具有视频联动功能的光纤围栏周界入侵监测系统.pdf.doc

具有视频联动功能的振动光纤周界入侵监测系统.安防系统设计 具有视频联动功能的 振动光纤周界入侵监测系统 1、 引言 2、 基于准分布式传感器的振动光纤入侵监测系统 随着社会的发展进步，安全监测与防范问题越来 越受到人们的重视。 近年来，各种恐怖活动层出不穷， 各种入侵手段也日益升级，因此社会对性价比高、稳定 可靠的新一代周界安防系统有着迫切的需求。传统的安防技术主要有红外对射、激光探测、静 电感应等 ，这些技术都存在着系统稳定性差、安装受 环境限制、误报和错报率高的缺点。 而振动光纤是利 用光纤传感器作为入侵探测的一种新型安防手段，具 有全程无源、抗电磁干扰、电绝缘性好、定位能力 强、灵敏度高、隐蔽性好以及可以实现大范围监测等 诸多优点。目前已有多种光纤传感技术应用于光纤围 栏，主要有：（） 利用后向散射光的光时域反射定位 技术（）； （） 利用、干涉仪对入侵 进行监测；（） 利用光纤布拉格光栅（）反射波 长对入侵进行监测和定位 。与其他技术相比，有 着复用能力强、易实现长距离精确定位监测、可同时 监控多个点入侵等优点 ，因此本文基于准分布式 传感器，搭建了振动光纤入侵监测系统。 由于振动光纤只能感知入侵，缺乏对入侵信息的 监控和取证能力，本文在振动光纤入侵监测系统的基 础上提出并实现了一种新型的融合视频监控的光纤围 栏周界入侵监测系统，当有入侵发生时，振动光纤不 仅可以在第一时间感知和定位入侵事件，与之联动的 监控系统还可对局部入侵行为进行重点监控，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，进一步提高了系统的安全防范能力和智 能化水平。 的传感原理 是： 提出一种具有视频联动功能的振动光纤周界入侵监测系统。串联布拉格光 纤光栅传感器（）阵列组成传感光缆对周界围栏入侵信号及时感知并进行准确报警和 定位，振动光纤入侵监测系统把报警及定位信息传输给与其联动的视频监控系统，控制监 控设备对引起报警的入侵地点进行重点监控，并在第一时间切换并放大显示入侵现场的图 像，同时保存现场录像对入侵事件进行备案。本系统方案设计合理，联动功能的实现使得 本身具有突出优点的振动光纤入侵监测系统同时具备了对入侵的监测、监控以及入侵对象 的准确辨识和取证功能，不仅提高了系统的智能化水平，更重要的是进一步改善了系统的 安全防范性能。 振动光纤 视频监控联动式耦合，满足波长条件的光将被反射，其余几乎 不受影响，方程为： 式中， 为纤芯 有效折射率，是光栅的周期 。当光栅周围的温 度、应变发生变化时将导致光栅周期或纤芯折射率变 化，从而产生布拉格波长漂移 ，其变化量 。本系统中，我们采用对特殊 封装工艺使得对温度不敏感，将传感器安装在 围栏上，入侵者翻越围栏将使围栏发生微弱的机械震 动，挂设在围栏上的光纤传感器也将发生微弱应变， 这将导致传感器产生布拉格波长变化，通过探测反射 波长的变化可以识别周界围栏上的入侵情况。基于准 分布式传感器的振动光纤，采用波分复用技术， 易于组成大型监测网络，接入的阵列各个传感器 具有不同的中心波长反射值。通过波长解调仪就可以 同时监测各个传感器工作状况，根据异常传感器数据 判断入侵的位置，定位精度根据需要进行调整，可以 低至厘米级。因此长距离高精度定位是基于准分布式 传感器的振动光纤入侵监测系统的突出优点。 振动光纤入侵监测系统由物理围栏、串联有一定 规模数量传感器的传感光缆、光纤传感信号解调 仪、中央处理器等四部分组成，如图所示。在周界围 栏上挂设或铺设传感光缆，当周界有入侵就会引 起围栏上入侵点附近的的微弱应变，其波长信号 将发生漂移。信号解调仪对变化的波长信息进行解调 并进行光电和模电转换，并将获取的波长信息通过网 络传输到中央处理主机，在中央处理主机通过报警软 件实现相应信号处理及报警功能。监测系统中，信号 解调仪采用。主要特点是激光扫描功率高、 解调精度高（可达）、采样率高（）、系统 复用能力强（最多可接入个传感器）。 振动光纤监测系统可划分成数据采集模块、信号 处理模块、信息管理模块、报警模块、视频联动模块 等四个子模块，软件流程如图所示。 （）数据采集与传输模块：通过套接字方式建立 与的连接及读取数据，解码读取到的数据得 到传感器的波长信息，实现波长数据的实时保存及报 警数据的保存功能。 （） 数据处理模块：在本阶段主要完成信号分 割、特征信号提取与分析功能，完成数据处理并得出 报警判断。（） 信息管理模块：设计与实现了探头位置信息 数据库和报警日志数据库，当有入侵发生时，可以查 询报警传感器所在地理位置，并将相关报警信息写入 报警日志，方便以后查询。 （） 报警模块：对信号处理模块的报警信息进行 处理，并对是否报警作出判断：若一定范围内存在多 个连续且相似的报警，则将入侵信息作为如风雨等自 然因素的影响予以排除，不响应报警，否则，响应报 警，查询数据库得到报警传感器地理位置，在软件界 面的电子地图中显示报警信息，并发出警报声提示。 系统软件在以上四个功能模块的基础上，设计了 各个功能类，最终实现的报警软件界面如图所示。、 系统组成及工作原理 、 振动光纤入侵监测软件实现信号采集 数据格式转换 波长信号 信号处理 报警判断 地理位置 数据库 报警 查询 报警日志 数据采集模块 信号处理模块 数据库信息模块 报警模块 安防系统设计 图振动光纤入侵监测系统软件界面 3、 具有视频联动功能的振动光纤入侵监测系统 通过振动光纤入侵监测系统软件的设计，周界安 防系统对入侵有了准确及时的感知能力，而带联动功 能的视频监控系统，使得我们对周界安防有了可视、 可取证能力。本节设计内容是将监测系统与视频 监控系统的各自的优势结合在了一起，实现联动，形 成一个更为强大和完善的安防系统。 本视频监控系统是基于锡安公司视频服务器开 发，由视频服务器（以下简称）、网络摄像头 （简称）、监控主机三部分构成。视频服务器采用 锡安公司的该是基于网络的数字化监控 设备，集视频采集、实时压缩、网络传输、设备存储 等功能为一体，且内置接口硬盘可在前端进行存 储。单个视频服务器最多支持路复合是视频，多视频 服务器可通过连接组成视频监控网络。 视频监控系统软件主要基于视频服务器客户端 开发完成，软件分为三个子功能模块：网络模 块、视频播放模块、录像文件读写模块，视频监控系 统软件流程如图所示。在网络模块中，主要实现了从 网络中搜索、连接，设定工作方式，完成 从读取视频数据流等功能。在视频播放模块中， 通过调用本地视频解码库，设计实现视频播放器，播 放网络模块中的视频数据流。视频数据流本地的保存 功能则录像文件读写模块中实现。 系统联动功能主要由串口方式实现。串口通信采 用起止式异步协议，在短距离内可以及时的响应联 动，且方便以后扩展其他联动系统。在环境 下，对串口的操作是通过操作系统提供的设备驱动程 序来实现的，操作系统将串口看作文件来处理，并提 供响应的文件函数和通信函数及相关的一些结 构，本联动系统软件主要通过调用这些 编程实现。 联动系统软件包括报警发送端和视频监听端两部 分构成： 报警发送端与入侵监测系统协同工作，在软 件启动后，启动一个辅助线程用于串口事件的读写， 在完成初始化串口后，开始尝试与监听端连 接。在与监听端建立连接后，用启动定时器不 断写入报警判断信息，保持与监听端的通信连接，当 连接丢失时，提示联动中断。 视频监听端与视频监控系统协同工作，同样启动 辅助线程，初始化串口，在建立与报警端的连接后， 用定时器不断读取来自串口的数据，当连接丢失时， 提示联动中断。 、视频监控系统设计 、 视频联动的软硬件实现 图视频监控系统软件流程 图视频联动流程 设备 搜索 创建线程读取 视频数据 保存信息 打开视频播放 器，显示图像 录像文件保存 启动振动光纤 入侵监测系统 启动串口写数 据操作 是否发生入侵 声光报警 视频监控系统 ，发送报警数据 启动串口读数 据操作 建立连接 读取数据判 断报警状态 ，无入侵保持连接 重点监控 入侵，保存 入侵录像 。当入侵发生时，联动软件读取来自振动光纤监测 系统发出报警信息，通过串口向视频监控端写入报警 数据，视频监控端读取到报警信息后经过简单的信息 处理得到入侵发生地理位置，视频监控系统将入侵所 在地的图像信息放大显示同时开始保存图像信息。视 频联动流程如图所示。 利用文中具有视频联动功能的振动光纤周界入侵 监测系统实际采集的入侵监测数据，如图所示。没有 入侵发生时，如图（）所示，传感器的波长基本不 变或其波形只是在一个基准值附近作微小随机波动； 有入侵发生时，采集的波长信号如图（）所示，传 感器的波长出现较大的偏移。设计的报警软件通 过小波去噪和其他响应的特征提取方法，容易得到入 侵时各个传感器信号的异常情况，对入侵的有无进行 判断并对入侵位置给予准确的定位。 入侵时，整个系统联动的结果如图所示： 联动系统软件的实现不仅可以准确识别具体的入 侵对象及其入侵模式，而且有效克服了传感报警系统 中存在的报警后无法取证的缺陷，形成了安防系统的 极大互补，同时可以有效提高安保人员对于区域突发 事故的处理能力。 同时，只有可疑异常情况视频才被 记录和备份，也有效解决了视频监控系统海量数据存 储的问题。 基于准分布式光纤光栅传感器构建了光纤围 栏安防系统，同时与视频监控系统系统进行了有效的 融合和联动，实现了具有视