智能光纖周界安防系統(tǒng)研究與應(yīng)用

耿 帥

（內(nèi)蒙古師范大學(xué)附屬中學(xué)，內(nèi)蒙古呼和浩特010020）

0 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國的企業(yè)園區(qū)無論是從數(shù)量上還是規(guī)模上都有顯著的提升，園區(qū)安全監(jiān)測與防范問題越來越受到人們的重視。針對大型企業(yè)園區(qū)和重要區(qū)域周界，必須實施全天候、實時在線的安全監(jiān)測，實現(xiàn)園區(qū)的智慧安防管理。然而，近年來，各種入侵手段日益升級，面對的防范對象廣泛而復(fù)雜，且受到地形、氣象等方面的制約，防范要求更高，難度也更大[1]。因此，智慧園區(qū)對性價比高、穩(wěn)定可靠的新一代周界安防系統(tǒng)有著迫切的需求[2]。

周界安防系統(tǒng)采用各種傳感探測器，對特定區(qū)域的邊界進行動態(tài)的安全監(jiān)控、監(jiān)測，判斷各種進出周界的威脅行為，并發(fā)出報警[3]。傳統(tǒng)的安防技術(shù)主要有紅外對射、激光探測、靜電感應(yīng)等[4]，這些技術(shù)都存在著系統(tǒng)穩(wěn)定性差、安裝受環(huán)境限制、誤報和虛報較多的缺點[5]。利用光纖傳感器進行入侵探測是一種創(chuàng)新型安防手段，具有全程無源、抗電磁干擾、電絕緣性好、后端易升級、附加傷害小等特點，特別適用于易燃易爆場所[6]；此外，其具有定位能力強、靈敏度高、隱藏性好以及可實現(xiàn)大范圍監(jiān)測等諸多優(yōu)點[7]。

目前已有多種光纖傳感技術(shù)，主要包括：（1）利用光纖Sagnac、Michelson、M-Z（馬赫-曾德）干涉技術(shù)對入侵行為進行監(jiān)測；（2）利用光纖布拉格光柵（FBG）反射波長對入侵進行監(jiān)測和定位；（3）利用布里淵散射的B-OTDR技術(shù)、相位敏感的Φ-OTDR技術(shù)和偏振光時域反射的P-OTDR技術(shù)[8]。與其他技術(shù)相比，OTDR技術(shù)只需采用單根單模光纖，在同一端進行測量，監(jiān)測距離長，一般為幾公里到幾十公里，不存在盲區(qū)，并具有可實現(xiàn)入侵位置定位等優(yōu)點[9-10]，因此本文基于分布式Φ-OTDR技術(shù)，搭建了智能光纖周界安防系統(tǒng)。

由于光纖傳感器只能感知入侵，缺乏對入侵信息的監(jiān)控和取證能力，本文在光纖入侵探測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上提出并實現(xiàn)了一種新型的融合視頻監(jiān)控的智能光纖周界安防系統(tǒng)。當發(fā)生人員入侵時，光纖振動傳感器不僅可以在第一時間感知和定位入侵事件，與之聯(lián)動的監(jiān)控系統(tǒng)還可對入侵行為進行監(jiān)視，對不同的入侵對象進行準確辨識，同時存儲現(xiàn)場入侵視頻錄像進行備案。本系統(tǒng)在北京大興智慧園區(qū)實施了試點工程，進一步提高了園區(qū)的安全防范能力和智能化水平[11]。

1 系統(tǒng)原理

本文研究了一種基于相位敏感光時域反射技術(shù)（Φ-OTDR）的智能光纖周界安防系統(tǒng)，對大興智慧園區(qū)周界進行全天候、多技術(shù)的立體防護。系統(tǒng)利用布設(shè)于圍墻上及墻內(nèi)側(cè)地下的一根單模光纖內(nèi)不同部位的背向散射光的干涉效應(yīng)，由光相位變化致光功率變化，通過入侵前后功率譜曲線的比較獲取入侵點的位置信息；根據(jù)位置信息判斷入侵點所處防區(qū)，并聯(lián)動控制視頻監(jiān)控系統(tǒng)對入侵行為進行攝錄取證，同時通知相關(guān)管理人員進行應(yīng)急處置。其工作原理框圖如圖1所示。

圖1 工作原理框圖

2 系統(tǒng)組成

智能光纖周界安防系統(tǒng)主要由光纖周界入侵探測子系統(tǒng)和視頻監(jiān)控子系統(tǒng)組成。其中，光纖周界入侵探測子系統(tǒng)由傳感光纜和光纖振動傳感主機組成，實現(xiàn)對人員地面及翻越入侵行為的探測、信號采集與分析工作，準確定位入侵位置并發(fā)送報警信息至視頻監(jiān)控子系統(tǒng)；視頻監(jiān)控子系統(tǒng)由信號處理、錄像存儲、媒體轉(zhuǎn)換和中心管理等平臺設(shè)備、交換機、高速球機和用戶終端組成，將入侵報警信息轉(zhuǎn)換為聯(lián)動控制指令，控制高速球機監(jiān)視入侵防區(qū)，同時完成視頻存儲、回放和搜索，并通過網(wǎng)絡(luò)通知管理人員進行應(yīng)急處置，如圖2（a）、（b）所示。

3 試點工程

本系統(tǒng)選擇在北京大興某智慧園區(qū)開展試點工程，對其工業(yè)生產(chǎn)區(qū)進行周界安防監(jiān)控。如圖3所示，系統(tǒng)通過在圍墻上內(nèi)嵌滾籠刺絲網(wǎng)的Y型支架頂部掛裝環(huán)形光纜以及在墻內(nèi)側(cè)地埋S形光纜的布設(shè)方式，實現(xiàn)人員翻越和地面入侵的感知探測。當發(fā)生人員入侵時，系統(tǒng)檢測到入侵行為并準確定位防區(qū)，將防區(qū)位置信息發(fā)送至視頻監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)發(fā)出聯(lián)動控制指令至工業(yè)區(qū)西南角高速球機對事發(fā)區(qū)域進行攝錄取證，并將視頻圖像回傳至監(jiān)控中心，通知工業(yè)區(qū)管理人員進行應(yīng)急處理。高速球機及監(jiān)控中心設(shè)備組屏分別如圖4（a）、（b）所示。

圖2 系統(tǒng)組成

圖3 光纜布設(shè)方式

圖4 球機及設(shè)備組屏

4 試運行結(jié)果

該智能光纖周界安防系統(tǒng)自2018年1月試運行至今，4個月以來，運行穩(wěn)定可靠，視頻聯(lián)動準確，共報警12次，如表1所示，其中11次是人員入侵光纜區(qū)域行為，包括1次人員攀爬圍墻，10次人員地面入侵光纜區(qū)域；另外1次是汽車過路引起的系統(tǒng)誤報。調(diào)取報警時間的監(jiān)控錄像，發(fā)現(xiàn)是環(huán)衛(wèi)工人清理園區(qū)、工人施工和汽車過路等行為，如圖5（a）、（b）、（c）和（d）所示，屬正常報警現(xiàn)象。經(jīng)詢問園區(qū)工作人員及排查園區(qū)視頻監(jiān)控錄像，4個月以來并未發(fā)生實際的入侵事件。可見，系統(tǒng)能夠有效監(jiān)測到人員擾動行為，系統(tǒng)無漏報、虛報現(xiàn)象。

表1 報警事件

圖5 報警事件

5 結(jié)論

本文針對智能光纖周界安防系統(tǒng)進行了應(yīng)用研究，研究結(jié)果如下：

（1）本系統(tǒng)采用一根普通單模通信光纜沿圍墻上及墻內(nèi)側(cè)地下進行布設(shè)，當人員攀爬、翻越圍墻或發(fā)生地面入侵時，會造成光纜擾動，觸發(fā)報警事件，并通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)對入侵地點進行攝錄取證。

（2）本系統(tǒng)具有高可靠性、防誤報警和聯(lián)動設(shè)計，安全、可靠、方便，有利于及時準確掌握入侵情況，適用于智慧園區(qū)安防需求。

（3）本系統(tǒng)已在北京大興智慧園區(qū)試運行4個月，運行期間系統(tǒng)及時報警、防區(qū)定位準確且視頻聯(lián)動準確，無漏報、虛報情況，為進一步提高園區(qū)的安全防范能力和智能化管理水平提供了可靠的技術(shù)保障。

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