激光光纤监测揭示疫情对日常生活的深刻影响

研究人员利用一束激光照射光纤，通过精确计算散射光传播时间，可测量不同长度的光缆振动情况，进而感知汽车和行人产生的独特振动信号。这一创新科技现已被科学家用来展示新冠疫情对人类日常生活模式的具体影响。

在2020年春季，美国宾夕法尼亚州立大学（简称“州学院”）因封城而陷入沉寂，然而，科研团队巧妙地利用一套临时安装的仪器，通过连接一条长达4公里的校园地下电信光缆，将其转变为一种科学监控设备。此设备能够捕捉由地表振动引起的光纤微小形变，借此无须影像监控即可描绘出封城前后这个曾经熙攘社区的生活状态变化。

通过分析地震信号，研究人员发现在封锁初期的四月，校园内人流量几近消失，直至六月仍维持低位。相比之下，车辆流量在经历短暂下降后逐渐复苏。据研究报告的第一作者、宾夕法尼亚州立大学地震学家朱铁源表示：“通过光纤，我们确实能精准捕捉到这些微妙的信号。”相关研究成果已在《地震记录》期刊上发布。

光纤能记录不同频率的振动信号，如人步行产生1至5赫兹的振动，汽车行驶则产生约40或50赫兹的振动，而工程机械产生的振动则超过100赫兹。分布式光纤声传感技术（DAS）使科学家得以沿着长达4公里的光缆收集超过2000个点的信号，达到每两米一个点的超高精度地面活动监测。

借助DAS技术，研究人员无需依赖传统的地震仪，后者仅能记录单一点位的振动，而DAS可在整个4公里光缆沿线获取超精细的地面活动信息。自2020年3月封锁开始至6月解禁，州学院内的企业逐步恢复运营，这一期间的振动信号数据显示，校园西区新建停车场的施工在四月全面暂停，直到六月才重新启动，同时伴有施工车辆特有的低频振动。然而，行人活动却并未随封锁措施的放宽而显著增加。

DAS技术作为一种强大的追踪手段，允许科学家监测行人和车辆动态，而不必依赖手机定位数据。尽管如此，该技术无法识别特定的个体或车辆。专家认为，DAS技术的匿名性恰恰是其一大优点。此外，若要通过光缆追踪特定个体，除非此人始终沿光缆路径移动，否则将无法实现。

近年来，得益于未启用的“暗光纤”的广泛存在，DAS技术在诸多科学领域迅速发展。然而，光纤的实际可用性仍受地理位置制约。尽管纽约市等繁忙地带可能存在大量光纤争议，但在偏远地区如穿越内华达州乡村的旅程中，DAS技术可能会找到更多的应用资源。

相较于传统地震仪，光纤成本低廉且无需电力供应，采用DAS技术只需一台“询问器”设备来发射激光并接收经光纤传输回来的数据。因此，对于地震、表面波或城市流动性的高密度数据测量而言，DAS技术无疑是一个理想选择。DAS技术的应用领域正呈爆发式增长，包括但不限于土木工程中的土壤变形研究、生物学中利用深海光缆监听鲸鱼活动，以及在冰川和自由水体环境中测量温度等方面展现出广阔的应用潜力。