淺析圍界安防系統(tǒng)在機場項目中的應用

王 晨

淺析圍界安防系統(tǒng)在機場項目中的應用

王 晨

(福建兆翔機場建設有限公司 福建廈門 361006)

簡要介紹圍界安防系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、類別、特點及工作原理，結(jié)合圍界安防相關產(chǎn)品及部分機場應用實例，闡述該系統(tǒng)的應用。在強調(diào)圍界安防系統(tǒng)重要性的同時，提出圍界安防系統(tǒng)的質(zhì)量控制要素及該系統(tǒng)在新建機場中的應用建議。

圍界安防系統(tǒng)；圍界報警技術；圍界安防產(chǎn)品；機場；質(zhì)量控制要素

0 引言

隨著公共交通事業(yè)的快速發(fā)展，乘坐飛機出行已經(jīng)成為人們的最佳選擇之一。機場作為主要的公共交通樞紐，具有規(guī)模體量大、投資高、設施設備多、運行復雜、人員密集、政治經(jīng)濟影響大等特點，其公共安全顯得尤為重要。

機場航站區(qū)是飛機停泊及旅客進出港口的交匯區(qū)，飛行區(qū)則是飛機進出港口的活動區(qū)，要保障機場運行安全，除去飛機本身的因素外，很大程度取決于飛機活動場地的安全[1]。

近年來，國內(nèi)機場陸續(xù)出現(xiàn)不少外來人員突破飛行區(qū)物理圍欄，闖入跑道或潛入機艙，導致飛機遇險及人員傷亡的安全事故，飛行區(qū)安防形勢十分嚴峻。2010 年《民用機場管理條例》及2016年《中華人民共和國反恐怖主義法》等法律法規(guī)對機場的安全運營提出了更高的要求，而圍界及其防入侵系統(tǒng)作為機場安全的一道重要防線，也越來越受重視[2]。因此，機場如何選擇一種高性能、高可靠性的圍界安防系統(tǒng)顯得尤為重要。

本文通過列舉圍界安防的需求及主要內(nèi)容，分析并對比各類圍界安防報警主流技術，進而提出圍界安防系統(tǒng)的質(zhì)量控制要素與新建機場應用建議。

1 飛行區(qū)圍界安防工程

1.1 圍界安防的需求

圍界安全防范系統(tǒng)物理上主要為單層鋼筋網(wǎng)外圍界、雙層鋼筋網(wǎng)外圍界和磚墻圍界。圍界安全防范系統(tǒng)能有效地檢測圍界入侵行為，包括不限于圍欄翻越、攀爬及破壞等。要求以智能探測器為主要探測方法，通過對探測器采集到的輸入信號進行智能協(xié)同處理，從而實現(xiàn)對入侵行為的檢測、報警。

系統(tǒng)可結(jié)合智能視頻分析等感知手段完成協(xié)同分析，智能探測器報警與攝像機預制位聯(lián)動，實現(xiàn)智能化的入侵探測。系統(tǒng)應避免使用單一的檢測手段，各前端智能探測器之間應能進行充分的數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)融合，以最大限度地降低系統(tǒng)的漏報率和誤報率。系統(tǒng)應具有報警提示、報警記錄、報警查詢的功能，并能與視頻系統(tǒng)、語音告警系統(tǒng)、圍界照明燈光系統(tǒng)等系統(tǒng)進行有效的聯(lián)動。聯(lián)動系統(tǒng)及動作可按需配置，能準確、及時報告入侵及異常事件，實現(xiàn)向監(jiān)控中心發(fā)出報警并實現(xiàn)目標定位，準確記錄報警時間、位置、圖像等信息。

1.2 圍界安防主要內(nèi)容

1.2.1 飛行區(qū)圍界視頻監(jiān)控及視頻分析系統(tǒng)

系統(tǒng)功能主要包括兩個部分:首先是采用固定攝像機對整個圍界進行全覆蓋，實現(xiàn)全圍界的靜態(tài)監(jiān)控，并通過開通系統(tǒng)前端固定攝像機內(nèi)視頻分析功能對部分區(qū)域的物理圍界外形成一道虛擬圍界，對入侵圍界的行為進行預告警報；其次是使用快球攝像機，當圍界入侵事件發(fā)生時，能準確地對其進行定位、抓拍和跟蹤拍攝，同時通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)對入侵事件進行回放和復查等。

1.2.2 機場圍界防入侵探測及報警系統(tǒng)

系統(tǒng)前端主要采用前端探測器的報警方式。前端探測器安裝在圍界的立柱上，或者磚圍界墻體上。現(xiàn)場主機可安裝在安防控制箱內(nèi)或直接安裝在圍界上。

1.2.3 視頻監(jiān)控夜間輔助照明、廣播及聲光報警系統(tǒng)

除監(jiān)控系統(tǒng)和報警系統(tǒng)外，圍界安防系統(tǒng)還包括視頻監(jiān)控夜間輔助照明系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)。在發(fā)生入侵報警的同時，通過集成平臺，入侵報警系統(tǒng)向視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供報警信號，聯(lián)動快球攝像機到報警點進行定位及監(jiān)控，并聯(lián)動廣播系統(tǒng)自動播放警告語音，夜間同時聯(lián)動燈光系統(tǒng)開啟。同時在飛行區(qū)圍界安防的值班席位上開啟報警，提醒監(jiān)控人員及時處理報警事件。當一個防區(qū)發(fā)生報警時，至少相鄰的兩個防區(qū)同時聯(lián)動報警。

1.2.4 飛行區(qū)圍界安防系統(tǒng)設備機房、監(jiān)控中心及分控

圍界安防系統(tǒng)設備機房主要有：網(wǎng)絡交換機、視頻管理服務器、視頻錄像服務器、安防系統(tǒng)應用服務器、廣播主機、存儲設備以及網(wǎng)管服務器等。可考慮在機場運行指揮中心、消防站及飛行區(qū)內(nèi)的各個崗亭設置分控，配置和安防監(jiān)控中心的配置相同。

1.2.5 飛行區(qū)周界安防集成平臺

圍界集成平臺集成各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、聯(lián)動處理和綜合監(jiān)視功能，是整個圍界的核心和集成平臺。當有人員靠近圍界并穿過視頻分析系統(tǒng)的虛擬圍界時，在飛行區(qū)周界安防的值班席位上開啟相關區(qū)域的視頻，并提示監(jiān)控人員可能發(fā)生非法入侵事件。值班人員通過集成平臺開啟廣播及聲光報警系統(tǒng)，警告入侵人員離開。當入侵人員進一步攀爬、翻越圍界時，入侵探測系統(tǒng)提供明確的入侵位置的報警信號，并在值班席位上彈出入侵報警事件；同時，通過集成平臺向視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供觸發(fā)信號，聯(lián)動快球攝像機到報警點進行定位、抓拍及追蹤。

1.2.6 安防系統(tǒng)通信管道工程設計

飛行區(qū)安防系統(tǒng)通信管道，各個崗亭的管網(wǎng)，可以與機位監(jiān)控管路一并設計。

1.2.7 系統(tǒng)供電

飛行區(qū)圍界安防系統(tǒng)供電采用就近配電箱供電的方式。

1.2.8 防雷和接地

出入安防箱的通信電纜及供電電纜均加裝防雷保護器。

1.2.9 圍界安防系統(tǒng)的組成及網(wǎng)絡架構(gòu)

圍界安防系統(tǒng)有多種組成及網(wǎng)絡架構(gòu)形式，不同的組成結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡架構(gòu)形式對系統(tǒng)的功能性、穩(wěn)定性、投資和運行維護均產(chǎn)生較為重要的影響。下文所示圍界安防系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖及圍界安防系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)屬于較為完整的系統(tǒng)框架，多數(shù)圍界安防系統(tǒng)配置可由其轉(zhuǎn)化。圍界安防系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，圍界安防系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)圖如圖2所示。

圖1 圍界安防系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖

圖2 圍界安防系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)圖

2 圍界報警主流技術

2.1 震動光纜

2.1.1 震動光纜技術介紹

隨著光通信技術的發(fā)展，光通信中的一些技術逐漸為傳感領域中的應用提供了技術平臺，基于光的傳感技術就是其中之一。與傳統(tǒng)的電傳感器相比，光纖傳感器在傳感網(wǎng)絡應用中具有比較明顯的技術優(yōu)勢，如：可靠性好、抗干擾能力強。由于光纖對被感測信息用波長編碼，而波長是一種絕對參量，它不受光源功率波動以及光纖彎曲等因素引起的系統(tǒng)損耗的影響，因而光纖傳感器具有非常好的可靠性和穩(wěn)定性；系統(tǒng)中所使用的分離器和反射器等終結(jié)設備結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小，適于各種應用場合；抗電磁干擾、抗腐蝕，能在惡劣的化學環(huán)境下工作，可復用性強。基于這項技術的應用已經(jīng)普及到各個領域，如電子圍欄、管道監(jiān)控和光纜監(jiān)控等，可用于大范圍的區(qū)域保安，如圖3所示。

圖3 震動光纜示意圖

目前，光纖不僅僅用于信號傳輸，在感測應用中采用光纖，還可使光纖作為傳感器。當外界干擾影響傳到光纖時，光纖傳輸?shù)墓獾牟糠痔匦跃蜁淖儯ㄟ^配置專門的感測儀表就能監(jiān)測，使光的特性變化的干擾。通過光的調(diào)變，使得許多事件和狀態(tài)的測量成為可能，這些事件包括：張力、位移、損壞、破壞、振動/頻率、沖擊、聲波、溫度、負載等。

2.1.2 震動光纜優(yōu)缺點

震動光纜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、造價低、但誤報率高，定位精確度低，易受風、雨、雷電等天氣影響。

2.2 震動電纜

2.2.1 震動電纜技術介紹

震動電纜是一種經(jīng)過特殊充電處理后帶有永久預置電荷的介電材料，利用駐極體材料可以制作駐極體話筒。駐極體電纜又稱為張力敏感電纜或麥克風式電纜，其基本結(jié)構(gòu)和普通的同軸很相似，只不過是一種經(jīng)過特殊加工的同軸電纜。在制作時對填充在其內(nèi)、外導體之間的電介質(zhì)進行靜電偏壓，使之帶有永久性的預置靜電荷。當電纜受到機械震動或因受壓而變形時，在電纜的內(nèi)外導體就會產(chǎn)生一個變化的電壓信號，此電壓信號的大小和頻率與受到的機械震動力成正比，與外電路相連就可以檢測出這一變化的信號電壓，并檢測到較寬頻域范圍內(nèi)的信號。

由于電纜傳感器的工作原理與麥克風相類似，故又稱為麥克風電纜。使用時通常將電纜用塑料帶固定在柵欄或鋼絲上，其一端與報警控制電路相連，另一端與負載電阻相連。當有人翻越柵欄、鐵絲網(wǎng)或切割柵欄、鐵絲網(wǎng)時，電纜因受到震動而產(chǎn)生模擬電壓信號即可觸發(fā)報警。

此外，由于電纜實際上就是一種精心設計的特制麥克風，因此利用它把入侵者破壞或翻越柵網(wǎng)、出動震動電纜時的聲響以及鄰近的聲音傳送到中心控制室進行監(jiān)聽，用來判斷是否有入侵。震動電纜示意圖如圖4所示。

圖4 震動電纜示意圖

2.2.2 震動電纜優(yōu)缺點

振動電纜系統(tǒng)只有振動電纜和處理器，沒有振動電纜和處理器之間的供電線和通訊線，振動電纜本身承擔振動檢測、信號傳輸和設備供電3個功能，結(jié)構(gòu)簡單清晰。報警時，視頻監(jiān)控系統(tǒng)可根據(jù)報警信息，精確定位干擾源，但該系統(tǒng)易受電磁干擾，易受雷雨影響產(chǎn)生誤報。

2.3 張力圍欄

2.3.1 張力圍欄技術

張力圍欄系統(tǒng)被設計為力學感應方式，周界由按一定張力平行拉緊的鐵絲及立柱網(wǎng)組成，最長每60m為一個防區(qū)，在每個防區(qū)的中間探測器柱上安裝垂直采集信號鐵線并與探測器連接。探測器用信號導線與系統(tǒng)的控制中心連接。當有入侵者時，其作用力使現(xiàn)保持的平衡被破壞并被探測器感知到。攀爬、切斷、拉起以及對設備的破壞均可引發(fā)報警并經(jīng)探測器通知系統(tǒng)控制中心。

張力圍欄系統(tǒng)具有自平衡、連續(xù)設防狀態(tài)特點，當周界拉緊鐵線被破壞之后，系統(tǒng)在修復前，在新的自身平衡狀態(tài)下仍能對下一次破壞進行報警。這個特性可防止夜間因鐵絲破壞而不能及時維修致使整個系統(tǒng)癱瘓。張力圍欄示意圖如圖5所示。

圖5 張力圍欄示意圖

2.3.2 張力圍欄優(yōu)缺點

張力圍欄不受電磁干擾，既可作為圍界報警探測器也可作為物理阻擋，但是安裝調(diào)試復雜，采購和安裝成本高，在北方寒冷天氣下探測器鋼絲容易熱脹冷縮造成大量誤報，不適合北方的機場環(huán)境。

2.4 雷達

2.4.1 雷達技術

雷達之所以能夠?qū)δ繕诉M行探測，在于它利用了無線電波的反射特性，因為大多數(shù)物體都反射無線電波，就像都反射光波一樣。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，雷達技術更加成熟，出現(xiàn)了許多不同用途的雷達，也出現(xiàn)了許多新的雷達探測技術。

雷達的基本任務是測距、測速和測量目標的方位。測量目標的距離是雷達的基本任務之一。無線電波在大氣中的傳播近似為勻速傳播，傳播速度約等于光速，每秒30萬km。因此，只要測出雷達發(fā)射的無線電波在目標和雷達之間往返一次的時間就可以計算出雷達到目標的距離。根據(jù)雷達發(fā)射信號的不同，雷達測定電波延遲時間的方法也不同，主要有脈沖法、頻率法和相位法。目前廣泛使用的主要是脈沖的延測距法。圍界雷達示意圖如圖6所示。

圖6 圍界雷達示意圖

2.4.2 雷達優(yōu)缺點

雷達探測距離遠、范圍大，受雨霧及光照影響極小，但是機場圍界附近植物較多，特別在植物生長茂盛的春夏季，容易對雷達探測區(qū)域造成遮擋，從而產(chǎn)生大量誤報，在雨季到來時大暴雨也會容易引起誤報，所以不適合機場環(huán)境使用。

2.5 視頻分析

2.5.1 視頻分析技術

視頻分析檢測技術是指采用計算機對監(jiān)控視頻信號進行分析，提取目標檢測區(qū)域內(nèi)活動物體的活動特征與活動信息，并與預先規(guī)定的報警規(guī)則相比較，當發(fā)現(xiàn)異常行為時(如絆線越界)，則自動產(chǎn)生報警信號，提醒監(jiān)管人員查看[3]。由于需要監(jiān)測的目標區(qū)域往往本身就配備了監(jiān)控攝像頭，因此視頻運動分析檢測技術無需再加裝其他任何形式的報警感應器，而只需直接利用監(jiān)控視頻進行分析即可[4]。視頻分析示意圖如圖7所示。

圖7 視頻分析示意圖

2.5.2 視頻分析優(yōu)缺點

視頻分析具有使用方便，監(jiān)測面廣，設備簡單等特點，但是容易受圍界周圍樹木晃動影響，并且安裝好攝像頭之后位置不能變動，否則需要重新進行環(huán)境學習調(diào)節(jié)，不然會導致誤報或漏報，加之攝像頭需要光源成像，可見光源影響飛機起降，紅外光源可視范圍窄，距離有限，夜間基本無法使用。因此，通常視頻分析，只作為圍界報警的輔助手段，不作為主要報警方式使用。

2.6 震動探測器

(1)震動探測器技術

振動探測器可分為：機械式振動探測器、慣性棒電子式振動探測器、電動式振動探測器、壓晶體振動探測器、電子式全面型振動探測器等多種類型，目前機場采用的主要是機械式振動探測器。

震動傳感器針對圍欄的入侵行為，只要圍欄受到外力作用必定產(chǎn)生震動。傳感器將這個震動以一種變量的形式轉(zhuǎn)化成識別信號進行分析處理。振動探測器示意圖如圖8所示。

(2)振動探測器優(yōu)缺點

振動探測器適合鋼絲圍欄，不受氣溫影響，后期維護成本較低。缺點是對于實體墻的防護效果較差。

圖8 震動探測器示意圖

表1 圍界安防報警主流技術指標對比表

3 圍界安防報警主流技術指標對比

圍界安防報警主流技術指標對比如表1所示。

4 圍界安防系統(tǒng)的質(zhì)量控制要素

前端檢測器、現(xiàn)場主機、防區(qū)設置、攝像機、報警系統(tǒng)平臺軟件等是圍界安防系統(tǒng)的重要組成部分[5]。通過現(xiàn)場實地調(diào)研，結(jié)合機場運維管理部門的實際經(jīng)驗不難得出，圍界安防系統(tǒng)的質(zhì)量控制要點主要集中在3個方面：系統(tǒng)的總體質(zhì)量指標、系統(tǒng)設備的選型指標與技術指標等。相關單位在選擇圍界安防系統(tǒng)時，應重點關注這些質(zhì)量控制要素，選擇達標產(chǎn)品，保障機場飛行區(qū)安全運行。

4.1 圍界安防總體質(zhì)量指標要求

(1)環(huán)境適應性：全天候；

(2)系統(tǒng)漏報警、虛報警：無；

(3)系統(tǒng)誤報警：誤報警≤千分之三(臺風、地震等極端天氣除外)；

(4)系統(tǒng)聯(lián)動切換時間：

①從系統(tǒng)探測到入侵到融合決策處理發(fā)出報警信號的時間：≤2s；

②從報警到切換視頻復核聯(lián)動所需要的時間：≤2s；

③視頻切換到屏幕上的延時：≤2s。

4.2 系統(tǒng)設備選型指標要求

(1)圍界探測報警系統(tǒng)具備國內(nèi)機場的實際成功應用案例；

(2)提供國家公安部檢測報告；

(3)圍界報警平臺軟件及集成平臺要求提供軟件著作權(quán)證書；

(4)圍界探測報警的前端探測器及現(xiàn)場主機產(chǎn)品具有CCC認證證書；

(5)報警系統(tǒng)能迅速鎖定干擾源的位置；

(6)對剪斷報警系統(tǒng)線纜、剪斷圍欄、攀爬圍欄等入侵行為進行區(qū)分，準確地對入侵探測行為進行報警；

(7)可以對系統(tǒng)硬件、軟件、鏈路拓撲、實時狀態(tài)管理。當發(fā)生異常時，在電子地圖上可顯示拓撲鏈路和界面，異常或報警能“閃爍”提示。

4.3 主要設備技術指標要求

4.3.1 室內(nèi)固定攝像機

(1)不小于1/3 英寸，130萬像素CMOS傳感器；

(2)分辨率≥1 280×720；

(3)焦距范圍至少覆蓋3mm～9.5mm。

4.3.2 室外快球攝像機

(1)不小于1/3 英寸，200萬像素CMOS傳感器；

(2)支持分辨率1 920×1 080，幀率在1fps～30fps可調(diào)；

(3)不小于22倍光學變焦能力；

(4)焦距范圍5mm～220mm。

4.3.3 前端探測器

(1)適應圍界：鋼筋圍欄；

(2)報警響應時間：≤2s；

(3)數(shù)據(jù)通信協(xié)議：CAN或RS-485或RS-232。

4.3.4 現(xiàn)場主機

(1)通過總線與前端探測器連接，它負責將探測器發(fā)送的探測數(shù)據(jù)進行分析判斷，檢測其所連接探測器的故障狀態(tài)，對其所屬區(qū)域進行初步數(shù)據(jù)融合，實現(xiàn)區(qū)域融合識別以降低虛警；

(2)技術參數(shù)：防護等級IP67，產(chǎn)品應滿足在高溫、高濕等惡劣環(huán)境下正常工作的要求；

(3)數(shù)據(jù)通信協(xié)議：CAN、RS-485、RS-232、以太網(wǎng)。

4.3.5 報警系統(tǒng)平臺軟件

(1)入侵檢測：采集防入侵系統(tǒng)傳感器數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行融合判斷，生成報警，根據(jù)報警優(yōu)先級策略計算出報警優(yōu)先級。

(2)人工處理報警：把系統(tǒng)中的報警實時發(fā)送給用戶處理。用戶在處理時，可聯(lián)動電子地圖、聯(lián)動視頻系統(tǒng)對警情進行判斷，并在系統(tǒng)中提交處理結(jié)果。

4.3.6 視頻分析

(1)采用接入、分析、輸出三層獨立結(jié)構(gòu)設計；

(2)支持人、物絆線算法，可以支持單向和雙向、有向和無向；

(3)支持人、物穿越敏感區(qū)域的算法，可以支持有向和無向。

5 結(jié)論

綜合現(xiàn)有技術條件，目前國內(nèi)機場圍界安防系統(tǒng)普遍運行效果不佳，主要體現(xiàn)在圍界安防系統(tǒng)誤報率較高，并存在漏報現(xiàn)象。

根據(jù)實際情況分析，筆者對新建機場圍界安防系統(tǒng)的應用提出以下5點建議以備參考：

(1)針對鋼絲網(wǎng)圍欄、磚墻圍欄等不同類型的圍欄，根據(jù)機場環(huán)境與氣候條件，因地制宜，采用不同的技術手段實現(xiàn)圍界安全防范措施；

(2)建設單位在項目前期詳細調(diào)研國內(nèi)現(xiàn)有機場的運行情況，綜合分析對比各機場使用情況，對運行狀況不佳的產(chǎn)品及技術可有效規(guī)避；

(3)新建機場在方案設計階段應增加圍界安防系統(tǒng)多方案比選，采用仿真模擬和建設樣板段等技術手段，確保選出最優(yōu)方案；

(4)建設單位完善自有品牌庫，充分對比分析圍界安防產(chǎn)品與其整理解決方案，綜合自身特點擇優(yōu)選擇；

(5)建設單位應對圍界安防產(chǎn)品及系統(tǒng)全生命周期中各個階段的經(jīng)濟性深入研究分析，把握關鍵節(jié)點，節(jié)省投資。

[1] 吳飛．機場圍界安全防范措施探討[J].江蘇航空，2006(3).

[2] 劉軍濤．北京新機場飛行區(qū)周界安防方案探索[J].中國民用航空，2013(8)．

[3] 王同磊.智能視頻分析及在機場圍界安防系統(tǒng)中的應用[J].建筑建材裝飾，2014(4).

[4] 雷玉堂.安防&智能化——視頻監(jiān)控系統(tǒng)智能化實現(xiàn)方案[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

[5] 陳晴，鄧忠偉.現(xiàn)代安防技術設計與實施(第2版)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2015.

Analysis of the application of perimeter security system in airport project

WANGChen

(Fujian Panport Airport Construction CO.,Ltd,Xiamen 361006)

With a brief introduction on the structure, classification, features and working principles of perimeter security system. Combining with the products of perimeter security system and some application examples of the airport, the paper describes the application of the system. This paper emphasizes the importance of the system, and puts forward the key elements of quality control of the perimeter security system and the application of the system in the new airport.

Perimeter security system; Perimeter alarm technology; Products of perimeter security system; Airport; Key elements of quality control

王晨(1984.10- )，男，工程師。

E-mail:1509818439@qq.com

2017-02-10

TU855

A

1004-6135(2017)04-0103-06