專利名稱：一種光纖光柵周界防入侵系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光纖周界安防技術(shù)領(lǐng)域，涉及用于光纖光柵周界防入侵系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法與報(bào)警信號(hào)輸出流程。
背景技術(shù)：
近年來,隨著光纖光柵傳感技術(shù)的飛速發(fā)展，基于光纖布拉格光柵振動(dòng)傳感技術(shù)的周界安防系統(tǒng)正在被越來越多的用戶使用。光纖光柵周界安防系統(tǒng)采用光纖光柵振動(dòng)傳感器作為傳感單元，同時(shí)集成了高速光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)、高速光纖通信、實(shí)時(shí)視頻信息顯示、現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理及大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)；該光纖周界安防系統(tǒng)能夠在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)非法入侵行為的精確定址，更兼具現(xiàn)場(chǎng)無源防爆、耐候防雷、長(zhǎng)使用壽命、高靈敏度、安全可靠等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在工程應(yīng)用中收效良好，具有廣闊的市場(chǎng)前景。但正是由于光纖光柵傳感技術(shù)的高靈敏度優(yōu)勢(shì)，使得系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)中復(fù)雜的安裝環(huán)境下運(yùn)行時(shí)極易發(fā)生·誤報(bào)，例如大風(fēng)、降雨、車輛運(yùn)行、軌道交通、小動(dòng)物活動(dòng)、海浪潮汐等因素都極易觸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生誤報(bào)，進(jìn)而降低了系統(tǒng)的實(shí)際使用效果。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種光纖光柵周界防入侵系統(tǒng)，本實(shí)用新型靈敏度高，報(bào)警性能好，并且誤報(bào)率較低。一種光纖光柵周界防入侵系統(tǒng)，包括相連的現(xiàn)場(chǎng)光纖探測(cè)設(shè)備和控制設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)光纖探測(cè)設(shè)備包括復(fù)數(shù)路探測(cè)通道，每路探測(cè)通道包括級(jí)聯(lián)的光纖震動(dòng)探測(cè)器，控制設(shè)備包括相連的光纖光柵信號(hào)解調(diào)器和報(bào)警管理計(jì)算機(jī)，探測(cè)通道與光纖光柵信號(hào)解調(diào)器相連。所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括可擴(kuò)展設(shè)備，可擴(kuò)展設(shè)備包括擴(kuò)展光纖光柵信號(hào)解調(diào)器和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，擴(kuò)展光纖光柵信號(hào)解調(diào)器與光纖光柵信號(hào)解調(diào)器相連，擴(kuò)展光纖光柵信號(hào)解調(diào)器還外接擴(kuò)展探測(cè)通道，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與報(bào)警管理計(jì)算機(jī)相連。所述的系統(tǒng)，可擴(kuò)展設(shè)備還包括硬盤錄像機(jī)，硬盤錄像機(jī)通過繼電器輸出板與報(bào)警管理計(jì)算機(jī)相連。所述的系統(tǒng)，每路探測(cè)通道均與光纖接續(xù)盒相連，復(fù)數(shù)個(gè)光纖接續(xù)盒級(jí)聯(lián)后接至傳輸光纜。所述的系統(tǒng)，探測(cè)通道與光纖光柵信號(hào)解調(diào)器之間還設(shè)有光纖終端盒。探測(cè)通道可通過傳輸光纜接至光纖終端盒。本實(shí)用新型的有益效果為I.在保證光纖光柵周界防入侵系統(tǒng)具有高靈敏度的同時(shí)降低了系統(tǒng)誤報(bào)率。2.實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境干擾信號(hào)的辨別，提升了光纖光柵周界防入侵系統(tǒng)的性能，便于進(jìn)行市場(chǎng)推廣和工程應(yīng)用。
圖I為光纖光柵周界防入侵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖中包括光纖光柵振動(dòng)傳感器1，光纜終端盒2，尾纖3，光纖光柵信號(hào)解調(diào)器4，網(wǎng)線5，報(bào)警管理計(jì)算機(jī)6，通訊線7，繼電器輸出板8，可擴(kuò)展防區(qū)9，可擴(kuò)展光纖光柵信號(hào)解調(diào)器10，可擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)11，硬盤錄像機(jī)12，光纖接續(xù)盒13，傳輸光纜14。圖2為時(shí)域報(bào)警算法流程圖。圖3為頻域分辨算法流程圖。圖4為光纖光柵周界防入侵系統(tǒng)的報(bào)警策略流程圖。
具體實(shí)施方式為了克服光纖光柵周界防入侵系統(tǒng)的高靈敏度與低誤報(bào)率不能同時(shí)兼顧的難題，本實(shí)用新型通過對(duì)由光纖光柵解調(diào)儀測(cè)得的各傳感單元內(nèi)光纖光柵波長(zhǎng)數(shù)據(jù)的時(shí)間序列進(jìn)行時(shí)域和頻域的雙重?cái)?shù)字信號(hào)處理，可以屏蔽非人為活動(dòng)引發(fā)的誤報(bào)輸出，使得系統(tǒng)僅對(duì)非法入侵人員的攀爬翻越等惡意入侵行為敏感；既保證了光纖周界系統(tǒng)的高靈敏度特性，又極大地降低了系統(tǒng)的誤報(bào)率。本實(shí)用新型為光纖周界安防監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的深入研究提供了一個(gè)全新的思路和方向，提升了光纖周界安防報(bào)警監(jiān)測(cè)技術(shù)的準(zhǔn)確性，使基于光纖光柵振動(dòng)傳感技術(shù)的周界安全得到有更有力的保障。一種光纖光柵周界防入侵系統(tǒng)，包括相連的現(xiàn)場(chǎng)光纖探測(cè)設(shè)備和控制設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)光纖探測(cè)設(shè)備包括復(fù)數(shù)路探測(cè)通道，每路探測(cè)通道包括級(jí)聯(lián)的光纖震動(dòng)探測(cè)器I，控制設(shè)備包括相連的光纖光柵信號(hào)解調(diào)器4和報(bào)警管理計(jì)算機(jī)6，探測(cè)通道與光纖光柵信號(hào)解調(diào)器4相連。所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括可擴(kuò)展設(shè)備，可擴(kuò)展設(shè)備包括擴(kuò)展光纖光柵信號(hào)解調(diào)器10和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)11，擴(kuò)展光纖光柵信號(hào)解調(diào)器10與光纖光柵信號(hào)解調(diào)器4相連，擴(kuò)展光纖光柵信號(hào)解調(diào)器10還外接擴(kuò)展探測(cè)通道，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)11與報(bào)警管理計(jì)算機(jī)6相連。所述的系統(tǒng)，可擴(kuò)展設(shè)備還包括硬盤錄像機(jī)12，硬盤錄像機(jī)12通過繼電器輸出板8與報(bào)警管理計(jì)算機(jī)6相連。所述的系統(tǒng)，每路探測(cè)通道均與光纖接續(xù)盒13相連。復(fù)數(shù)個(gè)光纖接續(xù)盒13級(jí)聯(lián)后接至傳輸光纜14。所述的系統(tǒng)，探測(cè)通道與光纖光柵信號(hào)解調(diào)器4之間還設(shè)有光纖終端盒2。探測(cè)通道可通過傳輸光纜14接至光纖終端盒2。本實(shí)用新型在使用時(shí)，包括光纖光柵波長(zhǎng)基準(zhǔn)值更新算法、光纖光柵波長(zhǎng)時(shí)間序列的時(shí)域信息處理算法和光纖光柵波長(zhǎng)信息的頻域分辨算法。光纖光柵波長(zhǎng)基準(zhǔn)值更新算法可以避免外界溫度效應(yīng)對(duì)光纖光柵振動(dòng)傳感單元信號(hào)處理的影響。光纖光柵波長(zhǎng)時(shí)間序列的時(shí)域信息處理算法可以分辨光纖光柵振動(dòng)傳感單元的運(yùn)行狀態(tài)，即是平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)還是受到外界擾動(dòng)產(chǎn)生一定量的波長(zhǎng)變化狀態(tài)，可以排除一些典型的誤報(bào)波形。光纖光柵波長(zhǎng)信息的頻域分辨算法，該算法利用各種激勵(lì)源的頻譜特征，能夠分辨出由環(huán)境因素造成的誤報(bào)信息，保留有效的非法入侵行為信息，使系統(tǒng)能夠同時(shí)保證較高的靈敏度和較低的誤報(bào)率。一種光纖光柵波長(zhǎng)基準(zhǔn)值更新算法，該算法包括以下幾個(gè)步驟[0024]步驟(I)解調(diào)儀表異常數(shù)據(jù)處理通過軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)過濾，主要解決因各種原因造成的光纖光柵解調(diào)儀輸出數(shù)據(jù)中異常情況，如波長(zhǎng)數(shù)據(jù)的短時(shí)間內(nèi)的極大偏移和波長(zhǎng)跳變等。上位機(jī)軟件會(huì)自動(dòng)過濾掉這些異常數(shù)據(jù)并向儀表發(fā)送代表“錯(cuò)誤”的指令，儀表收到指令后會(huì)根據(jù)指令所表達(dá)的錯(cuò)誤類型進(jìn)行解調(diào)儀表自檢。步驟(2)光纖光柵基準(zhǔn)波長(zhǎng)實(shí)時(shí)校準(zhǔn)由于光纖光柵振動(dòng)傳感器對(duì)應(yīng)力和溫度都較為敏感，在實(shí)際應(yīng)用中當(dāng)外界環(huán)境溫度變化時(shí)會(huì)造成波長(zhǎng)偏移。軟件通過采集平穩(wěn)狀態(tài)下的N秒內(nèi)波長(zhǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行取均值運(yùn)算(前提是這N秒內(nèi)無報(bào)警，若有報(bào)警暫不更新基準(zhǔn)波長(zhǎng))，實(shí)現(xiàn)光纖光柵波長(zhǎng)基準(zhǔn)值的實(shí)時(shí)更新。步驟(3)光纖光柵中心波長(zhǎng)強(qiáng)制校準(zhǔn)當(dāng)外界一直存在擾動(dòng)信息的時(shí)候，基準(zhǔn)值波長(zhǎng)有可能很長(zhǎng)時(shí)間都不進(jìn)行更新(風(fēng)雨等惡劣天氣時(shí))，這時(shí)需要指定一個(gè)固定的時(shí)間間隔T，超過該時(shí)間間隔后，系統(tǒng)將選取臨近時(shí)間段內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行取均值運(yùn)算，強(qiáng)制性更新波長(zhǎng)基準(zhǔn)值，以克服溫度效應(yīng)引起的波長(zhǎng)漂移。—種波長(zhǎng)時(shí)間序列的時(shí)域信息處理算法，該算法包括以下幾個(gè)步驟 步驟(4)創(chuàng)建先進(jìn)先出型光纖光柵實(shí)時(shí)波長(zhǎng)數(shù)據(jù)隊(duì)列便于被程序任意調(diào)用與保存。步驟(5)創(chuàng)建先進(jìn)先出型時(shí)間片隊(duì)列獲取光纖光柵特征波長(zhǎng)的變化信息。步驟(6)標(biāo)記時(shí)間片隊(duì)列中的異常事件構(gòu)建結(jié)構(gòu)體型變量，統(tǒng)計(jì)時(shí)域內(nèi)各個(gè)時(shí)間片內(nèi)的最大值并與預(yù)先設(shè)定的閾值參數(shù)進(jìn)行比較，滿足條件后保存當(dāng)前時(shí)間片隊(duì)列，輸出給頻域分析算法單元處理，系統(tǒng)進(jìn)入預(yù)報(bào)警狀態(tài)，實(shí)時(shí)波長(zhǎng)數(shù)據(jù)隊(duì)列開啟數(shù)據(jù)保存功能。一種波長(zhǎng)信息的頻域分辨算法，該算法包括以下幾個(gè)步驟步驟(7)設(shè)定非法入侵行為的頻譜特征量該特征量由入侵模擬實(shí)驗(yàn)生成，由于不同激勵(lì)信號(hào)的特征頻率和信號(hào)幅度均存在差距，可以利用這些特征參數(shù)作為識(shí)別入侵模式的經(jīng)驗(yàn)判據(jù)輸入。步驟(8)計(jì)算光纖光柵波長(zhǎng)時(shí)間序列的幅度譜可運(yùn)用快速傅里葉變換算法求得。步驟(9)報(bào)警信息輸出經(jīng)過頻域特征信息比對(duì)后，可以抑制由環(huán)境因素引起已經(jīng)預(yù)警的記錄，保留真實(shí)的非法入侵報(bào)警信息，并將該報(bào)警信息輸出到人機(jī)交互界面，并觸發(fā)聲光報(bào)警和視頻聯(lián)動(dòng)功能，由保安執(zhí)勤人員進(jìn)行處警。下面結(jié)合具體實(shí)施方式
進(jìn)一步詳述本實(shí)用新型。本實(shí)用新型的光纖光柵周界防入侵系統(tǒng)的報(bào)警方法包括首先對(duì)光纖光柵波長(zhǎng)基準(zhǔn)值進(jìn)行更新；然后針對(duì)光纖光柵信號(hào)解調(diào)器接收到的波長(zhǎng)序列進(jìn)行時(shí)域處理，分辨光纖震動(dòng)探測(cè)器的運(yùn)行狀態(tài)，若所述探測(cè)器運(yùn)行狀態(tài)正常且捕捉到異常信號(hào)，則進(jìn)入預(yù)報(bào)警狀態(tài)；對(duì)預(yù)報(bào)警狀態(tài)下的異常信號(hào)的波長(zhǎng)信息進(jìn)行頻域分辨，保留有效的非法入侵行為信息，完成報(bào)警過程。所述的方法，對(duì)光纖光柵波長(zhǎng)基準(zhǔn)值進(jìn)行更新的方法為Sll)解調(diào)儀表異常數(shù)據(jù)處理檢查光纖光柵信號(hào)解調(diào)器的儀表數(shù)據(jù)是否異常(當(dāng)波長(zhǎng)變化量超過400pm時(shí)稱為異常儀表數(shù)據(jù))，若有異常則通過報(bào)警管理計(jì)算機(jī)上的上位機(jī)軟件過濾掉這些異常數(shù)據(jù)并向儀表發(fā)送代表錯(cuò)誤的指令，儀表收到指令后根據(jù)指令所表達(dá)的錯(cuò)誤類型進(jìn)行解調(diào)儀表自檢；[0039]S12)光纖光柵基準(zhǔn)波長(zhǎng)實(shí)時(shí)校準(zhǔn)若所述防入侵系統(tǒng)處于平穩(wěn)狀態(tài)下時(shí),上位機(jī)軟件從光纖光柵信號(hào)解調(diào)器采集平穩(wěn)狀態(tài)下的N秒內(nèi)波長(zhǎng)數(shù)據(jù)并進(jìn)行取均值運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果作為校準(zhǔn)后的基準(zhǔn)波長(zhǎng)；若所述防入侵系統(tǒng)處于報(bào)警狀態(tài)時(shí)，停止實(shí)時(shí)校準(zhǔn)過程；若超過固定的時(shí)間間隔T(圖4中的20s)，基準(zhǔn)波長(zhǎng)仍未得到校準(zhǔn)，則進(jìn)入下一步；S13)光纖光柵中心波長(zhǎng)強(qiáng)制校準(zhǔn)上位機(jī)軟件選取臨近時(shí)間段內(nèi)(臨近時(shí)間段的取值范圍為100秒)的波長(zhǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行取均值運(yùn)算，強(qiáng)制性更新波長(zhǎng)基準(zhǔn)值。所述的方法，對(duì)波長(zhǎng)序列進(jìn)行時(shí)域處理，分辨光纖震動(dòng)探測(cè)器的運(yùn)行狀態(tài)的方法包括S21)創(chuàng)建先進(jìn)先出型光纖光柵實(shí)時(shí)波長(zhǎng)數(shù)據(jù)隊(duì)列；S22)創(chuàng)建先進(jìn)先出型時(shí)間片隊(duì)列，獲取一個(gè)時(shí)間片內(nèi)的光纖光柵特征波長(zhǎng)的變化 信息，并寫入實(shí)時(shí)波長(zhǎng)數(shù)據(jù)隊(duì)列；S23)計(jì)算出波長(zhǎng)偏移值，如果波長(zhǎng)偏移值大于閾值(典型閾值為70pm)且小于最大偏移量(典型值為400pm)，進(jìn)入下一步；若波長(zhǎng)偏移值大于最大偏移量，則返回步驟S22，獲取一個(gè)新時(shí)間片內(nèi)的光纖光柵特征波長(zhǎng)的變化信息；S24)若這個(gè)異常波長(zhǎng)偏移值所處的時(shí)間點(diǎn)是該時(shí)間片中第一個(gè)異常值，則將此時(shí)間片做上異常的標(biāo)記；S25)檢測(cè)時(shí)間片隊(duì)列是否已排滿，若已排滿則進(jìn)入下一步，否則返回步驟S22獲取一個(gè)新時(shí)間片內(nèi)的光纖光柵特征波長(zhǎng)的變化信息；S26)統(tǒng)計(jì)時(shí)間片隊(duì)列打上異常標(biāo)記的時(shí)間片數(shù)量，若滿足策略條件則保存當(dāng)前時(shí)間片隊(duì)列，保存實(shí)時(shí)波長(zhǎng)數(shù)據(jù)隊(duì)列的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)進(jìn)入預(yù)報(bào)警狀態(tài)；否則返回步驟S21。所述的方法，對(duì)異常信號(hào)的波長(zhǎng)信息進(jìn)行頻域分辨完成報(bào)警過程的方法包括S31)輸入時(shí)域預(yù)報(bào)警時(shí)的光纖光柵實(shí)時(shí)波長(zhǎng)數(shù)據(jù)隊(duì)列；S32)獲取由步驟S12)計(jì)算得到的每個(gè)光纖光柵的基準(zhǔn)波長(zhǎng)數(shù)據(jù)；S33)計(jì)算實(shí)時(shí)波長(zhǎng)與纖光柵波長(zhǎng)基準(zhǔn)值之間的偏移量；S34)利用快速傅立葉變換算法計(jì)算波長(zhǎng)偏移量的頻域幅度值，得到頻域的頻段；S35)計(jì)算整個(gè)頻段內(nèi)的波長(zhǎng)偏移量頻域幅度值的平均值Ptl ；S36)將頻段分成復(fù)數(shù)等份，計(jì)算每個(gè)等份內(nèi)的波長(zhǎng)偏移量頻域幅度值的平均值Fi, i取值范圍不超過等份數(shù)；S37)判斷每等份內(nèi)的Fi與Ptl的大小關(guān)系，并將比較結(jié)果保存；S38)根據(jù)步驟S37得到的比較結(jié)果，判斷入侵種類，若為無害入侵則屏蔽報(bào)警，否則進(jìn)行完成報(bào)警過程。所述的方法，步驟S21的實(shí)時(shí)波長(zhǎng)數(shù)據(jù)隊(duì)列的長(zhǎng)度為2000 ;步驟S22的時(shí)間片隊(duì)列的長(zhǎng)度為10，每個(gè)時(shí)間片記錄300ms數(shù)據(jù)的異常狀況；步驟S26的策略條件為大于等于6個(gè)時(shí)間片隊(duì)列被標(biāo)記為異常，并且距上次報(bào)警時(shí)間間隔大于策略值(典型值為30秒)。所述的方法，步驟S34的頻域頻段的范圍為100Hz，步驟S36將頻段分成20等份；在步驟S37中，若Fi彡P(guān)tl，則將該等份的頻段能量標(biāo)記為1，否則標(biāo)記為0，然后將標(biāo)記結(jié)果存入數(shù)組Q (i)中；步驟S38判斷入侵種類的方法見下表I :表I波長(zhǎng)信號(hào)的模式識(shí)別判別標(biāo)準(zhǔn)
權(quán)利要求1.一種光纖光柵周界防入侵系統(tǒng)，其特征在于包括相連的現(xiàn)場(chǎng)光纖探測(cè)設(shè)備和控制設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)光纖探測(cè)設(shè)備包括復(fù)數(shù)路探測(cè)通道，每路探測(cè)通道包括級(jí)聯(lián)的光纖震動(dòng)探測(cè)器，控制設(shè)備包括相連的光纖光柵信號(hào)解調(diào)器和報(bào)警管理計(jì)算機(jī)，探測(cè)通道與光纖光柵信號(hào)解調(diào)器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)還包括可擴(kuò)展設(shè)備，可擴(kuò)展設(shè)備包括擴(kuò)展光纖光柵信號(hào)解調(diào)器和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，擴(kuò)展光纖光柵信號(hào)解調(diào)器與光纖光柵信號(hào)解調(diào)器相連，擴(kuò)展光纖光柵信號(hào)解調(diào)器還外接擴(kuò)展探測(cè)通道，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與報(bào)警管理計(jì)算機(jī)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于可擴(kuò)展設(shè)備還包括硬盤錄像機(jī)，硬盤錄像機(jī)通過繼電器輸出板與報(bào)警管理計(jì)算機(jī)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求I 3中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于每路探測(cè)通道均與光纖接續(xù)盒相連，復(fù)數(shù)個(gè)光纖接續(xù)盒級(jí)聯(lián)后接至傳輸光纜。
5.根據(jù)權(quán)利要求I 3中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于探測(cè)通道與光纖光柵信號(hào)解調(diào)器之間還設(shè)有光纖終端盒。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種光纖光柵周界防入侵系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括相連的現(xiàn)場(chǎng)光纖探測(cè)設(shè)備和控制設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)光纖探測(cè)設(shè)備包括復(fù)數(shù)路探測(cè)通道，每路探測(cè)通道包括級(jí)聯(lián)的光纖震動(dòng)探測(cè)器，控制設(shè)備包括相連的光纖光柵信號(hào)解調(diào)器和報(bào)警管理計(jì)算機(jī)，探測(cè)通道與光纖光柵信號(hào)解調(diào)器相連。本實(shí)用新型靈敏度高，報(bào)警性能好，并且誤報(bào)率較低。
文檔編號(hào)G08B13/02GK202736205SQ20112052975
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者閆奇眾, 李惠芳, 劉簡(jiǎn), 陳園, 王越, 印新達(dá) 申請(qǐng)人:武漢理工光科股份有限公司