智能光纖周界安防系統研究與應用

耿 帥

（內蒙古師范大學附屬中學，內蒙古呼和浩特010020）

0 引言

隨著經濟的發(fā)展，我國的企業(yè)園區(qū)無論是從數量上還是規(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有著迫切的需求[2]。

周界安防系統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]。傳統的安防技術主要有紅外對射、激光探測、靜電感應等[4]，這些技術都存在著系統穩(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，主要包括：（1）利用光纖Sagnac、Michelson、M-Z（馬赫-曾德）干涉技術對入侵行為進行監(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、相位敏感的Φ-OTDR技術和偏振光時域反射的P-OTDR技術[8]。與其他技術相比，OTDR技術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，搭建了智能光纖周界安防系統。

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的基礎上提出并實現了一種新型的融合視頻監(jiān)控的智能光纖周界安防系統。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，與之聯動的監(jiān)控系統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，同時存儲現場入侵視頻錄像進行備案。本系統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 系統原理

本文研究了一種基于相位敏感光時域反射技術（Φ-OTDR）的智能光纖周界安防系統，對大興智慧園區(qū)周界進行全天候、多技術的立體防護。系統利用布設于圍墻上及墻內側地下的一根單模光纖內不同部位的背向散射光的干涉效應，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；根據位置信息判斷入侵點所處防區(qū)，并聯動控制視頻監(jiān)控系統對入侵行為進行攝錄取證，同時通知相關管理人員進行應急處置。其工作原理框圖如圖1所示。

圖1 工作原理框圖

2 系統組成

智能光纖周界安防系統主要由光纖周界入侵探測子系統和視頻監(jiān)控子系統組成。其中，光纖周界入侵探測子系統由傳感光纜和光纖振動傳感主機組成，實現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；視頻監(jiān)控子系統由信號處理、錄像存儲、媒體轉換和中心管理等平臺設備、交換機、高速球機和用戶終端組成，將入侵報警信息轉換為聯動控制指令，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，并通過網絡通知管理人員進行應急處置，如圖2（a）、（b）所示。

3 試點工程

本系統選擇在北京大興某智慧園區(qū)開展試點工程，對其工業(yè)生產區(qū)進行周界安防監(jiān)控。如圖3所示，系統通過在圍墻上內嵌滾籠刺絲網的Y型支架頂部掛裝環(huán)形光纜以及在墻內側地埋S形光纜的布設方式，實現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，系統發(fā)出聯動控制指令至工業(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)管理人員進行應急處理。高速球機及監(jiān)控中心設備組屏分別如圖4（a）、（b）所示。

圖2 系統組成

圖3 光纜布設方式

圖4 球機及設備組屏

4 試運行結果

該智能光纖周界安防系統自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誤報。調取報警時間的監(jiān)控錄像，發(fā)現是環(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，屬正常報警現象。經詢問園區(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?？梢姡到y能夠有效監(jiān)測到人員擾動行為，系統無漏報、虛報現象。

表1 報警事件

圖5 報警事件

5 結論

本文針對智能光纖周界安防系統進行了應用研究，研究結果如下：

（1）本系統采用一根普通單模通信光纜沿圍墻上及墻內側地下進行布設，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)控系統對入侵地點進行攝錄取證。

（2）本系統具有高可靠性、防誤報警和聯動設計，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）本系統已在北京大興智慧園區(qū)試運行4個月，運行期間系統及時報警、防區(qū)定位準確且視頻聯動準確，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保障。

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