一种光纤Bragg光栅传感智能周界围栏报警系统

四、光纤Bragg光栅传感智能周界围栏报警系统的组成及原理

光纤Bragg光栅传感智能周界围栏报警系统是利用激光、光纤传感和光通信等高科技技术构建的安全报警系统，是一种对威胁公众安全的突发事件进行监控和报警的现代防御体系。它是基于光纤Bragg光栅分布式光纤传感技术应用于周界监控防护的新系统。

　　光纤Bragg光栅传感周界围栏报警系统的组成及原理如图6所示。

图6、光纤Bragg光栅传感周界围栏报警系统的组成及原理

　　由图6可见，这种系统是利用单根光纤（光缆）作为传感传输二合一的器件，通过对直接触及光纤（缆）或通过承载物，如覆土、铁丝网、围栏、管道等，传递给光纤（缆）的各种扰动，以进行全程任意点全天候不间断地持续和实时的监控。

　　系统的工作原理是，采集侵入扰动的波长调制数据后，经过传输光纤送入监控室后端波长移动解调装置解调，经信号处理系统分析处理和智能识别，判断出不同的外部干扰类型：如对非危害性环境干扰如雷鸣、鞭炮、汽车鸣响、雨声等能进行识别，做出无害判断；还能识别如攀爬铁丝网、按压围墙、禁行区域的奔跑或行走，以及可能威胁周界建筑物的机械施工等。因此，可实现系统预警或实时告警，从而达到对侵入设防区域周界的威胁行为进行预警监测的目的。为了精确定位，只需获取光纤的准确长度，再根据现场情况将光纤长度距离换算为实际距离，在报警信息中得到准确可靠的定位精度，从而实现远距离安全保障系统的定位报警功能。通过系统提供的入侵地点的位置，还可以联动CCTV摄像监控进行声光报警或派遣人员到达现场处理。

　　对于局部高危区域，系统也可实现语音监听和记录。该功能完全无需采用电或金属的传感器，仅用光纤即可实现，从而丰富了用单一光纤实现监控系统的功能和防护等级。

五、智能周界围栏报警系统多处侵入定位报警的解决及应用

　　(1)智能周界围栏报警系统多处侵入定位报警的解决法

　　在判断有威胁侵入行为发生时，系统能根据光信号调制的分析，可以实时对侵入行为发生点进行定位，从而便于安保人员对目标明确地及时采取有效措施，以制止侵入行为后续事件发生。

　　为了解决基于FBG传感器的光纤围栏报警系统中，多个FBG传感器在同时受扰时，定位报警信号难，而无法实现对报警信号的有效识别和判断的问题，可以利用一种基于经验模态分解(EMD)和小波包特征熵算法的分析方法来解决。这种利用经验模态分解法对于信号的突变性敏感和有效保留，以及其特有的自适应性分解特性，首先对报警信号进行经验模态分解，再结合小波包分解，得到小波包系数提取其信号的能量分布，再做归一化得到信号的能量分布特征向量，最后运用相关性分析，以实现对报警信号的识别和判断。这样，通过建立实验模型，对采集到的报警信号做了分析，证明了该方法对于解决光纤围栏报警系统中FBG传感器的级联判断报警信号的有效性。

　　(2)光纤Bragg光栅传感智能周界围栏报警系统的应用

　　光纤Bragg光栅传感智能周界围栏报警系统，能沿光纤敷设区域全程任意点全天候不间断地实时监测。它可根据各种周界的不同需要，而采用不同的光缆敷设方式：如隐蔽地埋、围栏、围墙敷设，明敷、隐蔽敷设皆可。

　　①用于作长距离边界的警戒系统

　　如重要国境线、保税区隔离带、海关港口等长距离大范围防止侵入或越境的场所警戒。特别是崇山峻岭、沙漠荒野、人工巡逻查检十分不易的场所，敷设这种光纤警戒线。

　　②用于作重要设施的周界安全防卫

　　◆军事要地、国防设施：如部队、机场、军港、导弹/火箭发射基地、雷达、通讯站点；

　　◆国民经济重要设施：电力站、变电所、文博馆、金融库房、体育场馆；

　　◆易燃易爆场所的防卫：油库、气站、油气储存罐区、炸药库等；

　　◆重要防护场所：监狱、学校、水库、工业厂矿、重要住宅区等。

　　③用于作石油天然气管线的防护（防开挖、防偷盗、防破坏）

　　④用于作通讯电力线缆的防护等。

　　由上述介绍可知，基于长距离准分布式FBG传感器的光纤围栏作为一种新型的安防监测系统，不仅具有抗电磁干扰、抗腐蚀、易复用的特点，而且FBG技术成熟、成本较低、报警定位精确等优势，在安防领域有着重要的应用前景，也是将来智能安防监测的主流发展方向。

　　当布置的光纤Bragg光栅传感光纤受到外界入侵后，使光纤Bragg光栅的波长发生变化，而引起光强突变，从而触发了报警。当然，在安全技术防范系统的实际应用中，应最好要同时经视频监控系统联动复核，再驱动声光报警，以提高安防系统的可靠性。

　　基于准分布式的FBG传感技术已经用于桥梁、建筑的健康监测等方面，其传感原理是通过外界参量如温度、应力等对Bragg中心波长的调制来实现的。当外界引起FBG 温度、应力改变时都会导致光栅周期和折射率发生变化，从而引起反射波长的变化。与其他相比采用FBG的优点包括：复用能力强，可以实现长距离准分布式的周界监测；抗电磁干扰、抗腐蚀能力强，适用于恶劣的环境中；结构简单，容易与其他材料结合使用以实现智能结构；以光纤为传感介质的入侵监测隐蔽性强等。而且波长解调并且成本越来越低，为该系统的实用奠定了技术基础。

　　基于光纤Bragg光栅传感的智能周界围栏报警系统的特点是，简单高效、安装便捷、维护简单、成本较低，且灵敏度还可以根据实际的安装环境变化而调整，很方便用户。因此，在它转化定型生产后，将非常适合于大中小型的周界围栏布防用户的使用，在市场上定会得到迅速普及推广。