一種光纖Bragg光柵傳感智能周界圍欄報(bào)警系統(tǒng)

四、光纖Bragg光柵傳感智能周界圍欄報(bào)警系統(tǒng)的組成及原理

　　光纖Bragg光柵傳感智能周界圍欄報(bào)警系統(tǒng)是利用激光、光纖傳感和光通信等高科技技術(shù)構(gòu)建的安全報(bào)警系統(tǒng)，是一種對(duì)威脅公眾安全的突發(fā)事件進(jìn)行監(jiān)控和報(bào)警的現(xiàn)代防御體系。它是基于光纖Bragg光柵分布式光纖傳感技術(shù)應(yīng)用于周界監(jiān)控防護(hù)的新系統(tǒng)。

　　光纖Bragg光柵傳感周界圍欄報(bào)警系統(tǒng)的組成及原理如圖6所示。

圖6、光纖Bragg光柵傳感周界圍欄報(bào)警系統(tǒng)的組成及原理

　　由圖6可見，這種系統(tǒng)是利用單根光纖（光纜）作為傳感傳輸二合一的器件，通過對(duì)直接觸及光纖（纜）或通過承載物，如覆土、鐵絲網(wǎng)、圍欄、管道等，傳遞給光纖（纜）的各種擾動(dòng)，以進(jìn)行全程任意點(diǎn)全天候不間斷地持續(xù)和實(shí)時(shí)的監(jiān)控。

　　系統(tǒng)的工作原理是，采集侵入擾動(dòng)的波長(zhǎng)調(diào)制數(shù)據(jù)后，經(jīng)過傳輸光纖送入監(jiān)控室后端波長(zhǎng)移動(dòng)解調(diào)裝置解調(diào)，經(jīng)信號(hào)處理系統(tǒng)分析處理和智能識(shí)別，判斷出不同的外部干擾類型：如對(duì)非危害性環(huán)境干擾如雷鳴、鞭炮、汽車鳴響、雨聲等能進(jìn)行識(shí)別，做出無害判斷；還能識(shí)別如攀爬鐵絲網(wǎng)、按壓圍墻、禁行區(qū)域的奔跑或行走，以及可能威脅周界建筑物的機(jī)械施工等。因此，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)預(yù)警或?qū)崟r(shí)告警，從而達(dá)到對(duì)侵入設(shè)防區(qū)域周界的威脅行為進(jìn)行預(yù)警監(jiān)測(cè)的目的。為了精確定位，只需獲取光纖的準(zhǔn)確長(zhǎng)度，再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況將光纖長(zhǎng)度距離換算為實(shí)際距離，在報(bào)警信息中得到準(zhǔn)確可靠的定位精度，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離安全保障系統(tǒng)的定位報(bào)警功能。通過系統(tǒng)提供的入侵地點(diǎn)的位置，還可以聯(lián)動(dòng)CCTV攝像監(jiān)控進(jìn)行聲光報(bào)警或派遣人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)處理。

　　對(duì)于局部高危區(qū)域，系統(tǒng)也可實(shí)現(xiàn)語音監(jiān)聽和記錄。該功能完全無需采用電或金屬的傳感器，僅用光纖即可實(shí)現(xiàn)，從而豐富了用單一光纖實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的功能和防護(hù)等級(jí)。

五、智能周界圍欄報(bào)警系統(tǒng)多處侵入定位報(bào)警的解決及應(yīng)用

　　(1)智能周界圍欄報(bào)警系統(tǒng)多處侵入定位報(bào)警的解決法

　　在判斷有威脅侵入行為發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)能根據(jù)光信號(hào)調(diào)制的分析，可以實(shí)時(shí)對(duì)侵入行為發(fā)生點(diǎn)進(jìn)行定位，從而便于安保人員對(duì)目標(biāo)明確地及時(shí)采取有效措施，以制止侵入行為后續(xù)事件發(fā)生。

　　為了解決基于FBG傳感器的光纖圍欄報(bào)警系統(tǒng)中，多個(gè)FBG傳感器在同時(shí)受擾時(shí)，定位報(bào)警信號(hào)難，而無法實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)警信號(hào)的有效識(shí)別和判斷的問題，可以利用一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EMD)和小波包特征熵算法的分析方法來解決。這種利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法對(duì)于信號(hào)的突變性敏感和有效保留，以及其特有的自適應(yīng)性分解特性，首先對(duì)報(bào)警信號(hào)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，再結(jié)合小波包分解，得到小波包系數(shù)提取其信號(hào)的能量分布，再做歸一化得到信號(hào)的能量分布特征向量，最后運(yùn)用相關(guān)性分析，以實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)警信號(hào)的識(shí)別和判斷。這樣，通過建立實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?duì)采集到的報(bào)警信號(hào)做了分析，證明了該方法對(duì)于解決光纖圍欄報(bào)警系統(tǒng)中FBG傳感器的級(jí)聯(lián)判斷報(bào)警信號(hào)的有效性。

　　(2)光纖Bragg光柵傳感智能周界圍欄報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用

　　光纖Bragg光柵傳感智能周界圍欄報(bào)警系統(tǒng)，能沿光纖敷設(shè)區(qū)域全程任意點(diǎn)全天候不間斷地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。它可根據(jù)各種周界的不同需要，而采用不同的光纜敷設(shè)方式：如隱蔽地埋、圍欄、圍墻敷設(shè)，明敷、隱蔽敷設(shè)皆可。

　?、儆糜谧鏖L(zhǎng)距離邊界的警戒系統(tǒng)

　　如重要國境線、保稅區(qū)隔離帶、海關(guān)港口等長(zhǎng)距離大范圍防止侵入或越境的場(chǎng)所警戒。特別是崇山峻嶺、沙漠荒野、人工巡邏查檢十分不易的場(chǎng)所，敷設(shè)這種光纖警戒線。

　?、谟糜谧髦匾O(shè)施的周界安全防衛(wèi)

　　◆軍事要地、國防設(shè)施：如部隊(duì)、機(jī)場(chǎng)、軍港、導(dǎo)彈/火箭發(fā)射基地、雷達(dá)、通訊站點(diǎn)；

　　◆國民經(jīng)濟(jì)重要設(shè)施：電力站、變電所、文博館、金融庫房、體育場(chǎng)館；

　　◆易燃易爆場(chǎng)所的防衛(wèi)：油庫、氣站、油氣儲(chǔ)存罐區(qū)、炸藥庫等；

　　◆重要防護(hù)場(chǎng)所：監(jiān)獄、學(xué)校、水庫、工業(yè)廠礦、重要住宅區(qū)等。

　　③用于作石油天然氣管線的防護(hù)（防開挖、防偷盜、防破壞）

　　④用于作通訊電力線纜的防護(hù)等。

　　由上述介紹可知，基于長(zhǎng)距離準(zhǔn)分布式FBG傳感器的光纖圍欄作為一種新型的安防監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不僅具有抗電磁干擾、抗腐蝕、易復(fù)用的特點(diǎn)，而且FBG技術(shù)成熟、成本較低、報(bào)警定位精確等優(yōu)勢(shì)，在安防領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景，也是將來智能安防監(jiān)測(cè)的主流發(fā)展方向。

　　當(dāng)布置的光纖Bragg光柵傳感光纖受到外界入侵后，使光纖Bragg光柵的波長(zhǎng)發(fā)生變化，而引起光強(qiáng)突變，從而觸發(fā)了報(bào)警。當(dāng)然，在安全技術(shù)防范系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)最好要同時(shí)經(jīng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)復(fù)核，再驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警，以提高安防系統(tǒng)的可靠性。

　　基于準(zhǔn)分布式的FBG傳感技術(shù)已經(jīng)用于橋梁、建筑的健康監(jiān)測(cè)等方面，其傳感原理是通過外界參量如溫度、應(yīng)力等對(duì)Bragg中心波長(zhǎng)的調(diào)制來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)外界引起FBG 溫度、應(yīng)力改變時(shí)都會(huì)導(dǎo)致光柵周期和折射率發(fā)生變化，從而引起反射波長(zhǎng)的變化。與其他相比采用FBG的優(yōu)點(diǎn)包括：復(fù)用能力強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離準(zhǔn)分布式的周界監(jiān)測(cè)；抗電磁干擾、抗腐蝕能力強(qiáng)，適用于惡劣的環(huán)境中；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易與其他材料結(jié)合使用以實(shí)現(xiàn)智能結(jié)構(gòu)；以光纖為傳感介質(zhì)的入侵監(jiān)測(cè)隱蔽性強(qiáng)等。而且波長(zhǎng)解調(diào)并且成本越來越低，為該系統(tǒng)的實(shí)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

　　基于光纖Bragg光柵傳感的智能周界圍欄報(bào)警系統(tǒng)的特點(diǎn)是，簡(jiǎn)單高效、安裝便捷、維護(hù)簡(jiǎn)單、成本較低，且靈敏度還可以根據(jù)實(shí)際的安裝環(huán)境變化而調(diào)整，很方便用戶。因此，在它轉(zhuǎn)化定型生產(chǎn)后，將非常適合于大中小型的周界圍欄布防用戶的使用，在市場(chǎng)上定會(huì)得到迅速普及推廣。