挪威国庆日(5月17日)是该国最为重要的民族节日,每年这一天,奥斯陆市中心都会上演盛大的儿童学校和乐队游行。随着城市监控技术的发展,如何有效、准确地监测如此大规模的人群活动成为城市管理者关注的重点。分布式声学传感(Distributed Acoustic Sensing,简称DAS)技术,是近年来光纤技术应用于声学监测领域的重要突破,它借助于已铺设的光纤通信网络,将光纤转变为分布式声学传感器,实现对城市中各种声学事件的实时捕捉。2023年5月,奥斯陆利用一条长达3.88公里的"暗光纤"成功记录了国庆日游行期间的声音信号,并对其中的乐队动态进行了深入分析。光纤传感通过激光信号的调制和反射测量微小的振动变化,能够捕捉到乐队行进时产生的步伐声和乐器振动。由于乐队成员步伐的一致性,传感器捕捉到的信号呈现出显著的谐波特征,这为识别和跟踪各支乐队提供了技术保障。
在数据采集过程中,光纤传感系统以高达2500赫兹的采样频率对信号进行捕捉,并将每1.02米设为一个接收单元,形成了高密度的声学传感网络。这种高分辨率确保了数据的详尽,为后续分析奠定了坚实基础。通过对11天前后持续采集的数据进行对比,研究团队成功区分了游行期间人群活动与日常城市背景噪声的差异。尤其是在国庆日期间,由于公共交通暂停,游行人与乐队声音成为主导信号,极大提高了信噪比,使得监测结果更加准确。研究中,音频数据首先经过频谱分析,识别出每支乐队独有的步伐频率和相关高阶谐波。乐队成员训练有素,步伐一致,产生的频率成分较为集中且清晰;相比之下,普通学校队伍的步伐则较为分散,谐波信号较弱。
这种差别有助于系统自动区分不同类型的游行队伍。此外,通过计算步伐频率与行进速度的比值,研究人员准确估算出了乐队成员的步长,发现其平均步长约在0.44至0.62米之间。步长的变化不仅反映了不同乐队的步伐差异,也映射出队伍规模、成员年龄等因素。值得注意的是,一支乐队甚至可以被跨越两个街区追踪,路径长度达约1.5公里。基于频率特征的横向相关分析方法,使得系统能够在空间维度上追踪队伍移动轨迹,实时掌握活动分布情况。尽管存在多支乐队频率相近的问题,给跟踪带来一定难度,但在某些情况下,仍可实现精准定位和区分。
光纤分布式声学传感技术的优势在于它不受天气、光线等环境变量的影响。相比传统摄像头监控,光纤传感无需可视条件,能穿透雾霾和雨雪保证数据稳定连续。同时,该技术不会涉及个人隐私信息,适合在人流密集场所实现大范围监控。此外,由于利用的是城市中已存在的光纤网络,部署成本大幅降低,覆盖范围极广。这为未来城市应急响应、公共安全监管、交通管理以及大规模活动安全保障提供了强大技术支撑。应用此技术,城市管理者可以实时获悉人群流向,合理调配公安与应急力量,提高整体安全防范能力。
研究者指出,未来可以借助机器学习等前沿算法,对采集到的大量声学数据进行自动分类和识别,从而实现更加智能化的城市动态监控和预测。光纤传感技术不仅适用于节庆活动,还具有追踪车辆交通、检测异常事件、监测基础设施健康等多重用途,展现出广阔的应用前景。随着光纤传感仪器精度提升、数据处理能力增强,以及大数据与人工智能的融合发展,其在智慧城市建设中的作用将愈加突出。综上所述,今回奥斯陆国庆日游行的光纤分布式声学传感试验,不仅成功捕捉并辨识了87支乐队的动态特征,更验证了该技术在复杂城市环境中进行大规模人群监测的可行性。未来,通过技术持续优化与多数据源融合,光纤声学传感将成为城市安全管理中的重要利器,为公共安全和城市运营提供科学支撑,推动智能城市迈向新高度。 。
