分布式光纤传感技术与工程应用研究(16)
定位信息的作用是解释光纤长度与被测结构体之间对应关系，将它转化成计算机可以识别的数据后，即成为定位元数据。
以某基于BOTDR的隧道结构健康监测为例，目前BOTDR采集定位信息的主要方法是在施工进行过程中，利用OTDR（Optical Time-Domain Reflectometry，中文名称为“光时域反射计”）对光纤监测线路上各标志点进行微弯定位。
OTDR的工作原理类似于光学雷达原理：把窄带光脉冲注入到光纤一端，信号在纤芯内传播，只要遇到光纤折射率的微小变化，便会发生瑞利散射。其中有部分散射光返向光源一侧，即背向散射光，被约束在向后行进的传导模中，形成背向散射脉冲光返回到光纤入射端。因为背向散射光的强度与传输光功率之比是光纤的恒定常数，如果光纤某处存在缺陷，或因外界扰动而引起微弯，则背向散射光强在该处就有一定的衰减，所以测出背向散射光到达的时间和功率损耗大小，便可确定缺陷及扰动的位置和程度[95,96]。
根据这一原理，OTDR被广泛应用在光纤通讯领域中，用以寻找光纤出现缺陷、甚至断裂的位置。而在基于BOTDR的隧道结构健康监测中，则充分利用了OTDR测量微弯的性能，对光纤进行微弯定位，其基本方法是人为在光纤被测点上制造弯曲，通过测量散向散射光出现衰减的位置，计算出光纤上被测点离光纤起点（即窄带光脉冲注入光纤的一端）的长度。
OTDR微弯定位法的另外一个重点就是光纤监测线路上各标志点的选择。隧道内光纤是按长度进行连续铺设的，光纤上每一个采样点都对应一个里程桩号，但实际情况显然不允许对每一个采样点都进行定位，因此，必须确立某些标志点，相邻两个标志点间的光纤铺设均匀，这样，只要掌握标志点与里程桩号的对应关系，便可推算出各标志点间光纤采样点与里程桩号的对应关系。
图4.2.光纤定位示意图
如图4.2所示，光纤从BOTDR中接出，至某隧道起始K0+000处有一冗余段，再隔100m出现另一冗余段，两个冗余段之间的光纤是以直线方式沿隧道轴向铺设。假设该隧道中冗余段内盘绕的光纤长5m，光纤起点至第一个冗余段的光纤长度为100m，那么将冗余段的起点和终点都作为标志点进行定位，则可以得到该隧道如下定位信息：
表4.2.某隧道定位信息表
标志点编号 光纤长度（m） 隧道里程桩号
（K0+） 性质描述
1 0 光纤起点
2 100 0 冗余段起点
3 105 0 冗余段终点
4 205 100 冗余段起点
5 210 100 冗余段终点
根据表4.2中所表示的定位信息，可以编写出如下定位元数据，见表4.3：
表4.3.某隧道定位元数据
光纤起点（m） 光纤终点（m） 属性 里程起点（K0+） 里程终点（K0+）
0 100 0
100 105 2 0 0
105 205 1 0 100
205 210 2 100 100
注：上表中属性0代表隧道外自由光纤，属性1代表直线铺设，属性2代表冗余段。
4.4数据处理
分布式光纤传感技术在工程中的应用，不仅是对传统点式传感技术的挑战，同时也是对数据管理方式的一种挑战。如果说传统的数据处理和分析所面对的还只是有限个监测点的应变数据，或由此组成的数据矩阵，那么现在分布式光纤传感技术数据分析所面对的就是整条监测线路，是由上万个分布式应变数据组成的应变分布曲线。这种由量变而到质变的过程，必须要求从宏观上对应变分布曲线进行分析，并结合数据本身的特点，实现计算机自动识别应变异常的过程。