光纤震动监测仪系统光缆传感器电缆动车所光纤周界报警监控联动
随着社会的发展，人们安防意识的提高，各类安防技术手段得到了广泛的应用。在一些重要的区域，如机场、军事基地、政府、武器弹药库、监狱、银行金库、博物馆、工业园区、发电厂、油库等处，为了防止非法的入侵和各种破坏活动，各种传统安全防范手段得到了广泛应用。多年来，传统的周界安防系统解决方案（红外点对点对射方案、视频监控方案、泄漏电缆方案、振动电缆方案、微波对射方案、电子围栏、电网等等）为社会平安保障做出了应有贡献，但受一些客观技术条件所限，还存在着诸多缺陷。对于红外等简易方案，防护等级较低，对于蓄意侵入者而言，很容易发现、跨越或规避；而电子围栏、电网等方案防卫级别又过高，对于大范围监控，电网或其他一些防护装置如压力电缆、感应电缆等，本身没有定位功能，遇上强行突破行为，无法定位意味着无法及时、准确地确定危险地点，无法及时采取制止措施，无法阻止侵入行为导致核心库区失密、被破坏。上述方案还存在很多其他问题：
●受环境、温度影响大，工作环节多，大范围实施难度大、成本急剧上升
●报警模式逻辑判断，无法有效滤除风雨雪等环境信号。
先进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。
在目前犯罪分子利用先进的科学技术，犯罪手段更加复杂化、智能化的情况下，传统的防范手段己难以适应要害部门、重点单位安全保卫工作的需要。人力防范往往受时间、地域、人员素质和精力等因素的影响，亦难免出现漏洞和失误。而上述这些具有重大价值的设施和目标，一旦被不法分子渗透破坏，将对人民的生命财产安全乃至的安全造成重大的破坏，急需进行有效的安全保护。
安装应用先进的光纤周界报警系统就成为一种必要措施。光纤周界探测监控，一旦发现入侵者可立即发出报警，好像在重要区域的周界处墙加了一道人眼看不见的“光子围墙”，忠诚地守卫着要害目标。
光纤周界报警系统能对各种传统安全防范技术和手段进行集成、整合，组成光纤传感探测网，建立一套以光子智能化管理为中心的现代化安防系统，采用高科技的光子技术防范手段，加以人防和物防，提高管理水平和工作效率，有效的预防和制止意外或非法事件的发生提供必要的保障，将成为现代化智能管理不可缺少的一部分。
萃升科技研发的光纤周界报警系统及防区型光纤周界报警系统，运用新一代的光纤振动传感技术，为安保单位形成的光纤周界入侵防护，有效保障区域的安全。
一、防区型光纤周界报警系统设计
防区型光纤周界报警系统由报警主机、主控计算机、传输光缆、振动光缆和防区模块五大部分组成。其中，系统主机、主控计算机位于监控机房内，传输光缆、振动光缆和防区模块安装于室外。
设计目标：该系统可实现以下功能、目标：
◆实现对项目周界安防系统运行的监控、警情掌控与预警处置；
◆系统能有效对破坏周界、翻越周界等入侵行为提供即时报警并准确定位防区位置；
◆实现前端现场探测部分完全不带电工作，本质安全，无能耗损耗；
◆系统具备智能识别功能，系统能实现不漏报和低误报的设计目标；
◆系统抗不良天气环境、干扰能力强，有效去除风雨雪天气环境信号
◆项目周界中的植被、过路行人等潜在因素本系统可使用模式识别进行甄别去除；
◆系统能兼容其他安防系统（视频声光等），并提供标准的接口；
◆系统能够实现入侵报警、断缆报警、故障报警等功能；
◆系统能实现组网级联，且有输出接口，具备手动/自动报警功能；
◆监控中心实现直观警情提示，警号、地图多种报警提示；
◆详尽的信息统计和查询功能（系统实时保存报警视频及截图）；
◆系统寿命长，基本免维护；
◆操作员可分级管理，支持多终端工作；
◆户外设备具备良好的防水防尘功能；
◆系统能与工业视频监控系统、灯光警示系统等声光电系统实现联动、整合，组成光纤传感监测网络。
◆可以为后续项目扩建预留扩充接口，保证跟着项目的建造步伐，建成 一批，开放一批，直至所有项目全部完成，不影响分期开发项目的实施进度，节约工程建设成本费用。
系统功能：
◆系统能有效对破坏周界、翻越周界、剪切传感光缆等侵入或非法出入行为提供即时报警并准确定位具体防区；
◆前端周界现场传感探测部分（所有室外部分）实现完全不带电工作，无能耗无损耗，本质安全，对任何人畜不产生任何安全威胁，实现百分百安全监测；
◆系统具有多防区入侵/破坏探测功能，同一时间内发生（周界）多处入侵事件，系统能各自准确报警并定位防区；
◆系统本质防爆、电磁绝缘、高灵敏度、抗电磁干扰、化学稳定、可靠性高；
◆前端振动光缆只需在周界围栏/围墙上，通过传输光缆及防区包向机房传送振动信号，工程简洁、美观，免维护；
◆系统具备先进的基于BRF神经网络的自适应信号处理与特征向量模式识别算法的模式识别技术，获得了高模式识别准确率和对无害扰动入侵的稳定屏蔽效果，降低系统误报率。相较于国内现有的各型周界报警产品，光纤（周界监控预警系统的误报控制，系统能实现不漏报和低误报的设计目标；
◆系统抗干扰能力强，不良天气情况、附近过境火车、行人等潜在因素不产生影响；
◆系统支持与各种周界安防设备互联互通，如视频联动，提供标准接口；
◆系统具备自身设备故障检测与报警功能；
◆系统软件具备管理员、操作员等分级权限管理等功能；
◆监控中心可以直观地在电脑上管理与查看本单位周界情况，监控中心通过警灯、警号、电子地图等多种报警等对监控工作人员做出入侵行为提示；
◆系统软件具备详尽的信息统计，支持事件查询、报表统计等功能；
◆户外设备具备良好的防水、防尘、防紫外线功能；
◆系统寿命长，基本免维护。
二、光纤振动入侵探测系统结构系统结构图：
如上图所示，系统由振动光纤周界入侵报警主机、振动光缆、传导光缆、工业电视系统及相关安装线缆辅材等组成。振动光缆完整的布设在周界围栏区域，完成振动信号的感知及传输；报警主机完成振动信号的采集与分析工作，并将入侵报警信息上传到综合监控平台系统，由综合监控平台系统完成各子系统之间的联动。
本系统主要由以下四部分构成：
① 探测部分：
前端现场有振动光缆、摄像机（新建）等设备。振动光缆安装于周界围墙的围栏上，时刻感应围墙处的攀爬、破坏、入侵等行为，使用防区包（耦合箱）区分隔离各防区范围；视频摄像机安装于周界四周，用于实时掌握现场情况。
② 传输部分：
传输光缆，既将探测光缆感知的振动信号通过传输光缆传送回防区报警主机。
③ 报警处理部分（核心）：
位于现场中心控制室，包括振动光纤周界入侵报警主机、报警软件及显示终端。
l 振动入侵探测器外形和接口，如图所示
l 按键和指示灯：
1. 开关按键，按下设备开始运行，
2. 指示灯，按下开关键指示灯亮起；
3. 指示灯，通电后指示灯亮起。
l 各接口名称（用途：）
1. （3）防区1~8路接口，上下对应为一个防区，共8个防区；
2. （2）（4）防区9~16路接口，上下对应为一个防区，共8个防区；
3. （5）输入接口，可实现4路独立输入；
4. （6）输出接口，可实现4路独立输出；
5. （7）输出接口，可实现16路对应防区输出；
6. （9）USB调试口，仅工程调试使用；
7. （10）RS485，通讯使用；
8. （11）网口，上下位机通讯使用；
9. （12）接地端子，作为接地保护使用；
10.（13）电源线，接市电。
系统核心功能及特点报警功能
系统利用光纤传感先进技术通过光缆感知现场的振动信号，户外设备无需供电并对现场信号进行模式识别分析，比对数据库模型得出现场振动的因素，符合入侵报警特征的识别并报警。系统报警响应时间≤1.5s。
视频联动
当周界围栏或光缆上发生入侵扰行为时，入侵点会在电子地图中显示出来。如图所示，地图的红色方块表示判定的扰动点，在对应区域内的监控摄像头也会打开，视频联动窗口弹出并调用相应的预置点信息，我们可以通过调用对应的摄像机使摄像机自动转动到入侵点位来进行实时的视频监控。本系统支持工业电视摄像前端一对一、多对一、一对多等多种视频联动关系。
视频联动弹出窗口
视频联动储存功能
当系统产生报警并视频联动后，系统后台将对报警产生的现场视频进行5S存储并截取现场图片，支持查询，回放及导出如下图。
系统防误报处理
我司系统通过硬件及软件二种方式结合以提高入侵识别的准确率，降低误报和杜绝漏报。系统采用了高速数据处理电路，可以捕捉到短促的入侵振动信号，并通过滤波器过滤掉了大部分环境噪声，从而进行后续信号处理与分析。
系统预处理采用能量谱分析算法，去除噪声，将归一化后的数据传递给特征提取模块。特征提取模块提取了波形超过40多种特征，涵盖了强度、分布、面积、频率等。模式识别算法采用的是基于神经网络的模式识别算法，有效地提高了扰动信号的识别率。从公司成立以来经过数十年的数据积累，建立了足够强大的信号样本数据库，从而为准确识别入侵行为奠定了坚实的数据基础。自学习功能，为后期不断完善样本数据库提供了有效技术支持。
特征值提取算法
扰动信号经过数字化、能量谱分析等预处理后，可以统计并分析在多个单位时间内扰动点的扰动幅值强度、扰动频率多寡、扰动的分布以及扰动波形包络的导数变化分析等本质特征参数。通过对这些参数的有效分析和特征提取，可得到不同类别扰动信号的显著特征，已经可以初步辨别雨雪、雷电、车辆等环境干扰及非入侵信号。
基于神经网络的模式识别算法
模式识别它指的是，对表征事物或现象的各种形式的信息进行处理和分析，从而达到对事物或现象进行描述、辨认、分类和解释的目的。
模式识别从十九世纪五十年代兴起，在二十世纪七八十年代风靡一时，是信息科学和人工智能的重要组成部分，主要被应用于图像分析与处理、语音识别、声音分类、通信、计算机辅助诊断、数据挖掘等方面。
当振动光缆感知到扰动信号时，扰动信号经过特征提取后，将提取后的特征值参数送至模式识别子模块进行行为模式识别。系统采用有效的神经网络技术，通过多层次神经网络对特征值参数进行运算和识别，从而检测出扰动信号的类型。该神经网络在同等的识别准确率下训练和识别速度较快，更加满足实际应用的实时性要求。
我司产品经过数十年的工程经验累积，模式识别数据库已经足够强大，几乎拥有各种场景下的数据信号，并且还在不断的增加，这为我们产品的低误报打下了坚实的数据基础。基于这些信号使用目前主流的人工智能AI技术对数据进行训练，提取出各种信号的特征，加入模式识别特征数据库，从而实现低误报的目标。常见信号如下：
小鸟，小动物信号
人为攀爬，敲击信号
短频连续敲击信号
雨天信号
大风信号
自学习-神经网络模型
我司产品模式识别技术基于神经网络模型，能够更便捷快速的实现设备性能与各种场景的匹配，设备在不同场景下运行，通过对现场信号的收集感知，设备能够自动在后台完成对现场环境数据的学习训练工作，随着数据的不便完善，模式识别的拟合度会不断提高，真正意义上实现设备依据现场环境的自学习。
系统可靠性
1）系统前端设备只有光缆及防区包，现场无需电源供电，光缆在无人为破坏的情况下可靠工作寿命很长。系统传感光缆抗任何电磁干扰且本质防爆，适合于任何特殊工作场所；
2）系统采用先进的组合光路检测技术及计算机处理技术，采用高可靠性无源器件及电子器件，确保系统可靠工作；
3）产品通过公安部安全防范报警系统产品质量监督检验测试中心全项目检验，获得检测报告；包括：外观及机械结构项目检验、性能指标项目检验、环境适应性指标项目检验、电磁兼容性项目检验、安全性项目检验；
4）系统通过3C认证；
5）系统通过CE认证；
6）产品为我司自主研发，具有软著，专利，软件检测等多项证书及报告；
7）系统在断纤后，报警主界面会自动提示显示断纤具体防区，断纤其他防区部分仍然能正常工作，断纤后的部分待重新熔接后又能恢复正常工作。
系统前瞻性及可扩展性
系统由于采用先进的光路设计及国际前言的处理算法设计，使得本系统能够在未来的5~10年内仍保持先进的前瞻性。由于是自主研发的专利产品，系统升级等方面保持一贯的连续性，满足用户的使用要求，特别是在系统的架构搭设完毕后，在系统所适用的传感距离范围内，可以按照不同区域，不期分部实施，具有很强大的可扩展性。
分客户端集中管理模式（预留功能）
当需要防范的周界范围比较大时，系统可设置一主多客户端的管理模式。一主即中心（监控机房）周界报警主界面，该界面可以监控所有周界区域的报警情况；客户端指为了管理上的方便，在总的设防周界区域里选择必要的子区域（如各重点安保室）设置多个分终端（分监控中心），分终端可以通过网络或者通过自身传感光缆网络与主机联网，管理自己所辖区域里面的报警情况。分监控中心的客户端电脑通过计算机网络可以访问中央监控机房的周界监控服务器，当本区域周界检测到有入侵行为时，可在客户端电脑的电子地图和中央监控机房电子地图上实时显示其周界的报警信息，并触发声光报警以提示工作人员及时查看现场，排除和处置隐患，这样就做到了系统的多层次集中安保管理功能，提高了管理的效率。
光纤入侵探测器系统的先进性核心技术
作为国内领先开发的光纤传感监控监测技术，整个系统具有完全的自主知识产权，且工程实施和应用较为简单。
该技术采用全光纤传感原理，利用光纤对外界的任何微小扰动信号形成的震动波、压力波、声波进行感知；通过对光信号参数（振幅、频率、相位、偏振态）的调制，再经过对光信号的检出、传输以及光电信号的处理后，能准确检出扰动源状态，并进行扰动源的危害判断，模式识别后，做出处理方案选择。
与其他传统周界安防系统相比，系统的先进之处在于：
先进的组合光路设计，外部无源设计；
先进的模式识别系统，降低系统误报率；
先进的系统构架，可融合其它传感监测系统；
先进的组网方式,可采用多客户端统一管理模式.
光纤周界监控预警系统的功能特点
a、长距离大范围的防卫
系统的监控传感器就是光纤，光纤沿周界敷设就形成了传感警戒周界。
b、具有入侵预警功能
一个安全的监控预警系统的设计，应该是核心设施为圆心，防范周界达几公里或更长距离的预警圈。一旦入侵者进入预警区，即能预警警报，从而对入侵者进行劝阻、警告；启动联动报警复合功能，如视频跟踪、探照灯跟踪、语音警告，采取有效措施阻止，如人员设防。
c、高灵敏度、无死角、无盲区，全线全程传感监控
光纤入侵探测器系统灵敏度极高，全程传感监测无缝隙、无死角、无盲区。
d、高环境适应性能（耐高低温和剧烈昼夜温差、耐腐蚀、抗电磁辐射）
全光纤系统在野外光纤（缆）及防区包，再无其他电子器件，光缆的耐候性指标本身就很高。在高低温环境，腐蚀条件均能使用，光路具有温度补偿功能，温差变化不会影响可靠性。由于信息载体是光子，电磁场对于其可靠工作不会影响，本身工作也不会产生电磁场，干扰周边环境。
e、对电源的依赖程度极低，现场无能耗
目前，有大多安防设施均是全程带电方式。而光纤入侵探测系统除光路主机使用30瓦直流电源以及管理主机使用电源外，传感光纤全程不用电源，依赖光子作信息载体。大范围的传感警戒区域不用考虑供给电源。
f、传感警戒区，少维护，甚至免维护。基本无需维护费用。
传感警戒区，仅为光缆，不需维护、巡检。
h、自主知识产权，实现产品国产化
全光纤系统，实现了自主知识产权，自主研发。在国防、军事及其他重点要害场所的使用较为安全、可靠。
i、系统稳定，使用寿命长
J、性价比好，大范围单位警戒距离的成本低，敷设工程简单
本系统的工作机理和研发技术需要先进、复杂技术体系支撑，但作为“应用设备”又显得简单、可靠。
系统的光源、光信号调制，微弱光子信息的接受、处理，计算机后台处理均在总控柜中，其外输出传感部份对入侵信号的采集警戒部份光缆，再无他物。其警戒线、监控信号采集的施工工程比较简单，采用明敷、挂放即行。距离越长，警戒范围越大，成本越低。
k、具有高可靠和低维护性。
该系统与目前使用的国内外各种传统监控安防技术的比较
（1）目前国内外常用安防系统
目前国内常用的安防系统介绍如下（具体介绍略）：
a、红外监控安防系统
以红外线的警戒光，一旦发出红外光，被入侵遮挡接收不到，即发现入侵行为。
b、视频监控安防系统
以视频摄像头为传感监控头，对摄像头的摄像范围进行屏幕图像视觉监控。
c、“泄漏电缆”安防系统
利用泄漏同轴电缆作为传感器，两根平行的埋在地下的泄漏电缆，在其外导体上周期性开有槽孔，两根电缆之间形成电磁场，当有入侵时，两根电缆间电磁场会发生变化，从而探知侵入行为。
d、振动电缆安防系统
采用驻极体振动电缆作为传感器，驻极体振动电缆是一种经过特殊处理的，带有预置电荷的同轴电缆。使用时，将驻极体电缆固定于栅栏面上，一端与报警控制电路相连，一端与负载电阻相连，当有入侵者登攀时，因振动电缆产生模拟电压信号，即可触发报警。
e、微波对射式安防系统
由微波发射机和微波接收机组成。发射机和接收机之间形成一个微波探测区域，利用场干扰原理或波束阻断原理，探测入侵者。
（2）传统安防技术手段的缺陷分析
根据国内外传统安防系统的工作原理分析，不难判断这些产品存在着这样那样的不足。弥补了一种不足，又暴露出另一方面不足，概括起来，有以下几点：
a、破解系统的概率高，漏报率高
俗话说：“道高一尺，魔高一丈”，对于故意入侵者，对常规安防系统的防范意识和破解手段也很高；例如入侵者配备了红外探测器，很容易识别、规避红外警戒；在照明不佳、摄像死角，入侵者可以避开视频系统的摄像头，并且视频监控人员需24小时值守，易视觉疲倦。
b、隐蔽性差
许多安防传感器、探测器都是明装明敷，使入侵者易于避开、破坏，易于采取规避措施的方式。
c、入侵定位功能缺欠（定位型系统功能）
在长距离大范围的安防系统中，对有害入侵警报后，能够准确定位十分重要，而红外方式、泄漏电缆方式、振动电缆方式均无法进行准确定区。由于目前的周界安防系统均采用点式探测和线式探测两种，将防范区域分成多个子区域，每个子区域使用独立的传感探测器进行扇面或绊线扰动探测，监控人员只能有一个模糊区域精度，无法测算准确位置。要提高
精度，只能增加传感器，缩小子区域范围，又增加成本。
d、外设传感系统复杂，可靠性差，维护、保养工作量大
目前安防系统外设警戒传感器较为复杂，红外发射器、微波发射器、磁场发射器、摄像头等等，这些电子器件在露天雨淋、日晒、霜打雪冻很易损坏，可靠性差，需要定期全程维护保养。
e、缺少行为判断、入侵模式识别
在大量的入侵行为中，有众多的无害入侵，如动物进入、风雨雷电，泄漏电缆、振动电缆等无法进行判别，这样会增加警卫人员的工作程度。
f、警戒范围小，单位警戒距离成本高
由于大多安防系统是点式传感，其警戒范围是由一个个传感点构成一直线距离和区域，如果在几十公里甚至近百公里，或在几百平方公里的区域形成一个警戒网络，所需要的摄像头、红外发射接射器、微波发射接射器将不计其数，价格昂贵，控制复杂。
g、敷设工艺复杂，施工成本高，耐腐蚀性不够，耐候性差
传统安保系统在其警戒范围，敷设各个监控点，传感区域的传感头，敷设工艺要求高，施工成本高。这些电子器件的耐腐蚀性、耐候性差，长期架设在室外，甚至野外，很快老化、失效。
h、依赖进口，无自主知识产权，安全性不够
目前一些别、高安全的安防设施，如振动电缆、泄漏电缆等主要还是依赖进口，或者部分份国产化，主要设备器件依赖进口。对一些高机密的区域，使用国外的安防系统，这将会形成重大的安全问题，采用国外的产品技术，在产品调试、安装指导、后期维护、性能升级方面会引发诸多不便，对保密性带来潜在威胁。
i、易受到外界磁场、电场干扰，能产生电磁波
众多的安防设施中，有许多运用了电磁场原理，一旦外界磁场干扰，就影响了可靠性。几乎所有安防系统均在传感点使用电源，产生电磁波，对于一些不能接受电磁波干扰的场所，如机场、雷达站等，将影响使用。
j、对电源依赖性高
几乎所有的传统安防系统，其警戒的每个点和区域都必须通电使用电源，这将使这个系统变得十分脆弱，一旦断电或切断电源，警戒系统将失去作用。
系统总体设计方案系统设计思路
1、以防区型型光纤入侵探测系统为核心、结合物理阻拦和其他的防护技术达到理想的入侵探测率。
2、把所有传感器及传感前端组成传感网，协同综合分析，实现极低的虚警/漏警率。
3、降低现场气候、地理地貌、环境噪声等各类干扰因素的影响。
4、对报警的情况，进行入侵级别及情况分析、甄别。
5、视频监控跟踪、提前预报、人工实时复核、定位入侵防区。
4.2系统主要特点
1．采用先进的光纤入侵探测系统，实现长距离全域连续微扰动传感定位；
2．融合声、光、视频联动，实现多手段协同警戒；
3．先进的模式识别功能，准确报警各种入侵行为，屏蔽风、雨、动物、飞机、火车、等非入侵行为引起的无害信号；
4．适应各种地形地貌，无盲区、无死角 ；
5．警戒灵敏度高，具有防破坏功能；
6．采用电子地图，实时在线监控；
7．具有高可靠和低维护性。
三、系统总体设计方案系统设计思路
系统主要特点
系统结构及参数指标
本系统由防区主机、防区包和上位机及软件系统组成，可实现与现有视频系统联动，具体结构如下图所示。
系统结构示意图
