全光纤周界监控预警系统技术

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全光纤周界监控预警系统技术

全光纤周界监控当今，恐怖组织和恐怖分子活动日益频繁、人口流动急剧加大，社会不稳定因素不断上升，因此，国家安全和国民财产安全的防卫任务与压力日
益加重，使我国和谐社会的建设也面临极大的挑战。由此，为国民经济单位自身安防体系能否“防破坏、防入侵、防意外”并实时监控预警提出了更高要求和更大考
验，这其中，周界防护(防火墙)作为第一道防线，其是否有效决定了能否最快速度地发现不安全因素、最大限度地降低不安全系数。
    传统的周界安防解决方案应用特点

多年来，传统的周界安防解决方案(红外对射方案、视频监控方案、微波对射方案、泄漏电缆方案、振动电缆方案、电子围栏、电网等)为社会平安保障做出了应有贡献，但受一些客观技术条件等因素所限，还存在着一些共性或个性不足，具体如下：红外等传统方案，防护等级较低，对于蓄意侵入者而言，很容易跨越或规避;同时易受地形条件的高低、曲折、转弯、折弯等环境限制，而且它们不适合恶劣气候，容易受高温、低温、强光、灰尘、雨、雪、雾、霜等自然气候的影响，误报率高;

泄露电缆和振动电缆报警属于电缆传感，传感部分都是有源的，系统功耗很大;电子围栏、电网等方案又有一定危害性。上述方案可监测的距离较短，单位距离成本高，在需要进行长距离监测的情况下，系统造价高昂。且传感器单元的寿命较短，长时间连续使用，维护成本较高;

干扰机会增多(电磁干扰、信号干扰、串扰等)，灵敏性下降，误报率、漏报率上升等;

对于大范围监控，以上传统方案本身没有定位功能，遇上侵入行为，无法定位。这意味着无法及时、准确地确定危险地点，无法及时采取制止措施阻止侵入行为导致核心区域失密、被破坏。综上可见，基于电传感技术的传统周界安防解决方案受自身技术条件限制存在诸多功能缺陷，而新时期的周界安防系统要能够对各种入侵事件及时识别响应，且须具有长距离监控、高精度定位功能、低能源依赖性、高环境耐受性、抗电磁干扰、抗腐蚀等特性。
    光纤传感器的应用优势

与传统的电传感器相比，光纤传感器在传感网络应用中具有非常明显的技术优势(可参见表1)。

体积小，重量轻、具有非常好的可靠性和稳定性;

无源系统、能源依赖性低，可节省供电设备与线路的成本，适合长距离使用;
抗电磁干扰、抗腐蚀，完全不受雷影片响，能在恶劣的化学环境、野外环境及强电磁干扰等场所下工作;

无辐射、无易燃易爆材料、防水、环保等。
    全光纤周界监控预警系统

全光纤周界监控预警系统是利用激光、光纤传感和光通信等高科技技术构建的安全报警系统，是一种对威胁公众安全的突发事件进行监控和警报的现代防御体系，它是基于分布式光纤传感技术应用于周界监控防护的新系统。

该系统利用单根光纤(光缆)作为传感传输二合一的器件，通过对直接触及光纤(缆)或通过承载物，如覆土、铁丝网、围栏、管道等，传递给光纤(缆)的各
种扰动，进行持续和实时的监控。采集扰动数据，经过后端分析处理和智能识别，判断出不同的外部干扰类型，如攀爬铁丝网、按压围墙、禁行区域的奔跑或行走，
以及可能威胁周界建筑物的机械施工等，实现系统预警或实时告警，从而达到对侵入设防区域周界的威胁行为进行预警监测的目的。为了精确定位，只需获取光纤的
准确长度，再根据现场情况将光纤长度距离换算为实际距离，在报警信息中得到准确可靠的定位精度，从而实现远距离安全保障系统的定位报警功能，通过系统提供
的入侵地点的位置，可以联动CCTV监控或派遣人员到达现场。
    核心技术

作为特殊的带定位功能的分布式光纤传感监控监测技术，所需元器件、零件全部国产化，整个系统工程实施和应用较为简单，其与其它传统安防系统相比，先进之处在于：

组合光路设计，单根光纤融合外界侵入检测和定位于一体;

模式识别系统，降低系统误报率;

信号处理系统，对高危地区实现语音监听和记录;

独特的系统构架，可融合其它传感监测系统。
    核心功能
    1、长距离入侵监测

沿光纤敷设区域全程任意点全天候不间断地实时监测。
2、侵入定位

在判断有威胁侵入行为发生时，系统根据光信号调制分析，可以实时对侵入行为发生点进行定位，从而便于安保人员对目标明确地及时采取有效措施，制止侵入行为后续事件发生。
    3、模式识别

对非危害性环境干扰如雷鸣、鞭炮、汽车鸣响、雨声等进行识别，做出无害判断;还能识别走路、攀爬、触摸、挖掘等侵入行为并报警。
    4、重要部位语音监听

对于局部高危区域，系统可实现语音监听和记录。该功能完全无需采用电或金属的传感器，仅用光纤即可实现，丰富了用单一光纤实现监控系统的功能和防护等级。
    5、可与其它监控系统(声光电报警)联动
    系统结构

全光纤周界监控预警系统由监控器、主控仪、引导光缆、传感光缆和外部组件这五大部分组成。其中，系统监控器、主控仪位于中心监控室内，引导光缆、传感光缆和外部组件安装于室外，可根据需要设置分控制中心(如图1所示)。

图1 系统结构图

典型应用

系统可根据各种周界的不同需要而采用不同的光缆敷设方式：隐蔽地埋、围栏、围墙敷设，明敷、隐蔽敷设皆可。
1、长距离边界的警戒系统

重要国境线、保税区隔离带、海关港口等长距离大范围防止侵入或越境的场所警戒，特别是崇山峻岭、沙漠荒野、人工巡逻查检十分不易场所敷设光纤警戒线。
    2、重要设施的周界安全防卫

军事要地、国防设施：如部队、机场、军港、导弹/火箭发射基地、雷达、通讯站点；

国民经济重要设施：电力站、变电所、文博馆、金融库房、体育场馆；

易燃易爆场所的防卫：油库、气站、油气储存罐区、炸药库等；

重要防全防护场所：监狱、学校、水库、工业厂矿、重要住宅区等。
    3、石油天然气管线的防护（防开挖、防偷盗、防破坏）
    4、通讯电力线缆的防护

序：

基于光纤传感技术的光纤周界安防警戒系统，随着光电子技术和光纤传感技术的不断发展，已在欧美发达国家陆续得到成功应用，实现了移动、震动感应、微应变检测和定位等报警功能，并已被广泛用于军事基地、指挥所、国防、航天基地等场所，现已向民用方向迅速推广。

目前，国外产品正逐步进入中国，但由于这些产品刚刚由军用转向民用，价格昂贵，无法在国内有效应用；同时，在对国家有重要意义的监控场合及重要
场所的周界防范系统，其系统的运行和维护都必须是实时的，不能中断。采用国外垄断技术的设备、产品，在产品调试、安装引导、后期维护、性能升级上，会带来
相当多的不便，甚至对保密性带来了潜在的威胁。

由此，重要场所的安全防范，既要求采用的设备具有先进性，又需结合保密性要求，确保采用的监控技术最好具有原创性、独特性，这就对研制具有自主
常识产权的、具有国际先进水平的、技术性能独特的、能提高我国周界防范技术水平的、满足我国现阶段对安全技术防范系统需求的光纤智能安全防范系统提出了迫
切的需求。随着全光纤周界入侵报警产品在国内的普及应用，全光纤周界监控预警系统将迎来更广阔的发展空间。

全光纤周界监控当今，恐怖组织和恐怖分子活动日益频繁、人口流动急剧加大，社会不稳定因素不断上升，因此，国家安全和国民财产安全的防卫任务与压力日
益加重，使我国和谐社会的建设也面临极大的挑战。由此，为国民经济单位自身安防体系能否“防破坏、防入侵、防意外”并实时监控预警提出了更高要求和更大考
验，这其中，周界防护(防火墙)作为第一道防线，其是否有效决定了能否最快速度地发现不安全因素、最大限度地降低不安全系数。

    传统的周界安防解决方案应用特点

多年来，传统的周界安防解决方案(红外对射方案、视频监控方案、微波对射方案、泄漏电缆方案、振动电缆方案、电子围栏、电网等)为社会平安保障做出了应有贡献，但受一些客观技术条件等因素所限，还存在着一些共性或个性不足，具体如下：红外等传统方案，防护等级较低，对于蓄意侵入者而言，很容易跨越或规避;同时易受地形条件的高低、曲折、转弯、折弯等环境限制，而且它们不适合恶劣气候，容易受高温、低温、强光、灰尘、雨、雪、雾、霜等自然气候的影响，误报率高;

泄露电缆和振动电缆报警属于电缆传感，传感部分都是有源的，系统功耗很大;电子围栏、电网等方案又有一定危害性。上述方案可监测的距离较短，单位距离成本高，在需要进行长距离监测的情况下，系统造价高昂。且传感器单元的寿命较短，长时间连续使用，维护成本较高;

干扰机会增多(电磁干扰、信号干扰、串扰等)，灵敏性下降，误报率、漏报率上升等;

对于大范围监控，以上传统方案本身没有定位功能，遇上侵入行为，无法定位。这意味着无法及时、准确地确定危险地点，无法及时采取制止措施阻止侵入行为导致核心区域失密、被破坏。综上可见，基于电传感技术的传统周界安防解决方案受自身技术条件限制存在诸多功能缺陷，而新时期的周界安防系统要能够对各种入侵事件及时识别响应，且须具有长距离监控、高精度定位功能、低能源依赖性、高环境耐受性、抗电磁干扰、抗腐蚀等特性。
    光纤传感器的应用优势

与传统的电传感器相比，光纤传感器在传感网络应用中具有非常明显的技术优势(可参见表1)。

体积小，重量轻、具有非常好的可靠性和稳定性;

无源系统、能源依赖性低，可节省供电设备与线路的成本，适合长距离使用;
抗电磁干扰、抗腐蚀，完全不受雷影片响，能在恶劣的化学环境、野外环境及强电磁干扰等场所下工作;

无辐射、无易燃易爆材料、防水、环保等。
    全光纤周界监控预警系统

全光纤周界监控预警系统是利用激光、光纤传感和光通信等高科技技术构建的安全报警系统，是一种对威胁公众安全的突发事件进行监控和警报的现代防御体系，它是基于分布式光纤传感技术应用于周界监控防护的新系统。

该系统利用单根光纤(光缆)作为传感传输二合一的器件，通过对直接触及光纤(缆)或通过承载物，如覆土、铁丝网、围栏、管道等，传递给光纤(缆)的各
种扰动，进行持续和实时的监控。采集扰动数据，经过后端分析处理和智能识别，判断出不同的外部干扰类型，如攀爬铁丝网、按压围墙、禁行区域的奔跑或行走，
以及可能威胁周界建筑物的机械施工等，实现系统预警或实时告警，从而达到对侵入设防区域周界的威胁行为进行预警监测的目的。为了精确定位，只需获取光纤的
准确长度，再根据现场情况将光纤长度距离换算为实际距离，在报警信息中得到准确可靠的定位精度，从而实现远距离安全保障系统的定位报警功能，通过系统提供
的入侵地点的位置，可以联动CCTV监控或派遣人员到达现场。
    核心技术

作为特殊的带定位功能的分布式光纤传感监控监测技术，所需元器件、零件全部国产化，整个系统工程实施和应用较为简单，其与其它传统安防系统相比，先进之处在于：

组合光路设计，单根光纤融合外界侵入检测和定位于一体;

模式识别系统，降低系统误报率;

信号处理系统，对高危地区实现语音监听和记录;

独特的系统构架，可融合其它传感监测系统。
    核心功能
    1、长距离入侵监测

沿光纤敷设区域全程任意点全天候不间断地实时监测。
2、侵入定位

在判断有威胁侵入行为发生时，系统根据光信号调制分析，可以实时对侵入行为发生点进行定位，从而便于安保人员对目标明确地及时采取有效措施，制止侵入行为后续事件发生。
    3、模式识别

对非危害性环境干扰如雷鸣、鞭炮、汽车鸣响、雨声等进行识别，做出无害判断;还能识别走路、攀爬、触摸、挖掘等侵入行为并报警。
    4、重要部位语音监听

对于局部高危区域，系统可实现语音监听和记录。该功能完全无需采用电或金属的传感器，仅用光纤即可实现，丰富了用单一光纤实现监控系统的功能和防护等级。
    5、可与其它监控系统(声光电报警)联动
    系统结构

全光纤周界监控预警系统由监控器、主控仪、引导光缆、传感光缆和外部组件这五大部分组成。其中，系统监控器、主控仪位于中心监控室内，引导光缆、传感光缆和外部组件安装于室外，可根据需要设置分控制中心(如图1所示)。

图1 系统结构图

典型应用

系统可根据各种周界的不同需要而采用不同的光缆敷设方式：隐蔽地埋、围栏、围墙敷设，明敷、隐蔽敷设皆可。
1、长距离边界的警戒系统

重要国境线、保税区隔离带、海关港口等长距离大范围防止侵入或越境的场所警戒，特别是崇山峻岭、沙漠荒野、人工巡逻查检十分不易场所敷设光纤警戒线。
    2、重要设施的周界安全防卫

军事要地、国防设施：如部队、机场、军港、导弹/火箭发射基地、雷达、通讯站点；

国民经济重要设施：电力站、变电所、文博馆、金融库房、体育场馆；

易燃易爆场所的防卫：油库、气站、油气储存罐区、炸药库等；

重要防全防护场所：监狱、学校、水库、工业厂矿、重要住宅区等。
    3、石油天然气管线的防护（防开挖、防偷盗、防破坏）
    4、通讯电力线缆的防护

序：

基于光纤传感技术的光纤周界安防警戒系统，随着光电子技术和光纤传感技术的不断发展，已在欧美发达国家陆续得到成功应用，实现了移动、震动感应、微应变检测和定位等报警功能，并已被广泛用于军事基地、指挥所、国防、航天基地等场所，现已向民用方向迅速推广。

目前，国外产品正逐步进入中国，但由于这些产品刚刚由军用转向民用，价格昂贵，无法在国内有效应用；同时，在对国家有重要意义的监控场合及重要
场所的周界防范系统，其系统的运行和维护都必须是实时的，不能中断。采用国外垄断技术的设备、产品，在产品调试、安装引导、后期维护、性能升级上，会带来
相当多的不便，甚至对保密性带来了潜在的威胁。

由此，重要场所的安全防范，既要求采用的设备具有先进性，又需结合保密性要求，确保采用的监控技术最好具有原创性、独特性，这就对研制具有自主
常识产权的、具有国际先进水平的、技术性能独特的、能提高我国周界防范技术水平的、满足我国现阶段对安全技术防范系统需求的光纤智能安全防范系统提出了迫
切的需求。随着全光纤周界入侵报警产品在国内的普及应用，全光纤周界监控预警系统将迎来更广阔的发展空间。