去20年中光纤通信的性能不断得到证明。通过实时监测光缆完整性以及光缆周围或附着物的结构或材料，这些系统产生的价值将不断强化。