【安防知識網(wǎng)】現(xiàn)在，在現(xiàn)代化大型國際機場的建設(shè)中設(shè)計并安裝使用電視監(jiān)控、防盜報警、通道控制、火災(zāi)報警等安全防范系統(tǒng)設(shè)備已經(jīng)為大家所認(rèn)知接受，無論是在領(lǐng)導(dǎo)管理層面，還是在技術(shù)和使用人員層面，都已經(jīng)對這些系統(tǒng)有不同程度的了解和認(rèn)識，這一結(jié)果經(jīng)歷了近二十年左右的時間。但是，對在現(xiàn)代化大型國際機場的建設(shè)中設(shè)計并安裝使用周界防范系統(tǒng)這一“新系統(tǒng)”的認(rèn)知接受，似乎并不那么一致，也不太了解這個系統(tǒng)。即使在已經(jīng)設(shè)計安裝了周界防范系統(tǒng)的機場，由于種種原因，使用的結(jié)果也不盡如人意。

　　周界防范系統(tǒng)在安全防范系統(tǒng)中的定位

　　安全防范系統(tǒng)是電視監(jiān)控系統(tǒng)、防盜報警系統(tǒng)、通道控制系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)、防恐慌逃生系統(tǒng)、周界防范系統(tǒng)、巡更系統(tǒng)等的總稱。這些系統(tǒng)雖因?qū)崿F(xiàn)防范的技術(shù)手段不同而各具特色，但它們的功能目的卻是一致的，它們既相對獨立不可取代，又相互關(guān)聯(lián)互為補充。周界防范系統(tǒng)顧名思義是解決外圍的防范問題，顯然周界防范系統(tǒng)也就是安全防范系統(tǒng)的第一道防線了。這如同戰(zhàn)場上往往會設(shè)置多道防線進(jìn)行防御一樣，可見周界防范在安全防范系統(tǒng)中的重要性和地位。隨著社會的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是美國“9.11”以后，反恐形勢的嚴(yán)峻，大量的社會財富、機場、軍事設(shè)施、電站、易燃易爆物資倉庫等都需要采用周界防范系統(tǒng)進(jìn)行有效的防范，以確保安全。因此，周界防范系統(tǒng)一定會越來越被人們認(rèn)識、接受和重視。

　　周界防范系統(tǒng)防范手段的分類和分析

　　與其它安全防范系統(tǒng)的子系統(tǒng)一樣，周界防范系統(tǒng)因采用的技術(shù)不同，也有許多不同種類，這主要是指其傳感器的種類。通常，我們可以把周界防范系統(tǒng)的傳感器分為三類：即容量類、圍欄安裝類和地面基礎(chǔ)類。每種傳感器，根據(jù)其探測的原理、成本的高低、被克服的難易、誤報率的大小和安裝的難易程度不同而決定了他們自己的特點和特性。由于計算機技術(shù)、圖象數(shù)字化技術(shù)和通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，使得電視監(jiān)控也能被直接應(yīng)用于周界防范系統(tǒng)中承擔(dān)工作，故本文中把智能視頻系統(tǒng)作為第四類進(jìn)行了介紹。

　　容量類傳感器

　　這里主要是指適用于室外周界防范系統(tǒng)的容量類傳感器。

　　1、微波傳感器(Microwave sensors)

　　微波能量的無形方向圖是由微波探測器產(chǎn)生的。探測器包含了一套發(fā)射/接收系統(tǒng)，接收器借助于由于入侵者在探測區(qū)域內(nèi)運動、步行或爬行通過微波波束而引起發(fā)射器的變化來集中監(jiān)視視場的情況。敏感區(qū)域的傳感器將不僅會在垂直方向，而且在水平方向也發(fā)揮作用，無形的微波視場使系統(tǒng)能在入侵者進(jìn)入探測視場時就被確定入侵點。

　　這類傳感器對安裝現(xiàn)場的地形的要求很高，在系統(tǒng)設(shè)計中是需要重點考慮的因素。這實際上與微波能量的傳輸特性有關(guān)，因為微波的傳播是直線傳播方式，因此比較適用于開闊平坦的直線式警戒區(qū)域。

　　2、主動紅外傳感器(Infrared sensors)

　　與微波探測器的原理相似，它也包括了一套發(fā)射/接收系統(tǒng)，當(dāng)有入侵者進(jìn)入探測保護(hù)區(qū)域時，其主動紅外波束將會因被阻擋而發(fā)生變化，系統(tǒng)借助于發(fā)射器和接收器來探測能量的變化。由于紅外波束非常窄，這就讓入侵者有可能大致確定波束的情況并試圖去克服系統(tǒng)。但是，我們可以使用多波束紅外形成波柵來增加波束的密度，這不僅可以克服單光束紅外的缺點，而且還能與基本的信號處理結(jié)合起來以盡量減少由小動物、鳥等引起的誤報。當(dāng)然，我們還可以把主動紅外與微波結(jié)合起來形成微波、紅外組合式傳感器進(jìn)行使用。 [nextpage]

　　波柵式主動紅外傳感器和微波、紅外組合式傳感器原理示意圖如下面圖1、圖2所示。

圖1  波柵式主動紅外傳感器示意圖(Infrared Perimeter Defence System)

圖2  微波、紅外組合式傳感器示意圖(Microwave & Infrared DualTec system)

　　這類周界防范系統(tǒng)在設(shè)計使用時需要注意一些問題：(1)紅外波柵必須要包圍被保護(hù)區(qū)域;(2)在兩個波柵塔之間不能有有形的障礙物，如樹、灌木等;(3)需要仔細(xì)的觀察波柵塔之間的地面條件，因為最低的波束距塔的基礎(chǔ)板的高度一般為100多毫米。當(dāng)然，對于地面條件確實很困難的地方，設(shè)計時允許視地面條件適當(dāng)升高最低波束的高度，但必須確保安全;(4)對一些小動物，如兔子、貓等可能會引起的虛報警，可以通過調(diào)整塔的特性，使小動物通過最低波束時不發(fā)生報警;(5)在設(shè)計時應(yīng)考慮當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件;(6)設(shè)計時，兩個塔必須在同一直線上;(7)設(shè)計時，兩個塔之間的距離最大不應(yīng)超過100米。

　　圖2是一種微波、紅外組合式傳感器周界防范系統(tǒng)的示意圖。這類周界防范系統(tǒng)通過紅外和微波傳感器的組合使用，從而增加了系統(tǒng)的可靠性、降低誤報。同時，通過這種組合技術(shù)的使用，可以盡量減少因紅外和微波自身特性所引致的對環(huán)境的要求和影響。

　　3、靜電傳感器(Electrostatic sensors)

　　這類傳感器是通過集中并行的電場與感應(yīng)線組成的長靜電場來保護(hù)周圍環(huán)境和邊界安全的。電場和感應(yīng)線是用來保證區(qū)分每兩個支撐柱子間獨立電場范圍的狀態(tài)和保證現(xiàn)有柱子間圍攔的警戒。

　　由入侵者造成的電場變化，使得傳感線上的電信號發(fā)生變化，當(dāng)信號的特性變化到足以確信的報警標(biāo)準(zhǔn)值時，系統(tǒng)就會發(fā)出報警信號。

　　根據(jù)靜電傳感器的結(jié)構(gòu)形式不同，單個傳感器的警戒范圍可超過300米長。 [nextpage]

　　圍攔安裝類傳感器 (Fence mounted)

　　1、微音電纜傳感器(Microphonic cables)

　　微音電纜傳感器適用于安裝在各類以金屬材料為基礎(chǔ)的圍攔上，要達(dá)到他們的最佳性能，則應(yīng)考慮安裝在鉸鏈?zhǔn)交蚝附泳W(wǎng)式圍欄上。

　　系統(tǒng)的心臟是安裝在圍欄上的電纜，它的作用就如同經(jīng)專門調(diào)諧過的麥克風(fēng)一樣，隨時可以監(jiān)聽圍欄上的動靜。實際上，這是一種經(jīng)過特殊充電處理后帶有永久預(yù)置靜電荷的介電材料，并把他放在電纜的內(nèi)、外導(dǎo)體之間。所以，也有把他稱之為駐極體電纜傳感器或麥克風(fēng)電纜。

　　這類系統(tǒng)設(shè)計了對電纜傳感器的特性靈敏度進(jìn)行調(diào)整和復(fù)雜情況進(jìn)行分析的電路，用來分析是入侵者企圖爬過或剪斷周界圍欄，還是其他小動物。傳感器的這種特性使得操作人員能夠在發(fā)出報警前先去確定并區(qū)分在規(guī)定的時間內(nèi)發(fā)生事情的相關(guān)數(shù)據(jù)。

　　這種電纜傳感器的一個重要優(yōu)點是使操作人員借助于圍欄上的電纜具有了聽力，并使他們能夠去辨別企圖入侵的類型。這類傳感器的缺點是，若運輸車輛來回開過圍欄或入侵者從車輛頂部跳躍過圍欄的話，系統(tǒng)就可能會不報警或誤報。因此，為了使系統(tǒng)有效地工作，圍欄必須保持在規(guī)定的基礎(chǔ)上，如拉緊的鉸鏈?zhǔn)絿鷻诘鹊取?/P>

　　如圖3所示，是一種微音電纜傳感器的原理結(jié)構(gòu)示意圖。在電纜的中心部分，由兩條半園磁石組成，周圍填滿磁力聚合體。在這兩條半園磁石中間固定有兩條絕緣導(dǎo)體，其中留有間隙。在他們的外側(cè)有兩條沒有絕緣的導(dǎo)線，可在氣隙中自由活動，在這一層的外圍包有聚脂薄膜鋁箔，用以阻擋無線電射頻的干擾，并作為活性導(dǎo)體的絕緣間隔層。漏管在任何一點均能觸及鋁箔屏。電纜的黑色表層是堅韌的聚乙烯，不易破損，并可防潮。電纜末端連接四個導(dǎo)體，形成兩個閉合回路，以消除外界的電力干擾。

圖3  一種微音電纜傳感器原理結(jié)構(gòu)示意圖

　　沿電纜任何一點極輕微的震蕩，都能觸發(fā)活性導(dǎo)體在氣隙中活動，切割磁力場而產(chǎn)生一道微弱的電流回饋分析器，由電子裝置分析這一擾動的強弱、頻率及時間，并與預(yù)定的參數(shù)進(jìn)行比較。電子分析系統(tǒng)的喇叭還會傳出現(xiàn)場任何震蕩而引發(fā)電纜被擾動產(chǎn)生的電信號聲響。如系統(tǒng)確認(rèn)干擾是由入侵引起的，便會發(fā)出報警。 [nextpage]

　　2、緊線式傳感器(Taut wire)

　　這類傳感器實際上是一種機械裝置，用來探測傳感線在圍欄柱子間被拉緊后張力的變化偏差或被剪斷時的情況。故這類傳感器也被稱張力傳感器。

　　緊線式傳感器可以來自周界的物理阻擋層本身或直接被編入現(xiàn)有的圍欄結(jié)構(gòu)上。一般說，它的作用范圍可達(dá)一公里，并能提供誤報率非常低的識別能力，但這也是一種價格昂貴的方案。

　　這類周界防范系統(tǒng)不受溫度、濕度的變化和土壤變化的影響，甚至在非常苛刻的氣候條件下，也能達(dá)到每公里、每月只有幾次誤報，這樣低的誤報率(FAR)仍能保證其具有非常高的探測概率和靈敏度。

　　這類周界防范系統(tǒng)抗小動物干擾的能力強。系統(tǒng)在設(shè)計上，對于小于15公斤(30Ibs)的力的變化不會引起觸發(fā)。這就避免了由這樣一些小動物，如：兔子、貓、狗和鳥等可能引起的誤報。

　　3、光纖導(dǎo)線傳感器(Fibre optic strands)

　　光纖導(dǎo)線傳感器現(xiàn)在大家可能知道的比較多，筆者在此不多作介紹。由于光纖導(dǎo)線很細(xì)，故一般是被安裝在表面能彎曲的鋼套內(nèi)，鋼套往往帶有短短的倒鉤，以增強它的物理防護(hù)性能。

　　根據(jù)光纖導(dǎo)線的原理結(jié)構(gòu)，我們可以知道，當(dāng)光纖導(dǎo)線被折彎曲或被切斷時，就如同使用一個斷路探測器那樣，系統(tǒng)會發(fā)出報警信號。

　　地面基礎(chǔ)類傳感器(Ground based)

　　1、掩埋式電磁線傳感器(Electromagnetic buried-line sensors)

　　這類周界防范系統(tǒng)是借助于埋在需防范保護(hù)區(qū)域圍界地下的一對泄漏同軸電纜之間所產(chǎn)生的探測磁場來保護(hù)邊界安全的。當(dāng)有入侵者入侵時，使電纜間電磁場發(fā)生變化并通過信息的檢測、分析，進(jìn)而發(fā)出報警。系統(tǒng)運用技術(shù)的方法感覺入侵者的物理特性，并有效的區(qū)分來自正確目標(biāo)與小動物或環(huán)境的干擾。

　　這種形式的單一探測器能夠警戒的邊界區(qū)域可超過150米，當(dāng)防御的高度增加到1-1.5米時，警戒電磁場的覆蓋面積是很廣闊的。一般講，系統(tǒng)的警戒區(qū)域?qū)挾鹊扔陔娎|之間的距離，并在兩側(cè)各增加半米。

　　室外掩埋式電纜傳感器在地面上產(chǎn)生了一種看不見的屏蔽警戒，他們在任何形式的土壤中提供了高的探測率并具有看不見和幾乎不能發(fā)現(xiàn)的優(yōu)點。

　　電磁線傳感器的結(jié)構(gòu)和基本工作原理如圖4所示。

圖4 電磁線傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖

　　圖4是電磁線傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。我們可以看到，其外導(dǎo)體上開有按一定規(guī)律排列的小孔，允許一部分傳輸能量從電纜內(nèi)部泄漏出去，并在電纜周圍建立起一個電磁場。根據(jù)孔的尺寸和間隔可控制泄漏出去能量的大小。沿著泄漏電纜長度的外表面，在近場區(qū)(離電纜幾米內(nèi))傳播的是表面波，該波的傳輸速度和衰減由電纜周圍的介質(zhì)所決定。如電纜被安裝在地面空氣中，其傳輸速度就接近于波在自由空間的傳播速度，其衰減相當(dāng)?shù)牡?。而如電纜被埋設(shè)在非常潮濕的泥土中，則其傳播速度就要降低，衰減也非常高。因此，我們不僅要選用能適應(yīng)目標(biāo)靈敏度變化的泄漏電纜傳感器，同時還要在設(shè)計時注意埋設(shè)電纜地面的變化程度、埋設(shè)深度和環(huán)境條件。因大暴雨而產(chǎn)生的突然變化，常常會產(chǎn)生類似入侵者的信號變化，從而發(fā)生誤報。

　　在這類周界防范系統(tǒng)的設(shè)計中，工作頻率的選擇是非常重要的。據(jù)報道，人體的截面在40Mhz~100Mhz頻率范圍內(nèi)的變化是相當(dāng)恒定的，在這個范圍內(nèi)，頻率越低，則越能識別人、小動物和鳥。當(dāng)然，在選擇頻率時，不僅要考慮耦合的有效系數(shù)，也要考慮在這個頻率上作為防范目標(biāo)的人的電學(xué)長度。另外，兩根電纜的間距也是一個重要參數(shù)，一般講選在2?2.5米可滿足最小傳感區(qū)域。美國聯(lián)邦電信委員會(FCC)規(guī)定：40Mhz?60Mhz(中心頻率為40.685Mhz)為擾動傳感器的工作波段。 [nextpage]

　　圖5是這類周界防范系統(tǒng)的基本工作原理圖。雙平衡鑒頻處理器R，一路輸入直接耦合信號(被放大了70db)，另一路輸入從發(fā)射機T所連接電纜終端送來的直接發(fā)送信號。發(fā)射電纜與接收電纜并行安裝，在無人跨過這對泄漏電纜時，鑒頻器輸入的這兩路信號的相位相同，且幅值相等，所以鑒頻器的輸出為零。當(dāng)有入侵者跨過這對電纜時，接收電纜除了接收到直接耦合信號外，還會接收到入侵者的人體反射信號。由于反射能量與串信能量所經(jīng)歷的路徑不同，所以相位不同，幅值也要小的多。同時，反射能量只能在從入侵者人體進(jìn)入和離開敏感區(qū)域這一段時間產(chǎn)生并維持。系統(tǒng)用積分的辦法把它積累起來，取其絕對值進(jìn)行放大處理，若此電平超過一既定的閥值，就觸發(fā)報警電路。

圖5  周界防范系統(tǒng)的基本工作原理圖

　　2、地音傳感器(Geophones)

　　這種地音傳感器實際上是一種震動裝置,也是一種證實入侵的探測技術(shù)。地音傳感器能探測小的地面震動，如由步行所產(chǎn)生的震動?，F(xiàn)在，隨著數(shù)字技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，有效的和更靈敏的提取、分析這種地面震動的電子系統(tǒng)技術(shù)也不斷取得進(jìn)展，并能克服與產(chǎn)生誤報有關(guān)的問題，可以濾除所有的虛偽震動，除非他們具有特殊的需要。

　　如同所有的掩埋式周界防范系統(tǒng)一樣，也是完全在地面上看不見的安全防范系統(tǒng)。

　　3、壓力管傳感器(Pressure tubes)

　　這種傳感器是把二種不同的液體混合在一起充入掩埋在地面下的管中，當(dāng)入侵者步行通過他們時，壓力管傳感器就會對有限距離內(nèi)的壓力變化做出反應(yīng)。其鑒別的門限值可以根據(jù)壓力管傳感器所處位置的不同條件來設(shè)置，例如茅草地面和瀝青地面等等。系統(tǒng)只對達(dá)到預(yù)置的門限值信號發(fā)出報警。

　　當(dāng)然，這種傳感器對充入的液體和管道是會有特殊要求的，并且對安裝掩埋傳感器的地面條件也有要求，否則系統(tǒng)不會有效的進(jìn)行探測。需要指出的是，單一使用這種壓力管傳感器仍然不可能非常有效地去探測。這種類型的傳感器雖然現(xiàn)在已不多見，但在周界防范系統(tǒng)各種技術(shù)的發(fā)展過程中也曾發(fā)揮過作用，故筆者還是把他作為一種技術(shù)手段介紹給大家。

　　非傳感器類技術(shù)設(shè)備在周界防范中的應(yīng)用

　　除了上面分析介紹的各種型式傳感器可以被選擇設(shè)計在周界防范系統(tǒng)中使用外，隨著計算機技術(shù)和圖象數(shù)字化處理技術(shù)的發(fā)展，電視監(jiān)控系統(tǒng)也被廣泛應(yīng)用于周界防范中，并能直接承擔(dān)周界防范的工作。

　　相信每一個從事安全防范系統(tǒng)技術(shù)工作的人都會真實體會到計算機技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通信技術(shù)日新月異的迅猛發(fā)展，尤其是這三大技術(shù)的融合應(yīng)用的發(fā)展，更是讓安全防范系統(tǒng)頻添了許多功能，解決了許多以往靠單一技術(shù)所不能解決的問題，使得系統(tǒng)更加完善、可靠、穩(wěn)定。

　　在20世紀(jì)90年代初，研究、生產(chǎn)智能視頻監(jiān)控(Intelligent Video Surveillance)系統(tǒng)和設(shè)備的公司還是鳳毛麟角，筆者也只了解、接觸到歐洲的一家公司這方面的系統(tǒng)產(chǎn)品。時至今日，經(jīng)過近二十年的發(fā)展，這類智能視頻系統(tǒng)和設(shè)備已如雨后春筍般的被推出，令人目不暇接。

　　在周界防范系統(tǒng)中，電視監(jiān)控系統(tǒng)主要有兩個方面的作用：

　　·利用攝像機的可直觀性對周界防范的區(qū)域進(jìn)行監(jiān)視觀察，以了解現(xiàn)場情況，配合其他傳感器系統(tǒng)的探測進(jìn)行分析。這種情況下的攝像機只需要使用普通攝像機即可;

　　·把電視監(jiān)控作為主要防范手段使用，這就需要使用全數(shù)字化智能視頻系統(tǒng)和設(shè)備了。這種智能視頻系統(tǒng)實際上是利用計算機技術(shù)和圖象數(shù)字化處理技術(shù)對視頻圖像信號中的平均亮度信號、對比度信號、同步信號等進(jìn)行抽樣采集、對比、分析，從而以實時視頻的方式對監(jiān)視器屏幕上的百萬多個像素建立起多達(dá)上千個賦值評定區(qū)域(或稱為視場)，這多達(dá)上千個賦值評定區(qū)域可以被設(shè)置成多道防線或防范區(qū)域。當(dāng)然也可以只在監(jiān)視器屏幕上設(shè)置光斑報警點，這只能監(jiān)視某一特定的目標(biāo)或一個小的范圍。圖像賦值可以是彩色賦值(RGBY)、單色賦值(Y)或單色輪廓變化賦值(YK)等供選擇使用。

　　現(xiàn)在，智能視頻技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)可以通過圖像的處理來消除云層影子、均衡運動、抖震動、雪點、霧氣、閃光等對攝像機攝取圖像的影響，而且可以通過視頻分析非法入侵、車輛檢測、行李檢測、流量檢測、排隊檢測、人數(shù)檢測等工作情況。但需要指出的是，目前視頻分析還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。