激光雷达周界方案.docx

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激光雷达周界方案

激光雷达周界方案

xxxx激光雷达周界防报警系统

技术方案

xxxxxxx有限公司

2016年9月

一、项目概述

1.1项目背景

xxxx迁建项目狱墙周长2100米，要求目标探测系统各点实现无缝隙对接，立体覆盖实体围墙外围警戒隔离区域，并进行自动化入侵行为识别和目标跟踪，满足24小时全天候正常工作，性能稳定，报警迅速可靠，实现零漏报，极低误报率。

我公司在本方案中采用先进的激光雷达探测技术，分别在实体围墙内外侧安装激光雷达探测器，构成警戒隔离区域。

不仅能够探测靠近、攀爬、剪断穿越实体围墙的异常行为，还能够探测到任何出现在警戒隔离带内的人体目标。

通过采用激光雷达来建立一体化纵深监控报警系统，能有效的保卫监狱安全，提高处理各种突发事件的反应速度和监狱管理能力。

1.2设计原则

1．先进性

智能立体周界报警系统应用当今先进的物联网技术，结合物理阻拦和雷达防护技术，达到理想的综合探测效果。

同时采用基于物联网构架的综合报警集成管理平台，使整个前端探测及联动设备能无缝的接入平台，组成一个统一的现代智能化监狱综合安全管理和控制系统。

2．标准化

系统采用开放式的系统架构，智能立体周界报警系统集成管理平台能提供通用标准的接口，使其易与其他系统实现信息互通，并支持第三方应用产品的开发和使用，真正实现多功能的基于物联网的智能监狱周界报警系统应用。

3．系统可用性

系统整体具备可网管性，采用多种探测手段，智能立体周界报警系统中的任一设备损坏或遭人为破坏后，系统主体功能将不会受到影响，同时系统将自动上报相应的故障信息，使用户在第一时间了解现场设备状况，及时应对。

4．稳定可靠性

智能立体周界报警系统能每天正常工作24小时，每年运转365天，不受天气、环境、电磁等因素影响，所有设备具有高度的可靠性和优良的性能。

5．灵活性

系统可以根据管理体制及实际应用情况的需求进行灵活的功能配置和用户使用权限优先级控制，提供必要的动态调度控制机制，最大程度保证系统的安全可靠。

具有处理重大突发监控事件的应急处理方案及实施操作流程。

6．可扩展性

智能立体周界报警系统采用面向服务的开放性技术架构，兼容性强，可广泛接入第三方周界安防技术或产品。

系统应用范围可从几百米到几十公里，所有硬件、软件和系统平台均具有扩充能力。

7．安全性

监控中心服务器均采用企业级核心应用服务器，安装WindowsNT/1800/Linux/Unix操作系统。

系统具有高度的安全性和保密性，通过对系统分级保护、数据存储权限的控制，来防止各种形式的对系统的非法侵入。

8．可维护性

应用系统的可维护性体现在易分析性、易更改性、易测试性、稳定性。

使用模块化的结构,同时提供必需的各种工具包。

网络系统提供有效的网络管理的系统监控、调试、诊断工具，保证系统维护管理简明、方便、有效，应能集中进行管理。

9．可操作友好性

系统提供友好的中文界面，采用规范的行业用语，易于管理和维护。

用户界面基于WINDOWS界面设计，支持键盘和鼠标操作，界面友好、清晰，操作简单、方便，容错性强。

1.3设计思路

为了充分和有效地进行系统集成，具备分步实施和功能扩充的功能，设备选型要考虑到施工简单、便于拆卸，建成后的系统要体现安全性、先进性、可靠性、实用性、便捷性。

实现各子系统的管理和信息最大程度的共享，便于今后系统的扩充及增容等，预留未来的功能拓展接口。

随着信息化技术的发展，周界报警模式将会朝着网络化、数字化、智能化及多技术手段相结合的方向不断发展。

考虑到此项目复杂因素对整个系统安全性的影响；本系统以两道传感器组成融合感知网络，实现全新的目标识别、多点融合和协同感知，可实现对逃跑目标和逃跑行为的高精度区域感知和定位，显著减少误报可能性。

●结合物理阻拦和电子防护技术以达到理想的综合探测效果；

●两种传感器前端组成融合感知网络，实现目标识别、多点融合和协同感知，达到极低的虚警率；

●综合考虑各类干扰因素并降低周边环境、天气、人员、车辆等噪声；

●对报警的情况，进行逃跑情况分析、甄别；

●视频实时监控、人工实时复核、精确定位逃跑地点；

●系统工作时确保不干扰影响监狱/武警无线电通信联络的畅通、以正常通信为准则；

●指控中心报警综合处理，现场情况的实时查看，实时通话告警，报警记录；

●24小时实时报警探测，无遗漏和死角；

●施工简单、拆卸方便；

●系统所有设备及功能模块高度整合，形成垂直一体化的综合性解决方案；

●系统的所有硬件、软件和系统平台均具有扩充能力；

1.4系统建设依据

●1.《全国监狱信息化建设规划》司发通[1808]124号

●2.《全国监狱信息化一期工程项目建议书》发改[2010]1389号

●3.《全国监狱信息化应用软件开发建设任务分工意见》2010司狱字277号

●4.《监狱信息化软件开发总体技术规范》SF03003-2012

●5.《应急指挥联动系统业务与技术规范》SF03006-2012

●6.《山东省监狱系统安防建设要求和技术规范》地方文件

●7.《安全防范视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求》GB/T28181-2011

●8.《智能建筑设计标准》GB/T50314-1806

●9.《安全防范工程程序与要求》GA/T75-1994

●10.《安全防范工程技术规范》GB50348-1804

●11.《综合布线系统工程设计规范》GB50311-1807

●12.《电子信息系统机房设计规范》GB50174-1808

●13.《视频安防监控系统技术要求》GA/T367-1801

●14.《视频安防监控系统工程设计规范》GB50395-1807

●15.《入侵报警系统技术要求》GA/T368-1801

●16.《入侵报警系统工程设计规范》GB50394-1807

●17.《出入口控制系统技术要求》GA/T394-1802

●18.《出入口控制系统工程设计规范》GB50396-1807

●19.《周界防范高压电网装置》GB25287-2010

●20.《安防人脸识别应用系统》第2部分：

人脸图像数据GA/T922.2-2011

●21.《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-1804

●22.本工程设计图纸及相关文件要求

二、系统方案设计

2.1系统概述

作为系统重要的安全防范系统之一，智能立体周界报警系统是监狱警戒隔离带内封闭管理、安全保卫工作中的一种技术防范措施，要求对闯入警戒区的行为及时发出报警和警告以达到及时处置和防范的目的，确保区域安全。

基于物联网技术的智能周界报警系统的前端由两种互为补充的智能探测器节点组成，辅助以视频跟踪复核手段（由周界安防管理平台后台实现）实现融合感知、协同探测，克服传统探测手段单一、误报率高、安全性差的缺点，同时可联动多角度视频、声光及广播等设备。

系统对监狱周界进行全天时动态智能感知，具备很强的环境适应性和智能性，提高全天候、全天时的检测性能，降低虚警、漏警率。

周界报警管理系统由4个部分组成，分别为前端探测子系统、报警联动子系统、网络传输子系统、监控中心子系统（报警管理软件平台）、供电子系统，系统逻辑架构如下。

图1.系统结构框图

前端探测子系统

前端探测子系统主要由红外激光雷达探测器、RS485总线服务器等组成。

通过对每个传感器报警信号的采集、分析、融合，完成报警输出，在控制中心报警处理功能模块实现第二级算法融合，最终输出报警事件，完成报警联动。

报警联动子系统

报警联动子系统由控制箱内的I/O量控制器及狱墙上方的摄像机（第二标段提供）、声光报警器等设备组成。

现场报警联动可通过联动数据库进行预设，结合用户对现场响应和指挥调度的要求，每个防区的联动动作都可实现客户化定制。

网络传输子系统

系统中激光雷达、I/O量控制器等设备均通过控制箱内相应的RS485总线服务器接入多光多电以太网光纤收发器。

各控制箱的光纤收发器可通过光纤组成4条独立的总线型光纤通信网，并在中心机房完成信号汇聚。

监控中心子系统

监控中心子系统（周界报警管理平台）由控制中心服务器、PSIM报警平台软件、及管理软件等组成。

通过报警软件客户端及图像管理客户端，用户可订阅各防区的报警、故障及状态事件，并可设置、复核、手动控制相关的联动设备，完成报警响应。

图2.系统架构图

2.2系统详细设计

2.2.1前端探测子系统——警戒隔离带雷达

前端探测子系统主要由红外激光雷达探测器、RS485总线服务器等组成。

通过对每个传感器报警信号的采集、分析、融合，完成报警输出，在控制中心报警处理功能模块实现第二级算法融合，最终输出报警事件，完成报警联动。

xxxxxxx有限公司的XXXXX系列红外激光雷达研发于2010年，其主要优点为：

（1）目标探测

XXXXX红外激光雷达采用激光扫描成像技术，以0.057度的角分辨率连续对周围背景进行测距成像，一旦在场景中有异于背景的入侵目标，无论其处于静止还是运动状态，XXXXX激光雷达都可以迅速探测到其存在，发出报警，并向指挥中心回传出其坐标位置。

XXXXX激光雷达探测范围为180度扇区、75米半径的两维激光面，用户可以自行设置任意多边形报警防区。

XXXXX激光雷达可以实现水平或垂直两种安装方式，分别可以实现水平大区域扫描或垂直虚拟围墙应用。

（2）目标定位

XXXXX红外激光雷达，采用12Khz的红外脉冲激光测距技术和精确的测角技术，使用收发一体化传感器技术，通过测量红外激光的空中飞行时间，可实时探测目标的距离信息。

XXXXX红外激光雷达具有的精密的测角技术，能够实现0.057度的测角分辨率，从而能够精确定位目标的真实位置。

（4）目标跟踪

采用卡尔曼跟踪算法，雷达能够持续跟踪目标的连续运动，从而避免多次报警。

（5）目标分类

XXXXX激光雷达雷达能够实时测量目标的身体宽度和反射率，基于先进的模式识别算法进行数据融合，从而对目标属性进行判断，实现目标分类，降低报警防区内动物引起的误报。

（6）防区划分

XXXXX激光雷达可连续跟踪目标的距离和方位角，并将极坐标转为直角坐标体系，用户设置任意多边形防区，保证只有出现在防区的目标，才会输出报警信息。

其主要特点为：

●XXXXX红外激光雷达采用905nmClassI红外激光，人眼安全，无红爆，雷达完全处于隐形状态。

不受雨、雪、沙尘、大风等恶劣天气影响，可同时探测运动和静止目标，适用于高安全级别要求的周界防范。

●XXXXX红外激光雷达采用高频脉冲激光技术，由一体式激光测距模块，测角编码器、信号处理模块构成，系统采用先进的激光雷达信号处理算法，实时学习周围背景环境变化，能够在180度扫描角度和75米探测半径范围内快速发现并同时跟踪16个目标，扫描刷新频率不大于250毫秒。

●XXXXX红外激光雷达可实时测量入侵目标的距离、方位角，定位精度为+/-50厘米，测角精度0.2度，探测率100%，误报率<1个/天。

●在本设计中，在实体围墙巡逻道侧，在实体围墙顶部立柱上每隔100-150米安装1台XXXXX激光雷达，激光面垂直向下，平行于实体围墙照射到地面，构成一道激光虚拟实体围墙。

当有人或目标靠近实体围墙，穿越激光虚拟实体围墙时，身体都会横切激光面，从而触发报警。

XXXXX激光雷达间距100-150米，每两个激光雷达间有10米重叠区，雷达间无任何盲区。

●现场安装示意图如下图所示：

●为实现实体围墙内外侧2个激光雷达之间防区互相保护，将内外侧2个激光雷达的安装位置隔开6米（2个实体围墙立柱），既方便了供电和通信布线，又避免了从某一处同时破坏实体围墙内外2个激光雷达的潜在风险。

●XXXXX红外激光雷达通信接口为RS485总线结构，每临近的实体围墙内外侧两个激光雷达通过RS485总线服务器转为以太网通信结构，并通过2光2电光纤总线收发器转为光纤以太网总线，每5对XXXXX红外激光雷达构成1条光纤以太网总线，从内管分4个方向将周界所有的激光雷达连接起来。

光纤以太网总线技术具有更高的通信抗干扰能力和更远的通信距离，适用于监狱临近容易出现电磁脉冲冲击、电磁干扰等恶劣环境。

图3.前端探测子系统激光雷达结构框图

前端探测子系统结合物理围界实际情况，构建2道防线，防止人员进入警戒隔离带，系统采用在隔离带上安装激光雷达，实现围界防逃跑目标检测、识别及定位。

当逃跑者触发报警后，雷达报警子系统把逃跑者的具体位置坐标（精确到0.5米），发送到联动控制子系统，控制摄像机转动到现场报警场景，值班人员可迅速直观的看到现场的实际情况，与此同时，系统集成平台后台系统会联动触发现场的声光报警器，向现场值班武警进行声光提示；指挥中心值班人员亦可通过麦克风设备向现场通话告警（需选装网络音柱），警告可疑人员。

本系统点位设计示意图如下：

图4.前端探测器点位图

●整个监狱周界警戒隔离区域内共需21台雷达。

外侧（警戒带）雷达下方安装有一个电源箱，内置导轨220VAC/12VDC@4A开关电源，雷达外壳/跳线屏蔽层连接到防雷器的等电位接地上，保证雷达机壳上的感应雷高压直接导入大地，不会对雷达内部器件造成二次感应伤害；220VAC电源采用3芯1.5平方电线，其中地线连接到实体围墙上。

以下图示雷达的现场连接模式。

图6.雷达连接图

2.2.4报警联动子系统

报警联动子系统完成报警事件的联动控制，主要包括前端联动设备及后台集成管理系统的联动部分（在监控中心子系统描述）。

前端联动设备主要由EIO开关量控制器、声光报警器、摄像机（第二标段实现）等组成。

当系统发生报警事件时，后台集成管理系统按照系统预设的联动策略，与前端视频设备联动，自动调出报警防区、相邻防区的视频画面，使操作人员能迅速、直观地掌握现场的一切情况，选择是否采取相应的行动；同时，启动现场的声光报警器，给予值班武警以提示。

外侧激光雷达下方设一个电源箱，箱内配置一台双通道开关量输出EIO控制器，与2台人声发声声光报警器相连，联动逻辑为：

当目标出现在激光雷达0～90度扇区，联动1-A号声光报警器，当目标出现在激光雷达90～180度扇区，联动1-B号声光报警器，达到威慑和武警报警提示的目的。

EIO控制器直接挂在本地激光雷达RS485总线上，通过百兆以太网光纤收发器与指挥中心相连，可以远程控制其开关量输出通断，如下图所示。

图9.联动控制子系统结构框图

2.2.4.1视频联动

监控中心配有独立的视频管理系统，完成前端视频设备的管理，功能包括前端视频的实时浏览及录像、历史视频回放以及前端设备参数的集中设置。

视频监控管理软件与报警管理平台通过SDK实现互联，实现视频的报警联动。

2.2.4.2声光报警联动

声光报警控制

当报警管理平台在探测到周界报警行为时，应打开相应防区的声光报警器，报警器可延时一段时间后关闭，或在报警管理平台通过软件手动关闭。

图7.声光报警器连接图

2.2.5网络传输子系统

整个系统设计中一共采用了3种网络传输技术：

-RS485总线：

用于实体围墙内外侧激光雷达之间以及开关量控制器之间的手拉手通信，通信速率19.2Kbps。

总线采用0.5平方的2x2芯屏蔽双绞线。

-以太网：

用于连接RS485总线服务器和光纤收发器到内管指挥中心主干网络。

-防雷与接地

⏹RS485总线屏蔽层应该单点接地，保证总线对地等电位

⏹每台雷达和电源箱应该外壳接地，防止外来电磁脉冲或感应雷

具体网络架构示意图如下所示。

图7.系统信号连接总体结构示意图

2.2.6监控中心子系统

2.2.6.1雷达报警管理软件

雷达报警管理软件，可以实现了各子系统之间的联动，一旦发生突发事件，可以联动调阅各种想要了解的信息，可以通过平台的电子地图查看突发事件发生地点的视音频资料、人力分布情况、执行设备信息等，都能实时显示在指挥中心的大屏上，对重要部位或重要事件启动紧急预案，以便警情的分析判断和及时处置。

图8.平台运行效果图

雷达报警管理软件有下述特点：

●对操作人员：

提供更便捷的工作方式。

一台终端上可以掌控全部子系统，系统界面更加直观，各子系统之间信息共享并实现自动联动；不需要在不同的子系统、不同的应用画面之间来回往复切换，降低劳动强度，提高工作效率。

●对指挥中心人员：

提供更全面、更及时的现场信息。

在指挥中心内，能够一目了然地看到所有监控场景（地理空间信息+诸音视频信息），及时获知事件告警及辅助信息，能够将指挥命令下发到现场的每个系统、人员和设备；改变以往指挥中心信息获取和沟通不利的局面。

●对系统维护人员：

提供低成本的维护方式。

在一个平台上能够配置和管理所有的安防设备及系统，避免将过多精力用于适应各个子系统界面风格、技术路线等方面的差异，无需投入大量人力物力用于进行系统的升级工作及日常管理。

雷达报警管理软件分为服务器端和客户端。

综合管理平台服务器是既有业务逻辑处理功能，又有网络管理功能，包括：

1）对雷达报警和红外报警的融合处理；2）管理自身及以下的网络设备，包括探测器、汇聚设备、网络设备或其他辅助设备等。

网络管理功能主要内容包括配置管理、事件和性能管理、性能管理、操作维护管理和业务数据透传。

综合管理平台中各功能模块均具有开放的通讯接口，可通过TCP/IP、API协议接口、数据库共享等方式互相通信，并完成分布式部署。

每个子系统以各自的主控系统为中心，独立工作，同时通过集成与其它子系统有机地协同工作、联动防范，构成一个完整的防区安全技术防范体系。

本系统是“目标驱动”型的新型围界安防系统，以多种探测手段组成协同感知的网络，实现全新的目标识别、多点融合和协同感知。

集成管理平台实现围界逃跑目标检测、识别及定位，并能准确区分逃跑者与非逃跑行为。

当上述逃跑行为触发报警时，系统立即调用联动控制子系统，利用视频监控图像，值班人员可迅速直观的看到现场的实际情况。

周界管理平台通过设备驱动的方式，集成本招标范围的雷达信号、联动信号，并需要集成视频，通过统一的展现平台，实现系统系统管理和报警管理。

周界管理平台可以调取周界摄像机图像，实现报警后弹出视频画面，并指挥摄像机转动到相应预置位。

如果摄像机支持实时角度回传，可实现目标追踪。

主要功能如下：

系统故障（维护）管理

提供多种方式来实现本系统所有设备维护管理。

●操作人员可以通过平台电子地图客户端的图形化界面，集中监控中心服务器以及终端设备的通信状态、运行状态及故障情况。

当出现状态变化或故障时，电子地图上的相关图标会以闪烁的方式提示；可按报警事件级别，显示不同颜色；当一台终端设备具有多个状态或故障时，能全部显示；在状态变化后，可及时更新状态信息，更新的时间不大于5s。

●维修人员应能查询单台、一组、一类或全部子系统设备的本日和30日内所发生的状态及故障信息，状态及故障信息应包括终端名称或编号、状态名称、开始及结束时间、状态描述等。

●系统能根据设备状态、故障情况及设备维修日志自动生成相应的设备故障及维修统计报告，以报表形式按周期表现出来。

维修人员能查询设备的维修历史日志及故障维修统计报告，以报表形式按周期表现出来。

联动控制管理

中心系统能够灵活配置安防系统集成的各子系统之间的集成、联动关系，以及安防系统与综合监控系统之间的联动关系，能够在网络层对事件进行联动控制和处理。

电子地图

本系统使用2.5D半立体地图实现监控点定位，支持AutoCAD、JPG、BMP、TIF等多种不同格式的固定图片，实现平面地图的多级链接管理方式；支持SHAPE格式的矢量电子地图，操作员可以根据自己的需要，对电子地图进行缩小、放大和旋转操作，地图的效果不能失真；可快速、准确地精确定位事故现场，提供地理位置信息，便于对应急事件的响应。

系统应采用图形化人机界面，具有分级、分层地图显示功能，采用电子地图方式显示选定辖区内的前端设备布置情况，方便用户操作。

用户可自行设定图标，使用不同的图标可表示不同的设备（定焦摄像机、变焦摄像机、读卡器、报警点等前端设备）。

使用图标控制，用户可控制云台移动、镜头变焦、报警输入点和输出点控制、报警输出确认等。

用户可根据权限切换任何一台摄像机到任何一台指定的监视器或由电子地图软件上显示。

通过电子地图可显示各类终端设备的运行状态、报警和故障情况，自动记录各类事件，可在电子地图上直接处理发生的各类事件，如消除报警、开门等。

系统包括以下主要功能：

Ø矢量电子地图缩放/平移/定位/查找/编辑等。

Ø报警或事件发生时实时图像弹出。

Ø区域地图与总平面图定位显示。

Ø报警/事件信息实时显示、历史查询、处警信息。

Ø针对不同类型报警响应不同级别处警策略和信息。

Ø对前端设备的实时操作，如控制快球、切换图像、门禁控制等。

实时监控

可以通过视频管理客户端、电子地图客户端、键盘等多种形式来实现实时视频的监控目的。

可以人工选择监控系统摄像机图像或报警联动显示相应区域摄像机图像，以及对摄像机进行操作控制，包括预置位设置、镜头控制、云台匀速与变速控制等。

可对录像进行存储管理，通过时间、摄像头编号、事件等信息进行录像检索和回放控制。

视频客户端主界面包括视频列表区、视频窗口区、报警信息显示区、设置操作区和菜单。

报警处理功能模块

报警处理功能模块接收来自前端探测主机的报警事件；同时实现对第三方数据进行融合处理，成为报警数据的底层支持平台。

报警处理主机利用分布在围界不同位置的多种传感器信息进行联合分析，实现空间域的融合；同时利用感知信息的时间关系，建立时间域的融合；真正实现一个会记忆，会思考的感知网络，并利用后台强大的数据融合分析系统，进而实现全网级的融合感知与探测提高了整个系统的稳定性和可靠性。

报警中心联动控制模块

报警中心联动控制模块提供多种联动选项，覆盖报警事件自动分配及响应机制、实时视频浏览、视频回放等功能。

用户可以根据自身的业务流程进行编程，为不同的联动动作定义前后顺序、因果关系以及紧急处理方案，使报警软件无缝的接入到现有的业务流程之中。

报警信息显示以拓扑、电子地图、列表等方式实时呈现，支持按防区、报警类型和报警级别等条件订阅事件。

可通过列表报警和电子地图图形化显示两种形式来实现报警的集中显示、定位和统一处理功能；可根据报警类型灵活定义报警事件级别、报警联动流程、报警事件处理流程、报警显示与提示信息等，报警发生时根据相应设置及提示，引导操作人员的决定，并记录所有操作过程。

系统应可根据报警级别、工作模式状态（白天、夜间等）、以及监狱周界管理模式灵活定义报警处理。

报警事件级别可分为99级。

在客户端可提供“人机交互”的自由编程的预案报警联动流程管理界面。

在报警发生时，操作人员可以根据之前制定好的反应预案流程提示，来执行相关联的操作。

周界集成管理平台的应该采用模块化设计，高度开放，易于客户化。

用户无需更改源代码，仅仅通过简单的培训，就可以对人机界面、逻辑进行修改配置，还可以通过脚本代码对系统进行深度定制。

1）可支持集成不同厂家的产品和系统，实现统一的报警管理，包括：

紧急报警器、周界入侵报警系统、火灾报警系统、雷达、门禁系统、视频监控、智能视频分析、自动化控制系统、楼控系统、SCADA系统。

2）自由灵活的人机界面构建方法，用户可以自由调整人机界面。

3）报警升级：

阶梯式转发消息给更高一级的操作员

4）在地图上点击就可以添加热点事件，未来可点击回放

5）支持计算机辅助分派任务，可自动通过短信、电子邮件将报警信息（目标位置、视频片段、应急预案）发送给现场巡逻人员

6）在值班人员处理报警时，可自动显示操作规程和应急预案步骤指导。

7）不同用户或群组具有不同的操作权限，权限可以是针对于某个报警防区数据的读取，也可以是针对数据的操作运算。

8）支持分布式、跨区域部署系统

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