地质和岩土工程光电传感监测研究新进展OSMG国际论坛综述*<br/>——第六届

地质和岩土工程光电传感监测研究新进展OSMG国际论坛综述*
——第六届

2020-03-20朱鸿鹄张诚成

工程地质学报 2020年1期

朱鸿鹄施斌张诚成

(南京大学地球科学与工程学院，南京 210023，中国)

0 引言

2017年11月3～5日，第六届地质(岩土)工程光电传感监测国际论坛(6thInternational Forum on Opto-Electronic Sensor-Based Monitoring in Geo-Engineering，简称6thOSMG-2017)在南京大学仙林校区国际会议中心召开。本届论坛由南京大学主办，南京大学光电传感工程监测中心和南京大学(苏州)高新技术研究院联合承办，国家自然科学基金委、国际工程地质与环境协会(IAEG)中国委员会、国际智能基础设施结构健康监测学会(ISHMII)、国际环境岩土学会(ISEG)等10家单位协办。

该系列论坛由南京大学于2005年创办，至今已成功举办6届。本届论坛结合南京大学工程地质学科的研究特色，围绕“基础设施监测技术前沿及应用”这一主题，展开了相关议题的热烈讨论和会场交流，旨在为从事各类基础工程监测的专家、学者和技术人员提供一个国际合作、交流平台。本届论坛在会议规模、参会人数等方面再创新高。论坛研讨内容不仅聚焦于近年来迅猛发展的分布式光纤传感(DFOS)技术，而且延伸到了无线传感器网络(WSN)、微机电系统(MEMS)和摄影测量等监测技术，大大扩大了以往历届论坛的议题。同时，在学术活动的形式上，新增了最佳海报奖评选，还充分利用会议网站、微信群等工具进行了广泛的宣传，以方便行业同行及参会代表的交流互动。

1 会议基本情况

本届论坛在筹备和举办过程中得到了海内外专家、学者和同行的大力支持和积极响应，共有350余位代表参会。他们分别来自于中国、美国、加拿大、英国、德国、瑞士、意大利、奥地利、西班牙、尼日利亚、韩国、新加坡、马来西亚、印度、中国香港、中国澳门和中国台湾等近20个国家和地区(图1)。在大会开幕式上，国家自然科学基金委地球科学部刘羽处长，ISHMII学会前任主席Ansari教授，IAEG协会和中国地质学会工程地质专委会秘书长伍法权教授，南京大学副校长邹亚军教授分别致辞。开幕式最后，系列论坛组委会主席施斌教授简要回顾了地质和岩土工程光电传感监测国际论坛的发展历程，以及历届论坛的特邀报告情况。

图1 历年OSMG论坛参会人数及国家/地区数Fig. 1 Number of OSMG delegates and their countries and regions

在本届论坛上邀请了来自北美洲、欧洲、非洲和亚洲的35位特邀报告人，特邀报告基本代表了当前国际上光电传感监测领域的最先进水平。报告内容覆盖了工程地质、水文地质、岩土工程、矿业工程、水利工程、光学工程、能源工程、地球物理、测绘技术、仪器仪表、土木结构等十余个学科，显示出综合交叉的特色。论坛期间，组委会还筹划了分别为期1d和2￣￣d的分布式光纤传感技术培训班、工程监测现场考察活动，取得了良好的技术普及和推广的效果。论坛期间，加拿大OZ Optics、中国台湾奇博科技和苏州南智传感科技等国内外9家单位参展。参展商们除了展出最新研发的仪器、设备及行业解决方案，还在会场举行了一场新产品、新技术发布会。在会后，中国地质学会工程地质专委会青工委组织召开了第8次青年工程地质学术研讨会，围绕“工程地质监测与评价”进行了专题研讨， 80余位青年学者到会交流。

本届论坛出版了393页的会议论文集，收录论文54篇，其中英文29篇，中文25篇。经过评选， 10篇英文原创论文获得“最佳论文奖”， 10个学术海报获得“最佳海报奖”。部分论文经过扩展后在本领域权威期刊《Engineering Geology》、《南京大学学报》上以特刊的形式发表。Thévenaz教授等4位国际知名学者因其在推动光电传感监测技术应用于地质与岩土工程领域作出了巨大贡献，在本届论坛上被授予“杰出贡献奖”。

2 国内外研究进展

回顾本届论坛的特邀报告及会议论文集，可以发现，近几年以光纤传感为代表的地质和岩土工程光电传感监测技术进入一个新的发展阶段，国际上出现了一些最新的理论和技术突破，如监测精度、可靠性等，并且在规范制定、工程应用中都取得了可喜的进展。

近年来的主要研究进展可归纳为以下几个方面。

2.1 光电感测解调技术的成熟和完善

分布式应变、温度传感(DSS、DTS)技术有4类关键的监测指标：监测精度、空间分辨率、监测长度和监测时间。基于自发和受激布里渊散射原理的全分布式光纤时域传感技术(如BOTDA和BOTDR)一直以来是本领域研究的热点之一，近年来的主要进展包括(Thévenaz， 2017)：

(1)DSS、DTS的空间分辨率从米级大幅提高到厘米级；

(2)DSS、DTS的最大长度达到100km；

(3)DSS、DTS的最高频率达到100Hz，已可实现动态监测；

之所以取得这样的突破，是和工程中迫切需求密不可分的。在欧美等发达国家，这些技术已被广泛地应用于各类建筑基础设施、油气管线的监测，工程实践对监测系统提出了越来越高的要求。

为了实现监测指标的进一步提升，需要对信噪比(SNR)进行精细化控制，目前有两种解决途径：一是通过增大能量的方法提高光学信号的强度，如近年来异军突起的预抽运脉冲BOTDA(PPP-BOTDA)和差分脉冲对BOTDA(DPP-BOTDA)技术；二是通过各类算法进行消噪处理，如数字图像法、小波分析法等。在动态应变测量方面，可采用偏振补偿、光学捷变频、斜坡法、光学啁啾链、光学频率梳等技术，实现快速分布式布里渊光纤传感(Dong， 2017)；为实现应变与温度测值的分离，可采用双波长法(Minardo et al.，2017)、人工神经网络(Ruiz-Lombera et al.，2017)等方法进行温度补偿。

基于瑞利散射的全分布式光纤传感技术(如C-OTDR，φ-OTDR和OFDR)近年来成为一个广受关注的前沿技术。上海交通大学教授、“千人计划”专家何祖源博士做了题为“分布式光纤声学传感器综述”的报告(He， 2017)，详细阐述了基于瑞利散射的分布式光纤声波传感技术(DAS)的原理及研究现状。南京大学张旭苹教授基于φ-OTDR技术研制了分布式光纤微扰动感测仪(Zhang， 2017)。通过对传感光纤中高相干度瑞利背向散射光的相位信息进行解调，可还原振动事件的位置、幅度和频率，实现对传感光纤周边微扰动场的精确重构。DAS的这些优点使其在油气管线和铁路安全监控、长距离周界安防等领域有很大的应用潜力。目前国际上亦有学者尝试将其应用于垂直地震剖面勘探和水力压裂监测等地球物理领域以及滑坡等地质灾害的预警(Dou et al.，2017； Grocholski， 2017； Lindsey et al.，2017； Michlmayr et al.，2017； Jousset et al.，2018)。最近，南京大学陈颙院士等采用气枪主动源首次在3￣￣m浅水中激发地震波，并同时采用地震仪和分布式光纤传感器接收激发信号。试验结果表明，地震仪和分布式光纤传感器均记录到了清晰的激发信号，这充分说明了分布式光纤传感器在地震监测领域具有一定的优势。

除了传统的各类时域分析技术，频域分析和相干域分析技术也越来越常见，如BOFDA、BOCDA等(Kwon， 2017; Nöther， 2017)。采用这些改进措施，能实现超高空间分辨率和超高频率的分布式传感。

基于拉曼背向散射原理的全分布式光时域和频域(ROTDR和ROFDR)技术日益成熟，在隧道火灾探测预警、大型设备测温等领域已初步占据了优势地位，未来的努力方向在于精度、空间分辨率和稳定性指标的进一步提升。

在相对比较成熟的准分布式光纤布拉格光栅(FBG)技术方面，解调设备的成本随着相关核心光学器件的标准化、批量化生产，也大大降低了。BOTDA、BOTDR等全分布式技术由于设备昂贵等原因尚未普及，而低反射率光栅(弱光栅)的出现，使得准分布式应变、温度传感技术的监测覆盖面成百上千倍的增加，低成本分布式监测可望加快实现。

同时，光电传感监测设备的国产化也成为一个潮流，以全分布式布里渊散射技术为例，目前国内的商业化解调设备厂家已经有近十家，逐渐打破了西方发达国家的技术壁垒。基于拉曼背向散射原理的国产化解调设备在精度、稳定性等性能指标方面与国外产品日益接近。随着相关设备生产规模的扩大，单位成本持续降低，大大促进了这些技术的推广应用。

此外，随着物联网技术的飞速发展，WSN技术因其组网简单、全自动和成本低等优势，在地铁隧道等地下工程监测中越来越受到重视(Xu et al.，2015)。目前的主要难点在于节点通信、时间同步和功耗控制等。除了传统的ZigBee 以外， 2013年出现的LoRa技术是一种更低功耗、更长距离的广域网通信技术，可以实现高灵敏度和强信噪比通信，未来经过推广后必将在WSN系统中扮演重要的角色。

2.2 光电感测元件和传感器的研发

研发服务于地质工程和岩土工程的新型光电传感器一直是国内外同行学者们的重要努力方向，近年来在欧美等发达国家取得了可喜的科研进展。

传统的石英光纤因极限拉应变低(约1%～2%)，难以满足岩土大变形监测要求。针对这一问题，德国联邦材料测试研究院(BAM)研发了用于大变形监测的聚合物光纤传感器(Liehr， 2017)。PMMA聚合物光纤可在拉伸40%时仍保持良好的光学性能，借助于OTDR等技术，可以用于监测滑坡、塌陷等过程中发生的大变形(Zhang et al.，2016)。他们将聚合物光纤植入土工织物和土工格栅等附着体中，由此研制了鲁棒性强、应变传递性能好、安装便捷的岩土变形传感器，并针对煤矿、边坡、堤坝变形监测等监测场景开展了可行性研究。但限于当前该项研究的深度和广度，聚合物光纤传感器在地质工程监测领域的应用仍处于起步阶段。

英国伦敦城市大学孙彤教授从工程应用需求出发，研发了基于光纤传感的物理和化学传感器(Sun， 2017)，未来可用于研究土壤和地下水污染、海水入侵等问题，具有巨大的市场潜力和经济效益。西班牙坎塔布里亚大学López-Higuera教授作了题为“用于真实结构监控的智能光子传感器”的报告(López-Higuera， 2017)，重点介绍了欧洲在BOFDR、BOTDA和马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder interferometer)等方面的最新研究动向。

图2 a基于相移光栅(π-FBG)的高精度光纤地形变传感器结构； b 地形变监测方案(张文涛等， 2017)Fig. 2 a A high-precision fiber earth deformation sensor based on π-FBG; b experimental scheme for earth deformation observation(Zhang et al.，2017)

亚洲是近几十年来各类基建工程蓬勃发展的地区，因此对工程建设监测需求不断提高。新加坡南洋理工大学杨耀文博士介绍了无线FBG传感器的研发及其在土木工程中的应用(Yang， 2017)。新加坡国立大学Kuang博士基于化学发光棒(chemiluminescence tube，俗称荧光棒)研制了新型的岩土变形传感器，并通过室内试验验证了这种传感器的有效性(Kuang， 2018)。当荧光棒受弯时会发光，采用廉价的光敏电阻可探测到光线的变化，并将相关信号无线传输到基站。这种新型传感器具有无需供电、成本低等优点，因而在岩土体变形和滑坡监测领域具有很好的应用潜力。

国内学者针对地质工程新型传感器的研发也投入了大量的工作。中国科学院半导体研究所张文涛博士及其合作者研发了一种高精度光纤地形变传感器(张文涛等， 2017)，如图2所示。在传感器设计中，他们采用了特殊的相移光栅(π-FBG)。与传统FBG相比，π-FBG的光谱线宽要窄4个数量级，因而可获得更高的反射光谱信噪比和更高的波长解调精度。该技术可实现应变分辨率优于10-9、测量频带DC～100￣￣Hz、动态范围大于120￣￣dB的形变测量。为了验证该传感器的性能，他们在云南昭通巧家地震观测站开展了地球形变观测实验，清晰记录到了固体潮和地震信号。这种光纤地形变传感器探头无电子器件，且能抗电磁干扰和雷击，有望成为地震形变监测仪器发展的新方向。

中国计量大学李青教授全面介绍了基于螺旋平行传输电缆的地下位移多维测量技术的研发思路(Wang et al.，2017)，以及该技术在地面塌陷、滑坡变形等方面应用的可行性。

本届论坛组委会主席、南京大学施斌教授团队基于DTS技术，研发了主动加热式的地下水位和水分场光纤监测系统(图3)，通过钻孔测试可获取地质体全剖面的水分场信息。该系统的有效性已经在江苏、湖北、陕西、四川等地的滑坡、基坑、地面沉降和地裂缝监测项目中得到了验证(Cao et al.，2018)。

图3 地下水位和水分场光纤监测系统示意图(Cao et al.，2018)Fig. 3 Schematic illustration of the fiber optic monitoring system of groundwater level and water distribution(Cao et al.，2018)a. 传感器结构； b. 现场布设图

2.3 光电传感技术应用于基础设施监测

国际光学工程学会会士、美国MCH Engineering公司总裁Méndez博士作了光纤传感器应用于结构健康监测的综述报告(Méndez， 2017)。他首先强调了监测的必要性——通过监测可获得岩土体的原位性质和构筑物在工期/工后的状态和安全性。光纤传感器因具有抗电磁干扰、扛雷击、耐腐蚀、精度高等优点而在监测领域具有独特的优势，可以监测应变、温度、压力、加速度、位移、湿度、化学量等多种参量。他详细介绍了光纤传感器应用于大型基础设施和历史遗迹的监测案例，如墨西哥恰帕斯大桥、希腊公立学校教学楼、北京“鸟巢”体育场、美国拉什莫尔山总统巨型头像等。在岩土和地质工程领域，光纤传感技术被越来越多地应用于监测隧道、管道、桩基、滑坡和路堤(图4)，涌现出一批专业的科研团队和技术骨干。

图4 葡萄牙路堤降雨入渗分布式光纤监测(Méndez， 2017)Fig. 4 Distributed fiber optic sensing of road embankment under rainfall infiltration in Portugal(Méndez， 2017)

美国匹兹堡大学Chen教授团队针对DFOS技术在核电基础设施监测中的应用开展了系统的研究工作(Chen， 2017)。常规的传感器很难在核电站这样的强电磁干扰及辐射环境下正常工作。他们利用掺铝光纤实现了分布式辐射监测，最高空间分辨率达1cm。为了监测核反应堆内的异常事件，他们采用超快激光研发了特殊的FBG和OFDR传感器，可在800￣￣℃高温和1014n*cm-2*s-1中子通量环境中稳定工作。未来光纤传感器还将用于核反应堆内分布式声波、压力和化学监测。

美国芝加哥大学伊利诺伊分校Ansari教授长期从事土木结构和基础设施健康监测研究。他的报告详细介绍了如何综合采用各类分布式光纤传感器、声发射传感器等，以及结合MEMS技术、数字图像处理技术等多种手段，对桥梁等基础设施健康状态、结构损伤、腐蚀与开裂进行监测与评价(Ansari， 2017)。其中，MEMS技术兼具微型化、低功耗、高集成、价格低廉、性能稳定等特点，可用于监测加速度、倾角、压力、流量、温度等参数，非常适合于野外滑坡等需要无线监测的场合(Pei et al.，2017； Yang et al.，2017)。PIV、DIC等数字图像法属于非接触式监测技术，可以和DFOS等接触式技术结合使用，对监测对象的受力变形状态进行全面的监测(Xing et al.，2017)。

美国加州大学圣地亚哥分校的Todd教授团队一直活跃在结构健康监测领域。他在论坛报告中详细论述了如何将埋入式FBG准分布传感序列应用于复合材料在冲击荷载作用下的变形响应监测(Todd et al.，2017)。室内试验结果初步验证了该方法可以准确定位荷载位置，以及掌握结构的当前健康状态。

图5 基于FBG光纤传感的隧道变形在线监测系统(Zhang et al.，2017)Fig. 5 Overall scheme of FBG-based online tunnel deformation monitoring system(Zhang et al.，2017)

时域反射法(TDR)是一种远程电子测量技术，自20世纪90年代开始被应用于土木和地质领域。美国凯斯西储大学余雄教授介绍了他们课题组在该领域的创新工作，包括传感器的设计、封装和信号处理等(Yu， 2017)。他们采用TDR技术，在土体液化、冻土路基保护、施工质量控制等多个方面进行了探索、应用。除接触式传感技术外，三维激光扫描、视觉传感、摄影测量、移动测量系统等非接触式传感技术在基础设施监测中也发挥着日益重要的作用(Gadi et al.，2017； Lienhart， 2017)。本届论坛上，Ansari、Garg及Lienhart等多位国外专家的报告都涉及这一主题。

意大利坎帕尼亚大学-路易吉万维泰利Zeni教授介绍了该国在布里渊散射光纤传感技术研发及应用方面的成果(Minardo et al.，2015)。他们将分布式光纤传感器布设于意大利San Severo Peschici铁路路基、路桥和隧洞，验证了分布式动态监测的可行性。

韩国国立金乌工科大学Chang教授长期从事光电传感工程监测研究工作，在韩国成功开展了大量的地质灾害和地基基础监测工程实践。他在报告中分别阐述了铠装分布式光缆的生产工艺、室内测试及其在钻孔灌注桩和PHC管桩中的应用(Chang， 2017)。英国巴斯大学Pelecanos博士则介绍了如何使用分布式光纤应变监测数据来建立桩的有限元模型(Pelecanos et al.，2017)。他采用由分布式光纤应变得到的t-z曲线对DHHM荷载传递模型进行标定，结果表明有限元计算结果与现场光纤实测结果相吻合，验证了这种方法的可行性，为光纤数据后处理提供了一种新的思路。

在国内，已经有超过30座城市建成了轨道交通系统，地铁建设规划也不断创下历史新高，施工和运营期隧道结构的变形和安全性成为人们关注的重点之一。香港理工大学倪一清教授课题组研发了基于FBG的隧道变形在线监测系统，包括FBG传感模块、数据传输与存储模块和在线实时数据可视化与预警模块(Zhang et al.，2017, 图5)。他们首先通过室内试验验证了该FBG弯曲传感器可成功捕捉3种不同变形模式；目前，他们已将该传感器成功安装于我国高速铁路隧道中。谢雄耀教授介绍了同济大学研发的盾构隧道施工沉降自动化监测及数据移动发布系统；该系统由现场监测仪器、现场数据传输设备、数据处理计算机、云端服务器和用户端等部分构成(Xie， 2017)。通过监测数据及其分析结果的及时反馈，可有效保证盾构掘进和周边环境的安全。除了常规的自动全站仪、电子水平尺与静力水准仪等设备，三维激光扫描、超声波测距等技术也陆续被引入隧道变形监测(Xu et al.，2017)。

台湾交通大学黄安斌教授介绍了他们在FBG岩土工程监测方面取得的新进展。他们将FBG技术应用于海上气象桅杆震荡监测，并通过风期的监测数据计算得到了桅杆桩基周围土体的刚度(Huang， 2017)。

图6 基于光频域反射技术的降雨型滑坡模型试验(Schenato et al.，2017)Fig. 6 OFDR-based model test of rainfall-triggered landslide(Schenato et al.，2017)

地热能是地球内部普遍存在的可再生能源，是我国“十三五”期间大力推广和提倡的重要能源。中国地质调查局水文地质环境地质调查中心教授级高级工程师张青博士介绍了他们团队自主研发的分布式光纤测温仪(DTS)，以及在青海共和盆地干热岩GH-GR1孔开展的深孔分布式温度测试试验(张青等， 2017)。该试验测深达3450￣￣m，所测孔内最高温度 191.5i℃。测试结果表明，全井段总体属于传导型温度曲线，并可分为降温区、浅部地层升温区、地下水扰动区、沉积层升温区、基岩升温区6个区段。

2.4 光电传感技术在地质灾害监测中的应用

美国GEISE有限公司主席、国际环境岩土工程学会前任主席Inyang教授从洪水、地震、滑坡、干旱等自然灾害以及爆炸、结构破坏、有毒物质排放等人为灾害出发，探讨了多维、多尺度灾害监测系统的构建思路(Inyang， 2017)。他指出，无论是联合国2030可持续发展目标，还是国家层面的发展计划，都应涵盖灾害预防和管理；这有赖于先进的监测技术以及创新且经济有效的传感器。

意大利是一个滑坡灾害频发的国家，因此对滑坡预警工作非常重视。意大利国家研究院水文地质保护研究所 Schenato博士详细介绍了他们单位开展的大型边坡模型试验(6×2×3.5￣￣m，见图6)(Schenato et al.，2017)。他们采用OFDR技术，以1￣￣cm空间分辨率采集了人工降雨诱发浅层滑坡过程中坡体内部的应变演化。他们发现在滑坡动力学方面，相比传统的水文类传感器(孔隙水压力计、体积含水率探针等)，光纤传感器能提供更多的信息，在滑坡预警系统中能为降雨阈值的准确设定提供参考依据。

中国香港地区历史上曾发生过多次严重的滑坡、泥石流等地质灾害事件，因此对灾害防治有着非常丰富的经验。香港理工大学殷建华教授课题组基于FBG技术研制了张力传感器、压力传感器和基底摩擦力传感器，并将其应用于落石和泥石流冲击柔性防护网的大型物理模型试验(Yin et al.，2018)。他们将FBG传感器安装在柔性防护网上(图7)，将FBG压力和摩擦力传感器安装在滑床上，以探究落石、砾石和完全风化花岗岩土等不同物源冲击柔性防护网时传感器的变形响应。香港大学岳中琦教授在会上作了题为“灾难性滑坡监测和预警的机遇、挑战与案例分析”的报告(Yue， 2017)。他以2015年12月20日深圳光明渣土受纳场高速远程滑坡为例，在现场调查、室内试验、数值模拟的基础上，深入剖析了该滑坡的成因机制。他认为，光电传感监测是实现灾难性滑坡预警的必要手段。

图7 安装有FBG张力传感器的柔性泥石流防护网(Yin et al.，2018)Fig. 7 A flexible barrier installed with FBG-SG tension transducers(Yin et al.，2018)

煤层采动容易引起地层的沉降变形、覆岩破坏、地面塌陷等问题。西安科技大学柴敬教授介绍了光电传感技术在煤层采动引起覆岩变形模型试验中的应用(Chai et al.，2017)。在三维相似比例模型试验中，他们综合运用了多种传感技术：采用BOTDA、FBG和全站仪监测岩体沉降变形；采用ROTDR和FBG监测岩体温度；采用聚酰亚胺涂敷的FBG监测岩体湿度。他们发现光纤布里渊频移与全站仪测得的岩层变形有很好的对应性，验证了光纤监测结果的可靠性。DFOS技术为煤层采动过程中覆岩变形破坏监测，覆岩离层发育、来压判别及“三带”分布等方面的研究提供了新的思路和方法(刘少林等， 2016；程刚等， 2017；柴敬等， 2018)。

中国海洋大学贾永刚教授综述了海洋地质灾害及海底工程环境的原位观测技术进展(Jia， 2017)。他强调，原位观测是研究海洋地质灾害孕育机理及预测其发生过程的必要手段，而光电传感监测可以在海洋工程地质及海洋地质灾害防治中发挥巨大的作用。

南京大学施斌教授在十余年地质工程分布式光纤传感技术研发与应用实践的基础上，提出了“大地感知系统与大地感知工程”的概念(施斌， 2017)。分布式光纤传感技术是实现大地感知、减轻各类地质灾害的重要手段，尤其在沉降监测中具有独特的优势(Kunisue et al.，2010； Chai et al.，2011； Hauswirth et al.，2014； Klar et al.，2014； Wu et al.，2015；侯公羽等， 2017；卢毅等， 2018； Zhang et al.，2018)。南京大学近年来针对我国东部地区地面沉降问题，研发了钻孔全断面分布式光纤监测技术(图8)，与传统分层沉降标相比可节约大量的监测成本。

图8 钻孔全断面光纤监测示意图(施斌等， 2018)Fig. 8 Schematic of borehole full section monitoring using DFOS techniques(Shi et al.，2018)

2.5 研究进展小结

本节归纳了光电感测解调技术、光电感测元件和传感器研发以及光电传感技术在基础设施及地质灾害监测中的应用等方面的最新进展。值得注意的是，DAS技术是当前科技界一个新的研究热点(He， 2017； Zhang， 2017)。该技术在地震探测与监测中的可行性是国际上竞相探索的问题(Dou et al.，2017； Grocholski， 2017； Lindsey et al.，2017； Jousset et al.，2018)。本届论坛也表明，高空间分辨率(厘米甚至毫米级)的分布式光纤传感技术正逐渐应用于室内试验和现场测试(如TW-COTDR与OFDR；孙义杰等， 2017； Schenato et al.，2017， 2018； Kogure et al.，2018)，这将有助于我们更精细化地监测地质和岩土体变形，从而揭示其灾变机理。

3 未来研究的发展趋势和热点

从本届论坛可以看出，光电传感技术在地质和岩土工程监测方面的重要性日益凸显，无论在基础研究还是应用研究方面，均呈现蓬勃发展的态势。该领域的国际学术交流活动也日益增多。例如，斯坦福大学2017年主办的第11届结构健康监测国际研讨会(IWSHM)，ISHMII学会2016年主办的CSHM-6等系列会议，剑桥大学分别于2015和2016年主办的土木工程和基础设施监测无线传感器网络大会、智能基础设施与建设国际会议(ICSIC)等。

在技术培训方面，国际上先后出现了“岩土和结构监测国际课程”(IcGSM)、“基于光纤的结构健康监测短期课程”等。前者由岩土监测领域的权威专家Dunnicliff于2014年发起，至今已经举办了六届，举办地均在意大利，总学员超过400人。后者由普林斯顿大学主办，Roctest等公司协办，每年1次，会期均为1￣￣d。

在DFOS技术方面，随着工程实践日益增多，系统的规范化是当务之急，各国、各地区亟须制定相关的标准、规范和指南。继美国材料与试验协会(ASTM)于2013年推出两本指南之后，剑桥大学CSIC中心于2016年主编了一部指南，题为《Distributed Fibre Optic Strain Sensing for Monitoring Civil Infrastructure-A Practical Guide》(Kechavarzi et al.，2016)。南京大学施斌教授团队编著的《地质与岩土工程分布式光纤监测技术》也已付梓出版(施斌，2019)。

从以上综述以及本届论坛的报告中可以看出，在地质和岩土工程分布式光电传感监测研究领域，今后的研究热点包括以下3个方面：

(1)研发高性价比的分布式温度传感(DTS)、分布式应变传感(DSS)解调技术，以及分布式声波传感(DAS)和分布式化学传感(DCS)等新型分布式光纤传感技术。

(2)针对地质和岩土工程监测的特定要求，研发新型光电传感器(如滑面剪切变形传感器、岩土体多维大变形传感器、地应力场传感器、分布式渗流场传感器等)，并提出适应恶劣地质环境和复杂地质结构(如活断层，高围压、富水地层，不均匀变形和局部沉降、塌陷地层等)的传感器布设工艺，解决传感器和周围岩土体之间的协调变形、参数匹配等问题。

(3)基于物联网、云计算、大数据和人工智能等分析技术，研发海量监测数据实时处理系统，实现对各类地质灾害和潜在事故的早期识别和预警预报。