CN108629932B - 一种结合区域信息的光纤光栅周界安防系统报警方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种结合区域信息的光纤光栅周界安防系统报警方法，它包括：信号分析步骤，信号分析步骤包括对传感单元进行人工配置、接收解调后的振动信号、记录波动范围超过阈值的传感单元、划分波动区域、判断是否存在风雨区域、报警模式判断、报警判断与输出；风雨区域判断方式，风雨区域判断方式包括对振动信号进行分析以判断是否属于风雨区域的方法；常规模式下的报警判断，常规模式下的报警判断包括对常规模式下的振动信号进行分析、提取特征参数以判断是否满足报警条件的方法；风雨模式下的报警判断，风雨模式下的报警判断包括对风雨模式下的振动信号进行分析、提取特征参数以判断是否满足报警条件的方法。

Description

一种结合区域信息的光纤光栅周界安防系统报警方法
技术领域
本发明涉及光纤周界安防技术领域，尤其涉及一种结合区域信息的光纤光栅周界安防系统报警方法。
背景技术
光纤光栅传感技术是近年发展起来的先进传感技术，与传统的电类传感技术相比，具有现场无源防爆、耐候防雷、布设灵活、使用寿命长、灵敏度高等优势，能够灵敏地探测振动，因此非常适合应用于周界安防领域。光纤光栅周界入侵报警系统通过分析作用于光纤布拉格光栅振动传感器上的振动波来判断是否报警。
中国专利CN102521939B公开了一种光纤光栅周界防入侵系统的报警方法，其通过频谱的计算和分析进行风雨信号的识别。中国专利CN102968868B公开了一种基于时域包络分析光纤光栅周界入侵行为识别方法及系统，其通过时域包络分析识别风雨信号。以上方法均是基于单个传感单元的信号进行的分析，目的在于抑制风雨天气引起的误报，由于受安装方式和安装环境影响，需根据实际应用场景进行参数的特别配置，而且没有利用整个系统的区域信息。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于利用系统中传感单元安装的区域信息，判断影响范围较大的风雨干扰是否存在，对系统的信号分析方式进行自动调节，提供一种高灵敏度、低误报，适用于多风环境的周界安防系统报警方法。
一种结合区域信息的光纤光栅周界安防系统报警方法，安防系统具有多路探测通道，每路探测通道设置有多个用于感测区域内扰动的传感单元，探测通道通过信号解调器与计算机信号连接，报警方法包括以下步骤：①对安防系统中各传感单元的安装位置的顺序进行人工配置；②接收经信号解调器解调的外界扰动信号；③记录每一时刻信号波动范围超过阈值的传感单元；④根据一段时间内存在波动的所有传感单元的位置，划分波动区域；⑤根据各个波动区域的影响范围，判断是否存在影响范围较大的风雨区域；⑥若某个发生扰动的传感单元不处于风雨区域中，则其报警判断按照常规模式，若某个发生扰动的传感单元处于风雨区域中，则其报警判断按照风雨模式；⑦若符合对应的报警条件，则输出报警事件。
进一步地，步骤⑤中判断风雨区域方式包括以下步骤：a、记录整个周界监测区各传感单元n秒内出现的扰动点；b、将各传感单元n秒内出现的扰动点整合为一行；c、按照划分阈值，对周界监测区内的扰动点进行区域划分，且将间隔小于划分阈值的传感单元划分为同一区域；d、若某个区域影响范围超过划分阈值，则认为是风雨作用，判断这个区域为风雨区域。
进一步地，步骤⑥中在常规模式下的报警判断包括以下步骤：a、截取固定时间内不处于风雨区域中的传感单元测得的信号；b、进行常规模式特征计算；c、若常规模式下各个特征的计算数值满足各自的报警阈值，则传感单元输出报警信息。
进一步地，常规模式特征计算包括以下步骤：1、全段信号取绝对值，计算第一个超过阈值的数据点与最后一个超过阈值的数据点之间的间隔时长，并记为“扰动长度”；2、计算第一个超过阈值的数据点之后一段数据与之前一段数据各自均值的比值，并记为“SNR”。
进一步地，步骤⑥中在风雨模式下的报警判断包括以下步骤：a、截取固定时间内处于风雨区域中的传感单元测得的信号；b、进行风雨模式特征计算；c、若风雨模式下各个特征的计算数值满足各自的报警阈值，则传感单元输出报警信息。
进一步地，风雨模式特征计算包括以下步骤：1、全段信号取绝对值，计算第一个超过阈值的数据点与最后一个超过阈值的数据点之间的间隔时长，并记为“扰动长度”；2、同时统计超过阈值的数据点个数除以“扰动长度”，并记为“扰动比例”；3、计算第一个超过阈值的数据点之后一段数据与之前一段数据各自均值的比值，并记为“SNR”；4、计算全段信号的频谱并去除零频率后，除以余下频谱的最大值与最小值之差，进行归一化，将归一化后的频谱数值进行累加，并记为“FFT”。
优选地，传感单元为光纤光栅震动探测器，信号解调器为解调光纤光栅震动探测器探测的光纤光栅信号的光纤光栅解调仪。
由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明的结合区域信息的光纤光栅周界安防系统报警方法，其根据风雨产生的扰动，一般影响范围较大的特征，将区域信息作为区别入侵事件和风雨扰动的有效依据，使得安防系统在常规天气和风雨天气下均能对入侵行为进行有效报警，并且在风雨天气下少误报。基于本发明的光纤光栅周界安防系统，能够及时准确的探测到入侵事件的发生，实现高灵敏度、低误报，具有良好的环境适应性。
附图说明
图1为本发明的信号分析流程示意图；
图2为本发明的风雨区域判断方式示意图；
图3为本发明的在常规环境下的入侵信号示意图；
图4为本发明的在风雨环境下的入侵信号示意图；
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细的说明。
结合图1至图4所示一种结合区域信息的光纤光栅周界安防系统报警方法，安防系统具有多路探测通道，每路探测通道设置有多个用于感测区域内扰动的传感单元，探测通道通过信号解调器与计算机信号连接(本例中，传感单元为光纤光栅震动探测器，信号解调器为解调光纤光栅震动探测器探测的光纤光栅信号的光纤光栅解调仪)，报警方法包括以下步骤：①对安防系统中各传感单元的安装位置的顺序进行人工配置；②接收经信号解调器解调的外界扰动信号；③记录每一时刻信号波动范围超过阈值的传感单元；④根据一段时间内存在波动的所有传感单元的位置，划分波动区域；⑤根据各个波动区域的影响范围，判断是否存在影响范围较大的风雨区域；⑥若某个发生扰动的传感单元不处于风雨区域中，则其报警判断按照常规模式，若某个发生扰动的传感单元处于风雨区域中，则其报警判断按照风雨模式；⑦若符合对应的报警条件，则输出报警事件(见图1所示)。
具体地，参见图2所示，步骤⑤中判断风雨区域方式包括以下步骤：a、记录整个周界监测区各传感单元n秒(如：5秒)内出现的扰动点；b、将各传感单元n秒内出现的扰动点整合为一行；c、按照划分阈值(如：3个)，对周界监测区内的扰动点进行区域划分，且将间隔小于划分阈值的传感单元划分为同一区域；d、若某个区域影响范围超过划分阈值(如：10个)，则认为是风雨作用，判断这个区域为风雨区域。
进一步地，参见图3所示，步骤⑥中在常规模式下的报警判断包括以下步骤：a、截取固定时间内不处于风雨区域中的传感单元测得的信号；b、进行常规模式特征计算；c、若常规模式下各个特征(“扰动长度”、“SNR”)的计算数值满足各自的报警阈值，则传感单元输出报警信息。其中，常规模式特征计算包括以下步骤：1、全段信号取绝对值，计算第一个超过阈值的数据点与最后一个超过阈值的数据点之间的间隔时长，并记为“扰动长度”；2、计算第一个超过阈值的数据点之后一段数据与之前一段数据各自均值的比值，并记为“SNR”。
进一步地，参见图4所示，步骤⑥中在风雨模式下的报警判断包括以下步骤：a、截取固定时间内处于风雨区域中的传感单元测得的信号；b、进行风雨模式特征计算；c、若风雨模式下各个特征(“扰动长度”、“扰动比例”、“SNR”、“FFT”)的计算数值满足各自的报警阈值，则传感单元输出报警信息。其中，风雨模式特征计算包括以下步骤：1、全段信号取绝对值，计算第一个超过阈值的数据点与最后一个超过阈值的数据点之间的间隔时长，并记为“扰动长度”；2、同时统计超过阈值的数据点个数除以“扰动长度”，并记为“扰动比例”；3、计算第一个超过阈值的数据点之后一段数据与之前一段数据各自均值的比值，并记为“SNR”；4、计算全段信号的频谱并去除零频率后，除以余下频谱的最大值与最小值之差，进行归一化，将归一化后的频谱数值进行累加，并记为“FFT”。
跟具本发明的一个具体情况：
某监测周界总长度约为2km，使用一台24通道仪表，每通道包含20个传感单元，各个传感单元之间的间距为5m，信号采样率100Hz。实际安装20条探测光缆，即仪表有20个通道接入探测光缆，共配置了400个传感单元，监测距离2000m。
设置扰动阈值为50，区域划分阈值为3，风雨范围阈值为10。
设置常规模式特征阈值和风雨模式特征阈值。见下表：
表1常规模式和风雨模式报警阈值配置
模式 扰动长度 扰动比例 SNR FFT
常规 300 —— 5 ——
风雨 500 0.7 3 28
分别在晴朗天气和风雨天气下进行静态观察和模拟入侵测试，结果统计如下：
表2静态观察统计结果
表3模拟入侵测试统计结果
天气 测试次数 常规模式报警次数 风雨模式报警次数 报警率
晴朗 50次 50 0 100％
风雨 20次 7 13 100％
综上所述，本发明的结合区域信息的光纤光栅周界安防系统报警方法，其根据风雨产生的扰动，一般影响范围较大的特征，将区域信息作为区别入侵事件和风雨扰动的有效依据，使得安防系统在常规天气和风雨天气下均能对入侵行为进行有效报警，并且在风雨天气下少误报。基于本发明的光纤光栅周界安防系统，能够及时准确的探测到入侵事件的发生，实现高灵敏度、低误报，具有良好的环境适应性。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种结合区域信息的光纤光栅周界安防系统报警方法，所述安防系统具有多路探测通道，每路探测通道设置有多个用于感测区域内扰动的传感单元，所述探测通道通过信号解调器与计算机信号连接，其特征在于：所述报警方法包括以下步骤：①对所述安防系统中各传感单元的安装位置的顺序进行人工配置；②接收经信号解调器解调的外界扰动信号；③记录每一时刻信号波动范围超过阈值的传感单元；④根据一段时间内存在波动的所有传感单元的位置，划分波动区域；⑤根据各个波动区域的影响范围，判断是否存在影响范围较大的风雨区域；⑥若某个发生扰动的传感单元不处于风雨区域中，则其报警判断按照常规模式，若某个发生扰动的传感单元处于风雨区域中，则其报警判断按照风雨模式；⑦若符合对应的报警条件，则输出报警事件；步骤⑥中在常规模式下的报警判断包括以下步骤：a、截取固定时间内不处于风雨区域中的传感单元测得的信号；b、进行常规模式特征计算；c、若常规模式下各个特征的计算数值满足各自的报警阈值，则所述传感单元输出报警信息；步骤⑥中在风雨模式下的报警判断包括以下步骤：a、截取固定时间内处于风雨区域中的传感单元测得的信号；b、进行风雨模式特征计算；c、若风雨模式下各个特征的计算数值满足各自的报警阈值，则所述传感单元输出报警信息; 所述常规模式特征计算包括以下步骤：1、全段信号取绝对值，计算第一个超过阈值的数据点与最后一个超过阈值的数据点之间的间隔时长，并记为“扰动长度”；2、计算第一个超过阈值的数据点之后一段数据与之前一段数据各自均值的比值，并记为“SNR”;所述风雨模式特征计算包括以下步骤：1、全段信号取绝对值，计算第一个超过阈值的数据点与最后一个超过阈值的数据点之间的间隔时长，并记为“扰动长度”；2、同时统计超过阈值的数据点个数除以“扰动长度”，并记为“扰动比例”；3、计算第一个超过阈值的数据点之后一段数据与之前一段数据各自均值的比值，并记为“SNR”；4、计算全段信号的频谱并去除零频率后，除以余下频谱的最大值与最小值之差，进行归一化，将归一化后的频谱数值进行累加，并记为“FFT”。
2.根据权利要求1所述的结合区域信息的光纤光栅周界安防系统报警方法，其特征在于：步骤⑤中判断风雨区域方式包括以下步骤：a、记录整个周界监测区各传感单元n秒内出现的扰动点；b、将各传感单元n秒内出现的扰动点整合为一行；c、按照区域划分阈值，对周界监测区内的扰动点进行区域划分，且将间隔小于区域划分阈值的传感单元划分为同一区域；d、若某个区域影响范围超过风雨范围阈值，则认为是风雨作用，判断这个区域为风雨区域。
3.根据权利要求1所述的结合区域信息的光纤光栅周界安防系统报警方法，其特征在于：所述传感单元为光纤光栅震动探测器，所述信号解调器为解调所述光纤光栅震动探测器探测的光纤光栅信号的光纤光栅解调仪。
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