光纤光栅在道路交通中的应用与优势

光纤光栅技术通过在光纤纤芯内刻写纳米级周期性折射率分布结构，实现对光波长的选择性反射。同时凭借抗电磁干扰、耐腐蚀、高精度等优势使其成为交通基础设施智能监测的理想载体，在道路基础设施健康诊断、行车环境安全预警等方面发挥着关键作用。

一、道路结构状态感知

道路路基沉降、路面车辙与裂缝是威胁行车安全的主要隐患。FBG技术通过直接埋入或贴合于道路结构内部/表面，实时感知应力应变变化。

图1.模拟沥青路面车辙

来源：《基于分布式光纤形状传感的沥青混合料车辙变形监测研究》

1) 车载变形监测：将FBG传感器阵列布设于沥青层下部，通过监测车辆荷载引发的动态应变，可精确分析路面永久变形规律（车辙），这为道路养护决策提供了定量依据。

2) 路基沉降与裂缝预警：针对新旧路基差异沉降问题，FBG可分布式监测沉降发展过程。同时，通过分析应变异常集中点，FBG能有效识别基层裂缝的萌生与扩展位置，精度优于传统点式传感器。

二、隧道火灾实时监测

隧道火灾具有突发性强、蔓延快、后果严重的特点。FBG技术凭借其本质安全（无电火花）、响应快和精准定位优势，成为隧道火灾监测的理想选择。

1) 温度异常精准捕捉：FBG对温度变化极其敏感，波长偏移量可反映温度变化值，精度可达0.1°C。其可沿隧道拱顶或侧壁全程布设，形成连续温度监测网络。

2) 火源快速定位：一旦发生火灾，FBG能实时捕捉异常温升点，精确定位火源位置。同时，将FBG传感器进行封装可提高其在隧道恶劣环境下的存活率和长期稳定性，实现FBG火灾报警系统全天候在线监测，显著提升应急响应效率。

表1.分布式光纤测温系统与传统测温系统对比

来源：《分布式光纤在公路隧道火灾监控中的应用研究》

三、道路结冰早期预警

路面结冰极大降低摩擦系数，是冬季交通事故的主因。FBG技术则为结冰监测提供了新思路。

图2.光纤光栅传感器直线塔现场安装图

来源：《基于光纤传感的输电线路覆冰监测系统研究》

1) 间接监测利器：FBG虽非直接测量冰层厚度，但其超高温度分辨率是关键。通过密集布设于路表或浅层，它能实时捕捉路面温度骤降至冰点（0°C）的精确时刻和位置，发出结冰风险早期预警。

2) 技术优势突出：相比易受环境干扰的非接触式传感器（红外、图像）和可靠性较低的接触式电学传感器（电容、电导），FBG具有抗电磁干扰、耐候性强、长距离监测的优势，尤其适用于高速公路、桥梁等关键路段。

3) 应用潜力巨大：虽然目前FBG在道路结冰的直接定量监测（厚度）方面研究相对航空领域较少，但其作为高精度、分布式的“温度计”，在结冰风险预警系统中将扮演着重要的角色，结合气象数据，可构建更精准的结冰预测模型。