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龙图腾网获悉太原理工大学申请的专利一种基于分布式光纤的隧道变形参数反演方法和装置获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN120426895B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-26发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202510563538.1，技术领域涉及：G01B11/16；该发明授权一种基于分布式光纤的隧道变形参数反演方法和装置是由章敏;霍晨云;陶欣雨;王子;张念;孙静雯;雷佳勤;杨浩杰设计研发完成，并于2025-04-30向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于分布式光纤的隧道变形参数反演方法和装置在说明书摘要公布了：本发明提供一种基于分布式光纤的隧道变形参数反演方法和装置，涉及隧道变形参数反演技术领域，具体包括：在隧道内选取监测点并布置光纤传感器，获得光纤传感器在对应监测点应力作用下所产生的布里渊散射信号；提取监测点对应的布里渊频移，利用温度变化数据、湿度变化数据和光纤传感器的服役时间确定环境效应频移修正值；根据布里渊频移、环境效应频移修正值确定监测点的结构应变，生成三维应变场云图，将其与模型几何拓扑进行空间配准，并进行三维网格划分；将监测点的结构应变映射至对应位置的网格节点，基于空间距离衰减规律，确定其他网格节点的结构应变，完成整个隧道变形参数的反演，提升了隧道变形监测的精度和效率。

本发明授权一种基于分布式光纤的隧道变形参数反演方法和装置在权利要求书中公布了：1.一种基于分布式光纤的隧道变形参数反演方法，其特征在于，具体步骤包括： S1：在隧道内部选取监测点并确定每个监测点的坐标，在每个监测点布置光纤传感器，获得光纤传感器在对应监测点应力作用下所产生的布里渊散射信号，并对所述布里渊散射信号进行放大处理； S2：对每个监测点的放大后的布里渊散射信号进行频谱分析，以提取每个监测点对应的布里渊频移，同时采集监测点处的温度变化数据、湿度变化数据和光纤传感器的服役时间，并利用温度变化数据、湿度变化数据和光纤传感器的服役时间确定环境效应频移修正值； S3：根据布里渊频移、环境效应频移修正值确定每个监测点的结构应变，并结合监测点的坐标生成三维应变场云图，构建基于隧道结构的梁-壳混合有限元模型，将三维应变场云图与模型几何拓扑进行空间配准，并进行三维网格划分； S4：将每个监测点的结构应变映射至对应位置的网格节点，基于空间距离衰减规律，确定其他网格节点的结构应变，完成整个隧道变形参数的反演； 所述光纤传感器的布置方式具体为：在隧道拱顶沿主轴铺设光纤，在隧道侧壁布置垂直光纤，布置在底板的光纤呈网状交叉分布，并在接缝、软弱围岩段布置螺旋缠绕式光纤； 通过全站仪测量每个监测点的三维绝对坐标，对布置在隧道拱顶、隧道侧壁和隧道底板处的直线段光纤按等间距插值生成坐标序列，对布置在接缝、软弱围岩段的螺旋缠绕段光纤采用参数化曲线拟合计算连续空间坐标，将坐标数据与BIM模型中的隧道轴线坐标系对齐，建立测点-结构映射关系，生成监测点的坐标；所述监测点是指光纤传感器上能够独立进行应变、温度和湿度测量的最小空间单元； 对所述布里渊散射信号进行放大处理，所依据的具体逻辑为：在光纤测量系统中加入掺铒光纤放大器，所述掺铒光纤放大器通过光纤激光器泵浦工作，放大布里渊散射信号，放大后信号的强度提升公式为： Iout＝G*Iin 式中，Iout为放大后的光信号强度，单位为mW，G为放大器增益，由实验标定，Iin为输入光信号强度，单位为mW； 采用窄带光学滤波器对所述布里渊散射信号进行滤波，去除外界噪声干扰，所述光学滤波器的通频带为±0.01nm； 利用光谱分析仪对放大后的布里渊散射信号进行频谱分析，提取布里渊频移，所述布里渊频移基于放大后的光信号强度Iout进行分析，计算公式为： 式中，ΔfB为布里渊频移，n为光纤折射率，VA为声波速度，λ为激光波长，Iout为放大后的光信号强度，Iref为参考信号强度； 所述温度变化数据ΔT和湿度变化数据ΔH是指相对于基准值的实时动态变化量，确定ΔT和ΔH所依据的具体逻辑为：在光纤传感器安装完成后，将监测点处24小时内环境稳定的温度平均值和湿度平均值作为初始基准温度和初始基准湿度，并确定实时温度与初始基准温度的差值绝对值为温度变化数据ΔT，实时湿度与初始基准湿度的差值绝对值为湿度变化数据ΔH，且每30天更新一次基准值以消除季节性环境影响； 利用温度变化数据、湿度变化数据和光纤传感器的服役时间确定环境效应频移修正值，所述光纤传感器的服役时间是指从光纤传感器安装完成并正式投入监测开始，至当前时刻的累计运行时长； 确定环境效应频移修正值所依据的公式如下： 式中，EFE为环境效应频移修正值，ΔT为温度变化数据，Tx为实时温度，T0为基准温度,sgn为符号函数，当Tx-T00时，sgnTx-T0＝1，当Tx-T00时，sgnTx-T0＝-1，当Tx-T0＝0时，sgnTx-T0＝0，ΔH为湿度变化数据，Hx为实时湿度，H0为基准湿度，当Hx-H00时，sgnHx-H0＝1，当Hx-H00时，sgnHx-H0＝-1，当Hx-H0＝0时，sgnHx-H0＝0，t为传感器的服役时间,e为自然常数，α、β和γ为预设的权重值，且αβγ0； 根据布里渊频移、环境效应频移修正值确定每个监测点的结构应变，其中，确定结构应变所依据的公式如下： 式中，∈为结构应变，ΔfB为布里渊频移，EFE为环境效应频移修正值，kstrain是隧道材料的应变灵敏度系数； 确定kstrain所依据的具体逻辑为：在实验室条件下，对隧道结构试样进行单轴拉伸试验，通过施加已知的拉伸力，记录试样在不同载荷下的应变： 式中，∈s为应变，ΔL为试样的增量长度，L0为原始长度； 利用实验数据绘制应力-应变曲线，将曲线的线性部分平均斜率作为应变灵敏度系数kstrain： 将每个监测点的结构应变根据其坐标绘制成三维应变场云图； 基于空间距离衰减规律，确定其他网格节点的结构应变，所依据的公式为： 式中，∈j为第j个其他网格节点的结构应变，j为其他网格节点的索引，∈i为第i个监测点映射节点的结构应变，N为监测点映射节点总数，i为监测点映射节点的索引，ωij为权重系数，表示第i个监测点映射节点对第j个其他网格节点的影响程度，与空间距离相关； 其中，确定ωij所依据的公式如下： 式中，ri为监测点映射节点的三维坐标xi,yi,zi，rj为第j个其他网格节点的三维坐标xj,yj,zj，e为自然常数； 基于上述步骤确定每个网格节点的结构应变，完成整个隧道变形参数的反演。

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