新疆某油田周界入侵报警系统设计方案Word格式.docx
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∙黄色实线：
表示逻辑意义上的电力链路，供电子系统通过这些链路和其他子系统连接在一起，提供各子系统正常工作所需的电力能源。
∙黑色实线：
表示逻辑意义上的通信链路，以网络传输子系统为核心分别将前端探测子系统和监控中心子系统、照明及声音告警子系统和监控中心子系统、视频监控子系统和监控中心子系统连接在一起，实现系统内的数据通信及指令交换。
∙蓝色虚线框：
表示逻辑意义上的现场控制箱，是监控中心子系统和各现场子系统之间通信的重要中继枢纽。
系统网络架构图
2系统业务设计
2.1系统功能
本系统是基于物联网技术并结合物理围界建设的报警系统。
系统采用“目标驱动”型的基于物联网技术的前端探测系统与警示灯、视频监控等设备联动，能准确、及时报告入侵异常事件，实现向监控中心发出报警并实现目标定位，准确记录报警时间、位置、图像等信息，并能够详细查询、打印，设计满足重要场所对周界入侵报警系统的要求。
∙节点结合物理围墙，构建多点探测、协同感知的带状入侵探测体系，系统根据多个探测节点多方位感知的信息，实现对入侵目标的探测、识别和定位。
前端系统报警定位精度为3米；
∙电子技防手段和物理阻挡相结合，设置不同入侵安全级别，属于低安全威胁入侵的，可以通过现场警示灯或者喇叭喊话等方式威慑，警告驱赶，视频复核；
属于高安全威胁入侵的，启动联网报警装置，立即出警。
∙报警功能的触发，都与视频监控子系统联动，产生报警时，系统弹出视频告警窗口，在此窗口中值班人员就能掌握现场的一切情况，选择是否采取相应的行动；
同时现场的警示灯告警设备发出警告。
∙系统全天候记录现场视频图像，可调用任意时刻的现场画面，且自动关联视频记录与报警记录，系统还可联动打印设备打印报警相关信息，以便实时查看及事后取证。
∙系统可实时监控前端振动控制器、摄像机、交换机等设备的运行状况提供有效管理的系统监控、调试、诊断工具，保证系统维护简明、方便、有效，具备集中网络管理能力。
∙系统防范区域无漏警、低虚警，保证破坏围栏、翻越围栏等入侵行为触发报警，最大程度屏蔽附近车辆、行人、飞鸟、落叶、电磁干扰及大风等环境气候因素引起的误警。
∙快速响应，报警响应时间≤2秒；
系统布防、撤防、报警、故障等信息的存储时间大于30天。
∙系统能防干扰、防水、防雷击。
∙通过对系统分级保护、数据存储权限的控制、数据备份等策略保证系统具有高度的安全性和保密性。
2.2系统逻辑防区设置
根据前端设备布设原则，对整个报警系统的逻辑防区做以下设计：
•此次建设的周界入侵报警系统可以以摄像头的布设为标准。
•逻辑防区的长度可以根据用户的设置变换距离，最小变换距离为3米，逻辑防区的初始设与物理防区一致。
2.3系统工作流程
当入侵行为触发报警时，系统立即和视频子系统进行联动，在调出的视频图像里值班人员可迅速直观的看到现场的实际情况。
系统报警流程如下图所示：
系统报警流程图
3前端探测子系统
3.1子系统架构
子系统架构示意图
从功能上来看，前端探测子系统可以被划分为信号采集模块，信号处理模块和信号输出模块。
•信号采集模块
由前端探测节点以一定的阵列形式组成。
通过一定的阵列形式，布设在物理围界上的壁挂振动探测器能够进行协同感知，有效探测实体围界上目标产生的振动信号，监控实体围界状况，并将采集到的信号样本上传给信号处理模块。
•信号处理模块
核心设备为前端融合感知节点控制器。
前端融合感知节点控制器能够对信号采集模块上传的海量数据进行智能判别和数据融合，再将融合的结果上传到后台软件系统，系统通过数据特征值提取、智能样本库比对，实现入侵目标的探测、识别、区分和定位。
•信号输出模块
由CAN总线，CAN适配器和网线组成。
主要功能是将信号处理模块中产生的包含前端融合数据和报警数据的特征信息帧转换成UDP数据包后上传给网路传输子系统。
3.2布设方式
由于油田周界有多种围界形式，我们针对性地设计了多种前段探测系统的方案，以应对不同物理围界的特性，从而起到最佳的探测识别性能。
3.2.1实体围墙
在实体围墙上方加装钢筋围网，如上图所示。
单套标准单层钢筋围栏前端探测设备单元主要由8个振动探测器和一个VN200融合感知节点控制器组成，控制范围24米。
探测器与探测器之间相距3米，固定在围栏的立柱上；
1个控制器连接8个探测器，控制24米的监控范围。
控制器与控制器之间通过CAN总线连接。
前端探测系统布设示意效果图见下页。
单套节点的布设细则如下：
•融合感知节点控制器VN200-C每24米安装一套，依附围栏安装，安装离地面高度为30cm；
•节点控制器通过CAN总线连接到控制箱；
•振动融合感知节点探测器VN200-D每3米安装一个，依附围栏安装，安装离墙体30cm；
•探测器通过信号线连接到节点控制器。
基本单元节点布设方式如下：
节点布设方式
3.2.2金属铁艺围墙
3.2.3标准网
安装方式和金属铁艺围墙一致。
3.2.4小型单摆门
小型（宽1.5米以下）不常用（每天使用小于50次）的单摆门
可以避免从门下走线。
3.2.5小型双摆门
小型（宽3米以下）不常用（每天使用小于50次）的双摆门
3.2.6滑动门
3.3周界设备布设原则
现场前端探测设备的布设原则：
∙钢筋围栏上每24米布设一套振动融合感知节点；
∙前端探测总线一端设计长度400米，总计接入16或17个振动融合感知节点；
∙油田周界总长度为800米，在取电点附近设置一个控制箱，作为前端设置供电、传输的枢纽；
∙在控制箱内安装电源、CAN适配器、交换机、视频编码器、IO量控制器及其他辅助设备。
4监控中心子系统
4.1软件平台概述
监控中心综合控制平台是周界入侵报警系统的软件部分，为整个报警系统提供了一个统一的界面，用于围界监控、报警提示、报警处理、报警记录、报警查询等功能。
通过监控中心内综合控制系统可以实时监控布设在围界的探测器，根据监控中心的控制指令控制灯光、警告的开启、关闭以及现场各设备的复位。
当收到探测器的报警数据后，系统自动进行综合判断，判断入侵情况并提示安检人员进行处理，同时提供现场视频图像供安检人员复核。
监控中心综合控制平台的具体功能有：
•信息采集
•信息融合处理
•多级报警显示策略
•中心调度管理
•数据库管理
•GIS功能实现
•视频管理
•系统联动控制
•系统权限管理
•统计功能
•设备监控
监控中心综合控制平台的主要界面示意图如下所示：
报警综合控制平台的主要界面示意图
4.1.1业务功能描述
根据系统要求，将监控中心系统的功能分为以下几个部分。
✧接收传感网的传来的各种信息，包括设备ID、信息类型（如融合感知节点、视频信息等）、信息内容、信息产生的时间等；
✧接收各监控点的视频信息；
✧收集监控区域的设备布设图。
✧根据周界特殊的地理环境、气候条件和电磁环境，本着降低虚警、漏警，提高探测率的目的，利用多种传感检测手段相结合的方式，建立周界入侵报警系统的检测融合解决方案；
✧充分考虑前端周界传感系统的探测特点、作用范围以及布设方式，将来自前端多个传感器的观测数据或判决结果进行融合，形成一个更完全、更准确的判决，实现周界复杂环境下全天候、全天时安全、可靠的监控；
✧对接收到的融合信息进一步分析、正误判断、相关综合处理，得出实时的预警信息，并按预警等级进行报警。
•报警显示策略
报警显示策略主要针对周界入侵报警系统设计和实施，当有入侵行为发生时，监控中心系统截获并融合处理入侵信息，然后将信息存入数据库中。
远程客户端程序通过实时截取数据库中的信息，即刻知道入侵发生，并立即进行以下报警策略：
✧在GIS图上用明晰的标志显示被入侵地段的地理位置；
✧文字显示入侵的实时情况，并进一步分析；
✧调出入侵的现场实时视频。
•数据库管理
✧可将接收到的传感信息数据及其融合处理结果数据入库存储，可对数据库表进行录入、修改、查询、删除、打印等操作；
✧具备用户身份验证和权限验证的能力；
✧具有远程登入数据库能力，为连接的灵活性提供各种配置服务；
✧运行多个工作站进行数据的交互、操作和管理，应实现数据库管理的事务操作；
✧具备冗余备份条件和可扩充性，可半自动/人工恢复。
•GIS功能实现
✧根据周界周围的环境、位置，建立具体应用的地理信息系统，系统对防区地理地貌以二维的形式呈现；
✧系统能实现一些基本的操作，如对图层的放大、缩小和平移等，并且以多种方式实现这些基本功能；
✧具备一些图层应用、查询、数据统计等扩展功能。
✧用户可根据需要切换不同数目的视频区域布局方式；
✧处理系统视频信息，包括视频分流、视频图像存储、响应视频流请求等；
✧接收中心调度系统的指令，进行视频处理。
✧协调各模块的运作，通过网络进行系统管理；
✧动态实时的显示视频装置传回控制中心的视频图像并能够在不同摄像图像间切换；
✧向视频管理部分发送指令，启动移动视频，跟踪入侵目标；
✧以多种形式呈现系统信息；
✧监控中心对操作人员的数量，连接报警系统的数量，以及不同报警系统各部分之间的距离无限制，以实现最大的应用灵活性。
•系统权限管理
✧系统采用B/S架构,用户可用通过专用客户端程序登录到系统；
✧用户权限分级分类管理，保证信息在网络通信中的安全性。
•统计功能
✧统计功能由报警统计、故障统计和操作统计三部分组成，对防区报警情况、设备故障情况和用户操作情况进行统计。
✧系统的日常值班报警处理操作将作为日志记录下来，成为一个连续的、按照时间顺序排列的清单；
✧从周界上的各个探测系统发送到计算机的全部事件都可被记录，监控中心接到报警后，也会在日志中自动记录存储。
•设备监控功能
✧设备监控功能实现用户对防区的设备进行状态查询和状态更改的操作。
4.1.2输入输出要求
•输入要求
✧通过实际调研和从周界管理部门以及其它渠道获得围界分布图、各区域基本情况介绍等信息。
同时可以定位出传感器、标志标线、设施等的布设情况。
✧从传感器所获得的输入信息有：
传感器编号、传输具体时间、探测结果、视频工作状况等，同时还包括各个监测点的视频信息。
✧将以上基本信息进行整合和融合处理，可以形成多极预警，构建系统应用平台，包括GIS平台和围界、传感器信息数据库。
✧对输入数据的具体要求，包括数据类型、格式、数值范围、精度等应根据具体实际应用需求，再做定义。
•输出要求
✧输出数据包括各监控信息处理结果的输出等。
4.2软件平台架构
监控中心子系统软件平台架构示意图
监控中心子系统软件平台架构如上图所示。
其中软件平台可分为以下几部分：
•前端通讯：
负责封装、隔离网络传输子系统。
接收前端探测设备的数据，转化成统一的格式发送给融合算法，并且给核心服务提供统一的传感网控制接口。
前端通讯层还负责处理算法无关的数据包，并且把前端设备的状态更新到核心层持久化服务；
•融合中心：
从前端通讯模块接收前端设备的特征信号，对这些特征信号进行分析和处理，并且把处理后的结果存储进核心层持久化服务，然后通知核心服务。
融合中心包括两层算法，下层为单个节点的融合算法，上层为多个节点、多种不同传感类型的整体融合算法；
•核心服务：
提供服务给应用系统和配置工具，实现对于传感网络的管理和控制。
核心服务提供的服务可以封装成SDK发布给第三方，用以开发不同的应用系统；
•核心层持久化服务：
为核心层提供持久化服务，负责核心系统中需要持久化的概念的存储和获取。
应用层和核心层的持久化服务从逻辑上是隔离的，不能用于数据共享。
应用系统通过核心系统提供的服务来获取和更新核心层持久化服务中存储的数据；
•应用服务：
负责处理用户业务逻辑、通过核心服务管理传感网络。
应用服务以双工的方式连接到某一台核心服务器来获取各种前端设备状态，对前端设备进行控制，核心服务通过回调的方式把报警事件和设备故障事件发送给应用服务，核心服务保证所有核心服务器产生的信息都能够通过该通路发送给应用服务；
•应用层持久化服务：
为应用层提供持久化服务，负责应用系统中需要持久化的概念的存储和获取。
应用层和核心层的持久化服务从逻辑上是隔离的，不能用于数据共享；
•应用客户端：
包括各种类型的C/S和B/S结构的终端（用户终端、维护终端、配置工具），提供给安检用户、维护工程师和调测工程师使用，其中用户终端和维护终端通过查询方式调用应用服务，而配置工具通过查询方式直接调用核心服务；
4.3用户界面简介
•登录
输入用户名及密码以登入系统。
系统将根据用户所属组别来分配不同的功能。
如果用户输入不完整或输入有误，系统将给出相应提示。
在用户名和密码框中输入正确的用户名和密码，点击【登录】按钮，系统开始登录，进入登陆界面。
如下图所示：
•主界面布局
主界面如下图所示：
图中各区域分别为：
1—导航栏
—子功能标签
—状态栏
✧主操作区
报警处理操作区——在此区域对系统接收的报警信息进行处理：
显示相关防区的实时视频及历史视频，进行人工复核后，提交操作结果。
操作界面如下图所示：
✧报警统计列表
此区域以列表显示用全部报警信息，用户可以自行选择想要的信息，如：
处理过的报警、未处理报警、全部报警等。
•设置
✧系统设置
系统设置以可视化界面对系统的运行参数进行配置。
✧布撤防设置
布撤防设置对防区进行布撤防设置。
✧测试设置
测试设置对防区进行测试，在测试状态下，用户不能收到报警提示，但可以对设备执行操作，也能够收到设备异常提示，设备防区可以同时处于撤防和测试状态下，但测试状态优先级较高。
防区三种不同颜色表示正常布防、撤防、测试三种不同状态法，如下图：
5主要设备指标
5.1振动融合感知节点
振动融合感知节点VN200是物联网周界入侵报警系统的核心设备，主要用于钢筋网围栏，识别人员的无意触碰、有意连续撞击、攀爬等行为，完成入侵探测、入侵定位等功能。
产品不受恶劣自然环境的影响，能够在高温、高湿、雷雨、砂尘等环境下正常工作。
振动融合感知节点有两个组件。
设备指标如下：
•布设方式：
壁挂式
•探测器类型：
MEMS
•探测距离：
24-48m
•工作温度：
-45℃-80℃
•相对湿度：
5-95%
•产品尺寸：
250X170X60mm
•工作电压：
24/48V
•工作电流：
110mA
•通讯方式：
CAN总线
•可连接探测器数量：
8组
•报警响应时间：
≤2S
•抗雷击：
4KV
•抗静电干扰：
8KV
•抗射频电磁干扰：
80-1000MHz，场强10V/m
•外壳防护等级：
IP66
振动融合感知节点VN200产品图（控制器）振动融合感知节点VN200产品图（探测器）
5.2CAN协议转换器
CAN协议转换器实现CAN-bus数据和Ethernet数据相互传输的功能，它内部集成了1路CAN-bus接口和1路Ethernet接口，并自带TCP/IP协议栈，利用它可以完成CAN-bus网络和Ethernet网络的互连互通，建立以太网-CAN两层网络架构，大大扩展CAN-bus网络的应用范围。
本方案选用工业级产品CANET-100T。
•采用32位高性能微处理器
•CAN接口：
CAN接口采用方便连接的开放式插座
•以太网接口：
10M/100M自适用以太网接口，2KV电磁隔离
•CAN通道采用电磁隔离、DC/DC电源隔离，2.5KV电磁隔离
•同时支持CAN2.0A和CAN2.0B协议，符合ISO/DIS11898标准
•CAN接口端可安装外置式终端电阻
电压范围9V～24V直流
•功耗：
系统功耗低，工作电流150mA@12V（最大）
-45℃～80℃
•湿度：
5%-95%RH，无凝露
•安装方式：
可选标准DIN导轨安装或简单固定方式
CAN协议转换器产品图片
6主要设备列表
针对本次建议的油田周界入侵报警系统，周界长度为800米，前端报警系统所需的主要设备列表见下表：
序号
设备名称
设备型号
产地和制造厂家
单位
数量
1
探测器
VN200
中国/无锡国科
台
34
2
CAN转换器
定制
中国/SEARI
6
3
Ants软件平台
V6.0
套
7产品认证
8典型案例
8.1.1上海浦东国际机场物联网周界防入侵项目
上海浦东国际机场是4F级民用机场，年设计保障能力将达到年旅客吞吐量6000万人次、年货邮吞吐量420万吨，是我国三大国际机场之一。
上海浦东国际机场周界安防系统建设总长27.1公里，系统能对翻越和破坏围界的行为及时发出报警和警告，确保飞行区安全。
机场安检部门及机场公安局自2009年8月至2010年8月进行了持续1年，20189次测试，无一漏检。
我们的系统性能高居国内机场已建成周界防入侵系统的第一位。
在成功实施了浦东机场后，我们已经成功在国内实施了重庆江北国际机场、合肥骆岗国际机场、无锡硕放国际机场、海口美兰国际机场，并即将实施杭州萧山国际机场、上海虹桥国际机场、南京禄口国际机场。
8.1.22010年上海世博会物联网周界防入侵项目
2010年上海世博会，当世界的目光聚焦于上海，世博园区安保工作成为重中之重。
园区附近人、车流量大，干扰因素多，环境相对复杂。
为了最大限度降低非法入侵行为给安保工作造成的威胁，在世博园区陆地围栏沿线构建集监控与报警为一体的物联网安防系统。
园区围栏防护边界总长约为15公里。
全天时、全天候守卫着5.28平方公里园区，出色地完成了保卫周界安全的任务，为世博会保驾护航。
8.1.3藏南中印边境防入侵项目
边境线情况错综复杂，地貌多种多样，边防哨所和巡逻条件异常艰苦。
基于物联网技术建立的“感知边疆”边防系统能够解决边疆地区的边防要求，在边境线上布设地埋式震动探测节点，构筑起一道隐形屏障。
系统经受住了边疆恶劣的气候考验。
8.1.4中国工商银行数据中心周界防入侵项目
8.1.5无锡市民中心物联网虚拟围栏防入侵项目
8.1.6成都双流机场航空港货运站周界防入侵项目
9服务承诺
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