抗干擾的光纖周界防護(hù)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光纖周界防護(hù)，特別涉及具有抗風(fēng)雨干擾的光纖周界防護(hù)系統(tǒng)及方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們的安全防范意識(shí)越來越強(qiáng)，學(xué)校周邊、 住宅小區(qū)、工業(yè)園區(qū)等居住生活的安全防范成為人們?cè)絹碓疥P(guān)心的問題。不僅如此，油田油 庫、發(fā)電廠、飛機(jī)場(chǎng)等復(fù)雜環(huán)境的周界安全尤為值得關(guān)注，對(duì)于軍事重地、司法監(jiān)獄、政府機(jī) 關(guān)等關(guān)系到國民安全的重要區(qū)域安全也提出了更高的要求，因此，一個(gè)安全有效的周界安 防監(jiān)測(cè)系統(tǒng)尤為重要。
[0003] 傳統(tǒng)光纖周界報(bào)警系統(tǒng)由電腦、信號(hào)處理報(bào)警系統(tǒng)裝置和信號(hào)采集系統(tǒng)裝置組 成。信號(hào)采集系統(tǒng)由信號(hào)采集裝置和傳感光纜組成，信號(hào)采集裝置和傳感光纜安裝于戶外 物理圍界上，用于采集物理圍界產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)，并通過傳導(dǎo)光纜將采集到的振動(dòng)信號(hào)傳 遞給信號(hào)報(bào)警處理系統(tǒng)進(jìn)行處理、分析并做出相應(yīng)的判斷，從而實(shí)現(xiàn)光纖周界報(bào)警系統(tǒng)的 防護(hù)作用。信息處理報(bào)警系統(tǒng)由電腦和信息報(bào)警裝置組成，并安裝于系統(tǒng)控制室內(nèi)并通過 傳導(dǎo)光纜和信號(hào)采集系統(tǒng)裝置進(jìn)行信號(hào)傳遞。信息處理報(bào)警裝置用于分析信號(hào)采集系統(tǒng)反 饋的信號(hào)，并通過電腦進(jìn)行分析、控制和顯示結(jié)果。信號(hào)報(bào)警系統(tǒng)置于室內(nèi)，信號(hào)采集裝置 于室外物理圍界上;兩個(gè)系統(tǒng)的通信通過傳導(dǎo)光纜來傳遞信號(hào)。
[0004] 可見，傳統(tǒng)光纖周界報(bào)警系統(tǒng)的實(shí)施需要對(duì)傳導(dǎo)光纜進(jìn)行敷設(shè)和熔接，隨著周界 范圍的增大傳導(dǎo)光纜的敷設(shè)和熔接難度大大增加，實(shí)施的周期長，效率低和品質(zhì)無法保證， 后期維護(hù)不便。
[0005] 目前，市場(chǎng)上周界安防系統(tǒng)具有多種形式，比如主動(dòng)式紅外周界安防系統(tǒng)、泄漏電 纜式周界安防系統(tǒng)、張力式電子周界安防系統(tǒng)、視頻監(jiān)控周界安防系統(tǒng)等。主動(dòng)式紅外周界 安防系統(tǒng)監(jiān)控距離較短，容易受外部環(huán)境氣候影響，抗干擾能力差。泄漏電纜式周界安防系 統(tǒng)容易被外界非入侵物體的磁場(chǎng)變化影響，引發(fā)誤報(bào)，而且功耗比較大，成本較高。張力式 電子周界安防系統(tǒng)控制裝置各個(gè)點(diǎn)張力相對(duì)比較復(fù)雜，在安裝和維護(hù)方面比較困難，限制 了作用區(qū)域的增大。視頻監(jiān)控周界安防系統(tǒng)若采用定點(diǎn)監(jiān)控，攝像探頭很難覆蓋整個(gè)安防 周界，監(jiān)控的范圍就小;而采用連續(xù)掃描，則會(huì)浪費(fèi)大量的資源，而且也容易形成監(jiān)控盲區(qū)。
[0006] 為解決上述問題，充分利用光纖傳感技術(shù)靈敏度高、損耗低、抗電磁干擾的優(yōu)點(diǎn)， 基于光纖干涉原理，實(shí)現(xiàn)長距離大范圍的實(shí)時(shí)監(jiān)控。壓力、振動(dòng)通過敷設(shè)在物理圍界上的光 纖(纜)前端傳感設(shè)備，產(chǎn)生探測(cè)信號(hào)，經(jīng)過后端的數(shù)據(jù)處理和智能識(shí)別，對(duì)不同的動(dòng)作進(jìn)行 分類，如攀爬圍墻、割據(jù)鐵絲網(wǎng)、禁行區(qū)域內(nèi)行走等，判斷其是否為入侵動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)光纖探測(cè) 周界安防系統(tǒng)的及時(shí)預(yù)警或?qū)崟r(shí)報(bào)警。光纖探測(cè)周界安防系統(tǒng)靈敏度高，抗電磁干擾，可用 于易燃易爆場(chǎng)所，不怕雷擊電閃，方便野外鋪設(shè)，安裝維護(hù)方便，滿足人們對(duì)安全保衛(wèi)的要 求。然而該類系統(tǒng)也存在諸多問題，如：
[0007] 該類系統(tǒng)本質(zhì)是對(duì)振動(dòng)信號(hào)的監(jiān)測(cè)、處理和分析，目前還存在信號(hào)識(shí)別的問題。在 非惡劣的天氣條件和不復(fù)雜的環(huán)境條件下能夠精確判定入侵動(dòng)作，然而在環(huán)境惡劣、干擾 較多的條件下，很難精確識(shí)別人為入侵。特別是在強(qiáng)風(fēng)雨天氣下，強(qiáng)風(fēng)雨使光纜振動(dòng)而產(chǎn)生 的信號(hào)在強(qiáng)度和頻率上和部分人為的入侵動(dòng)作產(chǎn)生的信號(hào)相似，因而會(huì)發(fā)生很多誤報(bào)。而 要保證下雨時(shí)不發(fā)生誤報(bào)，有些人為入侵行為在一般天氣條件下又會(huì)無法被系統(tǒng)判斷為入 侵事件。因此，如何精確判斷在惡劣天氣條件下的人為入侵并且不發(fā)生誤報(bào)是亟待解決的 一個(gè)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)方案中的不足，本發(fā)明提供一種施工效率高、維護(hù)方便、低 成本的抗干擾的光纖周界防護(hù)系統(tǒng)。
[0009] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0010] -種抗干擾的光纖周界防護(hù)系統(tǒng)，所述光纖周界防護(hù)系統(tǒng)包括：
[0011] 傳感光纜，所述傳感光纜布設(shè)在物理圍界上；
[0012] 采集裝置，所述采集裝置安裝在所述物理圍界上，用于采集所述傳感光纖傳輸來 的信號(hào)，并送處理和報(bào)警裝置；
[0013] 處理和報(bào)警裝置，所述處理和報(bào)警裝置安裝在所述物理圍界上，用于處理所述采 集裝置傳輸來的信號(hào)，并根據(jù)需要提示報(bào)警。
[0014] 本發(fā)明的目的還在于提供了一種利用上述光纖周界防護(hù)系統(tǒng)的抗干擾的光纖周 界防護(hù)方法，能有效地抗風(fēng)雨干擾。該發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)：
[0015] -種抗干擾的光纖周界防護(hù)方法，所述光纖周界防護(hù)方法包括以下步驟：
[0016] (A1)傳感光纜感知外界振動(dòng)，采集裝置采集所述傳感光纜的感知信號(hào)，并傳送到 處理和報(bào)警裝置；
[0017] (A2)處理和報(bào)警裝置采樣所述感知信號(hào)，并對(duì)采樣信號(hào)有效上升統(tǒng)計(jì)；
[0018] (A3)采用動(dòng)態(tài)均值算法處理有效上升統(tǒng)計(jì)后的數(shù)據(jù)；
[0019] (A4)對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑累加；
[0020] (A5)對(duì)平滑累加后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分段，并對(duì)分段信號(hào)進(jìn)行動(dòng)態(tài)修補(bǔ)，使每段包含一 個(gè)完整動(dòng)作；
[0021] (A6)提取動(dòng)態(tài)修補(bǔ)后的分段信號(hào)的特征矢量，輸入通過已經(jīng)訓(xùn)練好的分類器，由 分類器的輸出結(jié)果代表的事件模式?jīng)Q定是否報(bào)警。
[0022] 根據(jù)上述的光纖周界防護(hù)方法，優(yōu)選地，所述分類器的建立方式為：
[0023]依據(jù)步驟(A1)-步驟(A6)的方式處理各類干擾和入侵動(dòng)作的振動(dòng)信號(hào)，提取處理 后得到的信號(hào)的特征矢量作為分類器的輸入，構(gòu)建基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類器。
[0024] 根據(jù)上述的光纖周界防護(hù)方法，優(yōu)選地，在步驟(A2)中，有效上升統(tǒng)計(jì)的方式為：
[0025] 統(tǒng)計(jì)采樣信號(hào)穿過有效上升電平和噪聲容限之和的次數(shù)，噪聲容限大于最大噪 聲;有效上升電平的范圍在1.548-2.048￥，噪聲容限的范圍在0.06￥-1.21￥。
[0026] 根據(jù)上述的光纖周界防護(hù)方法，優(yōu)選地，在步驟(A3)中，提取環(huán)境當(dāng)前時(shí)刻的前N 秒數(shù)據(jù)來計(jì)算其均值，而當(dāng)均值達(dá)到均值閾值時(shí)，動(dòng)態(tài)均值算法作用于有效上升統(tǒng)計(jì)后的 數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)做如下的抑制處理：
[0028] 均值閾值的范圍在3-7，均值參數(shù)的范圍在1-2，均值=N包數(shù)據(jù)均值之和/N。
[0029] 根據(jù)上述的光纖周界防護(hù)方法，優(yōu)選地，在步驟(A5)中，信號(hào)分段的方式為：
[0030] 當(dāng)信號(hào)數(shù)據(jù)大于最小強(qiáng)度閾值時(shí)，開始對(duì)信號(hào)分段；當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)小于最小強(qiáng)度閾 值的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)等于信號(hào)間隔長度時(shí)，信號(hào)分段結(jié)束;超過最大長度的信號(hào)以最大長度分段；
[0031] 信號(hào)間隔長度是兩個(gè)分段信號(hào)之間的時(shí)間間隔；最大長度是一個(gè)完整動(dòng)作產(chǎn)生信 號(hào)的最大時(shí)間，最小強(qiáng)度閾值是外界環(huán)境干擾引起的最大振動(dòng)頻率：
[0032] 信號(hào)間隔長度的范圍為0.125-0.625S;最大長度的范圍是1.25-2.51S。
[0033]根據(jù)上述的光纖周界防護(hù)方法，優(yōu)選地，在步驟(A5)中，當(dāng)分段信號(hào)的最后一個(gè)數(shù) 據(jù)大于最小強(qiáng)度閾值時(shí)，該分段信號(hào)需要修補(bǔ)：
[0034]當(dāng)修補(bǔ)長度中的數(shù)據(jù)值等于修補(bǔ)長度中最小的數(shù)據(jù)值或者小于最小強(qiáng)度時(shí)，就補(bǔ) 上修補(bǔ)長度中截止到這個(gè)數(shù)據(jù)為止的數(shù)據(jù)，修補(bǔ)完成;如果到修補(bǔ)長度結(jié)束，也找不到滿足 要求的數(shù)據(jù)值，就補(bǔ)上修補(bǔ)長度中的所有數(shù)據(jù)，并強(qiáng)制截?cái)啵?br>[0035] 修補(bǔ)長度是對(duì)分段信號(hào)補(bǔ)上后面接下去的數(shù)據(jù)的最長時(shí)間，為最大長度的1/5~ 1/4;最大長度是一個(gè)完整動(dòng)作產(chǎn)生信號(hào)的最大時(shí)間，最大長度的范圍是1.25-2.51s。
[0036] 根據(jù)上述的光纖周界防護(hù)方法，可選地，在步驟(A5)中，對(duì)修補(bǔ)后的分段信號(hào)進(jìn)行 有效性判斷，具體方式為：
[0037] 若分段信號(hào)的持續(xù)時(shí)間小于有效長度，或者分段信號(hào)的最大振動(dòng)頻率小于最大強(qiáng) 度閾值，這個(gè)分割信號(hào)為無效信號(hào)；
[0038]所述有效長度的范圍為0.3-1.5s;最大振動(dòng)頻率的范圍為15-25HZ。
[0039] 根據(jù)上述的光纖周界防護(hù)方法，優(yōu)選地，所述特征矢量包括：
[0040] 信號(hào)的時(shí)域特征，包括持續(xù)時(shí)間、有效面積、主峰值、斷續(xù)時(shí)間；
[0041]信號(hào)的頻域特征，對(duì)信號(hào)進(jìn)行可變尺度的分解，將具有顯著特征的N個(gè)頻帶小波包 分解系數(shù)作為信號(hào)的頻域特征。
[0042]根據(jù)上述的光纖周界防護(hù)方法，優(yōu)選地，構(gòu)建基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類器，將所需識(shí)別 的各種干擾和入侵事件進(jìn)行預(yù)分類并確定對(duì)應(yīng)的分類器目標(biāo)輸出，用各個(gè)入侵事件的特征 矢量構(gòu)建分類器的訓(xùn)練樣本集，訓(xùn)練分類器。
[0043]根據(jù)上述的光纖周界防護(hù)方法，優(yōu)選地，在步驟(A6)中，提取采樣信號(hào)的特征矢 量，輸入已經(jīng)訓(xùn)練好的分類器，分類器的輸出與各種事件的分類器目標(biāo)輸出做對(duì)比，當(dāng)所述 分類器的輸出與入侵事件的目標(biāo)輸出的誤差在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，該采樣信號(hào)被判定為該類入侵 事件，決定是否產(chǎn)發(fā)生報(bào)警。
[0044]與現(xiàn)