CN104851226A - 一种电容扰动围界报警系统和报警方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及了一种电容扰动围界报警系统和报警方法。该报警系统包括报警控制器，与报警控制器耦合的报警线缆、报警监控平台，以及与报警监控平台耦合的环境监测装置；报警线缆：用于环绕禁区的围界；报警控制器：给报警线缆供电，使报警线缆之间、报警线缆与地之间形成分布电容，并将报警信号和位置信息反馈给报警监控平台；环境监测装置：监控环境参数并反馈给报警监控平台；报警监控平台：用于监控报警控制器和环境监测装置，并根据环境参数调节报警控制器的灵敏度的阈值。本发明提高防区的安全性。

Description

一种电容扰动围界报警系统和报警方法

一、技术领域

本发明涉及安防领域，具体涉及一种电容扰动围界报警系统和报警方法。

二、背景技术

机场围界防入侵系统是机场安全防范系统的第一道防线，其地位非常重要。围界是将机场飞行控制区与外界隔离的一道空防安全屏障，通常由铁栅栏或铁丝网围成。围界管理工作主要包括:围界是否自然破损、人为破坏，是否有人攀爬、翻越围界，是否对应急通道及锁闭设施进行检查。是否发现无证人员、发现可疑物品及货物、是否发现有人通过围界传递物品等内容。机场设置围界是为了实行飞行区封闭式管理，是维持飞行区的良好秩序的需要，它担负着保障飞行控制区安全的重任，因此，确保机场围界的万无一失已成为空防安全工作的重中之重。

民航局规定年旅客吞吐量1000万人次以上的一类机场的飞行区围界应设立围界报警系统和视频监控系统。系统应能对围界入侵行为作出判断，对目标进行分类，应能在机场飞行和安全照明的环境下工作，应满足全天候运行的要求。目前，围界报警技术有多种，例如电容扰动、振动光缆、红外对射、物联网传感器等，但效果并不理想，误报率很高，造成围界报警系统处于瘫痪状态。

专利文献CN 103035091 A于2013年04月10日公开了一种张力电子围栏入侵探测器及探测方法，该探测器包括：张力探测模块，与张力电子围栏连接，用以探测张力电子围栏的张力变化，得出张力值特征，生成张力电压信号；信号转化模块，与所述张力探测模块通信相连，用以将张力探测模块输出的张力电压信号放大输出；主机控制模块，与所述信号转化模块通信相连，用以对放大后的张力电压信号进行分析判断，确定张力电子围栏的张力变化位置及原因，发出报警信号；电源模块，与所述主机控制模块相连，用以为主机控制模块供电；报警模块，与所述主机控制模块相连，用以接收所述报警信号发出报警。该发明的技术方案对应非接触式的入侵无法报警，存在严重的安全隐患。

专利文献CN2758880于2006年02月15日公开一种电场感应周界电子防护报警器，包括电源，电场信号发生器，电场信号探测处理器，报警微处理器，报警信号输出接口。该技术方案功能单一，无法实现大面积禁区防控，且容易产生误报警。

三、发明内容

针对上述现有技术，本发明所要解决的技术问题供一种提高防护区域安全性的电容扰动围界报警系统和报警方法。

一种电容扰动围界报警系统，包括报警控制器，与报警控制器耦合的报警线缆、报警监控平台，以及与报警监控平台耦合的环境监测装置；

报警线缆：用于环绕禁区的围界；

报警控制器：给报警线缆供电，使报警线缆之间、报警线缆与地之间形成分布电容，并将报警信号和位置信息反馈给报警监控平台；

环境监测装置：监控环境参数并反馈给报警监控平台；

报警监控平台：用于监控报警控制器和环境监测装置，并根据环境参数调节报警控制器的灵敏度的阈值。

进一步的，所述报警线缆包括至少一根发射电缆，以及至少一根与发射电缆平行的感应电缆；所述报警控制器包括微处理器，与微处理器耦合的信号放大模块、信号处理模块和通信模块，还包括显示模块、报警干接点输出模块或其余报警信号输入模块中的任意一个或多个；所述信号放大模块通过信号发射模块耦合到发射电缆；所述信号处理模块通过信号接收模块耦合到感应电缆。

进一步的，所述微处理器有两个，两个微处理器数据耦合，当其中一个微处理器异常时，另一微处理器自动发出复位信号将其进行复位；当两个微处理器都异常时，通过各自的看门狗定时器进行复位。

进一步的，所述发射电缆和感应电缆交替平行设置。

进一步的，所述报警线缆设置在围界围栏的顶部；所述报警线缆采用特制固定件固定。

进一步的，所述报警线缆可设置一组或多组，一般安装在围界围栏的顶部；和/或围栏面向禁区的一侧下方；所述报警线缆采用特制固定件固定。

进一步的，所述电容扰动围界报警系统还包括与报警监控平台耦合的联动装置；当报警监控平台接收的报警信号的变化范围超过预设值，报警监控平台驱动所述联动装置动作。

进一步的，电容扰动围界报警系统还包括环网交换机和网络交换机；所述报警控制器和环境监测装置通过环网交换机耦合到网络交换机，所述报警监控平台包括报警管理服务器；所述报警管理服务器直接耦合到所述网络交换机；所述联动装置包括与所述网络交换机直接耦合的视频联动模块、广播联动模块或照明联动模块中的任意一个或多个。

一种电容扰动围界报警方法，包括步骤：

采用报警线缆环绕禁区的围界；在报警线缆之间、报警线缆与地之间形成分布电容；

采集环境参数，如果环境参数的变化超过预设值，调整驱动报警线缆的报警控制器的灵敏度的阈值；

当分布电容的变化超过所述阈值时，报警控制器报警，并将报警信息和位置信息反馈给报警监控平台。

进一步的，当报警监控平台接收到报警信息时，控制联动装置动作，联动装置的动作逻辑至少包括以下任意一种：

根据报警的位置信息在电子地图的对应防区显示报警灯，并发出报警声音；

在报警监控平台的监控客户端弹出对应防区的视频监控；

开启对应防区的广播系统；

打开对应防区的照明装置。

本发明主要应用静电场感应原理，根据电磁兼容相关理论可知，在感应场区有电容耦合和电感耦合两种形式，在高阻抗的高频电路中最容易产生电容耦合。两个电路中的导体，当它们靠的比较近且存在电位差的时候，一个电路中的导体会对另外一个电路中的导体发生感应，反之亦然，两者互相影响使它们的电场发生变化，这种交链称为电容耦合。当人或者导体靠近时，导致感应线缆与地的分布电容Cs和感应线缆与发射线缆分布电容Cgs发生变化，引起感应线缆上的感应电压发生变化，报警探测器分析感应线缆上信号的变化，判断是否有围界入侵行为。因此，本发明能提供一套全方位、人性化、现代化的解决方案。本发明能够对指定区域进行入侵侵入报警，安全距离报警等功能，实现24小时不间断的围界保护，极大缓解了巡查人员的工作压力，大大提高了防护区域的安全性。系统监控平台可以采用Windows等友好人机界面，可对防区进行撒防、布防，实时在线监控，具有自动储存报警信息，独立打印等功能。本发明可以通过环境监测装置监控温度、湿度、风力等可能影响报警线缆分布电容的环境参数调整，然后根据环境参数调整灵敏度，这样既能可靠报警，又能减少误报警，提高报警的可靠性。

四、附图说明

图1是本发明实施例一电容扰动围界报警系统示意图；

图2是本发明原理示意图；

图3是本发明实施例二电容扰动围界报警系统示意图；

图4是本发明实施例二报警控制器和报警电缆的连接示意图；

图5是本发明实施例二报报警电缆安装位置示意图；

图6是本发明实施例三电容扰动围界报警方法的流程示意图。

其中：10、报警线缆；11、发射电缆；12、感应电缆；20、报警控制器；21、微处理器；23、信号放大模块；24、信号处理模块；25、通信模块；26、显示模块；27、报警干接点输出模块；28、其余报警信号输入模块；291、信号发射模块；292、信号接收模块；30、报警监控平台；40、环境监测装置；50、联动装置；51、视频联动模块；52、广播联动模块；53、照明联动模块。

五、具体实施方式

下面结合附图和较佳的实施例对本发明作进一步说明。

实施例一

如图1所示，本实施方式的电容扰动围界报警系统包括报警控制器20，与报警控制器20耦合的报警线缆10、报警监控平台30，以及与报警监控平台30耦合的环境监测装置40；报警线缆10：用于环绕禁区的围界；报警控制器20：给报警线缆10供电，使报警线缆10之间、报警线缆10与地之间形成分布电容，并将报警信号和位置信息反馈给报警监控平台30；环境监测装置40：监控环境参数并反馈给报警监控平台30；报警监控平台30：用于监控报警控制器20和环境监测装置40，并根据环境参数调节报警控制器20的灵敏度的阈值。

电容扰动围界报警系统由两部分组成：报警控制器20和报警线缆10。其中报警控制器20是整个围界报警系统中的核心，负责防护、检测和报警控制；报警线缆10指围界现场防护栏部分，与报警控制器20连接。

产品主要应用静电场感应原理，根据电磁兼容相关理论可知，在感应场区有电容耦合和电感耦合两种形式，在高阻抗的高频电路中最容易产生电容耦合。两个电路中的导体，当它们靠的比较近且存在电位差的时候，一个电路中的导体会对另外一个电路中的导体发生感应，反之亦然，两者互相影响使它们的电场发生变化，这种交链称为电容耦合。

设导体G上有一个高频电压Eg，在其附近有一个导体S，导体S与地的分布电容为Cs，导体S与导体G之间的分布电容为Cgs，则在导体S上的感应电压为式(1)所示。

$U_s=E_g\×\frac{C_{\mathrm{gs}}}{C_{\mathrm{gs}}+C_s}---\left(1\right)$

当Cs或Cgs发生变化时就会引起感应电压Us的变化。

如图2所示在发射线缆上输出一个发射信号，根据电容耦合原理，感应线缆上感应相应频率的信号，当人或者导体靠近时，导致感应线缆与地的分布电容Cs和感应线缆与发射线缆分布电容Cgs发生变化，引起感应线缆上的感应电压发生变化，报警探测器分析感应线缆上信号的变化，判断是否有围界入侵行为。

因此，本发明能提供一套全方位、人性化、现代化的解决方案。本发明能够对指定区域进行入侵侵入报警，安全距离报警等功能，实现24小时不间断的围界保护，极大缓解了巡查人员的工作压力，大大提高了防护区域的安全性。系统监控平台可以采用Windows等友好人机界面，可对防区进行撒防、布防，实时在线监控，具有自动储存报警信息，独立打印等功能。本发明可以通过环境监测装置40监控温度、湿度、风力等可能影响报警线缆10分布电容的环境参数调整，然后根据环境参数调整灵敏度，这样既能可靠报警，又能减少误报警，提高报警的可靠性

实施例二

如图3、4所示，本实施方式的报警系统主要分为三个部分：

1)现场的报警线缆10、报警控制器20、气象站(环境监测装置的一种)等；

2)通信部分采用工业环网交换机组成的光纤通信；

3)控制室主要有数据库服务器、串口服务器、报警管理终端等，系统还可以对视频、广播、照明等进行联动。

具体来说，在实施例一的基础上，电容扰动围界报警系统还包括与报警监控平台30耦合的联动装置50、环网交换机和网络交换机；报警控制器20和环境监测装置40通过环网交换机耦合到网络交换机，报警监控平台30包括报警管理服务器；报警管理服务器直接耦合到网络交换机；联动装置50包括与网络交换机直接耦合的视频联动模块51、广播联动模块52或照明联动模块53中的任意一个或多个。当报警监控平台30接收的报警信号和位置信息的变化范围超过预设值，报警监控平台30驱动联动装置50动作。

报警线缆10包括一根发射电缆11，以及两根与发射电缆11平行的感应电缆12；两根感应电缆12分别设置在发射电缆11的上方和下方。

报警控制器20包括微处理器21，与微处理器21耦合的信号放大模块23、信号处理模块24和通信模块25，还包括显示模块26、报警干接点输出模块27或其余报警信号输入模块28中的任意一个或多个；信号放大模块23通过信号发射模块291耦合到发射电缆11；信号处理模块24通过信号接收模块292耦合到感应电缆12。微处理器21有两个，两个微处理器21数据耦合，当其中一个微处理器21异常时，另一微处理器21自动发出复位信号将其进行复位；当两个微处理器21都异常时，通过各自的看门狗定时器进行复位。

报警控制器20全部采用军工级电子元器件，保证产品性能和寿命，微处理器21采用ARM、DSP和FPGA，采用CAN、以太网等通讯方式确保系统通信可靠、实时。控制箱体内部采用SPD防雷模块，外部采用镀锌扁钢接地，接地电阻控制在5欧姆以下。还可以配备了其它一些实用功能，如液晶面板显示报警信息及相关技术环境参数、不拆机故障诊断等，该技术已达到国际安防产品先进技术水平。

报警控制器20正常工作后，信号发射端发出脉冲信号，使之发射线与接收线之间发生电容扰动现象，通过接收端将接收线上产生的信号传回报警控制器20，对其进行分析处理，判断当报警电缆立体防护区域被接近或触摸、剪断状态并同步进行报警，同时将报警信号传给其他需要接入的设备或上位机以实现协同报警，远距离报警。

电容扰动报警系统的报警原理是当人靠近感应线缆时，会引起感应线缆间的电容发生变化，从而引起信号接收线缆电压发生变化，报警处理器通过分析电压的变化率来判断是否有人入侵。

人员入侵时电容信号幅值变化大，不产生漏报。在系统处于稳定工作时电压信号变化率在万分之几的数量级波动，而当人靠近线缆到30厘米时系统的信号变化率能达到千分之几的数量级，当人碰到线缆时这个数量就提高到了百分之几。而系统中设定的报警最低灵敏度阈值也在千分之几数量级上，远远小于人碰到线缆后的百分之几的数量级，所以系统不会产生漏报。

系统可根据实际需要，调节报警灵敏度，可在报警监控平台30一键设置，也可单独设置。系统将灵敏度分为0～9十个等级，当灵敏度设置为0时，系统基本处于撤防状态，有利于维护调试时不产生误报。当灵敏度设置为9.则为系统最灵敏，检测回来的感应电压有轻微变化则会报警，适用于天气状态较好的天气。

修改灵敏度在报警监控平台30进行设置，然后通过环网进入控制箱内交换机，再进入控制器。通过调整灵敏度等级，改变触发报警的距离阀值，以此适应于不同的应用场景。

本系统很好地解决了报警产品漏报问题。由报警原理可知，当报警线缆10间的分布电容发生改变，感应电压随即发生变化，进一步触发报警系统。当入侵者靠近围栏时，报警线缆10间的分布电容将会随之变化。

根据报警原理，系统不受雾霾天气影响；也不受下雨天气影响，原因在于报警线缆10的固定采用特制固定件件，具有一定是强度和韧性，既能固定线缆还能消除下雨时线缆间分布电容的急剧变化；刮风时，则主要通过控制器内部算法进行消除。因此，系统不受天气的影响，报警准确，误报率低。

本系统提供多种接口，可集成其余报警设备，如红外、振动光缆等，同时系统可联动围界视频监控系统、围界照明系统、围界广播系统等。一旦报警发生，报警监控平台30立即在电子地图的对应防区显示红色闪烁报警灯，并发出报警声音；相应防区的视频监控立即弹出，显示在监控客户端，工作人员可通过手柄进行放大或缩小视频区域进行确认；另外对应防区的广播系统也将开启，监控人员可在机房对入侵者进行喊话警告。

根据用户具体的防护范围，系统可选择三线、五线等不同的布线方式。系统采用双CPU进行设计，并且相互之间通过一定协议进行数据交换进行监护，当出现其中一CPU异常时，另一CPU自动发出复位信号将其进行复位，当两个CPU都有异常时，则可通过各自的看门狗定时器进行复位，实现自恢复。

本系统可适用于各种监控要求的户内及户外公共场所。如机场、军队、监狱、仓库、油库、居民小区等户外公共场所，能有效排除恶略天气带来的干扰，安装小巧方便，外观美观大方。

本系统集“阻挡”、“威慑”、“报警”三重功能于一体，并提供与其他安防产品的通用接口，实现了围界系统的多元化发展。推荐主要技术指标如下：

项目	参数
		输入电压	单相100～240VAC 50Hz
漏电流	＜0.7mA/230VAC
		额定输入功率	≤120W
输出负载保护	110～150％
		输出过压保护	115～150％
数字接口	1路CAN、1路485、1路232总线
		开关量接口	4路干节点输入接口
报警输出	4路继电器输出，输出保持时间5-300秒
		发射脉冲频率	30k～50k
发射脉冲电压	50～120V
		工作相对湿度	＜95％
防区范围	每防区5～150m
		报警探测线缆数量	3线、5线、6线、7线
报警探测线缆敷设方式	平行敷设
		灵敏度调节范围	0～30cm
工作温度	-40℃～+80℃

如图5所示，报警电缆大致有以下三种安装形式。

a)、安装形式一

项部安装，此类安装形式主要为人员翻越围栏时，靠近或触动报警线缆，系统立即报警。

b)、安装形式二

围栏内侧，附着围栏安装，此类安装形式主要人员破坏围栏时，系统报警。

c)、安装形式三

围栏内侧，立地安装，此类安装形式主要是在人员进入禁区后系统报警。报警线缆有三组。一组设置在围界围栏的顶部；另外一组设置在围栏面向禁区的一侧或/和在禁区内临近围栏立地安装

由于围界报警主要有翻越围界和破坏围界闯入两种类型，因此一般采用安装形式一与安装形式二或安装形式一与安装形式三两种组合安装方式，即能达到综合报警。

实施例三

如图6所示，本实施方式公开一种电容扰动围界报警方法，包括步骤：

a.采用报警线缆环绕禁区的围界；在报警线缆之间、报警线缆与地之间形成分布电容；

b.采集环境参数，如果环境参数的变化超过预设值，调整驱动报警线缆的报警控制器的灵敏度的阈值；

c.当分布电容的变化超过所述阈值时，报警控制器报警，并将报警信息和位置信息反馈给报警监控平台。

d.当报警监控平台接收到报警信息时，控制联动装置动作，联动装置的动作逻辑至少包括以下任意一种：

e1.根据报警的位置信息在电子地图的对应防区显示报警灯，并发出报警声音；

e2.在报警监控平台的监控客户端弹出对应防区的视频监控；

e3.开启对应防区的广播系统；

e4.打开对应防区的照明装置。

本报警方法适用但不局限于本发明所述的电容扰动围界报警系统。

应当说明的是，以上实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种电容扰动围界报警系统，包括报警控制器(20)，其特征在于，还包括与报警控制器(20)耦合的报警线缆(10)、报警监控平台(30)，以及与报警监控平台(30)耦合的环境监测装置(40)；

报警线缆(10)：用于环绕禁区的围界；

报警控制器(20)：给报警线缆(10)供电，使报警线缆(10)之间、报警线缆(10)与地之间形成分布电容，并将报警信号和位置信息反馈给报警监控平台(30)；

环境监测装置(40)：监控环境参数并反馈给报警监控平台(30)；

报警监控平台(30)：用于监控报警控制器(20)和环境监测装置(40)，并根据环境参数调节报警控制器(20)的灵敏度的阈值。

2.根据权利要求1所述的电容扰动围界报警系统，其特征在于，所述报警线缆(10)包括至少一根发射电缆(11)，以及至少一根与发射电缆(11)平行的感应电缆(12)；所述报警控制器(20)包括微处理器(21)，与微处理器(21)耦合的信号放大模块(23)、信号处理模块(24)和通信模块(25)，还包括显示模块(26)、报警干接点输出模块(27)或其余报警信号输入模块(28)中的任意一个或多个；所述信号放大模块(23)通过信号发射模块(291)耦合到发射电缆(11)；所述信号处理模块(24)通过信号接收模块(292)耦合到感应电缆(12)。

3.根据权利要求2所述的电容扰动围界报警系统，其特征在于，所述微处理器(21)有两个，两个微处理器(21)数据耦合，当其中一个微处理器(21)异常时，另一微处理器(21)自动发出复位信号将其进行复位；当两个微处理器(21)都异常时，通过各自的看门狗定时器进行复位。

4.根据权利要求2所述的电容扰动围界报警系统，其特征在于，所述发射电缆(11)和感应电缆(12)交替平行设置。

5.根据权利要求1所述的电容扰动围界报警系统，其特征在于，所述报警线缆(10)设置在围界围栏的顶部；所述报警线缆(10)采用特制固定件固定。

6.根据权利要求1所述的电容扰动围界报警系统，其特征在于，所述报警线缆(10)可设置一组或多组，安装在围界围栏的顶部和/或围栏面向禁区的一侧下方；所述报警线缆(10)采用特制固定件固定。

7.根据权利要求1所述的电容扰动围界报警系统，其特征在于，所述电容扰动围界报警系统还包括与报警监控平台(30)耦合的联动装置(50)；当报警监控平台(30)接收的报警信号的变化范围超过预设值，报警监控平台(30)驱动所述联动装置(50)动作。

8.根据权利要求7所述的电容扰动围界报警系统，其特征在于，电容扰动围界报警系统还包括环网交换机和网络交换机；所述报警控制器(20)和环境监测装置(40)通过环网交换机耦合到网络交换机，所述报警监控平台(30)包括报警管理服务器；所述报警管理服务器直接耦合到所述网络交换机；所述联动装置(50)包括与所述网络交换机直接耦合的视频联动模块(51)、广播联动模块(52)或照明联动模块(53)中的任意一个或多个。

9.一种电容扰动围界报警方法，包括步骤：

采用报警线缆环绕禁区的围界；在报警线缆之间、报警线缆与地之间形成分布电容；

采集环境参数，如果环境参数的变化超过预设值，调整驱动报警线缆的报警控制器的灵敏度的阈值；

当分布电容的变化超过所述阈值时，报警控制器报警，并将报警信息和位置信息反馈给报警监控平台。

10.根据权利要求9所述的电容扰动围界报警方法，其特征在于，当报警监控平台接收到报警信息时，控制联动装置动作，联动装置的动作逻辑至少包括以下任意一种：

根据报警的位置信息在电子地图的对应防区显示报警灯，并发出报警声音；

在报警监控平台的监控客户端弹出对应防区的视频监控；

开启对应防区的广播系统；

打开对应防区的照明装置。