振动光缆周界入侵报警系统.docx

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振动光缆周界入侵报警系统

振动光缆周界入侵报警系统

系统的核心技术

本系统的核心技术是“东大—华夏光子技术研究中心”（永大科技集团与东南大学联合组建）的留学归国专家在美国麻省理工学院（MIT）的研究成果基础上，集中了十多位博导、教授和博士生，经过数年攻关成功研发的“双光源全光纤扰动传感监测与定位”技术。

该技术采用双光源全光纤传感原理，利用一芯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，计算其位置，并进行扰动源的危害判断、模式识别后，做出处理方案选择。

此双光源技术的研究成功，成为我司全光纤监控预警系统的核心技术。

1.1.1工作原理

光纤传感包含对外界信号（被测量）的感知和传输两种功能。

所谓感知（或敏感）,是指外界信号按照其变化规律使光纤中传输的光波的物理特征参量（如强度、波长、频率、相位和偏振态等）发生变化后,测量光参量的变化。

这种“感知”实质上是外界信号对光纤中传播的光波实施调制。

外界扰动（如振动、弯曲、挤压等情况）对光纤中光通量的影响属于功能型光强调制。

该技术采用全光纤传感原理，利用一芯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，当经调制的光信号由激光器输进光纤时，探测器会接收到散射或反射光信号的参数（振幅、频率、相位、偏振态）。

若传感光纤没有受到任何扰动或光的传输没有变化，那么光信号的参数也将不发生变化；当传感光纤受到运动或振动的干扰时，光信号的传输模式就会发生变化。

光纤中未受到任何扰动时光传播途径如图1：

图1

光纤中受到振动或运动扰动时光传播途径如图2：

图2

光纤中受到压力扰动时光传播途径如图3：

图3

运动、振动、压力都会导致形态被干扰而产生光信号振幅、频率、相位、偏振态的改变。

光电探测器对此改变进行探测，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，计算其位置，并进行扰动源的危害判断，模式识别后，做出处理方案选择。

可有效探测触摸围栏、剪断围栏、攀爬围栏、挖洞、破坏墙体、翻越围墙等入侵行为。

1.1.2系统构成

全光纤周界监控预警系统由主控计算机、光终端主机和引导光缆、传感光缆组件（前端设备）三大部分组成。

其中，系统主控计算机、光终端主机位于监控室内，引导光缆、传感光缆组件安装于室外。

1、系统功能框图

2、各部件介绍

1.1.3报警主机

光终端主机是本系统核心部件，由光发送、传感光路、光接收、信号采集、处理与定位模块组成。

为了保证传感系统的主要指标，采用专用白光光源以及多种技术相结合的光路组合，将微弱的外界应变信号传输并检测出来。

光接收模块具备对从传感光纤传递过来的背向散射载波信号、由扰动产生的微小光相位信号、在波长域的变化信息的检测。

信号采集、处理与定位模块具备在较强的背景噪声拣选有用变化信息，并进行去噪、整形、放大及高速AD转化，得到扰动信号在频域和时域的变化信号送主控计算机进行处理。

具体参数指标：

品牌：

科晟

型号：

OF151-HMD001

型号参数

OF151-HMD001

光终端主机

传感性能

传感器类型

标准单模光纤

传感光纤芯数

1芯

等级

室外围栏明敷

监测范围

≤25km

响应时间

<1s

定位精度

≤3米

系统灵敏度

100％入侵报警

误报率

<1次/月*防区

光学参数

接口类型

FC/APC

激光器波长

1310nm/1550nm

激光器分类

ClassIIIb

最大输出功率

≥20mW

接收机灵敏度

-60dBm

AD参数（高速）

AD精度

12bit

最大采样率

50MS/s

通道数

2（同步）

最大采样深度

16M/通道

I/O口

16IN/16OUT

AD参数（中速）

AD精度

14bit

最大采样率

400KS/s

通道数

4（同步）

最大采样深度

64K/通道

I/O口

16IN/16OUT

一般规范

工作温度和湿度

室内0℃~+40℃，户外-40℃~+70℃,湿度10%-90%（无冷凝）

电源供应

AC220V±10%

功耗

50W（MAX）

尺寸（mm）

19”标准4U机箱:

430mm（宽）×450mm（深）×177mm（高）

重量

≤20Kg

1.1.4系统软件

品牌：

科晟

基于Windows7/10操作系统及MySQL数据库系统的监控软件系统。

整个监控系统软件分为五大模块，即数据采集处理模块、地图显示模块、报警联动（视频、灯光及语音告警）模块、模式识别模块及事件统计模块。

（1）软件系统登录

双击快捷键图标（sys.exe），快捷键图标位于桌面之上。

出现如下界面：

单击一下，出现对话框提醒输入用户名和密码，并选择相应的登录身份，如图所示。

·如果第一次进行登陆路，请向您的管理员询问获取您应该使用的密码。

·只需输入用户名和密码，随后从下拉菜单的选项中选择访问级别，然后点击确定。

·如果您已经输入了正确密码，并选择正确的访问级别，那么软件系统将会继续进行初始化的程序并进入运行界面。

·如果输入了错误的用户名或密码或是选择了不对应的身份，那么系统就会提醒进行正确的输入直到输入正确为止。

如果您点击取消按钮那么程序就会关闭。

请核查您的密码并重新启动程序。

（2）软件访问等级

软件系统拥有三个访问等级，访问等级用来激活控制面板的相关特征，允许对系统进行一定的更改。

系统的后台操作不会依赖于访问等级。

这三个访问等级是：

操作员访问

管理员访问

维护员访问

操作员访问

这是最通常使用访问等级，也是日常运行所需的唯一访问等级。

这种模式用于对周界范围内的活动进行每日的监控并可改变系统的一些设置，如报警范围，监测区域设置，操作员访问密码修改等等。

管理员访问

这是最少使用的访问等级，用于改变系统的设置，例如警报阈值，用于访问系统和事件的日志，用于增删操作员。

维护员访问

是三种身份中权限最高的身份，软件中的所有模块和功能都能使用。

这个等级的访问允许现场的维修代表对系统进行配置，诊断系统的运行状况，使系统的硬件和软件性能实现最优化。

（3）操作界面及设置

1、设置警戒：

设置警戒的作用是用于对当前系统设防，即进入预警状态，可以对周界入侵进行监测报警。

程序启动后，单击右下角控制框中的“设置警戒”按钮，如图1。

图1

单击后会跳出对话框，如图2所示：

图2

使用者可以选择是立即进行警戒还是延时警戒，若选择立即警戒后确定，则系统立即进入预警状态。

系统默认选择立即警戒。

若选择延时警戒，则此时可以输入一个1至255之间的数，即设定了一个1至255之间数值（单位为秒）的定时延时，系统默认定时100秒，点击确定后系统进入延时警戒的状态，如图3。

若选择了这两种警戒类型后点击了取消按钮，则系统回到未设置警戒的状态。

图3

在定时时间到来之前，系统会提醒你是否要取消延时警戒，如图4：

图4

若点击是，则就取消了延时警戒，系统回到了未设置警戒的状态。

若点击了否或者是不进行操作，则在定时时间到达前，此对话框一直存在，你可以在定时到达之前进行操作。

若一直没有操作，则在定时时间到达后此对话框会自己销毁，系统默认进行了延时警戒。

并跳出如图5对话框：

图5

此时你可以选择立即警戒或者是延时警戒，这与上文中设置警戒类似。

但若是不进行任何操作，则10秒后系统默认进行立即警戒，上图中的对话框自己销除。

（5）解除周界警报（手动解除）

单击右下角控制框的“解除当前警报”，如图7所示，取消当前的声光报警。

图7

（6）清除记录

当很多次报警后，界面右上角累积很多记录，如图8（a）所示，点击右下角控制框的“清除所有记录”，如图8（b）所示，当前界面的所有记录被清除。

（a）

图8（b）

（7）解除警戒

解除警戒实际上和设置警戒占用了同一个按钮，在设置警戒成功了后设置警戒按钮自动转变为解除警戒按钮。

解除警戒的作用时解除系统的预警状态，即不对周界入侵状况进行监测。

当点击解除警戒按钮后，会跳出确认身份密码的对话框，如图9所示:

图9

这里对话框中的用户名密码是系统中已经存在的用户名和密码，维护员、管理员、操作员三种身份都可以对警戒进行解除的操作。

只有在确认身份，即输入了正确的用户名和密码的情况下才可以对警戒进行解除的后续操作。

在输入了正确的用户名密码后系统会跳出如图10的对话框：

图10

在此对话框中我们可以选择是立即进行解除警戒还是延时解除警戒，若选择立即警戒后确定，则系统立即进入解除预警状态。

系统默认选择立即解除。

系统刚解除警戒并未作其他任何处理时的情形如图11所示。

图11

若选择延时解除警戒，则此时可以输入一个1至255之间的数，即设定了一个1至255之间数值（单位为秒）的定时延时，系统默认定时40秒，点击确定后系统进入延时解除警戒的状态。

若选择了这两种警戒类型后点击了取消按钮，则系统回到设置警戒的状态。

若选择了延时解除则系统会跳出如图12的对话框。

图12

若点击是，则就取消了延时解除，系统回到了设置警戒的状态。

若点击了否或者是不进行操作，则在定时时间到达前，此对话框一直存在，你可以在定时到达之前进行操作。

若一直没有操作，则在定时时间到达后此对话框会自己销毁，系统默认进行了延时解除警戒。

并跳出如图13对话框。

图13

此时你可以选择立即解除警戒或者是延时解除警戒，这与上文中第一次点击解除警戒类似。

但若是不进行任何操作，则10秒后系统默认进行立即解除警戒，上图中的对话框自己销毁。

（8）胁迫解除警戒

系统中我们设计了一个胁迫解除报警的机制，当用户遭受胁迫要求立即解除周界报警系统时可以采用胁迫解除报警机制。

具体操作如下：

当在身份选择和用户名都存在的情况下，不论身份和用户名的对错，如果在密码中输入helpme，则系统会理解解除警戒，但此时系统已经监测到此时处于了胁迫解除报警的状态，在系统日志中会写入此时是胁迫解除警报。

此时在用户层面看时与平时正常解除警报是一样的，但是系统会输出一个报警信号给远处提醒别人系统检测者及周界正处于危险状态，需要帮助。

在输入了正确的用户名和胁迫密码后系统会跳出如图14的对话框：

图14

按正常解除警戒程序完成操作。

（9）用户管理（此处仅介绍以管理员方式登录的情况）

A修改密码

如下图（a）所示，菜单栏“用户管理”下拉菜单中单击“修改密码”，弹出对话框后根据提示输入原密码和新密码后即可完成修改密码功能。

B添加用户

如下图（a）所示，菜单栏“用户管理”下拉菜单中单击“添加用户”，弹出对话框如下图（b），填写相应信息后，添加的用户也能正常登陆。

（a）（b）

C删除用户

如上图（a）所示，菜单栏“用户管理”下拉菜单中单击“删除用户”，，弹出对话框如图（a），先确认目前的管理员身份，确定后弹出对话框如图（b），填写需删除的用户名即可。

（a）（b）

（10）系统管理

单击菜单栏“系统”下拉菜单，如下图15所示，可以查看系统日志，删除系统日志。

图15

（11）软件面板界面

A地图显示

地图显示是软件界面的主要和默认的子面板。

它显示了当前警报的详细属性，为操作者提供了确认应答和（清除）所选警报的方法。

系统正常运行且未设置警戒时的界面如图所示，此时关于硬件检测部分已经自动运行，并显示是否正常，若有异常则如标识部分所示就会出现指示灯红色黄色交替形成的闪烁效果。

硬件部分的故障检测分为三类，即光纤故障、防拆状态、主电源状态。

如下图所示：

光纤故障主要用来检测光纤是否被剪断，若光纤线路出现被剪断的异常，则上图中正常状态指示灯和光纤检测指示灯会出现红黄色交替闪烁的现象；

防拆状态主要用来检测端机是否被拆，若端机被拆，则上图中正常状态指示灯和防拆状态指示灯会出现红黄色交替闪烁的现象；

主电源状态主要用来检测主电源是否使用正常，电压是否正常。

若主电源使用不正常，则上图中正常状态指示灯和主电源状态指示灯会出现红黄色交替闪烁的现象；

以上三种硬件状态检测如果出现异常则也会产生相应的报警，并在图中的面板指示灯中显示出来，同时报警状态也会写入报警列表、当前事件列表以及数据库中，系统状态日志中也会有所记录。

B设置警戒

右边最下方有四个按钮

设置警戒的作用是用于对当前系统设防，即进入预警状态，可以对周界入侵进行监测报警。

操作方式见4.2（操作员登录）、5.2（管理员登录）之设置警戒操作。

C解除警戒

解除警戒实际上和设置警戒占用了同一个按钮，在设置警戒成功了后设置警戒按钮自动转变为解除警戒按钮。

解除警戒的作用时解除系统的预警状态，即不对周界入侵状况进行监测。

D试验

试验按钮的作用是在维护员身份下，使得使用着可以对此时的系统进行测试。

这时使用者可以看到系统的一些状态参数、波形等等，但不对周界入侵进行监测报警。

E解除当前预警

解除当前预警按钮的作用是在解除警戒后解除地图上报警显示点的闪烁，同时也解除报警的声音输出。

F清除所有记录

清除所有记录作用是将报警列表中所有的报警信息清除。

G当前事件子面板

当前事件子面板如下图所示:

上图左边的列表中显示了本次启动程序后的所有报警信息，包括了序号、日期、时间、区域、位置、类型、处理情况等等。

用户可以点击鼠标右键对这些信息进行整体的打印和保存的操作。

右边的窗口则对左边的列表中的报警信息进行了数量和位置上的统计工作，使得使用者可以直观地了解报警频发区域，以进行相应的后续处理。

H历史事件子面板

历史事件子面板如下图所示:

上图左边的列表中显示了从第一次软件在本台电脑运行开始过后所有的历史报警信息，包括了序号、日期、时间、区域、位置、类型、处理情况等等。

用户可以点击鼠标右键对这些信息进行整体的打印和保存的操作。

而右边则是一个数据库操作的窗口。

首先如下图所示，用户可以对数据库进行连接、断开和清空的操作，并对本台电脑上历史记录进行了按日期的分类显示。

用户可以很清楚地看出哪一年哪几个月份出现过警报，并可以对这些信息进行查询等操作。

用户也可以对数据库中的数据进行查询。

可以进行的查询分两种，既可以进行指定查询也可以进行范围查询。

如下图所示:

如图中所示用户可以针对报警信息中不同的信息项进行查询，包括时间、报警距离、处理方法、报警类型等等。

注意查询时要按照系统中所给的格式参考进行，否则会查询失败。

（12）软件界面显示

当周界有侵扰，系统会在地图上显示，如下图所示，地图的红色五角星表示判定的扰动点，并用红线标出前后30米的范围，有多个扰动存在，就有多个红五星闪烁。

同时启动相应的声光报警，报警声音类型及持续时间可软件设置。