安防技术与弱电技术.ppt

安防技术与弱电技术 主讲-花铁森,摘要：本文从学科、技术门类与应用互相渗透和融合的广角阐述安防技术与弱电技术以及测量控制技术的内在关联和联系，提高安防技术与弱电技术整体应用水平。 关键词： 安防技术 弱电技术 测量控制技术 现场总线,技术防范的概念是在近代科学技术（最初是电子报警技术）用于安全防范领域并逐步形成一种独立防范手段的过程中所产生的一种新的防范概念，技术防范的内容也随着科学技术的进步而不断更新，几乎所有的高新技术都将或迟或早地移植或应用于安全防范工作中。 安防技术，其实际应用又远远超出了安全防范领域的原有范畴。除了广为人知的各种安防应用领域外，借助于光纤、微波或HFC等各种数字线路及普通电话线路，进行远程多点图像监控及基于局域网、广域网的网络电视监控的应用，全社会的各个领域几乎都能找到安全防范系统的应用实例。,另一方面，非传统安防的弱电技术，诸如火灾自动报警与联动控制技术、通信技术、电视电缆与卫星接收技术、扩声音响、建筑自动化系统技术、综合布线技术、系统集成技术；还有工业和军事领域的测量控制技术等，也不断潜移默化地融合于安防领域，极大丰富了安防领域的底蕴和内涵。 笔者从学科、技术门类与应用互相渗透和融合的广角阐述它们之间内在关联和联系，以淡化和降低应用领域的壁垒，提高安防技术与弱电技术整体应用水平。,1、安防技术的传统范畴,就安全防范手段而言，安全防范包括人力防范、实体（物）防范和技术防范三个范畴，其中人力防范、实体防范是古而有之的传统防范的基础。 用于安全防范的专门技术就是安全防范技术。在国外，安全防范技术通常分为三大类：物理防范技术、电子防范技术和生物统计学防范技术。,物理防范技术主要是指实体防范技术，如建筑物和实体屏障以及相配套的各种实物设施、产品（如各种门、窗、柜、锁具等）。电子防范技术主要是指用于安全防范的电子、通信、计算机与信息处理及其相关技术，如电子报警技术、视频监控技术、出入口控制技术、计算机网络技术以及与其相关的各种；软件、系统工程等。生物统计学防范技术是法庭科学的物证鉴定技术和安全防范技术中的模式识别技术相结合的产物，它主要是指利用人体的生物学特征进行安全防范的一种特殊技术门类。,根据我国安全防范行业的技术内容现状和未来发展，可以将安全防范技术按照学科专业、产品属性和应用领域的不同粗略地进行如下分类：入侵探测与防盗报警技术、视频探测与视频监控技术、出入口目标识别与控制技术、报警信息传输/控制/显示/记录技术、移动目标反劫防盗报警技术、社区安防与社会救助应急报警技术、实体防护技术、防爆安检技术、安全防范系统、网络与系统集成技术、安全防范 工程设计与施工技术。,由于安全防范技术是正在发展中的新兴技术领域，因此上述专业的划分只具有相对的意义。实际上，上述各项专业技术本身，都涉及诸多不同的自然科学和技术门类，它们之间又互相渗透，专业的界面会变得越来越不明显，同一技术同时应用于不同专业的情况，也会越来越多。 安全防范自动化系统(Security Automation System，缩写为SAS)，亦称建筑安全（技术）防范系统。它是智能建筑系统的一个主要子系统。,建筑安全（技术）防范系统一般包括：入侵报警系统（或称防盗报警系统）、电视监控（CCTV）系统、出入口控制系统（或称门禁系统）、巡更系统、汽车库（场）管理系统（或称汽车出入管理系统）、楼宇对讲系统等子系统。 入侵报警系统是安全防范自动化系统的一个子系统。它对设防区域的非法侵入、盗窃、破坏和抢劫等，进行实时有效的探测和报警，并应有报警复核的功能。系统的前端设备为各种类型的入侵探测器(传感器)；信号传输方式有无线传输和有线传输。,电视监控系统是安全防范自动化系统的一个主要子系统。对必须进行监控的区域、周界、场所、部位、出入口、通道等进行实时、有效的视频探测、视频监视、视频传输、显示和记录，并具有报警和图像复核功能。 出入口控制系统是安全防范自动化系统的主要子系统。系统对需要控制的各类出入口，按各种不同的通行对象及其准人级别，对其进出时间、通行位置等实施实时控制与管理，并具有报警功能。系统一般由出入口对象(人、物)识别装置、出入口信息处理、控制、通信装置和出入口控制执行机构三部分组成。,2. 专用的安防技术,2.1 物防技术，如各种防盗门、窗、柜和锁 具等。 2.2 防爆安检技术和防爆安全检查系统 2.3 入侵报警系统中主动红外入侵报警器 探测器由主动红外发射机和主动红外接受机组成，当 发射机与接受机之间 的红外光束被完全遮断或按给定百分比遮断时能产生报警状态的装置，称为主动红外入侵探测器。,2.4 入侵报警系统中开关式报警器 开关式报警器一般由开关探测器和报警控制器组成。开关式报警器是通过各种类型开关的闭合和断开来控制电路产生通、断，从而触发报警的。常用的开关有磁控开关、微动开关、压力垫，或用金属丝、金属条、金属箔等来代用的多种类型的开关，它属于点控制型探测器。,2.5 入侵报警系统中玻璃破碎报警器 专门用来探测玻璃破碎功能的报警器称为玻璃破碎报警器，当入侵者打碎玻璃试图作案时，即可发出报警信号。按照工作原理的不同，玻璃破碎探测器大体可以分为两大类。一类是声控型的单技术玻璃破碎探测器；另一类是双技术玻璃破碎探测器，这其中又分为两种：一种是声控型与振动型组合的，另一种是同时探测次声波及玻璃破碎高频声响的双技术玻璃破碎探测器。,2.6 入侵报警系统中振动报警器 以探测入侵者的走动或破坏活动时所产生的振动信号来触发报警的报警器就称为振动报警器。振动报警探测器是探测安全防范现场可能产生的振动源的装置。振动的产生有多种方式，如敲击、电钻钻动、锯割振动等。振动报警器基本上属于面控制型探测器。 2.7 入侵报警系统中声控报警器 利用由声电传感器做成的监听头对监控现场进行立体式空间警戒的报警系统通常称为声控报警器。,2.8 入侵报警系统中周界防御系统 一般都是用于室外，并且具有明显的划定界限，用于周界防御报警的传感器有多种。常用的有驻极体电缆传感器、电场式传感器、泄露电缆式传感器、光纤传感器，以及其他一些机电式传感器、压电式传感器、振动式传感器等。,2.9 商品电子防盗系统 防止商品失窃的最有效办法是采用“电子商品监视”或称“商品电子防盗系统”(Electronic Article Surveillance System)，简称EAS系统。 电子防窃系统EAS (electronic article surveillance)是采用电磁、微波、无线电技术在贵重商品未付款带出时，产生光报警，达到对贵重商品的防盗目的。,2.10 电子巡更系统 电子巡更系统是保安人员在规定的巡逻路线上，在指定的时间和地点向中央控制站发回信号以表示正常。在指定的巡逻路线上，安装巡更按钮或读卡器，保安人员在巡逻时依次输入信息。巡更系统分为有线式和无线式两种。,3. 非专用的安防技术,从多专业技术视野广角出发研究思索，不少常用的安防技术并非专用的安防技术，而是若干不同学科专业、产品属性和应用领域的通用技术。,3.1 入侵报警系统中被动红外探测器 在自然界，任何高于绝对温度（-273K）的物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的。在被动红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器（PIR）,另外一个器件就是菲涅尔透镜，一是聚焦作用，第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。,红外探测器的红外探测的基本概念就是感应移动物体与背景躯体的温度的差异。基于红外探测技术工作原理的红外探测器除了在安防领域普遍应用外，在建筑弱电工程领域中照明控制系统和家庭智能化系统作为传感器获得广泛应用，后者捕获“人在现场或离开”信息。红外探测技术更广泛应用于工业、医学、军事和国民经济各领域，诸如红外照相、红外摄像仪、红外测温仪、红外自动寻的消防炮、乳腺增生红外测定仪、红外夜视仪等不胜枚举。,3.2 入侵报警系统中微波探测器 微波探测技术与红外探测技术同样,亦更广泛应用于工业、医学、军事和国民经济各领域。,3.3 电视监控系统 在安防领域尚未形成气候之前，CCTV作为工业电视已应用特种的工业环境，如人员不在现场的强辐射环境和易燃易爆的危险场所等。 安防领域的电视监控系统，国外又称闭路电视CCTV（Closed Circuit Television），我国将CCTV称为应用电视。 CCD摄像部分位于闭路电视监控系统的最前沿，它能够将摄入光线转变为电荷并将其储存、转移，把成像的光信号转变为电信号输出，CCD摄像机就是以其构成的一种微型图像传感器。,与普通摄像机一样，一体化摄像机在数字化及网络功能上也有新的进展，主要是数字化处理技术，在一体机内部嵌入IP处理模块，具备网络功能。 IP摄像机是内置有IP服务器可以直接连接到网络上的摄像机，也被称为网络摄像机（LAN Camera）。,还有目标锁定、自动跟踪功能。理论上而言，自动跟踪功能可以很好地实现，可是实际应用中在多目标跟踪时一体机只能自动选择最大的目标进行锁定。 安全系统集成是在统一平台上对各子系统进行集中的控制与监控。,3.3.1集中存储视频监控 视频监控技术，经历了模拟视频监控、数字视频监控，正逐渐过渡到网络视频监控阶段。与之相对应，视频监控存储也经历了磁带存储、硬盘录像机存储（DVR），正走向集中存储。 集中存储监控数据，是解决模拟和DVR监控存储的最好方式。通过将所有监控数据，保存到监控中心受RAID保护的专业存储设备上，实现数据的可靠保护和高性能保存、回放。,图1 集中存储监控存储网络架构,随着网络和通信的发展及数字监控的应用，视频传图像可在Internet网（简称IP网）上传输。 虽然在很多场合“安防”与“自动化”系统还自成体系，但闭路电视监控系统的加入，至少从某些方面保证了安全生产自动化系统的正常运行。因而，将“安防”与“自动化”系统相结合，将使传统概念的自动化系统更加完备，这也是未来的发展趋势。,3.3.2 网络监控系统在工业中的应用 电视监控系统(CCTV)是现代化企业生产调度、管理、安全防范体系中的一个重要组成部分，是一种先进的、防范能力极强的综合系统。 3.3.2.1 工业企业网络数字化电视监控系统设计方案实例 3.3.2.2 华北某电厂输煤生产线电视监控系统,3.3.2.3 “有人远程值守” 变电站 湖南某电业局，为了保证无人值守电站的正常远行，有人提出了将变电站的“无人值守”状态改为“有人远程值守”，即借助其 SDH环网的E1信道传送变电站的可视图像以及其他安防相关信息，从而在电业局内实现对各远程的集中“可视”值守，该远程监视系统同时与相应的防入侵报警系统和远程联动(遥控)系统相结合 3.3.3 图像型火灾探测器 现今，CCD摄像机不仅作为电视监控系统前端设备广泛应用于安防领域，亦应用于消防领域。,图像型火灾探测报警子系统采用高分辨率CCD传感器作为前端探测器件，属于非接触式探测方式，在显著增大探测距离和探测灵敏度的同时，有效地消除环境干扰，并具有良好的密封性和防腐蚀特性。 产品型号DCl020双波段火灾探测器的保护范围：最大监控距离100 (米), 保护角度(水平垂直) 17 13。,3.3.4 基于安防技术的医院智能化子系统 现今，CCD摄像机不仅作为电视监控系统前端设备广泛应用于安防领域，亦应用于医学领域，智能化医院是在通常的医院大楼设计中增加了部分或全部智能医院的“智能”功能，是现代医院中的特殊类别。 如某医院若干个子系统中，基于安防技术的有医院视讯系统、远程会诊系统、呼叫系统、闭路监控及防盗系统、闭路监控及防盗系统和停车场管理系统。该系统将示教、慰视、远程会诊、监控系统融为一体。,3.4 楼宇保安对讲系统 在楼宇保安对讲系统尚未问世之前，基于音频技术的医院病房呼叫系统早已获得应用，早期的对讲型（非可视）楼宇保安访客系统也是基于这类音频技术。 联网型的楼宇对讲系统，使小区形成一个内部可视对讲或非可视对讲通信网，增强物业管理部门对小区的安全管理和为居住者提供更多的服务。它可接入的报警探测器主要有： 门（窗）磁开关； 被动红外探测器； 报警按钮； 燃气泄露报警器； 烟感探测器；,随着科学技术的发展和制造成本的下降，楼宇对讲系统逐渐向多功能和高科技方向发展。楼宇对讲系统其实已将住户与物业管理部门建立起一条“通道”，并使单纯的楼宇对讲系统向家庭自动化系统过渡。 3.5家庭自动化系统（家庭智能系统）,3.5.1基于楼宇对讲系统技术的家庭自动化系统 目前，家庭自动化系统（家庭智能化系统）种类繁多，由于楼宇保安对讲系统产业化成熟，并使单纯的楼宇对讲系统向家庭自动化系统过渡顺藤摸瓜，以基于楼宇对讲系统技术的家庭自动化系统产品居多。这类产品基于楼宇对讲系统技术（系统结构和传输系统），在各户室内分机增添功能终端设备（防盗、防火、照明、家用电器等）。,3.5.2基于现场总线技术的家庭自动化系统 基于现场总线技术的家庭自动化系统技术含量高、功能强，实施容易。 3.5.3 基于智能手机家庭自动化系统 GPRS是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供了端到端的、广域的无线IP连接。它充分利用现有GSM网络资源，具有不受通信线路及地区限制、保密性好、可靠性高、使用方便、灵活等优点，为远程家电控制和安防监测系统设备间的通信提供了强大的平台支持。,智能手机基本上都具有GPRS功能。它采用开放式操作系统，第三方可根据操作系统提供的API为智能手机开发各种扩展应用和提供各种扩展硬件。基于智能手机的远程家电控制及安防监测系统利用人们随身携带的智能手机与中央控制器进行会话，并在中央控制器的控制下，通过相应的硬件和执行机构，实现对家电的远程控制和家庭内部状况的实时监测。 系统总体结构如图3所示，主要由智能手机、中央控制器、热释电人体红外探测器、温度传感器、烟感探测器、燃气泄漏探测器、摄像头、家电设备、Internet和GPRS网络组成。,图2 远程家居控制及安防监测系统结构图,GPRS网,Internet,中央控制器,热释电人体红外探测器,温度 传感器,烟感 探测器,燃气泄漏 探测器,摄像头,红外设备,普通设备,红外线,线控,3.6 出入控制系统 出入控制系统(Access Control System)，实现人员出入自动控制，又称门禁管制系统。 控制出入门的凭证有卡片(CACS)、密码和生物特征(PIA)三大类。而生物特征识别系统包括指纹、掌纹、眼视网膜图、声音识别、签名、DNA等多种识别方式，具有唯一性之特点。人体自动识别技术是利用人体生理特征识别的技术、例如人的眼纹、字迹、指纹、声纹等独特的相异性、不变性和再现性来进行识别。 门禁系统属于建筑弱电系统中的一个安防系统。它能对所有人员的进入事件精心详细的记录，并有丰富的扩展功能。扩展功能主要包括实时巡更、身份核实、考勤管理和人员定位等。,3.6.1 门禁系统的工作原理 门禁系统实质上应用自识别技术根据出入凭证与识别方式，目前的门禁系统工作方式可分为密码识别方式、卡片识别方式、生物识别方式三种。 生物识别方式的门禁系统是通过检验人员生物特征等方式来识别进出。研究表明。人的指纹、掌纹、面孔、发音、虹膜、视网膜、骨架等都具有唯一性和稳定性的特征。,3.6.2 门禁系统的发展趋势 随着人们对门禁系统各方面要求的不断提高，门禁系统的发展主要呈现出三种趋势： 门禁系统的应用范围越来越广泛。门禁系统的应用已不局限在单一的出入口控制，它不仅可应用于门禁控制，还可以应用在远程控制、停车场控制、电梯控制、交通管理或与其他系统联动控制等多种控制场合；消防报警、监控联动功能：在出现火警时门禁系统可以自动打开所有门锁。,感应式门禁系统和生物辨识门禁系统将成为门禁系统发展的两大热点。生物辩识门禁系统随着技术的日渐成熟，成本会逐步降低。 门禁系统的集成应用趋势。门禁系统可兼容多种读卡技术，同时具备先进的联网功能，通过联网组成智能大厦、智能小区等大型系统进行统一管理和监控。,3.7 一卡通系统 一卡通系统是在以计算机网络管理为核心，非接触式IC卡为信息载体的基础上实现，它包括停车场管理、门禁管理、智能收费管理、考勤管理等组成的一个“一卡通”系统。通过一卡通系统，就能实现停车、进门、消费、考勤等功能。 显然，具有有丰富的扩展功能的门禁系统和一卡通系统早已逾越扩展传统的安防领域。,3.8 停车场出入口自动化管理系统 在建筑群中建立停车场出入口自动化管理系统（Parking Automation System 简称 PAS），实现停车场自动化管理。也就是在停车场的入口和出口处分别设置相应的自动化设备，控制和管理车辆的进入和开出。 一般来说停车场入口处的设备是全自动的，可完全实现无人值守的方式；出口则需要配备人工收费站，对临时停车客户进行收费，这种方式称为出口收费系统；停车场出入口自动管理系统一般由三部分组成：入口处设备；出口处设备：管理中心。,4. 现场总线,现场总线是现代控制技术、计算机技术和通信技术相结合的产物。现场总线技术是近十年中蓬勃发展起来的新生事物，在实际工程应用中体现出其强大的生命力，控制网必将沿着现场总线方向发展，现场总线技术也必将是控制网技术的核心。 目前世界上现场总线的标准有200多个，有很多应用于建筑物的总线技术，它们中大多数是某个具体应用的解决方案。,当前国际上具有代表性的现场总线技术与产品有FF总线、PROFI 总线、LON总线、BACnet、CAN 总线、INTER 总线和CC Link总线等。 我国智能建筑界对其中的LONWORKS技术的开发与应用起步于二十世纪九十年代中期，与国外大公司对该技术的开发与应用基本上是同步的，现已初步形成适合我国国情的产品系列；CAN总线技术的开发与应用也结出丰硕的成果，国内已有基于CAN总线的分布式火灾报警控制系统、可视对讲系统、住宅小区智能化系统和楼宇自控系统产品。,4.1 CAN总线 在目前已有的几种现场总线方式中，CAN总线（Controller Area Network）具有较高的性能价格比，它是一种支持分布式控制和实时控制的对等式现场总线网络。,4.1.1 基于双绞线和光纤的CAN总线停车场管理系统 目前绝大多数的停车场出入口管理设备采用的是RS422，RS485的通信方式，其传输距离和传输速度有较大的局限性。当前，在智能化建筑物中采用由现场总线构成的网络系统使楼宇自动控制设备向着开放式、可互操作的方向迅速发展。在目前已有的几种现场总线方式中，CAN总线（Controller Area Network）具有较高的性能价格比，它是一种支持分布式控制和实时控制的对等式现场总线网络。它的传输速率范围是5kbps至1Mbps，传输介质可以是双绞线和光纤等，任意两个节点之间的传输距离可达10km。CAN现场总线所能允许的最大节点数足够满足大型停车场的需求。,基于CAN总线设计的设备都可以挂在总线上，而不必考虑这个设备类型是否与其他的设备相符。因此，由这些产品组成的系统是所有设备的集成，这个优点是原先采用普通RS485或者是RS422通信方式的设备所不具备的。,4.1.2 基于CAN总线干线网络的可视对讲产品 在小区范围内的干线网络采用CAN总线，使任意规模的小区工程都能够有满意的解决方案。 4.2 LCN总线 另一种现场总线局部控制网络LCN（Local Control Network），作为自动化控制通用技术，本身已具有更强的包容性和扩展性。高智能和高灵活性，为安防用户提供丰富的个性化解决方案。,LCN具备布线简便和参数设置简单的优点，它提供了种类不多，但功能全面的总线模块和多级的报文反馈系统，所以它被欧洲很多人认为是目前最先进的总线技术。 LCN模块内部结构如图3所示。,图3 LCN 模块内部结构图,4.2.1 LCN应用于安防领域的优势 目前大多数的安防系统，灵活性不足，误报现象更是一项难题。因为这其中缺乏智能分析的逻辑循环。个别具备简单逻辑分析的安防系统产品，也无法完全适应各种客户的要求，使有的人觉得使用方便，另外一些人觉得反而增添很多麻烦。 例如：以色列 EL 红外方向幕帘探测器，可以避免方向性穿过红外线幕帘而产生的误报的现象，方便用户临时进出红外幕墙。但对延时时间的设置，需要在探测器内进行跳线插接来实现，不便临时性的操作。对于LCN来而言，上述的功能和进一步的优化轻而易举。,LCN 兼容各式报警和感应探头，能够对采集来个各种数据进行进一步的分析和整理。例如：LCN系统本事具备的温度感应探头，被动式人体感应探头，风雨光探测器，还具备模拟量和数字量的输入接口，与市场上绝大多数的探头感应器兼容。 LCN不但是一套感应系统，更是一套执行器的系统，不但可以感应各种探头发送来的信息，而且可以进行分析和判断；不但控制报警器，还可以控制几乎所有的电器产品，如电动门窗的联动工作，灯光系统的联动工作等等，适合各种应急系统的设计。 由于LCN应用于安防的突出优势，其性价比高于传统的安全自动化技术。,4.2.2 LCN技术在门禁系统中的应用 门禁系统必须灵活有效的区分主人和陌生人的区别，为主人自动开门，将陌生人拒之门外，