中国石油大学（北京）管道技术与安全研究中心 编译

Omnisens Lynx 是一套分布式光纤传感系统，能够实时连续地监测、定位及描绘出感应光纤整个监测范围内细微的温度、应变和振动变化，这些变化即表示管道发生了泄漏、地层移动或入侵事件。 Omnisens专有的监测软件确保对检测到的事件进行智能分析，建立有效的通信预警并最小化误报（图 1）。

图 1  Omnisens Lynx系统监测示意

1 系统简介

1.1 Omnisens Lynx系统

（1） Omnisens Ditest解调仪：提供强大可靠的测量和定位功能。对于管道沿线的任何位置，当经计算后的温度和应变测量结果超出项目特定标准时，随即触发警报。可将整个监测管道长度范围内微小的温度异常（泄漏的早期迹象）或应变异常（地层移动的首要特征）定位在数米内。

（2） Omnisens DiVA解调仪：检测和分析管道周围地层的振动情况。管道沿线的所有活动（正常的或未授权的）都会被检测和定位，并依据测得的振动特征定义为危害性或非危害性，检测与定位精确有效。

（3）接口与通信：通过TCP/IP或中继，实现与第三方系统通信。

（4）传感器：通常为与管道一起安装的标准单模光纤通信光缆。

（5）监测软件：用于处理温度、应变和振动数据，发出预警。数据处理并存储在专用的数据库中。

（6） Omnisens Map：简洁明了的GIS界面，用于识别线路上与之KPs和GPS坐标关联的预警位置，并将事件演变过程虚拟化显示出来。

1.2 Omnisens Lynx系统的监测对象

Omnisens Lynx系统监测与定位无盲区，能够提供高灵敏度的连续监测，构成了运营商集成安全系统的要素之一。其能够监测到以下活动事件。

（1）微小的（初期）、发展的泄漏。

（2）地层运动的早期征兆，如滑坡、沉降及其他地质灾害影响。

（3）季节性变化对周围土壤带来的影响，如洪泛、冰冻、融化。

（4）土壤侵蚀的早期迹象。

（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 管道泄漏监测

管道泄漏会引起周围土壤的温度变化。 OmnisensLynx 检测并分析管道沿线的温度变化，以米级精度检测并定位细微渗漏，然后通过统计学算法处理大量的参数，进而从正常的季节性气候变化引起的温度变化中辨别出真正的泄漏（图 2）。

图 2  Omnisens Lynx 泄漏监测

2.1 天然气管道泄漏监测

当气体泄漏时，冷却点会迅速扩散。在局部（1～2米）温度变化之后，在管道表面周围的土壤中形成温度梯度。无论周围的土壤温度如何，冷却效果（直接与气体类型和压力有关）的大小保持不变。

2.2 液体管道泄漏监测

大多数液体比周围的土壤温度更热，因此安装在附近的光纤传感器能够监测到液体泄漏。

2.3 地层移动监测

管道地层移动会对管道路径产生损伤，进而危害管道完整性。为了对这些危害中的一个或多个进行高灵敏度、高效益和强稳定性监测， Omnisens Lynx提供了以下全面、三重解决方案。

（1）分布式温度监测。

（2）分布式应变监测。

（3）分布式振动监测。

通过应变和温度的结合测量，可以实现对滑坡、蠕变、沉降及侵蚀现象的检测和监测。使用光纤应变传感器，能够监测和定位沿着管道/光纤传感器上任意位置几厘米的地层位移，定位精度在几米以内。通过振动监测，能够推断出地震和相关现象（例如滑坡、火山活动等）（图 3）。

图 3  Omnisens Lynx 地层移动监测

温度的变化表明其他可能影响管道和/或其通行权的事件。管道周围土壤物质的侵蚀，如洪水的侵入，冻涨等，可能引起土壤状况的变化，进而导致温度变化。实时监测这些温度变化和发生位置并发出警报，操作员可以对管道逐一进行调查，消减损伤。为了满足管道路由不同工况的挑战， Omnisens Lynx提供了一种灵活性，可以将不同的危害因素组合在一起或单独进行监控。因此，设计一个全面的、成本合理、实用高效的管道完整性光纤监控解决方案，无需考虑危害因素的单一性。

2.4 第三方入侵监测

公众最关心的是管道周边建设和非法挖掘活动，因为一旦发生事故会对公众安全和财产造成直接危害。 Omnisens DiVA能够监测整个管道长度内的第三方侵入，并进行定位和分类（图 4）。

图 4  第三方入侵监测

第三方入侵扰动会在土壤中产生微弱的压力或振动，感应光纤（标准通信光缆）随即感应，借助软件复杂算法进行分类，以判定信号来自异常事件还是正常的环境变化。

Omnisens DiVA类似一部连续的宽频带电话，检测管道路径沿线不同事件产生的特定频率，即使面对大量的同步事件也能够通过可管控的数据量进行分类，因此可以快速区分开“正常”和“异常”事件。

Omnisens DiVA足够灵敏，在侵入变成危害前就可以将其检测出，例如挖掘机到达现场开挖之前就能够及时反映出来。当监测到危及安全的事件时，会触发预警并在Omnisens Map（或其他GIS）地理图形上显示出来，同时发送给管道数据采集与监视系统SCADA或第三方平台。

2.5 清管追踪

对于清管作业活动，清管传播过程中在周围的土壤中产生振动，使用附近放置的光纤电缆可以实时追踪,可用一个便携式的Omnisens DiVA解调仪。

2.6 管道变形监测

为监测管道的变形状况，将光纤铺设在管道的表面，管道任何的形变都直接反馈到光纤中。监测形变过程中光纤的拉伸和压缩变化，并触发警报（图 5）。

图 5  管道变形监测

2.6 光纤电缆选择

（1）提供光纤传感电缆选择和安装程序指导。

（2）光纤传感电缆可用于各种恶劣环境或特定条件下安装

（3）用于泄漏和入侵检测的电信级单模光纤电缆。

（4）应变传感电缆，结合抗拉强度和最大应变灵敏度对地面运动进行监测。

2.7 Omnisens Map

Omnisens Map作为Lynx的默认界面，提供一看就懂的全虚拟化数字结果， 显示预警和事件信息（图 6）。其由一个地理信息系统（GIS）构成，提供管道完整性危害因素的实时信息，在一幅代表管线路径的地图上显示所有检测到和分类的事件， 包括事件日志和历史信息。

图 6  Omnisens Map界面

（1）动态地图显示管线和定义的区域。

（2）区域状态和状况的实时信息（例如最低/最高温度等）。

（3）日期、时间和位置（所有已记录事件的GPS坐标）。

（4）信息工具。

（5）所有已连接解调仪的状态信息。

（6）系统历史日志。

3 Omnisens服务

3.1 应用工程

（1）传感系统设计，监测系统测试和验证。

（2）集成到第三方系统（SCADA），通信连接和冗余。

（3）将管道地理坐标安装到Omnisens Map中。

3.2 调试和安装

（1）系统配置、区域和警报优化。

（2）现场验收测试。

（3）远程访问设置和操作员培训。

3.3 服务合同

可提供一系列服务，以确保监测系统的持续可用性，包括后期调试支持和数据解释服务。

4 Omnisens Lynx 系统小结

（1）性能： Omnisens Lynx结合了Omnisens Ditest（用于最早发现泄漏和/或地面运动）和Omnisens DiVA（用于入侵检测）的测量性能，以及Omnisens Map用户界面，提供了一套成本可接受、实用高效的管道完整性检测解决方案（图7）。

图 7 Omnisens  Lynx 系统安装示意

Omnisens Ditest与DiVA监测距离超过40公里，分辨率是在系统配置期间设置的，并且在距离范围内保持不变。光纤安装的合理性保证光纤监测的精度。

（2）灵敏度：初始温度（泄漏）、应变（地面运动）和振动（侵入）事件可以及早发现，局部控制，从而使操作者有时间采取行动。

（3）通信：状态和检测到的事件可以实时与其他第三方系统进行通信。 Omnisens遵循信息安全管理指南，以确保信息的完整性、可用性和可追溯性。

（4）成本效益和灵活性：如果光缆安装在管道中，只需花费很少的额外成本，即可完成泄漏和入侵检测。地面活动监测需要安装一种“适合用途”的光纤光栅位移传感器以实施检测。

（注：原文来自加拿大国际管道会议 IPC2018 Omnisens公司展会资料）