CN112291508B - 一种智能水下安防拦阻网系统及入侵预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能水下安防拦阻网系统及入侵预警方法，采用环氧树脂和高强度纤维复合制作的光缆外护层形成内外双层结构的非金属光缆及非金属纲绳编织水下拦阻网搭配拦阻网经、纬交界网扣处的光固化纤维增强胶片进行额外加固，制成的拦阻网具有高强度、抗剪切、耐腐蚀的优点且结构重量轻、便于施工安装，使用寿命长、免维护、安全环保；使用光缆内的光纤作为分布式扰动传感器搭配光纤扰动分析仪实现了预警的同时阻碍延迟入侵速度，为安保部门做出应急反应提供充足的时间。

Description

一种智能水下安防拦阻网系统及入侵预警方法

技术领域

本发明涉及水下安防技术领域，尤其涉及一种智能水下安防拦阻网系统及入侵预警方法。

背景技术

针对高安全等级目标的安防设施，是维护国家稳定与安全的重要保障，为了有效防止对于高安全等级目标的非法入侵以及恶意破坏，通常会采用物理安防手段对目标实施全面的保护。对于处在地面的高安全等级目标(例如建筑物)，其能够采用的安防手段比较完善，常用的物理安防手段如筑高墙、围电网刀刺网以及技防手段如视屏监控、电子脉冲围栏等都能对地面目标起到有效的安防保护作用；但是对于处在水下的高安全等级目标(比如航母和潜艇基地、港口码头、水下弹药物资库、前线驻军岛礁、水下历史古迹等)，所能够实现的防非法入侵以及恶意破坏措施则在很大程度上受到水下环境的影响，往往很难实现对水下高安全等级目标的有效安防保护。

针对水下安防环境的特殊性，一种现有技术提出利用光纤对微振动敏感原理制作水下安防监测网。但是，该现有技术对编织水下安防监测网的光纤光缆的结构没有明确，使用普通的通信光缆由于没有足够的强度，不能对非法入侵起到拦阻作用；另一方面若使用带有铠装钢丝的海底光缆，虽然其强度很高，但也存在自重过大且不耐切割的问题，编织成拦阻网的难度极大。另一种现有技术提出使用电缆制作水下安防网的方案，但其弊端很明显：一是电缆很容易被破坏，长期泡在海水里，寿命有限，维护困难，成本很高；二是茫茫大海里供电困难、电缆的损耗很大，不适合大长度或者大范围的应用。

为了能够提供有效的安防保护效果，水下安防系统必须同时具有入侵预警和入侵阻拦的效果。如果水下安防系统只能提供入侵监测报警，而不能对非法入侵起到阻拦或延迟入侵的作用，则会造成入侵时系统发出了报警、但却没有留出时间供安保部门做出应急反应的被动局面，非法入侵以及恶意破坏仍会发生，安防系统起不到应有的保护作用。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提出一种智能水下安防拦阻网系统及入侵预警方法，通过采用高强度、抗剪切、耐腐蚀的非金属光缆编织拦阻网作为系统主体，便于施工安装，使用寿命长、免维护且安全环保；同时使用光缆内的光纤作为分布式扰动传感器，连接分布式光纤扰动分析仪，实现了入侵预警的同时阻碍延迟入侵事件，为安保部门做出应急反应提供充足的时间。

为实现以上目的，本发明所采用的技术方案包括：

一种智能水下安防拦阻网系统，包括水下拦阻网模块、现场监测模块和安全监测预警模块；

所述水下拦阻网模块包括由非金属纲绳和非金属光缆编制成的拦阻网、固定在拦阻网经、纬交界处固定网扣的光固化纤维增强胶片以及固定拦阻网四边的边框；所述非金属纲绳为环氧树脂与纤维材料复合制成；所述非金属光缆为内外双层结构，所述内层结构为光纤，所述外层结构为环氧树脂与纤维材料复合制成的外护层；所述非金属纲绳和非金属光缆编制成的拦阻网其网格尺寸小于成年人肩宽一般均值；所述拦阻网还包括依据拦阻网网格区域所在位置划分的若干唯一网格区域位置编号；

所述现场监测模块包括光纤扰动信息分析仪、设备数据库和现场通信服务器；所述光纤扰动信息分析仪连接水下拦阻网模块中的光纤并向光纤内发送脉冲光，同时接收光纤产生的后向瑞利散射光并将接收到的后向瑞利散射光还原为光纤扰动信息，所述光纤扰动信息包括光纤振动的幅度、频率和发生振动的位置，所述位置对应拦阻网的网格区域编号；所述设备数据库依照拦阻网的网格区域编号分别保存拦阻网不同位置的光纤扰动信息；所述现场通信服务器将光纤扰动信息通过有线和/或无线方式传输至安全监测预警模块；

所述安全监测预警模块包括远程通信服务器、监控主机以及若干监控终端；所述远程通信服务器接收来自现场监测模块的光纤扰动信息并传输至监控主机；所述监控主机根据各监控终端的预设信息需求以及监控终端使用人员的申请将相关光纤扰动信息发送至监控终端；所述监控终端包括电脑、移动设备和网络数据访问接口。

进一步地，所述水下拦阻网模块还包括布置于拦阻网上的光纤摄像机和光纤水听器阵列；所述光纤摄像机拍摄的影像信息和光纤水听器阵列采集到的水声信息通过光纤传输至现场监测模块，并进一步通过有线和/或无线方式传输至安全监测预警模块。

进一步地，所述环氧树脂为脂环族环氧树脂，所述纤维材料为拉伸强度不小于3000MPa的芳纶纤维或碳纤维。

进一步地，所述光纤连接远程通信光缆，光纤扰动信息通过远程通信光缆传输至远端检测设备；所述远程通信光缆包括既有海底通信光缆或独立设置的通信光缆或专为水下安防拦阻网系统使用的特殊通信光缆。

进一步地，所述光纤扰动信息分析仪包括窄线宽激光器、声光调制器、掺铒光纤放大器、环形器、光电探测器、数据采集卡和信息处理主机；所述窄线宽激光器输出连续激光光波经声光调制器转换为脉冲光，所述脉冲光利用掺铒光纤放大器进行光强放大后通过环形器输入分析仪所连接的拦阻网光纤，由光纤扰动产生的后向瑞利散射光经环形器被光电探测器接收并由数据采集卡采集光强信号，所述信息处理主机通过分析光纤扰动产生的后向瑞利散射光光强信号得到光纤扰动信息。

进一步地，所述非金属纲绳和非金属光缆编制成的拦阻网其网格尺寸小于30cm。

一种应用如上所述系统的水下安防入侵预警方法，包括以下步骤：

A、安装设置水下安防拦阻网系统并标注拦阻网网格区域编号；

B、设定拦阻网各位置光纤扰动信息基准值和报警值；

C、当探测到某位置光纤扰动信息超过报警值时，向监控终端发出针对该位置的报警信息。

进一步地，所述方法还包括以下选择性步骤：

D、当水下安防拦阻网系统上安装有光纤摄像机和光纤水听器阵列时，发出报警信息位置的影像信息和水声信息被采集保存。

进一步地，所述步骤A包括以下分步骤：

A1、在需要安防保护的目标周围布置非金属光缆编制成的拦阻网；

A2、将拦阻网内光纤与光纤扰动信息分析仪相连接，确保光纤扰动信息能够正常传输；

A3、根据拦阻网位置分布标注网格区域编号。

进一步地，所述步骤B包括以下分步骤：

B1、对于已经安装到位的拦阻网，记录因自然原因产生的光纤扰动信息，并据此建立拦阻网各位置光纤扰动信息基准值，即对应拦阻网各网格区域编号的光纤扰动信息基准值；

所述因自然原因产生的光纤扰动信息包括海浪和洋流冲刷导致的拦阻网晃动以及拦阻网安装到位后在正常状态下所承受的扰动；

B2、根据安防需要以及拦阻网各位置光纤扰动信息基准值分别设定拦阻网各位置光纤扰动信息报警值，即对应拦阻网各网格区域编号的光纤扰动信息报警值；所述光纤扰动信息报警值大于等于拦阻网相同网格区域编号位置的光纤扰动信息基准值；

B3、根据特殊情况对于拦阻网造成的振动影响所产生的光纤扰动信息特征标注特殊情况提示；所述特殊情况包括自然灾害如海啸和地震、船舶移动以及抛锚、海底与海面施工；

B4、根据高危情况对于拦阻网造成的影响所产生的光纤扰动信息特征标注高危情况预警；所述高危情况包括人为剪切拦阻网光缆、动力机械直接冲撞拦阻网、人为扯动拦阻网光缆及拦阻网。

进一步地，步骤C包括以下分步骤：

C1、当探测到对应某网格区域编号位置的拦阻网产生超过该网格区域编号位置报警值的光纤扰动信息时，向监控终端发出针对该网格区域编号位置拦阻网的预警信息；

C2、当探测到对应某网格区域编号位置的拦阻网产生对应已标注特殊情况的光纤扰动信息时，向监控终端发出针对该网格区域编号位置拦阻网的特殊情况提示信息并注明可能在该拦阻网位置发生的特殊情况内容；

C3、当探测到对应某网格区域编号位置的拦阻网产生对应已标注高危情况的光纤扰动信息时，向监控终端发出针对该网格区域编号位置拦阻网的高危情况预警信息并注明可能在该拦阻网位置发生的高危情况内容。

本发明的有益效果为：

本发明所述智能水下安防拦阻网系统采用环氧树脂和高强度纤维复合制作的光缆外护层形成内外双层结构的非金属光缆搭配非金属纲绳结构，具有高强度、抗剪切、耐腐蚀的优点；拦阻网经、纬交界网扣采用光固化纤维增强胶片进行额外加固，使网扣处同样具备高强度、抗剪切、耐腐蚀的特点，同时加强后的网扣能够抵抗对于拦阻网网格的扩张行为，使拦阻网能够始终保证其网格尺寸不足以使人员通过，有效阻拦入侵破坏；拦阻网结构重量轻、便于施工安装，使用寿命长、免维护，安全环保。使用拦阻网光缆内层光纤作为分布式扰动传感器，无需额外供电就能够有效侦测到拦阻网异常情况产生的扰动信息；采用高灵敏度的光纤扰动信号分析仪能够根据光纤产生的后向瑞利散射光判断扰动具体发声位置、幅度和频率，从而准确判断事件性质有针对性的发出预警信息。拦阻网系统还可以安装水下光纤摄像机以及光纤水听器阵列，根据光纤扰动信息记录影像以及水声信号，为探测到的异常情况提供复核判断依据。

使用本发明所述水下安防入侵预警方法对水下高安全等级目标进行预警防护，能够在有效拖延入侵行为的同时及时提供包括入侵位置、入侵形式等准确的预警信息，给相关部门提供了充足的应急反应时间，起到充分的安防保护预警作用。

比起电缆构建的水下入侵报警系统，使用本发明能够大大降低建设水下拦阻安防网的难度和投资，一套主机就能监测≥40km光缆长度编织成的拦阻网对应的区域，性价比很高。另外，光缆使用寿命≥20年，几乎免维护。同时节约建设往水下拦阻网供电的线路投资，20年下来，节约的电费都很可观。

附图说明

图1为本发明一种水下安防拦阻网系统的结构示意图。

图2为本发明拦阻网的一种实施例结构示意图。

图3为本发明拦阻网光缆的一种实施例结构示意图。

图4为本发明光纤扰动信息分析仪工作流程示意图。

附图编号说明：11-拦阻网、111-非金属光缆、1111-光纤、1112-环氧树脂、1113-纤维材料、112-光固化纤维增强胶片、113-非金属纲绳、114-边框、12-光纤摄像机、13-光纤水听器阵列、21-光纤扰动信息分析仪、22-设备数据库、23-现场通信服务器、31-远程通信服务器、32-监控主机、33-监控终端。

具体实施方式

为了更清楚的理解本发明的内容，将结合附图和实施例详细说明。

如图1所示为本发明智能水下安防拦阻网系统的一种实施例结构示意图，系统由水下拦阻网模块、现场监测模块、安全监测预警模块三部分构成，其中水下拦阻网模块包括拦阻网11、光纤摄像机12、光纤水听器阵列13，现场监测模块包括光纤扰动信息分析仪21、设备数据库22、现场通信服务器23，安全监测预警模块包括远程通信服务器31、监控主机32以及若干监控终端33。如图2所示拦阻网11由非金属光缆111与非金属纲绳113编织制成，且在光缆与纲绳经、纬交界网扣处固定有光固化纤维增强胶片112用以增加拦阻网强度，抵抗对于拦阻网网格的扩张行为，拦阻网四边边界位置设置有边框114加以固定。如图3所示非金属光缆111包括内外两层结构，其中内层结构为光纤1111，外层结构为环氧树脂1112与纤维材料1113复合制成的外护层。

针对水下高安全等级目标进行安防保护时，首先在需要安防保护的目标周围布置非金属光缆编制成的拦阻网，将拦阻网内光纤与光纤扰动信息分析仪相连接，确保光纤扰动信息能够正常传输；根据拦阻网实际布置位置和使用面积标注网格区域编号以便于确定光线扰动信息实际发生位置。拦阻网布置完成后，通过光纤扰动信息分析仪得到的光纤扰动信息设定拦阻网各位置光纤扰动信息基准值和报警值；光纤扰动分析仪工作流程如图4所示，窄线宽激光器输出连续激光光波经声光调制器转换为脉冲光，所述脉冲光利用掺铒光纤放大器进行光强放大后通过环形器输入分析仪所连接的拦阻网光纤，由光纤扰动产生的后向瑞利散射光经环形器被光电探测器接收并由数据采集卡采集光强信号，所述信息处理主机通过分析光纤扰动产生的后向瑞利散射光光强信号得到光纤扰动信息。各位置光纤扰动信息基准值和报警值依据实际环境以及安防需求设定，包括记录因自然原因(如海浪和洋流冲刷导致的拦阻网晃动以及拦阻网安装到位后在正常状态下所承受的应力)产生的光纤扰动信息，并据此建立拦阻网各位置光纤扰动信息基准值；根据安防需要以及拦阻网各位置光纤扰动信息基准值分别设定拦阻网各位置光纤扰动信息报警值，该光纤扰动信息报警值应大于等于拦阻网相同网格区域编号位置的光纤扰动信息基准值；根据特殊情况(如自然灾害、船舶移动以及抛锚、海底与海面施工)对于拦阻网造成的应力影响所产生的光纤扰动信息特征标注特殊情况提示；根据高危情况(人为剪切拦阻网光缆、人为剥离拦阻网外护层、动力机械直接冲撞拦阻网、人为扯动拦阻网光缆及拦阻网经、纬交界网扣造成拦阻网网格开口扩张)对于拦阻网造成的应力影响所产生的光纤扰动信息特征标注高危情况预警。当系统探测到某一位置拦阻网反馈的光纤扰动信息超出报警值和/或符合预先标注的特殊情况或高危情况时，系统向监控终端发出针对该网格区域编号位置拦阻网的预警信息和/或可能在该拦阻网位置发生的特殊情况内容、高位情况内容。当相关人员接收到预警信息时，可以立即根据预警信息提供的光纤扰动信息位置、幅度、频率做出应急反应；当系统安装有水下光纤摄像机、光纤水听器阵列时，针对发出报警信息位置的影像信息和水声信息将被采集保存以供复核判断。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换等都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种智能水下安防拦阻网系统，包括水下拦阻网模块、现场监测模块和安全监测预警模块；

所述水下拦阻网模块包括由非金属纲绳和非金属光缆编制成的拦阻网、固定在拦阻网经、纬交界处固定网扣的光固化纤维增强胶片以及固定拦阻网四边的边框；所述非金属纲绳为环氧树脂与纤维材料复合制成；所述非金属光缆为内外双层结构，内层结构为光纤，外层结构为环氧树脂与纤维材料复合制成的外护层；所述非金属纲绳和非金属光缆编制成的拦阻网其网格尺寸小于成年人肩宽一般均值；所述拦阻网还包括依据拦阻网网格区域所在位置划分的若干唯一网格区域位置编号；

所述现场监测模块包括光纤扰动信息分析仪、设备数据库和现场通信服务器；所述光纤扰动信息分析仪连接水下拦阻网模块中的光纤并向光纤内发送脉冲光，同时接收光纤产生的后向瑞利散射光并将接收到的后向瑞利散射光还原为光纤扰动信息，所述光纤扰动信息包括光纤振动的幅度、频率和发生振动的位置，所述位置对应拦阻网的网格区域编号；所述设备数据库依照拦阻网的网格区域编号分别保存拦阻网不同位置的光纤扰动信息；所述现场通信服务器将光纤扰动信息通过有线和/或无线方式传输至安全监测预警模块；

所述安全监测预警模块包括远程通信服务器、监控主机以及若干监控终端；所述远程通信服务器接收来自现场监测模块的光纤扰动信息并传输至监控主机；所述监控主机根据各监控终端的预设信息需求以及监控终端使用人员的申请将相关光纤扰动信息发送至监控终端，所述预设信息包括拦阻网各位置各自的光纤扰动信息基准值和报警值；所述监控终端包括电脑、移动设备和网络数据访问接口。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水下拦阻网模块还包括布置于拦阻网上的光纤摄像机和光纤水听器阵列；所述光纤摄像机拍摄的影像信息和光纤水听器阵列采集到的水声信息通过光纤传输至现场监测模块，并进一步通过有线和/或无线方式传输至安全监测预警模块。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述环氧树脂为脂环族环氧树脂，所述纤维材料为拉伸强度不小于3000MPa的芳纶纤维或碳纤维。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光纤连接远程通信光缆，光纤扰动信息通过远程通信光缆传输至远端检测设备；所述远程通信光缆包括既有海底通信光缆或独立设置的通信光缆或专为水下安防拦阻网系统使用的特殊通信光缆。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光纤扰动信息分析仪包括窄线宽激光器、声光调制器、掺铒光纤放大器、环形器、光电探测器、数据采集卡和信息处理主机；所述窄线宽激光器输出连续激光光波经声光调制器转换为脉冲光，所述脉冲光利用掺铒光纤放大器进行光强放大后通过环形器输入分析仪所连接的拦阻网光纤，由光纤扰动产生的后向瑞利散射光经环形器被光电探测器接收并由数据采集卡采集光强信号，所述信息处理主机通过分析光纤扰动产生的后向瑞利散射光光强信号得到光纤扰动信息。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述非金属纲绳和非金属光缆编制成的拦阻网其网格尺寸小于30cm。

7.一种应用如权利要求1至6任一项所述系统的水下安防入侵预警方法，包括以下步骤：

A、安装设置水下安防拦阻网系统并标注拦阻网网格区域编号；

B、设定拦阻网各位置光纤扰动信息基准值和报警值；

C、当探测到某位置光纤扰动信息超过报警值时，向监控终端发出针对该位置的报警信息。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括以下选择性步骤：

D、当水下安防拦阻网系统上安装有光纤摄像机和光纤水听器阵列时，发出报警信息位置的影像信息和水声信息被采集保存。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤A包括以下分步骤：

A1、在需要安防保护的目标周围布置非金属光缆编制成的拦阻网；

A2、将拦阻网内光纤与光纤扰动信息分析仪相连接，确保光纤扰动信息能够正常传输；

A3、根据拦阻网位置分布标注网格区域编号。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤B包括以下分步骤：

B1、对于已经安装到位的拦阻网，记录因自然原因产生的光纤扰动信息，并据此建立拦阻网各位置光纤扰动信息基准值，即对应拦阻网各网格区域编号的光纤扰动信息基准值；所述因自然原因产生的光纤扰动信息包括海浪和洋流冲刷导致的拦阻网晃动以及拦阻网安装到位后在正常状态下所承受的扰动；

B2、根据安防需要以及拦阻网各位置光纤扰动信息基准值分别设定拦阻网各位置光纤扰动信息报警值，即对应拦阻网各网格区域编号的光纤扰动信息报警值；所述光纤扰动信息报警值大于等于拦阻网相同网格区域编号位置的光纤扰动信息基准值；

B3、根据特殊情况对于拦阻网造成的振动影响所产生的光纤扰动信息特征标注特殊情况提示；所述特殊情况包括自然灾害如海啸和地震、船舶移动以及抛锚、海底与海面施工；

B4、根据高危情况对于拦阻网造成的影响所产生的光纤扰动信息特征标注高危情况预警；所述高危情况包括人为剪切拦阻网光缆、动力机械直接冲撞拦阻网、人为扯动拦阻网光缆及拦阻网。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，步骤C包括以下分步骤：

C1、当探测到对应某网格区域编号位置的拦阻网产生超过该网格区域编号位置报警值的光纤扰动信息时，向监控终端发出针对该网格区域编号位置拦阻网的预警信息；

C2、当探测到对应某网格区域编号位置的拦阻网产生对应已标注特殊情况的光纤扰动信息时，向监控终端发出针对该网格区域编号位置拦阻网的特殊情况提示信息并注明可能在该拦阻网位置发生的特殊情况内容；

C3、当探测到对应某网格区域编号位置的拦阻网产生对应已标注高危情况的光纤扰动信息时，向监控终端发出针对该网格区域编号位置拦阻网的高危情况预警信息并注明可能在该拦阻网位置发生的高危情况内容。