Nutzung globaler bestehender Glasfasernetzwerke zur Umweltüberwachung

Wir überprüfen die jüngsten Fortschritte in der verteilten Faseroptiksensorik (DFOS) und deren Anwendungen. Die Streumechanismen in Glas, die für die reflektometriebasierte DFOS genutzt werden, sind Rayleigh-, Brillouin- und Ramanstreuungen. Diese sind empfindlich gegenüber Dehnung und/oder Temperatur, was es optischen Faserkabeln ermöglicht, ihre Umgebung neben ihrer konventionellen Rolle als Medium für Telekommunikation zu überwachen. Kürzlich hat DFOS Technologien, die für die Telekommunikation entwickelt wurden, wie kohärente Detektion, digitale Signalverarbeitung, Codierung und räumliche/frequenzliche Diversität, genutzt, um die Leistung in Bezug auf Messwertauflösung, Reichweite, räumliche Auflösung und Bandbreite zu verbessern. Wir überprüfen die Theorie und die Architektur der gängig verwendeten DFOS-Methoden. Wir präsentieren jüngste experimentelle und Feldversuche, in denen DFOS in einer Vielzahl von Anwendungen wie Georisikobeobachtung, seismischer Überwachung, Verkehrsüberwachung und Instandhaltungsüberwachung von Infrastrukturen eingesetzt wurde. Ereignisse von Interesse haben oft einzigartige Signaturen entweder im räumlichen, zeitlichen, frequenziellen oder Wellenzahlbereich. Basierend auf den Temperatur- und Dehnungsrohdaten, die von DFOS erhalten werden, ermöglicht die nachgelagerte Nachbearbeitung die Erkennung, Klassifizierung und Lokalisierung von Ereignissen. Durch die Kombination von DFOS mit Methoden des maschinellen Lernens ist es möglich, vollständige Sensorsysteme zu realisieren, die kompakt, kostengünstig sind und in rauen Umgebungen und schwer zugänglichen Standorten arbeiten können, wodurch die öffentliche Sicherheit erhöht und intelligentere Städte ermöglicht werden.