從鑫鼎晟的專業視角來看，我國因電氣電纜故障引起的火災事故佔比超過火災總數的30%，而光纖傳感器因其優越的預警監測作用，被廣泛應用到光纜運維、油氣管網、電力系統、公共交通的各個領域中。我國光纖傳感方案自2017年以來複合增長率達27%，基建等領域發展是其最重要的增長因素，預計2026年市場規模將達208億元，發展前景廣闊。‍‍‍‍‍‍傳統的光纖傳感技術難以滿足光纖傳感網絡發展趨勢，新型陣列光柵光纖可有效融合各類光纖傳感器優勢，成爲光纖傳感最優解。1）因電氣電纜故障引發的火災及事故11月9日，國家消防救援局公佈2023年1-10月全國火災形勢報告。今年1-10月，全國共接報火災74.5萬起，死亡1381人，受傷2063人，已核直接財產損失61.5億元，與去年同期相比，起數和傷人數分別上升2.5%和6.5%。其中，因電氣引發的火災共有21.7萬起，火災造成418人死亡，佔總數的30.3%，直接財產損失26.3億元，電氣故障是引發火災的首要原因。除火災外，隨着光纜鋪設區域和密集度快速增長，以及我國油氣管網和電力系統的迅速壯大，其運維管理也同樣存在諸多困難，如監測工作量大、故障定位誤差大、性能監控不完善等問題。根據相關統計，85%以上網、電不可用事件均由線纜故障造成，對經濟社會生活造成了較大損失。2）光纖傳感技術爲了防範火災的發生和減少線纜故障造成的損失，科技人員不斷探索和研發新的預警技術。其中，光纖傳感技術作爲一種新興的技術手段，被大量應用在火災預警及光纜監測中，並取得了重要的成果。光纖傳感是以光作爲信息的載體，光纖作爲傳播和傳感媒介，通過解析傳感光纖中的光信號變化來獲取其中有用信息的一種新型傳感技術。作爲現代傳感領域發展最迅速的分支，光纖傳感擁有許多獨特優異的性能，如體積小重量輕、耐腐蝕高溫等惡劣環境、抗電磁干擾、信息容量大、高靈敏等，同時可通過複用技術組陣或分佈式結構實現大尺度、長距離的信號探測。因此，光纖傳感技術特別適合於惡劣環境下的長期在線測量，化被動巡檢爲主動感知，實現數字化、智能化監測運維，具有傳統電磁傳感器無法比擬的優越性。經過多年學術研究和技術發展，光纖傳感技術在近幾年形成了加速發展的趨勢，在溫度、壓力、聲波、振動、磁場、應變等衆多物理量的測量方面都有廣泛的科學研究，並且已在多個實際場景和交叉領域中獲得大量應用，如電力、石油、化工、交通、生物、醫療等，逐漸形成了產學研緊密結合的格局。其典型應用如下：1）光纜運維管理光纜在施工、服役過程中，由於技術和環境影響難免存在不良扭轉、物理損壞等情況，需進行故障狀態監測及預警。儘管光網絡有邏輯鏈路主備路徑保護措施，但若主備路徑處於同一物理光纜，斷纖事故造成的業務中斷風險將大幅增加。基於光纖傳感的“同路由檢測”技術可實現光纜管線信息和業務路由信息的融合管理。2）油氣管網監測我國擁有龐大的油氣管網，根據國家能源局數據，到2025年全國油氣管網規模將達到21萬公里。油氣管網具有跨度長、地理地質環境複雜、多處於野外無人監管區域等特點，傳統監測方法較難滿足油氣管道的安全監測需求。基於光纖傳感技術，利用油氣管道同溝鋪設的通信光纜，配合智能分析算法，可實現長距離、高空間分辨率、多參數測量的長輸管道實時監測。3）電力線路監測我國電網規模和輸送容量位居全球首位。輸電線路的穩定運行易受惡劣天氣如大風、雷暴、冰雪災害等環境因素的影響，傳統監測預警方案主要依靠人工巡檢、電子點式傳感器等方法，存在勞動強度大、成本高、安裝維護難度大和大面積覆蓋困難等問題。光纖傳感技術可實現對沿線多種參量的長距離、實時在線監測，相比傳統方法具有響應速度快、抗干擾性強、可靠性高和重量輕可微型化等優點。下圖爲國家電網某線路基於光迅科技站內分佈式光纖傳感監測系統進行的覆冰在線監測試點，可實現OPGW光纜逐檔距的覆冰厚度連續實時監測。4）地質環境和火災監測預警基於光纖傳感技術和我國廣泛覆蓋光通信網絡，可構建一張包含平原、山川、河流、海洋的地質環境監測預警網。通過對光學信號的分析和振動等參數檢測，一方面可實時監測地質環境中的異常變化，提供地震、滑坡、泥石流等早期預警和風險評估，以便採取適當防護措施；另一方面，可實時獲取地質參數的變化情況，如地殼位移、水位變化、岩土結構變形等，輔助評估結構的安全性與穩定性。5）周界安防監測社會經濟的高速發展對核電站、鐵路沿線、危化品倉庫、軍事基地、政府辦公區域、重要基建設施、大型網絡節點等重要戰略區域提出了更高安防要求，爲有效杜絕關鍵區域越界入侵，周界防護正從物防人防向技防轉變。基於光纖傳感的周界安防系統可以有效克服傳統安防系統存在盲區、性能劣化、誤報率高、易遭受雷擊等缺點，具有監測距離長、無電磁輻射、抗干擾能力強、可靠性高、運營成本低等優點。6）海纜監測預警光纖傳感技術的重要載體之一是海纜，其典型應用場景除前文提及的地質環境等監測外，還包括對海底電纜、光纜及相關基礎設施的有效監測，如海底拖網活動、輪船錨定、疏浚活動、渦激振動、電氣故障、局部放電等的監測和預警。1）幾種常見光纖傳感技術不同於傳統傳感器是獨立個體，光纖傳感器可以在一根光纖上串聯多個傳感單元，組成監測網絡。根據傳感單元佈局設計的差異，光纖傳感技術可分爲單點式、準分佈式和分佈式三大類。①單點式光纖傳感單點式光纖傳感器一般實現局部區域的信息獲取，主要包括光纖光柵型傳感器、光纖微結構干涉型傳感器、光纖光譜吸收型傳感器以及微納光纖型傳感器等。這些傳感單元可實現單一乃至多物理參量的傳感測量，常見的測量物理量包括應力、振動、折射率、溫度等。其中，光纖光柵（FBG）是常見的一種點式傳感器。FBG是通過一定方法（如紫外刻寫）使光纖纖芯的折射率產生週期性分佈，它對波長具有選擇性，能夠使特定波長的光反射，而使其他光透過。光纖光柵傳感器由於具有靈敏度高、抗電磁干擾、耐腐蝕、動態測量範圍寬、體積小、穩定性強，易於複用等優點，已成爲近年來發展最爲迅速的傳感器之一。②準分佈式光纖傳感準分佈式光纖傳感技術通過光纖將多個傳感單元串接起來，實現單纖長距離、大容量傳感監測。構建準分佈式傳感網的傳感單元多采用光纖光柵、光纖FPI及光纖干涉儀，這些傳感單元本身具有較高的信噪比，同時在組網和信號傳輸上又保持分佈式傳感的優勢。利用光波自身特性，通過波分複用、時分複用、頻分複用、空分複用以及混合複用等技術，在單根光纖或多根光纖上形成準分佈式傳感網絡。③分佈式光纖傳感分佈式光纖傳感技術是光纖傳感領域的重要組成部分，光纖集傳輸與傳感於一體，可實現傳感光纖鏈路上多達百萬個測點的信息獲取，實現大範圍、長距離的傳感監測。分佈式光纖傳感技術無盲區，突破了光纖光柵解調複用傳感單元數量限制和空間分辨率限制，因而稱爲分佈式測量。目前，分佈式光纖傳感系統已被廣泛應用於周界安防、管線安全、資源勘探、結構健康監測以及醫療檢測等多個領域中，展現出極佳的工程化前景。2）光纖傳感技術發展趨勢目前，以“大容量、高精度、高密度、長距離、高可靠”爲特徵的新型光纖傳感網絡已經成爲光纖傳感最重要的發展趨勢：大容量，代表光纖傳感單元多達幾千甚至數萬個；高精度，代表光纖傳感監測精度進一步顯著提高；高密度，代表傳感單元間隔將達到釐米級；長距離，代表光纖傳感監測範圍多達幾十甚至上百公里；高可靠，代表能夠更好地滿足惡劣工程現場長期可靠運行需要。而傳統的光纖傳感技術，無論是光纖光柵傳感技術還是分佈式光纖傳感技術，均難以滿足“大容量、高精度、高密度、長距離、高可靠”光纖傳感網絡的應用需要和迫切需求。因此，基於光柵陣列的新一代光纖傳感技術應運而生。3）光柵光纖陣列傳感或成最優解伴隨我國經濟的持續穩定發展，城市軌道交通、高速公路、機場、石油天然氣管線、大型橋樑、高速鐵路等國家大型工程、重要基礎設施呈現快速增長態勢。上述大型基礎設施、重大工程與人民生命財產安全息息相關，其運行狀態監測與安全管理已經成爲當前急需解決的重大問題。面對複雜的大型基礎設施、重大工程的運行狀態監測與安全管理需求，傳感技術手段由於其各自存在技術短板，尚不能滿足上述應用領域發展需要。而基於光柵光纖的新一代光纖傳感技術——光柵光纖陣列傳感，能夠採用拉絲塔在線寫入光纖光柵，利用波分+時分混合複用的方式對海量傳感信號進行解調，有效融合“光纖光柵傳感技術”與“分佈式光纖傳感技術”的各自優勢，進而實現“大容量、高精度、高密度、長距離、高可靠”的新一代光纖傳感網絡。我國企業，如安徽龍聯智能等已開始佈局此種新型光纖傳感智能系統，並取得了一定的成果。新型光柵光纖陣列傳感技術的出現，能夠爲我國重要基礎設施的狀態監測與安全管理提供完整先進的解決方案，能夠及時掌握其在役狀態、健康狀況，對潛在的病害和突發的事故隱患及時地進行預警和報警，有效滿足城市軌道交通、高速公路、機場、石油天然氣管線、大型橋樑、高速鐵路等下游市場的實時狀態監測與安全管理需求，顯著提升我國大型基礎設施的實時監測能力與安全管理水平。1）中國光纖傳感解決方案總體市場規模在第一部分內容中，我們提到目前光纖傳感技術已廣泛應用於電網基建、城市管廊、油氣能源基建、海底纜線、交通基建、城市安防等領域，實現資產監控運維管理功能，下游應用領域十分廣闊。‍‍且根據Frost&Sullivan的統計和預測，2021年，我國光纖傳感解決方案市場規模達到72.90億元人民幣，自2017年以來年複合增長率達27.1%，電網基建、城市管廊、油氣能源基建、海底纜線等行業投資的高速發展是促進整體光纖傳感市場的主要增長因素。預測到2026年，市場規模將達到208.70億元。2）技術驅動下行業發展前景廣闊隨着傳感技術、信息技術、互聯網技術的快速發展，採用新材料、新機理、新技術的光纖傳感器與智能儀器儀表實現了高靈敏度、高適應性、高可靠性，並向多功能化、微型化、模塊化、智能化、集成化、網絡化方向發展。主要應用領域的市場推動力情況如下：①電力電網行業國家電網於2019年提出建設世界一流能源互聯網企業，根據規劃，國家電網將分兩階段推進電力物聯網建設：2019年—2021年爲戰略突破期，將重點應用人工智能、物聯網、雲計算等新技術，提升電網物聯和深度感知能力，2021年初步建成電力物聯網；通過三年提升，於2024年建成電力物聯網，而智能電網將爲光纖傳感行業提供豐富的發展機會。②海上風電行業根據全球風能協會的數據，2021年我國海上風電新增裝機容量爲1,690萬千瓦，相比於2018年的165.5萬千瓦實現大幅增長，我國海上風電裝機量已達到全球第一，其中海纜作爲海上風電的重要設施，同時也是光纖傳感技術的重要載體，爲光纖傳感發展提供了廣闊市場。2018—2021年，我國海上風電新增裝機容量變化趨勢如下圖所示：③綜合管廊國家層面密集發佈關於開展城市地下綜合管廊建設的文件，隨着城市現代化進程的推進，政府部門對於城市基礎設施建設領域的發展更加重視，城市基礎設施中綜合管廊建設及管理的重要性也逐漸體現，也爲光纖傳感系統在管廊本體監測、隧道環境監測、管廊資產管理等領域的應用提供了更多空間。④石油石化石油石化行業對安全管理的要求較高，設備出現突發故障，則可能導致設備非計劃停機，並導致安全生產事故的發生。各個類型關鍵設備的穩定運行是石化企業安全生產的基石，石油石化企業需在關鍵性的設備上安裝資產監控運維管理系統，以對其進行溫度、應力、振動等的狀態監測和故障診斷。⑤城市智能交通根據前瞻產業研究院數據，2011—2020年，我國智能交通市場總規模由約420.00億元增長至約1,658億元，呈明顯上升趨勢，年化增長率接近20%，展現出穩定增長態勢。預計到2026年我國智能交通行業市場規模將突破4,000.00億元，年均複合增長率在16%左右。城市智慧交通行業的快速發展，爲光纖傳感系統應用於交通信號控制、火災監測、隧道溫度監測、應力監控等領域提供了廣闊的市場空間。未來光纖傳感及儀器儀表技術的微型化、智能化和網絡化的發展趨勢將實現可靠、準確、泛在的網絡傳感。各種儀器和傳感器能夠對電網、交通、大壩、油氣管道等對象進行智能辨識和感知，形成協同傳感、泛在感知、智慧感知的物聯網，推動物聯網應用的發展。傳感器作爲傳感網的基礎元件，光纖傳感器及智能儀器儀表將融入物聯網產業的發展中，在今後將有十分廣闊的市場前景。隨着光纖光柵列陣傳感技術的進步和研究成果的不斷湧現，其在傳感器領域中已經處於越來越重要的地位。在民用工程結構、航空航天業、船舶航運業、電力工業、石油化工工業、醫學、核工業等有非常廣泛地應用。許多具有發展潛力和市場前景的可實用化技術研究都在進行當中。展望未來，光纖傳感技術仍有繼續進行提升和改進的空間。例如，繼續推動光纖傳感技術的工程實用化，從市場邏輯出發，需求牽引市場，市場驅動技術進步；解決光纖在醫療生物、資源勘探、軍事國防等衆多領域中的工程性問題，使光纖傳感器在保持自身特有優勢基礎上，逐漸靠近甚至取代傳統電磁類傳感器，實現技術革命。而這些技術的成熟和改進，將會給國民經濟建設帶來巨大的推動。