振动传感器周界报警系统的应用.docx

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振动传感器周界报警系统的应用

振动传感器周界报警系统的应用

——RBTEC系统技术探讨及延吉机场案例分享

纵观机场安防市场近十年的繁荣，各大安防设备厂商与各个机场集成商联手，成功的实施了多个具有标杆性的大型机场安防工程。

在北上广机场安防项目中，无论是航站楼的视频监控系统，还是机场内门禁管理系统，这些系统都成功的应用了现有的成熟产品和可靠技术，这些产品和技术的使用均得到了甲方和集成商的认可，为今后其它机场安防项目的实施做到了“有章可循”。

机场安防工程中，周界防范系统也是机场安防工程的重要组成部分。

由于周界防范系统较其它系统起步较晚，其核心的周界报警系统至今没有一套“有章可循”的技术。

在近几年的机场周界安防项目中，有一部分集成商实施了多个机场周界项目，他们考察使用了多种周界报警技术，例如振动电缆技术、振动光纤技术、张力围栏技术以及其它视频分析技术。

但这些项目实施完成后，其运行效果有些差强人意，并不能真正让人感到满意。

整套的周界防范体系，物理围栏以它们的简易的特性以及视频监控系统以它们的成熟技术，使我们无需在周界中过多的考虑。

而作为第二道防线的周界报警系统，它作为周界防范核心的侦测设备，是我们重点关注的一项技术。

无论是震动电缆技术、振动光纤技术、张力围栏技术（一、二防线合二为一）还是复合型传感技术，每种产品都有自身的优点。

在产品运用时，无论哪种技术其设备的可靠性、稳定性、系统报警的精准性是我们考量的主要因素，这也是机场周界防范系统成败的关键点。

自08年，以色列RBTEC电子安全系统公司正式进入中国市场，RBTEC公司带来了先进的振动传感器技术，这种技术已经在全世界30多个国家进行推广应用，保护了2400多公里的周界安全。

在中国市场，RBTEC振动传感器技术已在首都国际机场专机楼引桥的周界防范系统和延吉朝阳川国际机场周界防范系统中使用。

振动传感器技术在实际应用中以其设备的可靠、系统的稳定、报警的精准性得到了一些用户的认可。

在此，针对RBTEC公司的振动传感器周界报警系统以及其它的报警系统，我们做一下几方面技术的探讨：

机场周界防范体系的基本架构

在机场安防工程中，周界防范系统是机场安全的第一道屏障，也是保障机场内飞机正常运营的主要安全防线。

机场周界防范系统作为一套完整的防范系统就必须有整套的技防架构和人防机制为机场安全保驾护航。

在机场周界防范系统中，除张力围栏技术以外，我们接触的周界防范系统一般是由三部分组成。

其中物理围栏和卷网是机场周界的第一道防线，也称物理防线，在周界防范上起到了物理方式的隔离和心理上的震慑。

附着在围栏上的周界报警系统则是机场周界的第二道防线，也称电子侦测防线，它主要针对于外部因素引起的围栏入侵行为进行侦测报警。

设置在围栏内部的视频监控摄像机则是机场周界的第三道防线，也称报警识别跟踪防线，主要通过复核查看围栏是否有真正认为入侵行并对入侵对象进行跟踪，追踪入侵者的入侵轨迹。

在真实的周界入侵出现时，周界防范系统是通过人防、技防机制相互配合共同作用，最终使入侵行为加以控制并得以化解。

振动周界产品类似的工作原理

在主流的报警技术中，无论是振动电缆、振动光纤，还是振动传感器，这些系统的前端探测设备均需附着在围栏上才能起到传感侦测作用。

正因如此，这些探测设备和周界的物理围栏一样，都充当了机械波的传导介质，即物体受力后产生机械振动。

当围栏受外力作用产生振动时，围栏的金属特性将机械波传递给这些探测设备，设备受力后又发生振动。

振动使这些设备改变了原有的物理特性（或改变了设备的的设计特性）。

这些探测设备物理特性的改变，促使他们内部承载的信号（电信号或光信号）发生变化。

不同的系统都通过自己的前端探测设备捕捉振动，并将围栏受力产生的振动转换为自身系统所需的分析信号，在经系统的分析处理，最终得到了周界围栏上的报警信息。

探测设备点与线的差异

周界报警系统中，采用振动电缆技术的系统，它的传感设备一般为同轴麦克风线（或特殊电缆）。

采用振动光缆技术的报警系统，它的传感设备一般为光纤。

像这些报警系统，它们前端线缆的每一段、每一点都可以充当探测设备，类似于独立的传感器、传感点。

每个防区的探测设备为一整条采集线缆，这样的采集技术都属于＂线＂信号采集，我们可称作＂线传感“。

RBTEC的周界报警系统，它的传感设备为独立的振动传感器，每个传感器分别收集自己附着的网片出现的振动信号。

（注：

振动传感器是以传感器电缆形式出厂，依次串接在整条通讯电缆上。

制作时，每隔3米封装一个传感器，即一个围栏网片加装一个传感器。

）在系统运行中，只有传感器才能接收围栏出现的振动，通讯线缆没有传感功能。

RBTEC的振动传感器属于＂点＂信号采集，可称＂点传感“。

点传感和线传感，从几何角度上讲，由点到线，由线到面，这是一个空间量的扩展。

在应用中，这种扩展使得探测器的采集能力出现了很大的差异。

使用线传感某个防区，其防区中整条线缆都是探测器，它的每一处都会因振动而发生改变，将它看成点传感器，点传感数量将是一个无穷量。

而点传感防区中，百米的防区内只有几十个传感器。

线传感捕捉改变信号的感应能力远高于点传感的能力。

在应用中，线传感系统的处理信号的工作量也要明显的大于或几倍于点传感系统。

在线传感系统工作时，传感线缆不加选择将围栏出现振动信号全部被动接受，并为其产生相应的振动变化信号。

后端分析系统将对捕捉到的每个变量参数进行对比分析。

在众多的变量参数中，绝大多数不是周界出现真实入侵而产生的信号，但这些变量却占用了系统很大的分析能力，干扰信号过多更能引起系统出现高误报。

探测效率高、捕捉能力强未必是报警系统的优点，反而显示出系统探测器技术不不高。

在系统使用中，这种无选择的探测能力是造成报警系统高误报的根本所在。

RBTEC振动传感器的技术优势

RBTEC振动传感器周界报警系统是基于振动传感器技术而研发的一套报警系统。

系统在研发时就遵循可靠、稳定、低误报的理念。

在多年的使用中，振动传感器以它先进的技术优势，也印证了RBTEC的研发理念。

独特的传感器

传感器本身包含两个独立的腔室，检测腔和连接腔。

其中，检测腔内设有一个多触点电路板，板上设有多孔支架，支架与不同尺寸的机械部件组成了含10个机械触点的立体电路。

在整个传感器中，金属触点可构成10个电气节点的连接电路，这种设计方式使得传感器可以以任合方向、任意附着体安装，且不影响振动传感器的灵敏度。

连接腔包含传感器的通讯触点以及传感器电缆。

传感器通讯缆为屏蔽AWG的平衡六芯电缆，通讯缆与通讯触点连接将信号传出。

传感器设计之时，研发人员就考虑到外部环境的复杂性，在对内部部件设计时，考虑了部件的形状、大小、质量以及触点个数。

部件的形状、大小和质量决定了传感器的最小受力值，即最小振动频率。

触点个数决定了传感器的灵敏度。

在保证传感器具有灵敏的振动检测能力的同时，又可以通过自身的科学设计屏蔽掉外界环境干扰带来的误报。

振动传感器在系统使用中，可通过调节系统的灵敏度，屏蔽掉最大45公斤的物体攀爬产生的干扰振动。

例如，外部环境产生的低频振动（微风或动物对围栏的触碰撞击），由于受力不足以使传感器产生振动或振动频率达不到灵敏度的设定值，因此传感器本身就有降低误报的作用。

可靠性的制作工艺

振动传感器在设计之初，就有很高的可靠要求，为了使传感器在长时间内保持可靠的高灵敏度，防止检测腔内的金属触点氧化，传感器在生产过程中使用及其严谨生产工艺防止金属触点氧化。

●焊点的处理。

在腔内电路板上，将焊接好的电路焊点以及金属触点均做镀金处理，做到部件自身具有良好的导电性和抗氧化性。

●惰性气体保护。

传感器在生产封装时均处于惰性气体环境内，封装后腔体内气体为惰性气体。

●全封装保护。

为防止传感器传感器在强力作用下不被破损、不漏气。

传感器在封装时进行整体塑封，保证传感器坚固不易破坏。

周界报警系统的干扰因素的解决

关于周界报警系统受外界因素干扰而引起的误报问题，作为成熟可靠的周界报警系统，系统需要从多个方向、多种技术来解决。

一般周界报警系统会受到以下几种干扰因素：

1、周界围栏自身的振动特性不同产生的干扰。

在同一套机场周界中，由于围栏的新旧程度、围栏的尺寸大小、围栏安装的松紧等差异，均有可能为一些周界报警系统带来干扰，造成系统产生误报、漏报。

2、围栏周围植被以及动物入侵干扰。

3、围栏周围的所处的环境产生的干扰。

这种环境干扰很多，如机场周界旁边紧邻铁路，铁路频繁有列车行驶；周界旁紧邻公里；周界紧靠飞行下滑台；紧邻工厂厂房。

4、外部天气因素造成的干扰，刮风、降雨、冰雹等。

在列举的干扰因素中，相比于其它的振动报警系统，RBTEC振动传感器可通过在前端设置信号触发门槛，可以滤掉部分因干扰产生的非真实入侵振动，有效的降低系统在前端探测阶段产生大量的振动变化信号。

如围栏周围的所处的环境产生的干扰和围栏周围植被以及动物入侵干扰，因外部产生的机械振动不足以使传感器内部的触点发生振动，进而降低误报。

天气干扰是造成报警系统误报的主要因素，这也是大部分周界报警系统的困扰之处。

很多报警系统为避免或降低因天气原因造成的误报，往往在系统软件上做相应的设置改变。

一种是，在系统软件在开发时，软件具备数据学习功能，系统经过试运行期的调试设置，掌握天气报警参数，在对出现的类似情况进行报警屏蔽，从而避免了天气因素带来的误报。

另一种技术是在新建报警系统的数据库中，直接添加已采集的天气产生的报警参数，系统运算加以对比，然后来降低天气造成的误报。

RBTEC在处理天气干扰方面拥有一套独树一帜的技术，它可以将95%的天气干扰完全滤除掉。

系统应用了两种技术方式，来避免天气造成的误报。

第一种技术，即在每块现场处理单元中，设置一套滤波电路。

滤波电路能够滤除由天气原因产生的1000Hz以下的振动变化信号。

它的使用可以使变化信号在不经过处理运算前就提前屏蔽。

第二种技术，设置独立的气象单元。

在系统中安装专门用于检测风、雨、冰雹的气象单元，实时监测周界的气象情况，将获得的真实数据及时可靠的添加到报警系统算法中去，通过分析处理将恶劣天气情况所产生的干扰振动排除。

采用气象技术使周界报警系统具备了感知天气的能力。

周界报警系统可根据天气条件的变化，实时动态调整各防区灵敏级别，做到报警信息真实有效，降低并减少因天气干扰产生的系统误报，进而降低系统的误报率，提高报警效率。

系统报警处理方式

RBTEC振动传感器是根据机械振动原理和电路信号原理研发的传感器。

它类似于一个物理机械装置，当围栏受到足够的外力作用时，振动传感器的内部触点就会因受力而产生振动。

针对周界物理围栏的入侵，诸如人为的攀爬、剪切、抬升、冲撞等入侵行为，均能使围栏受力产生振动。

安装在围栏上的振动传感器同样会受力产生振动，这样就使其内部多个机械触点发生位移。

触点的位移使得内部电路瞬间断开（约0.002S），其通过该传感器的脉冲信号因电路的瞬间断开而发生了改变。

报警的判定取决于传感器的受力大小、受力持续时长，在传感器受力振动时，通过的脉冲信号在传感器内发生变化，其脉冲频率值、脉冲值改变次数、脉冲值改变时长等多个参数都将发生变化。

对于改变了的脉冲信号，现场处理单元将通过自身的脉冲转发器进行分析处理。

基于现场处理单元事先预置了报警参数以及系统独有的处理算法，脉冲转发器通过对参数的比对进行初判，满足设置参数即可上传报警参数，进而由主控制器再次进行运算处理，进而发出真正报警信号。

系统接口和联动设计

周界报警系统需要与视频监控系统、照明系统、广播系统等其它系统进行系统间的联动配合。

RBTEC报警系统与其它系统的联动分为两种，一种为前端硬件设备的接口联动（干接点联动），由报警系统的现场处理器直接提供干接点信号；一种为后端软件联动，系统间通过开放对方管理软件的SDK，进行二次开发实现系统间的软联动。

报警系统的前端处理器带有8个报警信号输出端口，可为照明系统和广播系统提供现场干接点连接。

当防区出现入侵行为报警时，该防区的照明和广播通过报警联动，可迅速做出反应。

报警响应时间可通过外加延时继电器来实现，也可通过报警系统设备自身加以实现。

针对不同的机场周界项目，RBTEC报警系统既可以做到与视频监控的硬连接（通过加装周界报警系统硬件解码箱与矩阵报警接口直联），也可以通过开放软件SDK的形式与视频管理软件进行软联动。

（注：

视频矩阵必须具备与视频管理服务器进行实时联动的功能，也必须具备与周界报警系统进行软联动的能力，即二次开发能力）。

RBTEC系统特点

RBTRC的报警系统不仅仅在运行中有着稳定、可靠、低误报的特点，而且在系统实施和运行过程中依然有它独到的技术和特点。

简单的安装方式。

系统在安装过程中，不需要任何复杂专业设备，也不需要精密的仪器进行系统调试。

RBTRC的报警系统，所有的接线方式都是电缆连接，三、五组工人，几把改锥就可以完成系统的整个安装。

便捷的调试方式。

系统的调试设置无需对前端设备进行逐一调试。

在确定系统设备安装无误后，其前端所有设备防区调制以及参数设置，均可通后端软件操作来完成，免去了现场调试的麻烦。

灵活的气象检测技术。

系统对自身气象单元的接入是非常灵活的。

在对一些气象环境简单的周界场所，系统可将一套检测单元接入整套系统中。

针对气象环境较为复杂的场所，系统可将多套气象检测单元接入整套系统中，前端设备后端设备均可接入。

防区远程控制技术。

在整套周界防范体系中，报警系统与前端照明、广播以做好硬件联动，报警系统可根据自身技术对现场防区的明、广播系统进行远程控制，便于监控人员夜间巡视补光以及对防区现场进行威慑。

在周界没有出现报警情况时，工作人员可通过对报警软件的操作，远程控制周界防区的照明和广播系统。

延吉机场案例分享

工程概况

延吉朝阳川国际机场位于延吉市西南部，属中温带半湿润气候区。

延吉朝阳川国际机场属军民合用机场，机场周界长度为8公里，由多种不同的网状铁制围栏组成，围栏建造时间和围栏规格差异较大。

整套周界防范系统于2008年底开工建设，其中周界报警系统于2009年12月10日正式安装建设，系统建设总长度为8.3公里，经45天紧张施工于2010年1月26日完工。

经3个月的试运行于2010年月5月通过验收并交付使用。

延吉机场周界外环境复杂多变，机场北部和西部周界紧邻农田和农舍；南部周界地处土丘树林内，且有空军部队战机频繁起降；东北部周界距铁路不足50米，货运列车穿梭频繁。

延吉机场周界除外界环境复杂，气候环境也极其恶劣，极端温度可达摄氏零下30度，冬季常有大风侵袭，瞬时风力可达32m/s。

报警系统描述

延吉机场周界报警系统分四个子系统，前端探测处理系统、传输系统、气象探测系统、后端处理控制系统。

前端探测处理系统由振动传感器（SL-3）、防区接线盒（SLT）、前端处理单元（SPU）组成。

振动传感器（SL-3）和现场处理单元（SPU）是整个周界的主要探测技术，SL-3主要绑扎物理围栏上，探测各种人为因素对网状物理围栏的入侵行为，SPU为SL-3做信号处理分析，对参数符合报警的信号进行数据上传。

系统中，每个SPU最多可处理分析8个防区的振动信号。

防区接线盒（SLT）的使用就是为了划分不同的防区，将传感器的通讯缆按顺序接入SLT盒的两端，就可以做到终结上一防区续接下一防区的功能。

延吉机场周界长8公里，使用了8.3公里的振动传感器电缆。

系统设计每100米设一个防区，共设置84个防区，使用了84个接线盒。

报警系统设置了12个现场处理单元，即每个SPU管理7个防区的SL-3。

报警系统的现场处理单元与控制室内的主控制器是通过RS-485信号进行通讯的。

由于现场周界较长距离较远，系统通讯时，使用半双工双向485光端机将SPU的处理信号回传给后端的主控制器。

前端每3个现场处理单元共用1对光端机，共使用3对光端机，将SPU的处理信号回传到后端机房。

报警系统中设计使用了一套气象探测系统，在距航站楼监控室最近的周界围栏上设有一个气象单元，由气象单元采集的信号通过4芯专用缆直接接入主控制器中。

延吉机场报警系统后端的处理控制系统包含一台管理服务器、一台主控制器以及一个报警解码箱。

由于监控系统的矩阵切换主机自身无软件实时管理功能，即无法进行软件联动功能。

报警系统通过设置解码箱将报警信号解出，为矩阵切换主机提供报警输入信号。

管理服务器和主控制器是整套系统的核心。

主控制器将现场控制单元回传的信号以及气象单元的信号收集起来，并对这些信号进行简单的处理分析。

管理服务器是周界报警系统的管理平台，其主机与主控制器相连，将主控制器的分析数据按系统运行设定参数进行系统分析处理，并对分析数据做出相应的反馈与报警提示。

系统简易架构图：

综述

近年来，机场如火如荼的基础建设给安防行业带来了巨大的市场。

作为处于安防市场金字塔顶端的民航行业，有多少人期盼自己的产品技术在这个市场中抢夺份额，占尽先机。

处在技术高端民航业者，以自身行业出发，用苛刻的技术要求审视着每种技术的应用，只有真正有实力的先进技术才能最终赢得市场用户的认可，将产品大规模的推广应用。