CN101930649A

CN101930649A - 光纤围栏报警系统在恶劣天气条件下防止误报的方法

Info

Publication number: CN101930649A
Application number: CN 201010258872
Authority: CN
Inventors: 陈兆麟; 屠东升
Original assignee: NINGBO NUOKE ELECTRONIC TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO LTD
Current assignee: Zhejiang Zhongxin Power Measurement and Control Technology Co., Ltd.
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2010-12-29
Anticipated expiration: 2030-08-20
Also published as: CN101930649B

Abstract

本发明一种光纤围栏报警系统在恶劣天气条件下防止误报警的方法，特点是设置一个实时的动态阈值，对于实时检测得到的时域值进行处理，当处理结果的有效过阈值数量大于此时的动态阈值时，则报警，否则不报警，优点在于设置一个动态阈值，能随环境变化，动态改变入侵的判定条件，消除了恶劣天气条件下，特别是暴雨天气下，由于雨点密集的砸击传感光缆使光缆振动而产生的噪声信号，只有当本次检测的结果超过动态阈值时才进行报警，有效防止了光纤围栏报警系统的误报警。

Description

光纤围栏报警系统在恶劣天气条件下防止误报的方法

技术领域

本发明涉及一种防入侵报警系统消除干扰信号的方法，尤其是涉及一种光纤围栏报警系统在恶劣天气条件下防止误报的方法。

背景技术

随着计算机技术和传感技术的迅速发展和各种新技术的不断涌现，人们对银行、仓库、家庭、油库、核工业等重要部门的防入侵报警系统提出了更高的要求。目前市场上防盗防入侵系统种类繁多，按探测器的探测原理不同或应用的传感器不同来分，可以分为:雷达式微波探测器、微波墙式探测器、红外探测器、开关式探测器、超声波探测器、声控探测器、振动探测器、玻璃破碎探测器、电场感应式探测器、电容变化探测器、视频探测器、光电探测器等。面对如此众多的防盗报警系统，性价比的高低，环境适应力强弱等无疑将成为人们选择设备的首要条件。

目前使用较为普遍的有红外智能报警系统、张力式电子围栏和埋地磁场式泄漏电缆入侵围栏。红外智能报警系统的主要缺点是监控距离较短，受环境气候影响较大，抗干扰能力差。而张力式电子围栏是一种防止人体逾越的障碍物和感知攀爬、拉压、剪断障碍物企图入侵的机电装置的集合体，是一种新型周界防入侵报警设施。但是由于控制各个点张力相对比较复杂，所以在安装和维护方面比较困难，限制了作用区域的增大。埋地磁场式泄漏电缆入侵围栏是一种隐蔽的入侵探测传感器，通过在埋地泄漏电缆周围产生不可见的电磁场。由于检测的传感信号是外界磁场变化，所以外界非入侵物体的磁场变化将对于该检测方法产生很大干扰，对于那些要求较少外界磁场干扰的场所环境，是不能符合标准要求的。

为了解决上述的问题，人们研制了光纤围栏报警系统。即一种基于分布式光纤传感器的周界防范报警系统。它是利用一根传感光纤作为传输的敏感元件，光纤传感器上的任意一部分既是敏感单元，又是其它敏感单元信息的传输通道，所以可获得被测量沿此时间变化和光纤空间的分布信息。

光纤围栏报警系统的安防技术，即采用分布式光纤传感器作为传感的器件，通过对直接触及布式光纤传感器或通过承载物，如覆土、铁丝网、围栏等，传递给光纤（缆）的各种扰动，进行持续和实时的监控，采集扰动数据，经过后端分析处理和智能识别，判断出不同的外部干扰类型，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，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。其中光纤既作为传感的介质，又作为传输介质。光纤围栏报警系统可以在传感光纤布设长度内，对一定准确度范围内的突发事件进行远程和实时的监控。因此，在光缆监控、光纤围栏监控、管道监控等方面都有着广阔的应用前景。

分布式光纤传感器系统用了光纤干涉原理，通过光源发射光进入到传感光纤中，当传感光纤受到外界入侵后，光纤中光的干涉发生变化，引起光强突变，变化的信号输送到检测装置，将光信号转化成电信号，再经过处理单元分析处理，如果达到装置事先设置好的入侵报警标准，触发报警。该类装置的有以下几个特点：

1. 由于负责传感器件是全光纤，传输的是光，并非电流或者磁场，在外围的传感器件都不带电，对入侵者身体无伤害，符合现行技防要求，其在诸如油库等严防电火环境下工作非常理想，具备光纤传感器的特殊优势。

2.装置检测的信号是光强变化，只要根据环境设置实际报警参数，在强磁场，强噪音，强辐射等恶劣工作环境对装置没有影响。在恶劣气候如风霜、雨雪、浓雾、沙尘、高温、低温等严酷环境下，始终忠于职守。

3. 检测范围广。光在光纤传输中的损耗非常小，所以装置检测距离长。

4.安装便捷。只要将普通传感光纤简单固定在被安防的外围围栏上，而不用象张力式围栏一样调试很微小的细节，无需在特定位置上添加特殊的检测器件；由于传感光纤比较柔软轻便细小，可以根据不同环境随意改变距离角度，从而不留防范死角。

5.环境适应力强，性能稳定可靠。该装置可以根据不同的安装环境改变不同的设备报警参数，从而防止飞鸟、小动物、树叶、小树枝等干扰引起误报。

6.管理维护简单。负责外围的传感光纤都工作在外界环境，而检测分析装置都可以放置在监控室内，触发报警简单，无需培训专业人士管理。

但该类装置也存在着下述的问题：该系统本质在于对振动信号的检测和分析。目前该种系统对在非恶劣天气条件下的人为入侵能完成精确判定。但是在恶劣天气条件下，特别是强风雨天气下，由于在风雨作用下使光缆振动而产生的噪声信号在强度和频率上都同人为入侵时产生的信号较为相似，因而会产生很多误报。而要保证下雨时不产生误报，其前提就在一般天气条件下有些人为入侵行为就无法被系统判断为入侵事件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种使光纤围栏报警系统能够在恶劣天气条件下有效防止误报警的方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种光纤围栏报警系统在恶劣天气条件下防止误报警的方法，设置一个实时的动态阈值，对于实时检测得到的时域值进行处理，当处理结果大于此时的动态阈值时，则报警，否则不报警，具体步骤为：1）预处理：设定采样频率为一次采集的数据点多于1000个点，并保持运行时系统采样频率一致，对于同一种采样频率，在一般环境噪声情况下入侵行为发生时所检测得到的事件波形，对采集得到的信号进行归一化处理，将信号幅值统一在一个固定范围内，然后设置一个下限电平值和一个上限电平值，所述的下限电平值为：最小电平值+（最大电平值-最小电平值）×5%—7.5%，所述的上限电平值为：最大电平值 -（最大电平值-最小电平值）×5%—7.5%，通过配置工具计算此时高于所述的上限电平值或低于所述的下限电平值的每个数据段中连续数据点的数量，确定算法脉冲宽度为大于等于具有最大连续数据点的数据段的数据点数量，并定义：若高于所述的上限电平值或低于所述的下限电平值的数据段中连续数据点的数量小于所述的算法脉冲宽度，该数据段为一个数据帧，一个数据帧具有的数据点的数量为一个数据帧的帧长度，一次采集的数据中所有数据帧的帧长度的总和为有效过阈值数量；2）对在同一种采样频率情况下实时检测得到的时域值进行处理，通过配置工具计算得到一次采集的数据中的有效过阈值数量，选取连续5次以上的检测结果在存储器中进行存储；3）按照步骤2）的方式继续对在同一种采样频率情况下实时检测得到的时域值进行处理，得到该次采集的数据中的有效过阈值数量，然后采用先进先出的原则存入存储器，将存储器中的所有数据累加再除以选取的次数得到一个均值，该均值乘以一个1—1.5的比例系数之后，再加上算法基数即得到本次动态阈值，所述的算法基数为步骤1）中的有效过阈值数量的1/8~1/2；当本次检测结果的有效过阈值数量大于本次的动态阈值时，则报警，否则不报警。

所述的存储器中存储的检测结果可以为10次，所述的算法基数可以为步骤1）中的有效过阈值数量的1/8~3/8，所述的比例系数可以为1.1—1.4。

所述的存储器中存储的检测结果最好为12次，所述的算法基数最好为步骤1）中的有效过阈值数量的1/4，所述的比例系数最好为1.3。

与现有技术相比，本发明的优点在于设置一个动态阈值，能随环境变化，动态改变入侵的判定条件，消除了恶劣天气条件下，特别是暴风雨天气下，由于雨点密集的砸击传感光缆使光缆振动而产生的噪声信号，只有当本次检测的结果超过动态阈值时才进行报警，有效防止了光纤围栏报警系统的误报警。

附图说明

图1为本发明方法的流程框图；

图2为实施例一的一般环境噪声下有入侵事件发生时的时域波形图；

图3为实施例一的风雨时的环境噪声下无入侵事件发生时的的时域波形图；

图4为实施例一的风雨时的环境噪声下无入侵事件发生时的动态阈值和检测结果的波形图；

图5为实施例一的风雨时的环境噪声下有入侵事件发生时的时域波形图；

图6为实施例一的风雨时的环境噪声下有入侵事件发生时的动态阈值和检测结果的波形图；

图7为实施例一的一般环境噪声下有入侵事件发生时的时域波形图；

图8为实施例一的风雨时的环境噪声下无入侵事件发生时的的时域波形图；

图9为实施例一的风雨时的环境噪声下无入侵事件发生时的动态阈值和检测结果的波形图；

图10为实施例一的风雨时的环境噪声下有入侵事件发生时的时域波形图；

图11为实施例一的风雨时的环境噪声下有入侵事件发生时的动态阈值和检测结果的波形图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一：1）预处理：在此设定采样率为8K，一次采样点数为1024个，如图2所示，将信号归一化到幅值为800。信号的最小值为-400，最大值为400。按照幅值的5%，取-360为下限电平值，360为上限电平值预处理，确定算法脉冲宽度为等于具有最大连续数据点的数据段的数据点数量，这里的算法脉冲宽度为5；并定义：若高于上限电平值360或低于下限电平值-360的数据段中连续数据点的数量小于算法脉冲宽度5，该数据段为一个数据帧，一个数据帧具有的数据点的数量为一个数据帧的帧长度，一次采集的数据中所有数据帧的帧长度的总和为有效过阈值数量，通过配置工具计算得到该次采集的数据中的有效过阈值数量为94；2）在采样率为8K，一次采样点数为1024个的情况下实时检测得到的时域值进行处理，通过配置工具计算得到一次采集的数据中的有效过阈值数量，选取连续12次的检测结果在存储器中进行存储；3）按照步骤2）的方式继续对在同一种采样频率情况下实时检测得到的时域值，如图3和图4所示，对于序号为第5次的检测结果，经过处理后，得到该次采集的数据中的有效过阈值数量为124，然后采用先进先出的原则存入存储器，将存储器中的所有数据累加再除以选取的次数得到有效过阈值数量的平均值为87；该均值乘以一个1.3的比例系数之后，再加上算法基数即步骤1）中的有效过阈值数量的1/4，得到本次动态阈值为136，本次检测结果的有效过阈值数量小于本次的动态阈值，此时判断没有入侵事件发生，则不报警；如图5和图6所示，对于序号为第7次的检测结果，经过处理后，得到该次采集的数据中的有效过阈值数量为152，然后采用先进先出的原则存入存储器，将存储器中的所有数据累加再除以选取的次数得到有效过阈值数量的平均值为56；该均值乘以一个1.3的比例系数之后，再加上算法基数即步骤1）中的有效过阈值数量的1/4，得到本次动态阈值为97，本次检测结果的有效过阈值数量大于本次的动态阈值，此时判断有入侵事件发生，则报警。

实施例二：1）预处理：在此设定采样率为8K，一次采样点数为1024个，如图7所示，将信号归一化到幅值为800。信号的最小值为-400，最大值为400。按照幅值的7.5%，取-340为下限电平值，340为上限电平值预处理，确定算法脉冲宽度为等于具有最大连续数据点的数据段的数据点数量，这里的算法脉冲宽度为7；并定义：若高于上限电平值340或低于下限电平值-340的数据段中连续数据点的数量小于算法脉冲宽度7，该数据段为一个数据帧，一个数据帧具有的数据点的数量为一个数据帧的帧长度，一次采集的数据中所有数据帧的帧长度的总和为有效过阈值数量，通过配置工具计算得到该次采集的数据中的有效过阈值数量为117；2）在采样率为8K，一次采样点数为1024个的情况下实时检测得到的时域值进行处理，通过配置工具计算得到一次采集的数据中的有效过阈值数量，选取连续10次的检测结果在存储器中进行存储；3）按照步骤2）的方式继续对在同一种采样频率情况下实时检测得到的时域值，如图8和图9所示，对于序号为第3次的检测结果，经过处理后，得到该次采集的数据中的有效过阈值数量为52：，然后采用先进先出的原则存入存储器，将存储器中的所有数据累加再除以选取的次数得到有效过阈值数量的平均值为73；该均值乘以一个1.4的比例系数之后，再加上算法基数即步骤1）中的有效过阈值数量的1/8，得到本次动态阈值为117，本次检测结果的有效过阈值数量小于本次的动态阈值，此时判断没有入侵事件发生，则不报警；如图10和图11所示，对于序号为第8次的检测结果，经过处理后，得到该次采集的数据中的有效过阈值数量为198，然后采用先进先出的原则存入存储器，将存储器中的所有数据累加再除以选取的次数得到有效过阈值数量的平均值为87；该均值乘以一个1.4的比例系数之后，再加上算法基数即步骤1）中的有效过阈值数量的1/8，得到本次动态阈值为137，本次检测结果的有效过阈值数量大于本次的动态阈值，此时判断有入侵事件发生，则报警。

本发明的构思是：环境干扰有时很大，极大地影响了检测结果的判别，需要对外界随机干扰予以排除，以准确报警。另一方面，在实验中也发现，自然界的环境在几秒时间内是很少会剧烈变化，在大多数情况下，环境的变化在以秒为计量单位的条件下是平稳变化的，且具有连续性。

而人为入侵行为引起的振动信号总是间断性地，短时间内振动幅度较强，持续时间较短等信号特征。

根据上述发明构思，本发明采用的是一种环境自适应的处理方法，包括采用分布式光纤振动检测系统通过数据采集模块不断采集得到系统所监测的范围内的实时检测信号，对于采集得到的信号通过过阈值数量处理算法进行环境噪声的自适应。

Claims

1.一种光纤围栏报警系统在恶劣天气条件下防止误报警的方法，其特征在于设置一个实时的动态阈值，对于实时检测得到的时域值进行处理，当处理结果大于此时的动态阈值时，则报警，否则不报警，具体步骤为：1）预处理：设定采样频率为一次采集的数据点多于1000个点，并保持运行时系统采样频率一致，对于同一种采样频率，在一般环境噪声情况下入侵行为发生时所检测得到的事件波形，对采集得到的信号进行归一化处理，将信号幅值统一在一个固定范围内，然后设置一个下限电平值和一个上限电平值，所述的下限电平值为：最小电平值+（最大电平值-最小电平值）×5%—7.5%，所述的上限电平值为：最大电平值 -（最大电平值-最小电平值）×5%—7.5%，通过配置工具计算此时高于所述的上限电平值或低于所述的下限电平值的每个数据段中连续数据点的数量，确定算法脉冲宽度为大于等于具有最大连续数据点的数据段的数据点数量，并定义：若高于所述的上限电平值或低于所述的下限电平值的数据段中连续数据点的数量小于所述的算法脉冲宽度，该数据段为一个数据帧，一个数据帧具有的数据点的数量为一个数据帧的帧长度，一次采集的数据中所有数据帧的帧长度的总和为有效过阈值数量；2）对在同一种采样频率情况下实时检测得到的时域值进行处理，通过配置工具计算得到一次采集的数据中的有效过阈值数量，选取连续5次以上的检测结果在存储器中进行存储；3）按照步骤2）的方式继续对在同一种采样频率情况下实时检测得到的时域值进行处理，得到该次采集的数据中的有效过阈值数量，然后采用先进先出的原则存入存储器，将存储器中的所有数据累加再除以选取的次数得到一个均值，该均值乘以一个1—1.5的比例系数之后，再加上算法基数即得到本次动态阈值，所述的算法基数为步骤1）中的有效过阈值数量的0~1/2；当本次检测结果的有效过阈值数量大于本次的动态阈值时，则报警，否则不报警。

2.如权利要求1所述的光纤围栏报警系统在恶劣天气条件下防止误报警的方法，其特征在于所述的存储器中存储的检测结果为10次，所述的算法基数为步骤1）中的有效过阈值数量的1/8~3/8，所述的比例系数为1.1—1.4。

3.如权利要求1所述的光纤围栏报警系统在恶劣天气条件下防止误报警的方法，其特征在于所述的存储器中存储的检测结果为12次，所述的算法基数为步骤1）中的有效过阈值数量的1/4，所述的比例系数为1.3。