物联网安防-园区周界安防技术实现

一、光纤传感技术在园区安防中的应用

基于光纤传感技术其安全环保、低能耗、耐腐蚀、抗电磁干扰等特性，特别适合于恶劣野外环境和隐蔽场合的各种监控应用。在园区周界安防中，采用光纤（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、围墙，设防区域的行走，挖洞开墙，以及可能威胁光纤（缆）承载物的破坏等，实现系统预警或实时告警，从而达到对侵入设防区域周界、以及内部核心区域的威胁行为进行预警监测的目的，从而实现园区周界无盲区、无死角、不间断地实时监控。

二、光纤入侵预警系统

2.1光纤入侵预警系统实现原理

光纤入侵预警探测报警系统的感应部件是传感光缆，通过对其触碰、挤压、和振动的快速感应可以对诸如攀爬、剪切、行走等行为进行监测。传感光缆具有特殊核心层和特殊护封，能够保证正常使用而不受外界气候和恶劣环境的影响。当光信号输送进光纤时，系统软件探测器会处理接收到的光信号的相位，当传感光缆受到触碰或振动的干扰时，光信号的传输模式就会发生变化。即触碰、振动、或挤压会导致形态干扰而产生光信号相位的改变。系统软件接收器对相位改变进行探测，可探测干扰的强度和类型，并对探测到的信号进行处理，判别干扰是否符合触发“事件”的条件。

2.2光纤入侵预警系统组成

光纤入侵预警探测报警系统主要由中控系统、前端光处理单元、光缆和其他附件组成：中控系统部分位于监控室内，包括主机、配线架等；前端光处理单元由报警信息预处理单元、光纤配线盒和反射模块等组成；光缆包括传感光缆和通讯光缆；附件包括备件、施工辅料、施工工具以及调试工具等。

当发生入侵或者挖掘时，振动传递到敷设周界上的传感光缆，系统首先可探知入侵位置，并判断入侵危险源走向，从而基于系统独特的光路设计和专用软件，可对入侵位置进行准确定位，定位入侵位置后，系统可联动声控扩音、摄像视频、局域网络客户端、短信通报监控维保人员全程实施监控，将损失降低至最低。

作为光纤入侵预警探测报警系统，通过标准协议接口，将主机内光源-信号处理单元联动的TTL信号输出转换成干结点输出，并与视频、声光等设备进行联动。从而实现最有效的系统联动报警。

2.3光纤入侵预警系统技术优势

单根光纤和全光纤无源组件构成的分布式光纤干涉定位技术

使用沿周界布设的单根长光纤作为分布式的敏感神经网络，用以拾取沿线的入侵扰动信息，实现了光纤干涉传感技术与光纤分布传感技术的有效结合，从而充分发挥了这两大技术用于传感领域的优势，使系统在长距离范围内具有很高的灵敏度。

光纤干涉信号处理程序

具有独立自主知识产权的光纤干涉信号处理程序，可线性地从干涉信号中实时获取扰动的数理特征量，进而还原出现场扰动情况。

由于采用的是线性信号还原的方法，技术甚至可以对布设光缆区域现场的各种语音信号实现实时地监控。

技术系统架构特点

布设于监控区域周界的传感设备，完全是光缆和光无源器件，在外场完全无需布设供电线路，实现了周界“全光纤”架构，彻底摆脱了现场电力依赖，并完全屏蔽了雷电影响和其他各种电磁干扰。而布设设备本身为没有任何电磁信号的光缆，也提供了一个对人身安全的环保技术手段。

三、园区周界入侵预警技术方案

3.1入侵预警技术方案

系统是利用普通通讯光缆，包括正在工作中的通讯光缆，通过创新的后端信息处理技术，实现对光缆敷设区域的各种振动信号长期、在线、实时地监控，从而发现各种入侵行为，实现对园区周界及岗哨、检查站、监测点的安全监控。

依据光纤预警系统设备每套监控距离约10~50公里产品选型的技术指标，以及监测管理需要，按每10公里相邻位置选择一座监测站或门站用作入侵预警系统监测站，并选择其中一个监测站作为监测中心站。每套系统设备放置于监测站内、室外设备分别地埋于前后两端监测站外，相邻监测站间管线由一根独立的光缆监控，传感光缆沿周界布设。监测站要求具备通讯网络和220V交流电源、UPS电源，以及相应的安全保障。监测站服务器主机通过网络联机到监测中心站客户端主机。

系统具有网络接口和干接点接口两种联动方式，能满足与目前市面上各种平台或系统对接的需求，可以与视频摄像机、雷达、红外对射、无人机等设备进行联动，实现最有效的系统联动报警。例如在每个监测站点之间沿传感光缆布设的位置上方，按一定间隔部署视频监控点，覆盖到传感光缆通过的周界，形成立体联动防控。

通过园区周界铺设的传感光缆，在两监测站之间的传感光缆受到外力作用下感应到变化，通过系统的采集并还原成现场振动信号，根据信号频率的大小通过系统的分析处理来完成报警，通过网络传达到主控室并且发出报警信号。使值班人员做出情况处理决定，例如视频监控协助、巡逻人员查看等调度。

技术方案特点是，采用光缆作为监控设备，能耗小，监控距离长，监控范围大，不受环境影响，不受电磁干扰，没有附加伤害，并可以与视频等其他手段联动，构建完整的大范围复合安全监控系统。

3.2技术方案特色设计

1.纤探测长距离无源，不需要电力供给

光纤即光导纤维，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具，纤芯通常是由石英玻璃制成的横截面积很小的双层同心圆柱体，细如发丝，无色透明。光在光导纤维的传导损耗比电在电线传导的损耗低得多，常被用作长距离的信息传递。因此对于新疆近1400公里的探测传导具有与生俱来的天然优势。系统对于近1400公里的周界，外场周界完全不需进行电力供给，也避免了电力设备在恶劣气候环境中可能出现的供电不稳定、适应性差的问题。

2.环境适应性强、系统稳定性好、寿命长

光纤经由几层保护结构包覆后的缆线即被称为光缆，分为光纤、缓冲层及披覆层。光纤外层的保护结构可防止周遭环境对光纤的伤害,如水、火、电击等。对于高温、低温、强光、灰尘、雨、雪、雾、霜等恶劣的气候条件均有很好的适应性，不受自然气候影响。对于温差大、风沙大的环境具有良好的适用性。系统稳定性好、使用寿命长。

3.防火、防爆、防雷电

光纤具有良好的传输性、稳定性、抗干扰能力，甚至能抵挡核辐射和核爆炸引起的电磁风暴的冲击，密封的光纤还能很好地防止各种液体和有害气体的侵害。系统外场无任何金属器件，光纤本身不导电，所以它不会受到雷电、静电等的破坏。完全不需供电，防火、防爆，不需作任何防雷、防磁处理。

4.防探测，抗干扰

系统采用防区无源的工作方式，本身无任何电磁干扰或电磁辐射，除位于室内的监测终端外，整套系统外场使用的全部为非金属器件，不产生任何电火花。传感光纤不发射，也不接收以下信号：电磁信号，雷达信号，无线电信号，高压静电信号。因此对边防周界可能覆盖的各种雷达、无线电、射频信号均无任何的相互干扰。

5.立体探测，排除长距离探测漏防区域

光纤的振动探测为360度的全方位立面探测，其布设于围栏、围墙或地面区域，不仅能对攀爬翻越围栏的入侵行为进行探测，还对破坏围栏、围墙的侵入行为，甚至地下挖掘等入侵行为进行探测。

6.线性还原，智能模式识别

当系统探测到振动信号时，通过对光波波形的线形还原、行为分析，识别扰动信号为风雨、小动物等环境因素的干扰还是恶意的入侵行为，当判断为入侵行为时，即刻进行报警。而风沙、落叶、粉尘等易对传统入侵探测系统造成误漏报干扰的因素均可排除，大大降低误漏报。

7.布设自由隐蔽

像根植周界区域内的神经系统，水域、围墙、草坪等任何复杂的地域环境均能良好布防，可架设于围栏、围墙等既有围界上，也可进行地埋，隐蔽布防。不受地形限制，也不会破坏既有的环境；光纤、光缆性能稳定，耐干旱，耐腐蚀，在各种气候环境，甚至水下环境等均能长期使用，绿色、清洁、节能、环保。多种布设环境可以共用一套系统完成整个周界的入侵探测监控。

8.报警信号输出，方便大平台整合视频、无人机、雷达、巡逻车等联动报警

系统可以输出TTL电平信号，或以软件协议通讯的方式与报警大平台进行整合，方便的与视频监控系统和无人机、雷达等控制系统共同构成安全防范系统。当有入侵行为时，光纤周界入侵安防系统会发出报警声，并在电子地图显示出准确的报警点位置，同时视频监控联动系统控制摄像机立即对准报警点，将报警点图像传送回监控室。经值班人员确认，做出报警处理。

9.双层防区逻辑判别

在非恶意侵扰较多的区域，或只需判断单向入侵行为的区域，可设置双层防区，实现地面双层联动方式，判断侵入或破出行为的方向性，更加便于管理人员的查找、定位，保证判断的更加准确、可靠性。

10.语音还原

系统可以实时监听周界现场的声音响动情况，不但能帮助相关人员对出警情况进行准确判断，也便于在对报警信号进行的检查回溯

四、工程实施方案

园区周界安防工程实施情况大致分为以下几类：铁艺围栏、实体围墙、开阔周界的隐蔽地埋。

4.1铁艺围栏上安装实施

对于园区周界为铁艺隔离围栏的，采用绑扎传感光缆进行振动扰动探测报警的方式。根据周界沿线延伸的走向情况，以方便现场情况的判断、便于警力的出动为标准进行防区的划分。

布设方式： 传感光缆根据围栏的结构情况，横向布设二~三道光缆，光缆之间的间距约为30-50cm,具体根据围栏的结构以及人体进行攀爬、翻越的行为方式确定。要求既保证系统运行的有效性，又尽力使布防隐蔽、美观。

判断方式：当有人员进行围栏攀爬，带动围栏的振动，传感光缆感应到振动信号时，将信息通过前端光处理部件处理后传输至系统主机，主机经过数据采集、模式识别，对入侵行为进行报警。安置摄像机与安防监视系统联网，每个报警防区报警均联动该防区内的预设摄像机。当周界防区探测到入侵信号时，即刻调动该防区摄像机对准报警点位并进行报警，值班人员在查看监视器进行确认后出警并联动视频监控设备弹出对应防区监控画面，进行实地查看。

可监测行为：攀爬围栏侵入或跃出设防周界；破坏围栏入侵。

安装方式：

传感光缆尽量直线辅设，这样可减少光功率的损耗。

光缆均绑扎于围墙内侧，以防止受破坏。

根据围栏的实际情况，一般30cm左右距离进行一次扎带的绑扎。

传感光缆适当绷紧，扎带的绑扎以刚好固定住光缆不会移动为限。扎带绑扎过紧容易影响光路的正常传输，增加光功率的损耗。

传感光缆的布设应根据围栏的实际构造，尽量隐蔽布设。

光缆布设的转角区域，要求传感光缆的弯折曲率半径R≥4cm。

各结构围栏的绑扎方式，用扣结把纬线钢丝和经线钢丝结合在一起而形成的钢丝网为主要拦隔物的防护设施。

4.2 实体围墙

对于园区周界为实体围墙的，采用在围墙顶或内侧加装铁支架，然后绑扎传感光缆进行振动扰动探测报警的方式。

布设方式1：在围墙顶或内侧加装铁支架，铁丝网围栏加装于支架上，围栏向外斜45度安装；然后，在围栏的铁丝网上面安装传感光缆，传感光缆用特制扎带绑扎（抗紫外线），传感光缆横向往复三道（“去”、“回”及“去”三道）结构实现）。

布设方式2：在墙体顶端的平面顶面加装专门定制的水平金属网，在金属网格上绑扎传感光缆。当有人员攀爬围墙企图翻跃侵入时，当其攀爬到墙体顶端，触碰到墙体顶端绑扎有传感光缆的金属网格的时候，系统发生警报，值班人员出动对现场进行查看，或调动联动的视频监控系统进行现场查看。

判断方式：当有人员进行攀爬，触动围栏或围网的振动，传感光缆感应到振动信号时，将信息通过前端光处理部件处理后传输至系统主机，主机经过数据采集、模式识别，对入侵行为进行报警。安置摄像机与安防监视系统联网，每个报警防区报警均联动该防区内的预设摄像机。当周界防区探测到入侵信号时，即刻调动该防区摄像机对准报警点位并进行报警，值班人员在查看监视器进行确认后出警并联动视频监控设备弹出对应防区监控画面，进行实地查看。

可监测行为：攀爬围墙侵入或跃出设防周界；破坏围墙。

安装方式：

传感光缆直接敷设于周界防区上，通讯光缆则由监控室内的系统主机地埋延伸至各防区，在防区下埋的设备井处与报警信息预处理模块、进行熔接，每个防区需用三芯通讯光缆。设备井内包含报警信息预处理模块、光纤熔接转接盒、反射模块，一般两个防区共用一个设备井，也可多个防区共用，具体根据施工线路设计。

4.3隐蔽地埋

布设方式：光缆地埋感应带铺设。每个防区分别在地面以下埋设用于感应振动的传感光缆以及用于数据通讯的通讯光缆，传感光缆与通讯光缆之间通过前端的光处理相关部件进行前端数据处理与转换。每个物理防区对应一个视频监控摄像头的预设点位。

判断方式：当地埋传感光缆感应到振动信号时，将信息通过前端光处理部件处理后传输至系统主机，主机经过数据采集、模式识别，对入侵行为进行报警。安置摄像机与安防监视系统联网，每个报警防区报警均联动该防区内的预设摄像机。当周界防区探测到入侵信号时，即刻调动该防区摄像机对准报警点位并进行报警，值班人员在查看监视器进行确认后出警并联动视频监控设备弹出对应防区监控画面，进行实地查看。

可监测行为：闯入或踏出设防周界、地下的挖掘行为。

安装方式：

地埋式传感振动单元布设时应视地表情况决定填埋深度。通常情况下对于细质地表土壤其埋入深度控制在30厘米左右，对于含有石子或其他硬物的地表土壤其进入深度应控制在15厘米左右；

传感光缆根据具体项目环境在周界敷设多道线缆，光缆间距≤30cm，传感光缆选用尼龙扎带绑扎固定上，每30cm绑扎一次扎带，禁止使用铁丝绑扎。地埋式传感光缆沿周界防区布设长度一般以20米为一个蛇形回路，便于长距离施工，实际布线中可根据具体环境地形情况进行调整。

绑扎好的传感光缆应整体平稳地放置，之上覆盖3cm地表土壤。如绿化区或其他非裸露性地表上施工，最后可根据需要加以伪装（如铺设草坪、撒草籽或砾石等拟态布设）。

入侵人员从周界处踏上禁入区域，在该区域外延位置，布设隐蔽地埋的光纤感应板。当有人踏上禁入区域时，触发地埋光缆。此外，这种布设方式，还可监测对该区域地理情况的破坏。