一種光纖Bragg光柵傳感智能周界圍欄報警系統

四、光纖Bragg光柵傳感智能周界圍欄報警系統的組成及原理

　　光纖Bragg光柵傳感智能周界圍欄報警系統是利用激光、光纖傳感和光通信等高科技技術構建的安全報警系統，是一種對威脅公眾安全的突發事件進行監控和報警的現代防御體系。它是基于光纖Bragg光柵分布式光纖傳感技術應用于周界監控防護的新系統。

　　光纖Bragg光柵傳感周界圍欄報警系統的組成及原理如圖6所示。

圖6、光纖Bragg光柵傳感周界圍欄報警系統的組成及原理

　　由圖6可見，這種系統是利用單根光纖（光纜）作為傳感傳輸二合一的器件，通過對直接觸及光纖（纜）或通過承載物，如覆土、鐵絲網、圍欄、管道等，傳遞給光纖（纜）的各種擾動，以進行全程任意點全天候不間斷地持續和實時的監控。

　　系統的工作原理是，采集侵入擾動的波長調制數據后，經過傳輸光纖送入監控室后端波長移動解調裝置解調，經信號處理系統分析處理和智能識別，判斷出不同的外部干擾類型：如對非危害性環境干擾如雷鳴、鞭炮、汽車鳴響、雨聲等能進行識別，做出無害判斷；還能識別如攀爬鐵絲網、按壓圍墻、禁行區域的奔跑或行走，以及可能威脅周界建筑物的機械施工等。因此，可實現系統預警或實時告警，從而達到對侵入設防區域周界的威脅行為進行預警監測的目的。為了精確定位，只需獲取光纖的準確長度，再根據現場情況將光纖長度距離換算為實際距離，在報警信息中得到準確可靠的定位精度，從而實現遠距離安全保障系統的定位報警功能。通過系統提供的入侵地點的位置，還可以聯動CCTV攝像監控進行聲光報警或派遣人員到達現場處理。

　　對于局部高危區域，系統也可實現語音監聽和記錄。該功能完全無需采用電或金屬的傳感器，僅用光纖即可實現，從而豐富了用單一光纖實現監控系統的功能和防護等級。

五、智能周界圍欄報警系統多處侵入定位報警的解決及應用

　　(1)智能周界圍欄報警系統多處侵入定位報警的解決法

　　在判斷有威脅侵入行為發生時，系統能根據光信號調制的分析，可以實時對侵入行為發生點進行定位，從而便于安保人員對目標明確地及時采取有效措施，以制止侵入行為后續事件發生。

　　為了解決基于FBG傳感器的光纖圍欄報警系統中，多個FBG傳感器在同時受擾時，定位報警信號難，而無法實現對報警信號的有效識別和判斷的問題，可以利用一種基于經驗模態分解(EMD)和小波包特征熵算法的分析方法來解決。這種利用經驗模態分解法對于信號的突變性敏感和有效保留，以及其特有的自適應性分解特性，首先對報警信號進行經驗模態分解，再結合小波包分解，得到小波包系數提取其信號的能量分布，再做歸一化得到信號的能量分布特征向量，最后運用相關性分析，以實現對報警信號的識別和判斷。這樣，通過建立實驗模型，對采集到的報警信號做了分析，證明了該方法對于解決光纖圍欄報警系統中FBG傳感器的級聯判斷報警信號的有效性。

　　(2)光纖Bragg光柵傳感智能周界圍欄報警系統的應用

　　光纖Bragg光柵傳感智能周界圍欄報警系統，能沿光纖敷設區域全程任意點全天候不間斷地實時監測。它可根據各種周界的不同需要，而采用不同的光纜敷設方式：如隱蔽地埋、圍欄、圍墻敷設，明敷、隱蔽敷設皆可。

　　①用于作長距離邊界的警戒系統

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

　　②用于作重要設施的周界安全防衛

　　◆軍事要地、國防設施：如部隊、機場、軍港、導彈/火箭發射基地、雷達、通訊站點；

　　◆國民經濟重要設施：電力站、變電所、文博館、金融庫房、體育場館；

　　◆易燃易爆場所的防衛：油庫、氣站、油氣儲存罐區、炸藥庫等；

　　◆重要防護場所：監獄、學校、水庫、工業廠礦、重要住宅區等。

　　③用于作石油天然氣管線的防護（防開挖、防偷盜、防破壞）

　　④用于作通訊電力線纜的防護等。

　　由上述介紹可知，基于長距離準分布式FBG傳感器的光纖圍欄作為一種新型的安防監測系統，不僅具有抗電磁干擾、抗腐蝕、易復用的特點，而且FBG技術成熟、成本較低、報警定位精確等優勢，在安防領域有著重要的應用前景，也是將來智能安防監測的主流發展方向。

　　當布置的光纖Bragg光柵傳感光纖受到外界入侵后，使光纖Bragg光柵的波長發生變化，而引起光強突變，從而觸發了報警。當然，在安全技術防范系統的實際應用中，應最好要同時經視頻監控系統聯動復核，再驅動聲光報警，以提高安防系統的可靠性。

　　基于準分布式的FBG傳感技術已經用于橋梁、建筑的健康監測等方面，其傳感原理是通過外界參量如溫度、應力等對Bragg中心波長的調制來實現的。當外界引起FBG 溫度、應力改變時都會導致光柵周期和折射率發生變化，從而引起反射波長的變化。與其他相比采用FBG的優點包括：復用能力強，可以實現長距離準分布式的周界監測；抗電磁干擾、抗腐蝕能力強，適用于惡劣的環境中；結構簡單，容易與其他材料結合使用以實現智能結構；以光纖為傳感介質的入侵監測隱蔽性強等。而且波長解調并且成本越來越低，為該系統的實用奠定了技術基礎。

　　基于光纖Bragg光柵傳感的智能周界圍欄報警系統的特點是，簡單高效、安裝便捷、維護簡單、成本較低，且靈敏度還可以根據實際的安裝環境變化而調整，很方便用戶。因此，在它轉化定型生產后，將非常適合于大中小型的周界圍欄布防用戶的使用，在市場上定會得到迅速普及推廣。