智能光纤周界安防系统研究与应用

智能光纤周界安防系统研究与应用
耿
帅
（内蒙古师范大学附属中学，内蒙古呼和浩特010020）
摘
要：介绍了一种智能光纤周界安防系统，该系统通过在园区围墙上及墙内侧地下布设一根普通单模通信光缆，实现人员翻越和
地面入侵的感知探测。

当发生人员入侵时，系统检测到入侵行为并准确定位防区，通过继电器模块、硬盘录像机、交换机和光纤收发器，联动控制高速球机进行摄录取证，并将报警信息进行远程发布。

本系统方案设计合理，在北京大兴智慧园区实际投运半年以来，实现了对入侵行为的监测、准确辨识、取证和信息发布功能，提高了园区管理的智能化水平。

关键词：光纤周界安防；硬盘录像机；交换机；高速球机
0引言
随着经济的发展，我国的企业园区无论是从数量上还是
规模上都有显著的提升，园区安全监测与防范问题越来越受到人们的重视。

针对大型企业园区和重要区域周界，必须实施全天候、实时在线的安全监测，实现园区的智慧安防管理。

然而，近年来，各种入侵手段日益升级，面对的防范对象广泛而复杂，且受到地形、气象等方面的制约，防范要求更高，难度也更大[1]。

因此，智慧园区对性价比高、稳定可靠的新一代周界安防系统有着迫切的需求[2]。

周界安防系统采用各种传感探测器，对特定区域的边界进行动态的安全监控、监测，判断各种进出周界的威胁行为，并发出报警[3]。

传统的安防技术主要有红外对射、激光探测、静电感应等[4]，这些技术都存在着系统稳定性差、安装受环境限制、误报和虚报较多的缺点[5]。

利用光纤传感器进行入侵探测是一种创新型安防手段，具有全程无源、抗电磁干扰、电绝缘性好、后端易升级、附加伤害小等特点，特别适用于易燃易爆场所[6]；此外，其具有定位能力强、灵敏度高、隐藏性好以及可实现大范围监测等诸多优点[7]。

目前已有多种光纤传感技术，主要包括：（1）利用光纤Sagnac 、Michelson 、M -Z （马赫-曾德）干涉技术对入侵行为进行监测；（2）利用光纤布拉格光栅（FBG ）反射波长对入侵进行监测和定位；（3）利用布里渊散射的B -OTDR 技术、相位敏感的Φ-OTDR 技术和偏振光时域反射的P -OTDR 技术[8]。

与其他技术相比，OTDR 技术只需采用单根单模光纤，在同一端进行测量，监测距离长，一般为几公里到几十公里，不存在盲区，并具有可实现入侵位置定位等优点[9-10]，因此本文基于分布式Φ-OTDR 技术，搭建了智能光纤周界安防系统。

由于光纤传感器只能感知入侵，缺乏对入侵信息的监控
和取证能力，本文在光纤入侵探测系统的基础上提出并实现了一种新型的融合视频监控的智能光纤周界安防系统。

当发生人员入侵时，光纤振动传感器不仅可以在第一时间感知和定位入侵事件，与之联动的监控系统还可对入侵行为进行监视，对不同的入侵对象进行准确辨识，同时存储现场入侵视频录像进行备案。

本系统在北京大兴智慧园区实施了试点工程，进一步提高了园区的安全防范能力和智能化水平[11]。

1系统原理
本文研究了一种基于相位敏感光时域反射技术
（Φ-OTDR ）的智能光纤周界安防系统，对大兴智慧园区周界进行全天候、多技术的立体防护。

系统利用布设于围墙上及墙内侧地下的一根单模光纤内不同部位的背向散射光的干涉效应，由光相位变化致光功率变化，通过入侵前后功率谱曲线的比较获取入侵点的位置信息；根据位置信息判断入侵点所处防区，并联动控制视频监控系统对入侵行为进行摄录取证，同时通知相关管理人员进行应急处置。

其工作原理框图如图1所示。

2系统组成
智能光纤周界安防系统主要由光纤周界入侵探测子系统
和视频监控子系统组成。

其中，光纤周界入侵探测子系统由传感光缆和光纤振动传感主机组成，实现对人员地面及翻越入侵行为的探测、信号采集与分析工作，准确定位入侵位置并发送报警信息至视频监控子系统；视频监控子系统由信号处理、录像存储、媒体转换和中心管理等平台设备、交换机、高速球机和用户终端组成，将入侵报警信息转换为联动控制指令，控制高速球机监视入侵防区，同时完成视频存储、回放和搜索，并通过网络通知管理人员进行应急处置，如图2（a ）、（b ）所示。

3试点工程
本系统选择在北京大兴某智慧园区开展试点工程，对其
工业生产区进行周界安防监控。

如图3所示，系统通过在围墙上内嵌滚笼刺丝网的Y 型支架顶部挂装环形光缆以及在墙内侧地埋S 形光缆的布设方式，实现人员翻越和地面入侵的感知探测。

当发生人员入侵时，系统检测到入侵行为并准确定位防区，将防区位置信息发送至视频监控系统，系统发出联动控制指令至工业区西南角高速球机对事发区域进行摄录取证，并
图1工作原理框图
Zhuangbei Yingyong yu Yanjiu
（下转第53页）
图3光缆布设方
式
图2系统组成
将视频图像回传至监控中心，通知工业区管理人员进行应急处理。

高速球机及监控中心设备组屏分别如图4（a ）、（b ）所示。

4试运行结果
该智能光纤周界安防系统自2018年1月试运行至今，4个
月以来，运行稳定可靠，视频联动准确，共报警12次，如表1所示，其中11次是人员入侵光缆区域行为，包括1次人员攀爬围墙，10次人员地面入侵光缆区域；另外1次是汽车过路引起的系统误报。

调取报警时间的监控录像，发现是环卫工人清理园区、工人施工和汽车过路等行为，如图5（a ）、（b ）、（c ）和（d ）所示，属正常报警现象。

经询问园区工作人员及排查园区视频监控录像，4个月以来并未发生实际的入侵事件。

可见，系统能够有效监测到人员扰动行为，系统无漏报、虚报现象。

5结论
本文针对智能光纤周界安防系统进行了应用研究，研究
结果如下：
（1）本系统采用一根普通单模通信光缆沿围墙上及墙内侧地下进行布设，当人员攀爬、翻越围墙或发生地面入侵时，会造成光缆扰动，触发报警事件，并通过视频监控系统对入侵地点进行摄录取证。

（2）本系统具有高可靠性、防误报警和联动设计，安全、可靠、方便，有利于及时准确掌握入侵情况
，
（a ）
（b ）
图4球机及设备组屏
表1报警事件
序号时间位置事件12018-01-15园区南墙门房环卫工人清扫
22018-01-15园区南墙门房施工32018-01-15园区西南角施工42018-01-31园区南墙门房环卫工人清扫52018-01-31园区西墙攀爬围墙施工62018-02-05园区南墙门房汽车过路7
2018-02-09园区南墙门房环卫工人清扫82018-02-09园区西南角环卫工人清扫92018-02-11园区南墙门房环卫工人清扫102018-03-01园区西南角环卫工人清扫112018-03-01园区南墙门房环卫工人清扫12
2018-03-06
园区西南角
搬运施工
（a ）环卫工人清扫（b ）挖掘施工
（c ）攀爬施工（d ）汽车过路
图5报警事件
（上接第51页）
适用于智慧园区安防需求。

（3）本系统已在北京大兴智慧园区试运行4个月，运行期间系统及时报警、防区定位准确且视频联动准确，无漏报、虚报情况，为进一步提高园区的安全防范能力和智能化管理水平提供了可靠的技术保障。

［参考文献］
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学技术，2008，34（2）：259-261.
[2]马迁航，张玉佩.光纤周界安防技术研究现状及应用前景
[J].中国新通信，2014，16（19）：90.
[3]唐璜.光纤振动传感技术在周界安防领域的应用方法研究
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[4]邢八一，徐方辰.光纤周界安防系统技术现状及市场前景分
析[J].中国安防，2014（1）：85-89.
[5]伍永忠.电子安全围栏系统发展现状和市场前景及在国内送
变电站的应用[J].中国安防，2008（3）：63-66.
[6]章骅，贾波，唐璜，等.光纤周界安防系统———一种新型安防
系统在校园建设中的应用[J].实验室研究与探索，2010，29
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[7]王路露.光纤周界安防系统在物流仓储安全管理中的应用
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[8]刘波，杨亦飞，牛文成，等.光纤围栏技术特点及现状研究
[J].光子技术，2004（4）：208-213.
[9]周华胜.干涉型光纤周界安防系统的设计[D].深圳：深圳大
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[10]刘路，谭东杰，田孝忠，等.一种基于Φ-OTDR 技术的光纤周
界安防系统：CN104574742A[P].2015-04-29.
[11]唐成，卢祥林，吴慧娟，等.具有视频联动功能的光纤围栏周
界入侵监测系统[J].安防科技，2010（9）：20-23.
收稿日期：2018-05-22
作者简介：耿帅（2000—），男，内蒙呼和浩特人，研究方向：智能光纤安防
系统。

图4耐张单片绝缘子端部卡具结构
图
图3耐张横担侧绝缘子卡具加工图
（2）GB /T 18037—2008《带电作业工具基本技术要求与设计导则》；
（3）《国家电网公司电力安全工作规程（线路部分）》2013版第10.12条中关于“带电作业工具的保管、使用和试验”的相关规定。

5结语
±1100kV 特高压直流线路耐张横
担侧单片绝缘子串更换卡具，质量轻，安装简单，易于操作，在现场实际作业应用中大幅降低了作业人员的劳动强度，提高了作业的安全可靠性，减少了高空作业的人员数量。

应用此工具便于作业人员操作，节省了作业时间，有效提高了高空作业的工作效率，简化了作业程序。

［参考文献］
[1]胡毅，刘凯，彭勇，等.带电作业关键
技术研究进展与趋势[J].高电压技
术，2014，40（7）：1921-1931.
[2]陈秀娟，张翠霞，时卫东，等.±800kV 特高压直流输电线路
绝缘配合的差异化[J].高电压技术，2015，41（5）：1726-1731.[3]胡毅，刘凯，刘庭，等.超/特高压交直流输电线路带电作业
[J].高电压技术，2012，38（8）：1809-1819.
收稿日期：2018-05-22
作者简介：孙惠涛（1978—），男，河南郑州人，高级技师，高级工程师，主要从事超、特高压输电线路运维检修、带电作业等方面的现场作业和技术管理工作。