CN105261134A - 基于光纤传感的城市管网防侵入报警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光纤传感的城市管网防侵入报警系统。涉及光纤传感技术领域，所述包括井盖入侵报警分系统，包括与井盖连接的振动激励组件、光纤以及监控终端，当井盖被非法入侵时，振动激励组件被触发，引发光纤振动，从而光纤传感系统获取信号，信号经过处理和计算传输给监控终端；电缆沟入侵报警分系统，包括设置于电缆沟内部且用于感应踩踏的感应光缆或感应激励组件，感应光缆或感应激励组件被触发，引发光纤振动，从而光纤传感系统获取信号，信号经过处理和计算传输给监控终端，同时，语音监听模块监测到的声音通过传输光纤传送至语音监听终端。所述系统可以对井盖、电缆沟进行全方位的监控及语音监听，起到提前预警的效果。

Description

基于光纤传感的城市管网防侵入报警系统

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体为涉及一种基于光纤传感的城市管网防侵入报警系统。

背景技术

城市市政安全设施中，有大量地下工程，包括八大管道(给排水、通讯、电力、燃气…等)。这些地下公社设施和市政设备的安全，对于构建和平城市具有重大意义。长期以来，城市安全建设存在“重地上轻地下”不足，由此带来安全隐患。例如多处城市内涝造成地下井盖遗失伤及人员安全；多地电缆沟长期非法人员侵入，盗窃电力线缆等。

近年来，在各地广泛开展的智慧城市建设中，一种基于光纤的振动探测技术逐步被应用于地下设施的安全监控。

该技术利用光纤传感技术能够对光纤铺设区域环境振动实现传感并定位的原理。通过铺设于城市地下管道(沟渠)的传感光纤(光缆)，从而实现对长距离地下管道(沟渠)及设施的安全监控。

对于城市市政地下设施而言，最重要的安全监控应集中在各种地下设施的地面开口，通过监控井盖的非法和意外开启，来监测人员的非法进入、防止井盖遗失造成的区安全隐患。因此，如何实现地下设施的安全监控，最主要的环节是实现对各种井盖口的准确、实时监控。为此，本设计方案提出了一种全新的井盖监控技术，与光纤振动传感技术相结合，由此构建适用于城市地下设施安全管控的长距离监控系统。

维护市政基础设施的安全是社会稳定、经济快速发展的一个基本要求。对通信光纤(包括海底光纤)、高压电网、电缆沟等基础设施进行安全监控，不仅使这些设施实现技术性功能的保障，更是避免造成重大经济损失、维护社会稳定发展的有效手段。特别是随着基础设施建设的快速发展，呈现出区域分布广、复杂程度高、重要性进一步提高的新特点，这就使得基础设施受到危害的范围、频率也随之增加，安全监控的难度、重要性也相应增加。据不完全统计，仅中国每年因外界破坏而造成的管道泄漏或爆炸上千余次，直接经济损失达几亿元。由此带来的环境污染、商业信用等损失更是难以估量。

为了维护干线的完整性，防止第三方破坏，直接负责管道、电网、通信网等运营部门已经投入了巨大的人力和财力。各级政府和社会各界也非常关注，从专项立法到具体防范、舆论宣传、专项治理等方面都做了大量的工作。国务院曾召开电视电话会议，部署开展输油管道生产治安秩序专项行动，公安部也加大了打击盗油犯罪的力度，并收到了一定的成效。

各种管道运输安全监测技术在这种强烈的市场需求中应运而生并不断发展，目前已有的电缆沟监控技术主要有“红外对射技术”、“芯片GPS定位技术”等。由于长时间长距离地下沟渠干线的监控，以上技术设备容易受潮，受电磁干扰的影响且长距离供电困难，因此，光纤监控监测技术成为了进行电力、通讯等行业的安全监测和预防人为破坏的主要技术手段。光纤监控监测技术以光纤传感为基础，通过分析光纤中传输的光波的物理特征参量(如强度(功率)、波长、频率、相位和偏振态等发生变化)，测量光参量的变化即“感知”外界信号的变化(这种“感知”实质上是外界信号对光纤中传播的光波实时调制)从而实现对监测环境的实时监控。以光纤作为监测信息传输媒介，光纤本身不带电，体积小，质量轻，易弯曲，抗电磁干扰，抗辐射性能好，特别适合于易燃、易爆、空间受严格限制及旨电磁干扰等恶劣环境下使用。而且光纤定位监测能够对威胁管道安全的各种行为进行实时监测、准确定位和预警，“未雨绸缪”，给电缆沟及各管道维护者留出足够时间来制止破坏或强化防范，彻底扭转运营部门当前这种被动堵漏的不利局面，从根本上避免损失。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于光纤传感的城市管网防侵入报警系统，所述系统统可快速定位入侵的井盖，以及对入侵的方式进行监测监听。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于光纤传感的城市管网防侵入报警系统，包括：

井盖入侵报警分系统，包括与井盖连接的振动激励组件、探测光纤以及监控终端；当井盖被非法入侵时，振动激励组件被触发，从而光纤传感系统获取信号，信号经过处理和计算传输给监控终端；

电缆沟入侵报警分系统，包括设置于电缆沟内部且用于感应踩踏的感应光缆或感应激励组件、探测光纤以及监控终端；感应光缆或感应激励组件被触发，从而光纤传感系统获取信号，信号经过处理和计算传输给监控终端；

电缆沟语音监听分系统，语音监听模块监测到的声音通过传输光纤传送至语音监听终端；

以及基于光纤的城市地下设施智能监控系统软件的处理端。

进一步地，还包括：

基于光纤传感的城市管网防侵入报警系统中各分系统，包括：信号检测处理模块、数据计算处理模块、末端处理模块、语音监听模块以及监控终端。信号检测处理模块通过探测光纤与末端处理模块相连；振动激励组件、感应激励组件、语音监听模块与探测光纤连接；信号检测处理模块依次与数据计算处理模块连接；数据计算处理模块与监控终端、语音监听终端连接。其中：

信号检测处理模块包括：光源模块、干涉模块、光电转换模块、数据采集系统、EDFA模块、电源模块。其中，

电源模块给光源模块供电；

光源模块用于发出稳定的光，并可根据系统状态进行光功率控制、调制发送稳定光源。稳定光源选用宽谱光源，如超辐射发光二极管(SLD)激光器，或者窄谱的光源，如LD；

EDFA模块是一种对光信号放大的有源光器件，对光源模块发出的光放大。

干涉模块由光纤耦合器、延迟光纤组成，用于将光源模块的光进行分光、延时控制处理，生成具有一定相位差的两路干涉光，并通过探测光纤向末端处理模块进行传输，同时接收末端处理模块反射回来的带有扰动物理特征的光信号，经逆向分光、延时控制处理，形成干涉信号光输出；

光电转换用于检测经过传输后的微弱信号，利用光电效应把光信号转变为电信号，并放大、整形、再生成原传输信号；

数据采集系统用于将输出信号采集进计算机。

数据计算处理模块还包括：信号还原、扰动定位。具体地，数据计算处理模块将采集到的输出信号进行处理，将同一路信号分解为同一振动对应不同光路位置的两路信号，比较两路信号的频谱特性，消去振动信息对位置信息的干扰，从而获得准确的振动位置信息；通过两信号频谱幅值比值的平均值获得位置信息，消除了检测信号不稳定所造成的差异性，从而提高定位准确性。

末端处理模块还包括：末端假线，电源模块，相位载波调制，专用EDFA模块。其中，

相位载波调制模块由光纤耦合器、相位调制器、法拉第旋转镜、光纤延迟器连接组成；将振动激励组件产生的振动信号调制到不同的载波频段上，通过分路器加两段一定长度差异的光纤(即末端假线)，并在两路光纤上加载不同频率的载波信号。两段末端假线尾端加法拉第旋转镜用作光反馈。

以及，所述振动激励组件包括用于产生振动的弹性装置、用于触发弹性装置的触发装置及其组件。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述报警系统包括井盖入侵报警分系统、电缆沟入侵报警分系统、电缆沟语音监听分系统以及基于光纤的城市地下设施智能监控系统软件。井盖入侵报警系统以光纤传感技术为主体，后端结合先进的计算机管理平台，可有效实现井盖的日常管理，监控井盖的异常开启，以及针对井盖被盗进行实时报警；电缆沟入侵报警分系统及电缆沟语音监听分系统针对电缆沟安全，采用光纤声音传感技术，对沟道内进行覆盖式声音探测，系统自动分析识别声音信息，根据阈值设定，对危险信号进行预警提示。

以上系统均只需使用一芯单模光纤进行传感以及信息传输，通过在井盖位置的光缆安装一套简易的振动激励装置，便可实现针对井盖、电缆沟进行全方位的监控监听，起到误报警率低，监控及时的效果。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明总的原理框图；

图2是本发明详细的原理框图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1-2所示，本发明公开了一种基于光纤传感的城市管网防侵入报警系统，包括井盖入侵报警分系统，井盖入侵报警分系统包括与井盖连接的振动激励组件、探测光纤以及监控终端；当井盖被非法入侵时，振动激励组件被触发并发送信号到探测光纤，且通过探测光纤传输到监控终端；

电缆沟入侵报警分系统，包括设置于电缆沟内部且用于感应踩踏的感应光缆或感应激励组件，感应激励组件也通过探测光纤与监控终端信号连接。

本系统采用3个部分进行全方位的监视电缆沟；首先对与外界接触的井盖进行监控，当井盖被非法入侵(如打开、挪动、破坏等)时，井盖受到的冲击会传输给振动激励组件，振动激励组件受到触发储蓄能量，并通过探测光纤向监控终端发出信号，监控终端能够实时发现井盖被入侵。监视终端包括用于接收信号的接收装置，还可以包括声光报警装置、或智能设备(如电脑、音响)、或显示屏等。井盖的入侵可能是无意的或无破坏目的的；因此需要对此进行再进一步地分析，因此，本技术方案还包括了电缆沟入侵报警分系统；打开井盖后，当有人进入到电缆沟内时，感应光缆或感应激励组件将会被触发，并通过探测光纤将信号传递给监控终端，监控终端得以发现。

报警系统还包括：电缆沟监视分系统，电缆沟监视分系统包括设置于电缆沟内的感应光缆或感应激励组件。

进一步地，所述振动激励组件包括用于产生振动的弹性装置、触发弹性装置的触发装置及其组件。

弹性装置可以为弹簧，磁铁等；触发装置包括用以将弹性装置或磁铁保持在弹性状态的开关件，当开关件受到触发时，开关件失效，弹性装置或磁铁发生振动，并带动探测光纤一起振动，从而产生入侵信号。

该报警装置的振动触发装置可以由申请人于2014年5月26日申请了一款装置(公告号为CN203838833U)实现。该装置由井盖挂钩、牵引挂钩、复位弹簧和丝线组成，在使用过程中时，如果井盖被打开，牵引挂钩能够发生形变，并从井盖挂钩上脱落；过程中，牵引挂钩带动复位弹簧振动，复位弹簧将振动传递给光纤，从而触发报警装置。用于需要使得牵引挂钩一直保持一定弹性，以使得在井盖打开时，能够发生形变。

为了便于对电缆沟内的情况进行监听，在电缆沟内设置了拾音器，将电缆沟内的声音信号通过探测光纤传递到监控终端。

Claims (7)

1.一种基于光纤传感的城市管网防侵入报警系统，包括：

井盖入侵报警分系统，包括与井盖连接的振动激励组件、探测光纤以及监控终端；当井盖被非法入侵时，振动激励组件被触发，从而光纤传感系统获取信号，信号经过处理和计算传输给监控终端；

电缆沟入侵报警分系统，包括设置于电缆沟内部且用于感应踩踏的感应光缆或感应激励组件、探测光纤以及监控终端；感应光缆或感应激励组件被触发，从而光纤传感系统获取信号，信号经过处理和计算传输给监控终端；

电缆沟语音监听分系统，语音监听模块监测到的声音通过传输光纤传送至语音监听终端；

以及基于光纤的城市地下设施智能监控系统软件的处理端。

2.根据权利要求1所述的基于光纤传感的城市管网防侵入报警系统，其特征在于：所述振动激励组件及感应激励组件，包括用于产生振动的弹性装置、用于触发弹性装置的触发装置以其组件。

3.根据权利要求1所述的基于光纤传感的城市管网防侵入报警系统，其特征在于：所述系统还包括信号检测处理模块，其由光源模块、干涉模块、光电转换模块、数据采集模块、EDFA模块、电源模块组成。

4.根据权利要求1所述的基于光纤传感的城市管网防侵入报警系统，其特征在于：所述系统还包括数据计算处理模块，用于对信号还原，扰动定位；数据计算处理模块通过数据线与信号检测处理模块连接。

5.根据权利要求1所述的基于光纤传感的城市管网防侵入报警系统，其特征在于：所述系统还包括末端处理模块，其由末端假线、电源模块、相位载波调制模块、专用EDFA模块组成；其通过探测光纤与信号检测处理模块连接。

6.根据权利要求1所述的基于光纤传感的城市管网防侵入报警系统，其特征在于：所述系统还包括语音监听模块。

7.根据权利要求1所述的基于光纤传感的城市管网防侵入报警系统，其特征在于：所述系统还包括监控终端，语音监听终端及具有基于光纤的城市地下设施智能监控系统的处理端。