1.1.1 監控系統結構
圖 SEQ 圖 \* ARABIC 1 系統結構示意圖
周界入侵安防系統由定位型振動光纖預警系統、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、環境適應能力強，十分適用于大范圍惡劣環境的周界入侵探測。
定位型振動光纖預警系統提供豐富的報警輸出接口，可接入局域網，滿足多級綜合監控的需求，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生（攀爬圍欄和剪切光纜）時，定位型振動光纖預警系統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送入侵信息到監控中心。然后，監控中心分發入侵報警信息至監控子中心，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主機設備的工作環境，具體指標參考 ，定位型振動光纖預警系統就能在大雪等寒冷天氣工作，即使大雪覆蓋了振動光纜，預警系統依舊能夠正常工作。
1.1.2 系統組成
圖 SEQ 圖 定位型振動光纖預警系統的組成
定位型振動光纖預警系統由探測儀、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。當入侵事件發生時，信號處理主機在電子地圖上指示入侵發生的位置并告警，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控中心主機發送告警信息，在監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域比較密集，能較好地監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，各種的優缺點和設備數量如下表所示。
|
方案 |
入侵監測能力 |
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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電壓監控功能 |
有 |
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設備監控接口 |
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，還能夠感知外界環境的信息。當外界環境的微弱振動、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，并定位振動發生的位置。定位型振動光纖入侵探測系統在獲取振動信號后，利用智能識別算法辨別入侵事件，排除外部環境干擾的影響，最終對危險的入侵事件發出警報。
定位型振動光纖入侵探測系統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、環境適應能力強、沿線無需供電、布設靈活等優點。
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.
