智慧城市的光纤神经网 —与上海交大何祖源老师谈光纤传感

1/26/2015, 上海交通大学光纤通信国家重点实验室主任、“千人计划”国家特聘专家何祖源教授是世界知名的光纤传感专家。不久之前，在上海交大闵行校区何祖源教授的办公室里，编辑专门向何老师请教他对光纤传感技术和产业发展的看法。

何老师首先向编辑展示了他在2014年10月中国光学学会光电专委会所作的题为“智慧城市中的光纤传感网”大会报告的PPT。在这份PPT中，何老师全面介绍了光纤传感技术的优势和典型应用，尤其是他对光纤传感技术在智慧城市中的应用前景的独特看法。何老师指出，光纤传感具有灵敏度高、带宽大，抗电磁干扰、耐环境，体积小、强度高、稳定性好，可植入材料中等诸多优点，特别是支持各种编码复用，支持多参量、可编程、自检测，易于实现大规模、高密集、多点网络式和分布式测量。他向编辑展示了美国NASA实验室在航天飞机结构应力分布测试中应用光纤传感器的一张图片。图片中原来仅使用400个传统应变传感器，后面拖着密密麻麻的电缆线和大量的数据记录仪，而应用光纤传感器后，使用了多达3000个传感器，系统仍然十分简洁。何老师说，这张图对比显示了光纤传感相对传统传感技术在实现大规模、高密度分布式/网络式传感方面所具有的突出优势，他在多次讲课中都会展示这张图。何老师指出，光纤传感的应用领域包括了石油、电力、土木建筑、航空航天、高铁、安防等诸多领域。而对于时下流行的智慧城市概念，何老师认为智慧城市的概念不局限于一般经常被提到的智能家居、智能交通甚至智能政务等等，而应该是运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息，从而对包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求做出智能响应。何老师引用最近两年在青岛、大连、高雄等地发生的油气管道事故，提出智慧城市的光纤神经网的概念，指出对于油气水道管网、电力电信管网、公铁桥梁隧道路网等等现代城市的生命线而言，光纤传感网应该而且可以成为其神经网。智慧城市中的光纤传感网业务应该如何开展？何老师用一张图来分析他眼中的智慧城市与大数据服务中的光纤传感网。他认为上层的针对诸如油气管线、隧道桥梁等不同领域用户的数据分析专业服务的欠缺，是制约当前光纤传感网产业发展的重要因素，未来的大数据服务如何能够和光纤传感网结合值得业界深入探讨。

 
智慧城市与大数据服务中的光纤传感网


编辑请教何老师，光纤传感器相比传统传感技术的核心优势到底在哪里？什么才是光纤传感器的核心应用场景。何老师表示，光纤传感其实应该有所为，有所不为；虽然原理上光纤传感器可以检测很多被测量，但光纤传感技术要去解决传统传感器做不了的问题，或者在比传统传感器做得更好的场景才有应用前途。光纤传感技术的优势在于支持多点分布式/网络式传感，监测范围大，适合高密度应用，典型的应用比如石油管线监测，比如物联网中的分布式传感网，比如光纤水听器网络等等。

围绕光纤传感的应用，何老师介绍了他们团队在光纤接入网线路检测、光纤周界安防、建筑及航空材料和结构检测、地壳形变检测等领域的工作。他们开发的高空间分辨率大动态范围COTDR克服了传统OTDR不适合FTTH接入网检测的缺点，可应用于电信PON网络的监测和维护。虽然身在学术界，何老师对当下的光纤传感产业也有深入的了解。对当前常见的光纤传感产品，何老师告诉编辑，基于温度监测的传感产品，包括火灾报警、电力线监测等产品现在相对比较成熟；但是在用于管线监测和周界安防的分布式振动传感方面还没有很成熟的产品，国内几个代表性的公司的产品都还在发展当中，交大在无锡的联河光子在长距离分布式振动传感产品中技术算是比较突出的。在电流互感器领域，国内一些公司最近取得了较大的进展，但是大规模测试表现如何还有待观察。何老师认为，在电流互感器领域，对光纤本身的改进是关键，光纤自身的问题可能还并没有完全解决。编辑请何老师对未来光纤传感的市场和技术发展做个估计。他表示，未来一两年内，应该可以看到一些关键技术的突破。市场对光纤传感产品的需求已经很高，市场已经在那里，现在还是看光纤传感技术自身是否成熟、能不能真正适应市场的需求。

对全世界范围的光纤传感市场到底怎么看？何老师告诉编辑，与光纤通信产品不同，光纤传感产品具有小批量多品种、分布在各种细分市场的特点，国外的确没有大型的专业做光纤传感的公司；但是很多国外的石油巨头、军工巨头，还有ABB、西门子这样的电力设备大公司都有自己的光纤传感业务，只不过外人对这些业务的发展情况很难摸清楚。在一些新兴领域，比如分布式传感，也有一批中小型的专业公司。总的看来，光纤传感的产业还是在发展初期，还有很大的发展潜力。

编辑请教何老师如何看待中国光纤传感科研的进展。何老师说，毫无疑问，中国已经是光纤传感领域论文数量的最大贡献者，但是这些论文水平是不是最高还有所保留。就光纤技术与光电子学整体而言，上海交大-北大联合的光纤通信国家重点实验室曾经拿自己和英国南安普顿大学的光学研究中心做过对比。在论文数量上，上海交大-北大联合国家重点实验室已经领先，但是在论文的引用率指标上却还有较大差距。何老师说，这种差距实际上反映了引领和被引领的关系；总体上看，中国的科研仍然处于被引领的角色，中国学者更多的还是采用跟踪国外先进技术、跟踪已经形成的热点的方式从事科研，这同当前国内科研的经费支持体制和管理考核体制有关。从被引领者到引领者的转变，依然还有很多工作要做。

何祖源老师简介：
“千人计划”国家特聘专家，上海交通大学教授，光纤通信国家重点实验室主任，科技部973计划信息科学领域咨询专家。1984年上海交通大学本科毕业，1987年获上海交通大学硕士学位。1999年获东京大学博士学位，留校任助教。2001年赴美国CIENA公司任主任工程师（Lead Engineer），光学测试技术组组长。2003年返东京大学任电气电子系讲师，2005年升任副教授，2010年升任教授。2003年起任日本文部科学省东京大学电气电子信息技术卓越中心（COE）秘书长。长期从事光传感与光互连技术的研发，担任日本应用物理学会光波传感技术专业委员会常任理事，日本电子信息通信学会光纤应用技术专业委员会常任理事，OFC、CLEO、OFS等国际会议技术程序委员会委员，ACP 2014国际大会主席，IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology Associate Editor。在光电子学领域顶级国际期刊和学术会议上发表论文380余篇，申报日本和国际发明专利21项，获授权10项。