南大朱鸿鹄团队利用暗光缆分布式声波传感技术赋能城市韧性实时监测
随着极端天气事件频率与强度持续攀升，洪水、滑坡、地面塌陷等灾害频发，严重威胁城市环境安全与社区生活稳定。新冠疫情等突发公共卫生事件引发的紧急管控措施，更进一步凸显了提升城市韧性的迫切性。在这一背景下，开发能够增强城市感知能力的智能监测系统，已成为推动智慧城市建设、提升城市韧性的重要趋势。分布式声波传感（DAS）技术凭借高空间分辨率与对现有光纤网络的复用能力，为城市韧性的动态感知提供了全新的技术路径。与传统监测手段（如摄像头、遥感或问卷调查）相比，DAS可直接利用城市中已有的暗光缆，实现全天候、实时、连续的高密度数据采集。它让原本沉默的光缆化身城市的“听觉神经”，随时捕捉人流、车流与环境振动的细微变化。尽管DAS在技术层面已显现出显著优势，但如何将其有效融入城市韧性的分析、评估与管理策略，目前仍缺乏系统性的研究框架与可推广的实践范式，亟待深入探索。
面对这一关于城市安全的重大需求，南京大学地球科学与工程学院朱鸿鹄教授团队在南京大学仙林校区布设了长达3.8公里的暗光缆，构建了基于DAS技术的大地感知系统，并创新性地将监测结果引入“适应性循环”理论框架，提出了一种从统一视角协调基础设施韧性与社会韧性的新方法。该系统自2023年2月起持续运行，覆盖校园多个区域，实现连续、高密度的振动数据采集，为“感知型”智慧校园建设提供了重要的技术支撑。团队通过分析DAS数据的功率谱密度（PSD）波动特征，评估了图书馆、教学楼、食堂、宿舍、体育馆等典型校园建筑在不同时段的活跃度，并揭示了活跃度的时空演化规律。团队进一步通过时空相关性计算，发现了不同区域间的活动模式耦合关系，为优化交通组织、制定疏散路线、实施应急响应与公共安全管理提供了定量化依据。在极端天气或公共卫生等突发事件中，系统能第一时间捕捉局部异常扰动，为决策者赢得宝贵的应对时间。本研究将DAS感知数据与“适应性循环”四阶段（开发、维持、释放、重组）相结合，探索其在城市韧性建设中的综合作用，展示了科学决策、数据驱动的强大潜力。该技术体系不仅适用于智慧校园，还可推广至更广泛的城市治理与防灾领域。
图1 基于分布式声波传感的城市韧性监测系统示意图
图2 基于分布式声波传感的城市韧性增强框架
图3 南京大学分布式声波传感阵列布设图
图4 DAS阵列的PSD变化率分布：（a）2024年4月2日上午11点PSD变化率分布图；（b）2024年4月2日不同时间所有位置的PSD变化率分布情况。
图5 不同时期校园建筑PSD变化分布:（a）不同建筑物的PSD变化的相关性分布；（b-e）在工作日、周末、假期和考试周期间不同建筑的活动模式。
相关成果近期以“Real-time campus resilience monitoring with distributed acoustic sensing: A case study”为题，发表于国内自然科学综合类顶级期刊《Science China Technological Sciences》。论文第一与通讯作者为南京大学朱鸿鹄教授，合作者包括施斌教授、王勤教授、阮友谊副教授、谭道远副教授、博士生王静，以及应急管理大学程刚教授、中国科学院声学研究所杨吉鑫博士。研究工作得到了国家杰出青年科学基金（42225702）、国家自然科学基金（42407250）和江苏省自然科学基金（BK20211086）等项目的资助。特别感谢南京大学陈颙院士依托大地探测与感知研究院发起“透明南大”项目，为本研究奠定了战略性基础，并在研究过程中给予了持续支持与宝贵指导。
论文链接：https://doi.org/10.1007/s11431-025-3030-7