1.1.1 監(jiān)控系統(tǒng)結構
圖 SEQ 圖 \* ARABIC 1 系統(tǒng)結構示意圖
周界入侵安防系統(tǒng)由定位型振動光纖預警系統(tǒng)、攝像機以及其他電子設備等構成。本方案主要描述定位型振動光纖預警系統(tǒng)的結構組成以及與攝像機的聯動。
定位型振動光纖預警系統(tǒng)基于振動光纖識別攀爬、翻越圍欄、剪切光纜（圍欄）等破壞事件，它具備如下特點：探測范圍大（30km/通道）、定位精度高、安裝方便、光纜沿線無供電和通信配套需求、天然防雷擊、環(huán)境適應能力強，十分適用于大范圍惡劣環(huán)境的周界入侵探測。
定位型振動光纖預警系統(tǒng)提供豐富的報警輸出接口，可接入局域網，滿足多級綜合監(jiān)控的需求，為調度自動化提供了可靠的技術保障。
一套定位型振動光纖預警系統(tǒng)可接兩個通道的振動光纜，每條振動光纜的長度最大可達30km，振動光纜直接敷設在鐵絲圍欄上。當某個位置的入侵發(fā)生（攀爬圍欄和剪切光纜）時，定位型振動光纖預警系統(tǒng)通過振動光纜探測到入侵信號以及相應的入侵位置，一般定位精度為30m~50m，并通過接入的局域網發(fā)送入侵信息到監(jiān)控中心。然后，監(jiān)控中心分發(fā)入侵報警信息至監(jiān)控子中心，同時可聯動攝像頭觀察。
定位型振動光纖預警系統(tǒng)的主機設備可以放在室內，通過傳輸光纜與振動光纜連接即可，降低施工難度和調試難度，以及后期的維護。定位型振動光纖預警提供網口與局域網相連。
振動光纜的最低工作溫度為-30℃，只要保證定位型振動光纖預警系統(tǒng)主機設備的工作環(huán)境，具體指標參考 ，定位型振動光纖預警系統(tǒng)就能在大雪等寒冷天氣工作，即使大雪覆蓋了振動光纜，預警系統(tǒng)依舊能夠正常工作。
1.1.2 系統(tǒng)組成
圖 SEQ 圖 定位型振動光纖預警系統(tǒng)的組成
定位型振動光纖預警系統(tǒng)由探測儀、信號處理主機以及振動光纜、傳輸光纜等構成。
振動光纜鋪設在圍欄或者埋在地面，通過傳輸光纜與探測儀連接。振動光纜對振動敏感，感知入侵事件。而傳輸光纜主要起到導光的作用，對振動不敏感。
探測儀通過對振動光纜中的一芯光纖發(fā)射和接收光信號，獲得振動光纜上不同位置處的振動信息，并將振動事件上傳到信號處理主機。
信號處理主機，對接收到的振動事件做模式識別分析，最終輸出判斷結果。當入侵事件發(fā)生時，信號處理主機在電子地圖上指示入侵發(fā)生的位置并告警，如
圖 3所示。
圖 SEQ 圖 電子地圖報警
在小范圍單機工作模式下，信號處理主機可以通過繼電器輸出聯動信號。
在大范圍組網模式下，信號處理主機可以向網絡上的監(jiān)控中心主機發(fā)送告警信息，在監(jiān)控中心匯總入侵報警信息。
1.1.3 鋪設方案
光纜的鋪設將按照高防護等級、中防護等級和低防護等級設計，可根據實際需求選擇。
高防護等級的光纜鋪設區(qū)域比較密集，能較好地監(jiān)測到攀爬翻越入侵以及破壞圍欄（光纜）突破的入侵事件。但是它的光纜長度大約與實際圍欄長度的比例為3:1，即30km的光纜只能防御10km的實際地理空間，如 REF _Ref481652901 \h 圖 4所示。
圖 SEQ 圖 \* ARABIC 4 高防護等級布置示意圖
中防護等級的光纜鋪設區(qū)域密集程度較高防護等級弱，但是光纜能覆蓋更大的地理空間，因為光纜懸空，虛警會比其他方案高，如 REF _Ref481652972 \h 圖 5所示。
圖 SEQ 圖 \* ARABIC 5 中防護等級布置示意圖
低防護等級的光纜鋪設區(qū)域最不密集，以直線的形式鋪設，可能存在剪切圍欄而突破的風險，但是光纜能覆蓋最大的地理空間，成本最低。
圖 SEQ 圖 \* ARABIC 6 低防護等級布置示意圖
根據上述三種方案的描述，按照280km周界設計定位型振動光纖預警系統(tǒng)，各種的優(yōu)缺點和設備數量如下表所示。
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方案 |
入侵監(jiān)測能力 |
光纜長度和物理空間比例 |
光纜長度 |
設備數量（套） |
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高防護等級 |
攀爬、剪切突破的概率很低，環(huán)境適應能力強 |
3:1 |
840km |
14 |
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中防護等級 |
攀爬、剪切突破的概率較低，但是光纜有懸空部分，增加了虛警 |
2:1（可調整） |
560km |
10 |
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低防護等級 |
攀爬突破的概率低，但是有一定剪切圍欄突破的風險 |
1:1 |
280km |
5 |
1.1.4 技術指標
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參數 |
指標 |
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周界入侵監(jiān)測應用 |
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最大探測范圍 |
30km?2（光纜長度） |
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定位精度 |
30m~50m |
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光纖類型 |
1根普通單模光纖/通道 |
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通道數 |
2通道 |
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光纖接口 |
FC/APC |
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測量方式 |
單端開路測量 |
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光纜布設 |
圍欄/圍墻 |
埋地/鋪地 |
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入侵監(jiān)測類型 |
攀爬、翻越、剪切 |
走動、挖掘、打樁等 |
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入侵報警時間 |
<3s |
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報警方式 |
電子地圖、聲光報警、短信通知等 |
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斷電報警功能 |
有 |
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防拆報警功能 |
有 |
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電壓監(jiān)控功能 |
有 |
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設備監(jiān)控接口 |
串口 |
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聯動接口 |
繼電器或者以太網口 |
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組網接口 |
以太網口 |
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供電 |
220V，3A |
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室內設備工作溫度 |
-10℃~40℃ |
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光纜工作溫度 |
-30℃~70℃ |
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1.1.5 系統(tǒng)特點
l 入侵事件可精確定位；
l 單芯光纖探測，探測范圍遠（光纜長度：30km?2），覆蓋廣；
l 無輻射，抗電磁干擾，天然抗雷擊；
l 沿線無需供電，布設方式靈活（圍欄、圍墻、埋地以及水下等）；
l 地形適應能力強，光纜施工簡單方便；
l 聯動功能：可通過繼電器、網絡接口與視頻等系統(tǒng)聯動；
l 報警方式：電子地圖，聲光報警，短信通知等。
1.1.6 工作原理
光纖不僅能夠傳輸信號，還能夠感知外界環(huán)境的信息。當外界環(huán)境的微弱振動、壓力等傳遞到光纖時，光纖的折射率以及長度發(fā)生變化，結合光學的相干效應和時域反射儀，定位型振動光纖探測儀利用一根光纖，就可以檢測到微弱振動，并定位振動發(fā)生的位置。定位型振動光纖入侵探測系統(tǒng)在獲取振動信號后，利用智能識別算法辨別入侵事件，排除外部環(huán)境干擾的影響，最終對危險的入侵事件發(fā)出警報。
定位型振動光纖入侵探測系統(tǒng)采用光纖作為傳感器件，因此天然地具備探測距離遠、無輻射、抗電磁干擾、環(huán)境適應能力強、沿線無需供電、布設靈活等優(yōu)點。
振動探測原理：
當傳感振動光纖受到外力（各種振動應力）時，會引起光纖的折射率和光程的變化。此時，通過探測背向散射光波的相干特性，即可探測到光纖受到的外界振動信息。
入侵定位原理：
根據光波脈沖的返回時間，可以確定入侵信號的精確位置。定位精度由脈沖光源產生光波的相干性和脈沖寬度決定。
入侵事件特征和識別：
通過提取入侵事件的時頻域等特征，以及模式識別算法，可以有效地識別入侵的行為，最終輸出入侵告警信息。
圖 SEQ 圖 \* ARABIC 8入侵事件的檢測和識別.
攀爬事件: (a) 時域信號, (b) 頻譜特征;
敲擊、挖掘事件: (c) 時域信號, (d) 頻譜特征.
