振動電纜技術在地鐵車輛段及綜合維修基地安防系統中的應用

趙文龍

(廣州地鐵設計研究院有限公司，510010，廣州∥工程師)

地鐵車輛段及綜合維修基地是城市軌道交通工程的重要組成部分，是保證城市軌道交通正常運營的后勤維修基地，是負責列車車輛運營、整備、檢查、檢修、運用和修理的管理中心所在地。一般與綜合維修中心、材料總庫和職工技術培訓中心等合建。

根據線網規劃，車輛段基地一般設置在線路兩端，距離主城區較遠，且車輛段基地占地面積較大，基地內單體建筑較多。車輛段基地作為保障軌道交通運營的重要后勤維修基地，其安全保障工作也是極為重要的。在國內軌道交通工程設計時，為保障車輛段基地安全，均會考慮設置車輛段安防系統。

本文介紹了車輛段基地安防設計的基本方案，特別分析了振動電纜技術的技術原理及在地鐵車輛段安防系統中的應用情況，對同類建設工程有一定的借鑒和指導意義。

1 車輛段安防系統的構成

車輛段安全防范系統由周界探測報警、視頻監控系統、周界廣播系統、出入口控制(門禁系統)系統等子系統組成。并在車輛段綜合樓、重要物資庫、車輛出入段線、車輛段周界設置單獨的安防系統，在車輛段內設置安防監控室(可與消防控制室合設)，負責車輛段范圍內的安全防范。其中，在車輛段綜合樓設置門禁系統(構成方案同地鐵車站門禁系統);在車輛出入段線、車輛段周圍設置周界探測報警系統;在車輛段周界，以及車輛段出入口、綜合樓出入口、出入段線隧道口、運用庫出入口等位置設置視頻監控系統;單獨設置周界廣播系統，在周界探測報警系統完成入侵定位的同時，人工實現對指定區域的廣播。

當有入侵發生時，周界探測報警系統將報警信息傳送至安防控制室，通過聯動控制器實現和視頻監控設備的聯動，將告警圖像顯現在監視器上，以便安全保衛人員做出判斷、處理，以及是否啟動前端廣播進行警告。

目前，車輛段周界安防系統主要有2種:一種是集阻擋、探測、報警于一體的電子圍欄系統，另一種是探測非法闖入并報警的周界探測報警系統。

電子圍欄系統(見圖1)由電子圍欄主機和前端探測圍欄組成。該系統在防護邊界架設了一道有形的電子圍欄，可給予非法翻越者心理威懾。電子圍欄帶有高壓電擊功能，其電壓高達5 000～10 000 V。由于能量低，不會引起人身傷害。如果強行翻越，系統會發出報警。采用高壓電子圍欄技術需在公安部門備案，產品商應為產品投保人購買人身傷害意外保險。該技術較成熟，市場成熟產品也較多，廣泛應用在住宅小區、別墅、學校、變電站、電廠、水廠、工礦企業、物資倉庫、重點文物場所、軍事設施、監獄、看守所等有圍墻及需要圍墻的場所。該系統安裝必需砌筑圍墻，以保證圍欄有固定點。

圖1 電子圍欄系統

周界探測報警系統(見圖2)由前端傳感器、信號傳輸設備和終端顯示設備構成。前端傳感器用來觸發報警信號，不帶電，具有靈敏度高、誤報率低、不受地形和環境限制、安全性高等特點。目前國內前端傳感器采用的主流技術有振動電纜、地埋電纜、微波探測器、紅外探測器等，其實現原理各有不同。結合系統的安裝環境、工程實施、誤報率及能否精確定位等多方面比選，振動電纜技術具有較大的優越性。采用振動電纜技術可實現精確定位等功能，且振動電纜直接綁扎到圍欄鐵絲網上即可，施工方便，維護簡單;因此本文重點探討基于振動電纜技術的周界探測報警系統方案。

圖2 周界探測報警系統

2 基于振動電纜技術的周界探測報警系統

2.1 周界探測報警系統的功能

周界探測報警系統主要用于防范犯罪分子翻入鐵絲網圍欄或破壞圍欄。當有人翻入或破壞圍欄時，會觸動周界報警系統報警。報警信號會顯示在系統服務器上，同時，系統會提供信號給視頻監控系統，以實現聯動。

周界探測報警系統應實現的功能具體為:①當有人攀爬和破壞周界鐵絲網圍欄時，系統能及時發出報警信號，否則不發;②能正確識別并剔除均勻性環境沖擊造成的鐵絲網持續振動，如刮風、下雨、下雪、雷電、車輛通行等情況下不報警;③能正確識別并剔除一次性的環境因素產生的沖擊造成鐵絲網瞬間振動，如樹枝的拍打或者小動物的偶爾撞擊等;④能正確匹配鐵絲網的機械特性;⑤當發生報警事件時，能在監控室內的計算機終端顯示器上精確顯示報警位置。定位誤差不應大于10 m。同時，與消防控制室的視頻監控系統聯動，能控制攝像機立即指向報警現場，鎖定報警過程的特寫鏡頭，并錄像存檔。這樣，值班人員不僅能夠迅速在電子地圖上了解出事的準確位置，還能通過監視器了解發生報警事件的實際情況，為其迅速采取措施提供有力的保證。

2.2 振動電纜技術方案構成

周界探測報警系統由前端傳感器、信號傳輸設備和終端顯示設備3部分構成。

2.2.1 前端傳感器

振動電纜前端傳感器主要由振動電纜傳感器和前端數字信號處理器組成。振動電纜傳感器用于檢測鐵絲網的振動。數字信號處理器用于對傳感器檢測到的振動信號進行分析處理，剔除環境振動，識別真正的入侵振動，并將此報警信號傳回安防監控室，由監控中心服務器處理。振動電纜需依附圍欄敷設，對周邊環境沒有具體要求，受天氣(風、雨、雪)的影響比較小，誤報率低。

通過對國內振動電纜主流產品技術原理進行分析，振動電纜報警的原理主要有兩種:

(1)通過傳感電纜振動信號報警。系統由探測器和1根專用靜電傳感電纜組成。靜電傳感電纜每根最大長度為400 m，按直線或曲線安裝，其首端由饋線接入探測器(見圖3)。饋線每根標稱長度為3 m。靜電傳感電纜由芯線、壓敏膜、屏蔽層、外套組成。傳感電纜按設計要求綁扎在鐵絲網圍欄上，即可感測到由電纜表面傳來的微弱壓力和形變。靜電傳感電纜將鐵絲網圍欄上的微小振動轉化成電信號傳給數字信號處理器。通過分析電信號，數字信號處理器能夠區分是有人剪斷鐵絲網圍欄還是攀爬鐵絲網圍欄。當電信號的幅度、頻率等條件滿足設定要求時，探測器立即向報警主機報警。

圖3 傳感電纜振動信號報警

(2)通過TDR(時域反射計)發射脈沖信號探測報警。振動電纜的尺寸基本同于同軸電纜，不同的是在中心導線的圓周附近有兩根感應電纜(見圖4)。感應電纜懸浮在由聚乙烯制成的實心鍵槽內。TDR以4次/s的頻率在電纜屏蔽層內部發射脈沖信號。此脈沖信號順著振動電纜在中間導線和聚乙烯UV護套之間傳遞。當有侵入者攀爬圍欄或將圍欄網剪開時，電纜的運動會導致感應電纜在鍵槽中發生物理偏折。感應電纜發生任何物理偏折都會導致一部分的脈沖以80%的光速反射回接收器。通過感應電纜從脈沖發出至遇到偏折返回的時間延遲可以確定信號在電纜中的傳播距離，即精確定位。圖5為振動電纜檢測過程分析。

圖4 振動電纜內部剖面

圖5 振動電纜檢測過程及分析

2.2.2 信號傳輸設備和終端顯示設備

(1)信號傳輸設備。由于視頻監控系統中配備的光端機可提供RS232或RS422接口，因此，振動電纜報警系統的報警信號可通過視頻監控系統的光端機傳回消防控制室。

(2)終端設備。終端設備主要由安防監控中心設備和用于視頻監控系統報警的聯動設備2部分組成。安防監控中心設置1臺具有多串口的計算機，內裝報警管理軟件、電子地圖等，通過多串口連接光端機。由光端機傳來的各個前端數字信號處理器處理的報警信息，經過處理后，顯示在電子地圖上。同時，視頻監控聯動設備也處理來自多串口的報警信息，并將此信息轉換成控制命令，以控制電視監控系統實現報警聯動。

本方案所需主要設備為:信號處理單元、連接控制單元、振動電纜、報警服務器、視頻分析服務器、聯動控制器、終止單元、隔離單元、多串口管理終端。圖6為車輛段安全防范系統圖。

2.2.3 振動電纜安裝條件

振動電纜沿車輛段圍界鐵絲網設置。振動電纜及連接單元直接綁扎固定在金屬擴張網上，每隔1 m綁扎一次，振動電纜的固定高度距地面1.5 m。同時配以相應的報警處理單元、連接單元、終止單元、網絡接口單元和防雷單元及電源模塊等。鐵絲網圍欄要求高度不低于2.5 m，并有足夠的耐久性，以威懾入侵者。圍欄的支柱應位于圍欄內側，其埋深應大于0.6 m，間隔不大于3 m。圍欄之外不能存在可供人攀爬較高的物體或鉆入的缺口。

3 結語

采用振動電纜技術的周界探測報警系統可用于對地鐵車輛段基地的周界的鐵絲網圍欄進行監視。當檢測到有人非法翻越圍墻時，采用電子地圖方式顯示入侵位置，并與視頻監控系統實現聯動控制;在檢測到入侵事件時，可指揮相關的攝像頭對入侵部位進行攝像，并啟動廣播系統，進行廣播。

振動電纜具備自識別功能，可排除風、雨、雷電和車輛通行造成的振動干擾，同時可對老鼠、貓、狗等小動物的一次性沖擊圍界不予理會。每一根振動電纜可根據鐵絲網圍欄的實際機械特性建立一條隨位置不同的靈敏度曲線而不是只有一個報警值，使報警系統的報警閾值達到與實際現場環境高度吻合，最大限度避免誤報和漏報。

當電纜檢測到振動信號時，報警系統可通過設定時間窗口、振動次數和振動強度來定義報警事件，做到對真正的攀爬或破壞圍墻的行為發出報警信號。系統通過與視頻監控系統聯動，提高系統的安全防范等級。

圖6 車輛段安全防范系統圖

目前，基于振動電纜技術的周界探測報警系統已經在廣州地鐵5、6、2、8號線，以及廣佛線、深圳地鐵、北京地鐵等車輛段基地周界安防系統中得到了應用，安全防護效果良好，靈敏度高、誤報率低。

［1］GB/T 26718—2011城市軌道交通安全防范系統技術要求［S］.

［2］GB 50157—2003地鐵設計規范［S］.

［3］GB 50348—2004安全防范工程技術規范［S］.