基于分布式声波传感与车辆诱导振动信号的城市道路地下空洞监测方法

《Sensors》：A Distributed-Acoustic-Sensing-Based Method for Early Warning of Urban Road Subsurface Cavities Using Vehicle-Induced Vibrations

　　

摘要

城市地下开发的快速发展增加了路基空洞的潜在风险。传统地球物理方法，如探地雷达（GPR），成本高昂，不适合自动化大规模监测。本文提出了一种基于分布式声波传感（DAS）的算法，利用车辆诱导振动信号进行城市道路空洞监测。通过利用常规城市交通作为天然激励源，并将 DAS 作为传感介质，实现了对地下空洞危害的自动化和连续感知。引入了一种时频联合车辆信号提取算法，以在复杂噪声条件下可靠地隔离车辆响应，并构建了一个具有物理可解释性的平均特征比率指标（AFRI），以识别与结构异常相关的长期分布偏移。在无空洞道路上，即使在低水平假阳性（约 1%）情况下，AFRI 也能在 0.70–1.00 的狭窄范围内保持高度稳定。实验验证进一步表明，异常响应从空洞中心延伸约 5 米。这些发现证实了所提出方法的可行性，以及其在城市道路基础设施地下空洞实际早期预警方面的潜力。