KR20040011691A - Intrusion sensing and intrusion object discriminating method using an optical fiber - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for sensing an invasion and a method for classifying an invading object by using an optical fiber are provided, which is applied to various industry fields by identifying the invading object into a person or vehicle. CONSTITUTION: A method for sensing an invasion by using an optical fiber includes: a first step(S1) of converting the signal sensed at the monitoring system into a digital signal; and a second step(S10) of determining whether the invasion is occurred or not in response to the summation value by summing(S5-S9) all of the sample data while sliding the time window for the converted digital signal sample data.

Description

광섬유를 이용한 침입감지 및 침입물체 구별방법 {Intrusion sensing and intrusion object discriminating method using an optical fiber}Intrusion sensing and intrusion object discriminating method using an optical fiber}

본 발명은 광섬유를 이용한 침입 감시용 시스템에서 침입감지 및 침입물체 구별을 위한 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 슬라이딩 윈도우(Sliding Window) 방식으로 감지신호를 받아들여 시간영역에서 하나의 윈도우 내에서의 신호들의 진폭(파워; power) 크기를 통해 침입의 유무를 감지하고, 해당 위도우 내의 신호들에 대하여 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 주파수 성분에서의 크기의 변화(양의 기울기)의 횟수에 따라 침입물체(사람과 차량)를 구별하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for intrusion detection and intrusion object discrimination in an intrusion monitoring system using optical fibers. More particularly, the present invention relates to a method of receiving a detection signal in a sliding window method in a window in a time domain. Detects the presence of intrusion through the amplitude (power) of the signals, and performs the Four Fourier Transform (FFT) on the signals in the latitude, depending on the number of changes in magnitude (positive slope) in the frequency component. The present invention relates to a method of distinguishing an invasive object (a person and a vehicle).

종래, 광섬유를 이용하여 침입을 감지하는 침입감시용 시스템이 개발되어 있다. 이러한 시스템은 단순하게 침입만을 감지하는 용도로 사용되고 있으며, 그 침입한 물체가 어떠한 종류인지는 감지하지 못하고 있다.Conventionally, intrusion surveillance systems have been developed that detect intrusions using optical fibers. Such a system is used merely for detecting an intrusion, and does not detect what kind of an intruded object is.

따라서, 광섬유를 이용한 침입감시 시스템에서 침입 물체의 종류를 감지할 수 있는 방법의 개발이 요망되고 있다.Therefore, the development of a method that can detect the type of intrusion object in the intrusion monitoring system using the optical fiber is desired.

본 발명은 상기한 종래 기술상의 요망에 부응하기 위하여 개발된 것으로, 침입여부 뿐만 아니라 감지된 물체가 사람인지 차량인지 구별이 가능한 광섬유를 이용한 침입감지 및 침입물체 구별 방법을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.The present invention was developed to meet the above-described prior art requirements, and an object thereof is to provide an intrusion detection and intrusion object discrimination method using an optical fiber that can distinguish whether a detected object is a person or a vehicle. .

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 침입감지 방법은, 광섬유를 이용한 감시시스템에 있어서, 상기 감시시스템에서 감지된 신호를 디지털신호로 변환하는 제 1단계와; 상기 변화된 디지털 신호 샘플데이터에 대하여 슬라이딩 타임 윈도우 방식으로 일정 크기의 타임 윈도우를 슬라이딩하면서 타임 윈도우 내의 샘플 데이터를 모두 합산하여 그 합산 값에 따라서 침입의 유무를 판단하는 제 2단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the intrusion detection method using the optical fiber according to the present invention includes a first step of converting a signal sensed by the monitoring system into a digital signal in the monitoring system using the optical fiber; And sliding the time window of a predetermined size with respect to the changed digital signal sample data by sliding all the sample data in the time window, and determining whether there is an intrusion according to the sum value. It is done.

그리고, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 침입물체 구분방법은, 상기한 침입감지 방법에 의하여 침입이 있는 것으로 판단되는 경우, 해당 타임 윈도우 내의 모든 샘플 데이터에 대하여 FFT(Fast Fourier Transform)를 행하는 제 3단계와; 상기 FFT 변환된 데이터에 대하여 양의 기울기를 카운트하여 그 카운트 회수에 근거하여 침입물체를 구분하는 제 4단계를 포함하여구성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, intrusion object classification method using the optical fiber according to the present invention, if it is determined that the intrusion by the above-described intrusion detection method, FFT (Fast Fourier) for all the sample data in the time window A third step of performing a transform; And a fourth step of counting a positive slope with respect to the FFT-converted data and classifying the invasive object based on the number of counts.

여기서, 상기 제 3단계는, 타임윈도우를 1샘플 데이터씩 이동시키면서 소정 개수의 타임윈도우에 대하여 모든 샘플 데이터의 합산 값을 구하는 제 3-1단계와; 상기 제 3-1단계에서 구해진 합산 값들과 상기 제 2단계에서 구한 합산값 중에서 최대 값을 선택하는 제 3-2단계와; 상기 선택된 최대 값에 대응하는 타임 윈도우 내의 모든 샘플 데이터에 대하여 FFT를 행하는 제 3-3단계를 포함하여 이루어진다.The third step may include: a third step of obtaining a sum value of all sample data for a predetermined number of time windows while moving the time window by one sample data; Step 3-2 of selecting a maximum value from the sum values obtained in step 3-1 and the sum values obtained in step 2; And performing an FFT on all sample data in the time window corresponding to the selected maximum value.

그리고, 상기 제 4단계에서는 상기 카운트 회수가 소정치 보다 크면 상기 침입물체가 차량으로 구분하고 소정치 이하이면 상기 침입물체를 사람으로 구분하게 된다.In the fourth step, when the count is greater than a predetermined value, the intrusion object is classified as a vehicle, and when the count is less than or equal to a predetermined value, the intrusion object is classified as a person.

상기와 같이 구성된 본 발명에서는, 광섬유에 침입물체가 감지되면, 이에 따른 광신호의 변화가 일어나는데 이것을 신호처리하여, 침입여부 및 침입물체를 구별한다. 먼저 광신호의 변화에 의한 전기적 신호를 계속적으로 샘플링하여 일정 시간동안(Time window)에 샘플링된 신호들의 크기를 합산하여 문턱값 이상이 되면 침입 유무를 판단한다. 이러한 유효신호(침입신호)가 완벽히 포함할 수 있도록 샘플 데이터 진폭의 합산값이 최대가 될 때 타임 윈도우(Time Window)의 위치를 잡는다. 그리고 이때의 샘플링 신호를 FFT(fast Fourier transform)를 수행하여, 샘플링 신호의 크기가 증가하는 횟수를 세어, 그 횟수가 일정한 문턱값 이상이 되면 감지 물체를 차량으로 판단하고, 문턱값 이하이면 감지 물체를 사람으로 판단한다.In the present invention configured as described above, when the intrusion object is detected in the optical fiber, a change in the optical signal occurs according to the signal processing to distinguish whether the intrusion and the intrusion object. First, the electrical signal due to the change of the optical signal is continuously sampled, and the magnitude of the sampled signals is summed over a predetermined time window to determine whether an invasion occurs. The time window is positioned when the sum of the sample data amplitudes is maximized so that such a valid signal (intrusion signal) can be completely included. In this case, a fast fourier transform (FFT) is performed on the sampling signal to count the number of times the sampling signal increases, and when the number is greater than or equal to a predetermined threshold, the sensing object is determined as a vehicle. Judge as a person.

도 1은 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 침입감지 및 침입물체 구별방법이 적용되는 시스템을 개략적으로 도시한 도면,1 is a view schematically showing a system to which intrusion detection and intrusion object discrimination methods using optical fibers according to the present invention are applied;

도 2는 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 침입감지 및 침입물체 구별방법의 흐름도,2 is a flow chart of the intrusion detection and intrusion object identification method using the optical fiber according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 방법에서 감지한 시간영역에서의 사람의 감지 파형도,3 is a detection waveform diagram of a person in the time domain detected by the method according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 방법에서 감지한 시간영역에서의 차량의 감지 파형도,4 is a sensing waveform diagram of a vehicle in a time domain detected by the method according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 방법에서 감지 파형을 FFT 변환후 주파수영역에서의 사람과 차량의 파형도,5 is a waveform diagram of a person and a vehicle in a frequency domain after FFT conversion of a sense waveform in the method according to the present invention;

도 6은 본 발명에 따른 방법에서 감지신호의 주파수영역에서 사람과 차량의 기울기 변화회수를 나타낸 도면.6 is a view showing the number of changes in the inclination of the person and the vehicle in the frequency domain of the detection signal in the method according to the present invention.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **** Explanation of symbols for main parts of drawings **

110 : 광섬유 120 : 광원발생부110: optical fiber 120: light source generator

121 : 레이저다이오드 122 : 레이저다이오드 구동부121: laser diode 122: laser diode driver

123 : 레이저다이오드 안정화 회로부123: laser diode stabilization circuit

130 : 반사 거울 140 : 광 분기부130: reflection mirror 140: light branch

160 : 광 아이솔레이터 170 : 공간필터160: optical isolator 170: space filter

180 : 광 수신부 181 : 포토다이오드180: light receiving unit 181: photodiode

190 : 아날로그신호처리부 200 : 아날로그/디지털변환부190: analog signal processing unit 200: analog / digital conversion unit

210 : 중앙처리장치210: central processing unit

이하, 본 발명의 실시예에 따른 광섬유를 이용한 침입감지 및 구별 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an intrusion detection and distinguishing method using an optical fiber according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 침입감지 및 구별방법이 적용되는 시스템의 일예를 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing an example of a system to which an intrusion detection and discrimination method using an optical fiber according to the present invention is applied.

동 도면에 도시한 바와 같이, 광섬유를 이용한 침입감시 시스템은, 일정한 길이를 가지고 해당 감시 영역의 경계 부위에 매설 또는 장설되어 광 경로 매체 및 센서 역할을 하는 광섬유(110); 코히어런트(coherent)한 광 신호를 발생시켜 그 발생된 광을 상기 광섬유(110)의 일단(111)을 통해 입사시키기 위한 광원발생부(120); 상기 광섬유(110)를 통해 순방향 전송되어 그 광섬유(110)의 타단(112)을 통해 출사되는 광 신호를 상기 전송방향의 역방향 즉, 상기 광섬유(110)의 일단(111)측으로 반사시키기 위해, 상기 광섬유(110)의 상기 타단(112) 출사면에 반사면이 접하도록 설치된 반사수단으로서의 고 반사 광섬유 거울(130); 상기 광섬유(110)의 일단(111)을 통해 입사되어 상기 광섬유(100) 내로 순방향 전송되는 광 신호는 그대로 진행시키고, 상기 광섬유 거울(130)에 의해 반사되어 역방향 전송되는 광신호는 보조 광섬유(150)측으로 분기 전송되도록 하기 위하여, 광 커플러 또는 빔 스플리터(beam splitter)로 구성된 광 분기부(140); 상기 광 분기부(140)에 의해 분기된 역방향 광 신호를 전송하는 경로 매체 및/또는 센서 역할을 하는 보조 광섬유(150); 상기 광원발생부(120)와 상기 광 분기부(140) 사이의 상기 광섬유(110) 부분에 설치되어, 상기 역방향 광 신호의 진행을 차단하는 광 아이솔레이터(Isolator)(160); 상기 보조 광섬유(150)의 종단부(151)를 통해 출사된 광 신호를 필터링하는 공간필터(170); 상기 보조 광섬유(150)의 종단부(151)를 통해 출사되어 상기 공간필터(170)를 통과한 광 신호를 수광하여 전기적 신호로 변환하는 광 수신부(180); 상기 광수신부(180)에 의해 변환된 전기적 신호를 증폭하는 아날로그신호처리부(190); 상기 아날로그신호처리부(190)에서 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털변환부(200); 상기 아날로그/디지털변환부(200)의 출력 디지털 신호를 이용하여 침입을 감지하고 그 감지된 침입자가 사람인지 또는 차량인지를 알고리즘에 의하여 판별해내는 중앙처리장치(210)를 포함하여 구성된다.As shown in the figure, the intrusion monitoring system using the optical fiber, the optical fiber 110 having a certain length and embedded or embedded in the boundary of the monitoring area to serve as an optical path medium and a sensor; A light source generator 120 for generating a coherent optical signal and allowing the generated light to enter through one end 111 of the optical fiber 110; In order to reflect the optical signal transmitted forward through the optical fiber 110 and exited through the other end 112 of the optical fiber 110 to the reverse direction of the transmission direction, that is, to one end 111 of the optical fiber 110, A high reflecting optical fiber mirror 130 serving as a reflecting means provided so that a reflecting surface is in contact with the light emitting surface of the other end 112 of the optical fiber 110; The optical signal incident through one end 111 of the optical fiber 110 and forward-transmitted into the optical fiber 100 proceeds as it is, and the optical signal reflected by the optical fiber mirror 130 and transmitted backward is transmitted to the auxiliary optical fiber 150. An optical splitter 140 composed of an optical coupler or a beam splitter in order to branch-transmit to the side); An auxiliary optical fiber 150 serving as a path medium and / or a sensor for transmitting a reverse optical signal branched by the optical branch 140; An optical isolator (160) installed at a portion of the optical fiber (110) between the light source generator (120) and the optical branch (140) to block the progress of the reverse optical signal; A spatial filter 170 for filtering the optical signal emitted through the terminal 151 of the auxiliary optical fiber 150; An optical receiver 180 which receives the optical signal emitted through the terminal 151 of the auxiliary optical fiber 150 and passes through the spatial filter 170 and converts the optical signal into an electrical signal; An analog signal processor (190) for amplifying the electrical signal converted by the optical receiver (180); An analog / digital converter 200 for converting the analog signal amplified by the analog signal processor 190 into a digital signal; And a central processing unit 210 that detects an intrusion using the output digital signal of the analog / digital conversion unit 200 and determines whether the detected intruder is a person or a vehicle by an algorithm.

상기 중앙처리장치(210)는 마이크로프로세서 또는 디지털신호처리부 등을 이용하여 구성할 수 있다. 그리고, 상기 중앙처리장치(210)에는 이 중앙처리장치(210)의 제어하에 침입 감지 결과 및 침입물체의 구별결과(사람 또는 차량)를, LED(240)를 통하여 표시하기 위한 LED구동부(220)와, 스피커(250)를 통하여 발음하기 위한 스피커 구동부(230)를 더 포함하여 구성되어도 된다.The central processing unit 210 may be configured using a microprocessor or a digital signal processor. In addition, the central processing unit 210, under the control of the central processing unit 210, LED driving unit 220 for displaying the result of intrusion detection and the distinction of the intrusion object (person or vehicle) through the LED 240 And a speaker driver 230 for sounding through the speaker 250.

또한, 상기 중앙처리장치(210)에는 인터페이스(260)를 통하여 상용의 퍼스널 컴퓨터(270)가 연결되어, 침입 감지 결과 및 침입물체의 구별결과(사람 또는 차량)가 모니터 상에 표시될 수 있도록 하고, 또한 감지결과 및 구별결과가 시간대별로 데이터베이스화하여 저장될 수 있도록 되어 있어도 된다.In addition, a commercial personal computer 270 is connected to the central processing unit 210 through an interface 260, so that the intrusion detection result and the distinction result of the intrusion object (person or vehicle) can be displayed on the monitor. In addition, the detection result and the distinguishing result may be stored in a database by time zone.

더욱이, 상기 중앙처리장치(210)의 기능을 상용 컴퓨터에서 수행하도록 하여도 되며, 이 경우에는 구성요소들(210,220,230,240,250)을 제거하고 아날로그/디지털변환부(200)의 출력이 인터페이스(260)를 통해서 퍼스널컴퓨터(270)에 입력되도록 하면 된다.In addition, the function of the central processing unit 210 may be performed in a commercial computer. In this case, the components 210, 220, 230, 240, and 250 may be removed, and the output of the analog / digital converter 200 may be transmitted through the interface 260. What is necessary is just to input into the personal computer 270.

상기 광원발생부(120)는 레이저다이오드(121)와, 상기 레이저다이오드(121)를 구동하여 코히어런트한 광을 발생하도록 하는 레이저다이오드(LD) 구동부(122)와, 상기 레이저다이오드(121)의 안정된 동작을 유지하기 위한 레이저다이오드(LD) 안정화 회로부(123)로 구성되어 있으며, 상기 광 수광부(180)는 레이저 광 신호를 수광하는 하나 이상의 포토다이오드(PD)(181)로 구성되어 있다.The light source generator 120 includes a laser diode 121, a laser diode (LD) driver 122 for driving coherent light by driving the laser diode 121, and the laser diode 121. It consists of a laser diode (LD) stabilization circuit unit 123 for maintaining a stable operation of the light receiving unit 180 is composed of one or more photodiode (PD) (181) for receiving a laser light signal.

이어, 상기한 시스템의 동작에 대하여 설명하도록 한다.Next, the operation of the system will be described.

먼저, LD구동부(122)에 의해 구동된 레이저다이오드(121)로부터 코히어런트한 빛이 상기 광섬유(110)의 일단(111)을 통해 입사된다. 그 광섬유(110)에 입사된 빛은 광 아이솔레이트(160)와 광커플러(140)를 차례로 거쳐 센서 역할을 수행하는 광섬유(110)를 통과하여 순방향 전송되고, 상기 순방향 전송된 빛은 상기 광섬유(110)의 끝 단면에 있는 고 반사율의 광섬유 거울(130)의 반사면을 만나 그곳에서 대부분의 빛이 상기 입사한 방향에 역방향으로 반사된다. 상기 반사된 빛은 다시 상기 광섬유(110)를 통해 역방향 진행하여 상기 광 커플러(140)에 도달된 후, 상기 광 커플러(140)에 의해 상기 보조 광섬유(150)측으로 분기 전달된다. 상기 보조 광섬유(150)의 종단부(151)에 도달된 광 신호는 출사되어 상기 공간필터부(170)를 통과한 후 상기 광 수신부(180)의 포토다이오드(181)에 의해 수광 검출된다.First, coherent light from the laser diode 121 driven by the LD driver 122 is incident through one end 111 of the optical fiber 110. Light incident on the optical fiber 110 is forwarded through the optical isolate 160 and the optical coupler 140 and then through the optical fiber 110 serving as a sensor, and the forwarded light is transmitted to the optical fiber. It encounters the reflective surface of the high reflectance optical fiber mirror 130 at the end cross section of 110, where most of the light is reflected in the opposite direction to the incident direction. The reflected light travels back through the optical fiber 110 to reach the optical coupler 140 and then is branch-delivered to the auxiliary optical fiber 150 by the optical coupler 140. The optical signal that reaches the terminal 151 of the auxiliary optical fiber 150 is emitted and passed through the spatial filter unit 170, and then received by the photodiode 181 of the optical receiver 180.

상기 광 수신부(180)의 포토다이오드(181)에 의해 수광된 광 신호는 전치증폭부(미도시)를 통해 전기신호로 변환되어 상기 아날로그신호처리부(190)에서 증폭되고, 상기 증폭된 아날로그 신호는 아날로그/디지털변환부(200)에서 예를 들면 10kHz의 속도로 디지털신호로 변환되고, 이 변환된 디지털신호를 이용하여 중앙처리장치(210)에서 침입을 감지하고 그 침입물체가 사람인지 또는 차량인지를 구별하게 된다.The optical signal received by the photodiode 181 of the optical receiver 180 is converted into an electrical signal through a preamplifier (not shown) and amplified by the analog signal processor 190, and the amplified analog signal is The analog / digital conversion unit 200 converts the digital signal into a digital signal at a speed of 10 kHz, for example, and detects an intrusion in the central processing unit 210 using the converted digital signal, and determines whether the intrusion object is a person or a vehicle. Will be distinguished.

또한, 상기 LD 안정화 회로부(123)는 상기 레이저다이오드(121)로부터의 출력을 감시하여 항상 상기 레이저다이오드(121)로부터 일정한 파장 및 크기의 빛이 출력 되도록한다. 상기 광 아이솔레이터(160)는 상기 거울(130)에서 반사되어 역방향으로 전송되는 빛이 상기 레이저 다이오드(121)측으로 궤환(feedback)되는 것을 막아 준다. 상기 광섬유(110) 및 상기 보조 광섬유(150)를 감쌀 수 있는 동관 등과 같은 외부보호재를 사용한 상기 차폐부(240)는 상기 레이저 다이오드(121)와 접한 상기 광섬유(110)의 일부분, 상기 수광부(180)의 포토다이오드(181)와 접한 상기 보조 광섬유(150)의 일부분, 및 건물내부에 위치하거나 또는 감시지역이 아닌 부분들을 외부 압력이나 진동에 의한 신호가 상기 광섬유(110,150)에 전달되지 않도록 차단한다.In addition, the LD stabilization circuit unit 123 monitors the output from the laser diode 121 so that light of a certain wavelength and size is always output from the laser diode 121. The optical isolator 160 prevents the light reflected from the mirror 130 and transmitted in the reverse direction from being fed back to the laser diode 121. The shielding part 240 using an external protective material such as a copper tube that can surround the optical fiber 110 and the auxiliary optical fiber 150 is a part of the optical fiber 110 in contact with the laser diode 121, the light receiving part 180 A portion of the auxiliary optical fiber 150 in contact with the photodiode 181, and a portion of the auxiliary optical fiber 150 located inside the building or not in the monitoring area are blocked from being transmitted to the optical fibers 110 and 150 by external pressure or vibration. .

상기 광섬유(110)는 감시지역 여건에 따라 수cm에서 수십cm 깊이로 침입자를 감시하고자 하는 곳의 지하에 매설하거나 울타리에 설치하며 침입자의 침입시 그 진동 또는 압력에 의하여 광섬유(110)가 눌러지게 되면 그 광섬유(110) 내부의 벽에 의해 반사되어 진행하거나 직진하는 빛의 위상을 변화시키게 되어 스페클 패턴의 변화가 일어나며, 이에 따라 상기 수광부(180)의 포토다이오드(181)를 통해 수광되는 수광량이 변화되고, 그 변화되는 수광 신호는 상기아날로그신호처리부(190)에서 증폭되어 아날로그/디지털변화부(200)를 통하여 중앙처리장치(210)에 입력되게 된다.The optical fiber 110 is embedded in the basement of the place where you want to monitor the intruder to a depth of several centimeters or tens of centimeters depending on the monitoring area conditions, or installed in the fence and the optical fiber 110 is pressed by the vibration or pressure when the intruder invades When the light is reflected by the inner wall of the optical fiber 110 and changes the phase of the light traveling or going straight, the speckle pattern is changed, and thus the amount of light received through the photodiode 181 of the light receiving unit 180 is changed. The change and the received light signal is amplified by the analog signal processing unit 190 is input to the central processing unit 210 through the analog / digital changing unit 200.

상기 중앙처리장치(210)는 도 2를 참조하여 설명되는 알고리즘에 따라서 침입감지 및 침입물체의 구별(사람 또는 차량) 결과를, LED구동부(220)를 제어하여 LED(240)에 표시하도록 하거나, 스피커구동부(230)를 제어하여 스피커(250)를 통해서 발음되도록 한다. 또한, 상기 중앙처리장치(210)는 상기 감지 결과 및 구별결과를 인터페이스(260)를 통해서 퍼스널컴퓨터(270)에 전달하고, 상기 퍼스널컴퓨터(270)에서는 상기 감지 결과 및 구별결과를 모니터에 표시하도록 함과 동시에 데이터베이스화하여 저장하게 된다.The central processing unit 210 controls the LED driver 220 to display the result of the intrusion detection and intrusion object (person or vehicle) according to the algorithm described with reference to FIG. The speaker driving unit 230 is controlled to be pronounced through the speaker 250. In addition, the CPU 210 transmits the sensing result and the distinguishing result to the personal computer 270 through the interface 260, and the personal computer 270 displays the sensing result and the distinguishing result on a monitor. At the same time, the database is stored.

도 2는 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 침입감지 및 구별방법의 흐름도이다.2 is a flowchart of a method for detecting and distinguishing intrusion using an optical fiber according to the present invention.

상기 중앙처리장치(210)는 도 2에 도시한 흐름도를 이용하여 침입을 감지하고 그 침입물체가 사람인지 또는 차량인지를 구별하게 된다.The CPU 210 detects an intrusion using the flowchart shown in FIG. 2 and distinguishes whether the intrusion object is a person or a vehicle.

즉, 침입(또는 감지)발생의 유무 및 물체의 구별은 슬라이딩 타임 윈도우(sliding time window) 방식을 이용한 디지털 신호처리 알고리즘에서 수행된다. 슬라이딩 타임 윈도우 방식은 윈도우 창을 일정 크기로 유지하면서 슬라이딩 하는 방법으로 알고리즘에 사용된 슬라이딩 타임 윈도우의 크기는 침입(또는 감지) 발생 후 측정된 신호를 완전히 포함할 수 있을 정도의 크기로 정한다.In other words, the presence or absence of intrusion (or detection) and the distinction of the object are performed in a digital signal processing algorithm using a sliding time window method. The sliding time window method is a method of sliding while keeping the window window at a constant size. The sliding time window used in the algorithm is sized to include a signal measured after intrusion (or detection).

따라서, 먼저, 아날로그/디지털변환부(200)에서 예를 들면 10kHz의 속도로디지털 신호로 변환된 디지털 신호의 타임 윈도우 크기에 대응하는 샘플링 개수를 n개로 설정한다. 그리고, n개의 샘플들의 진폭(파워) 크기를 슬라이딩하면서 더하기 위하여 합산 시작 샘플인 i번째 샘플을 1번째 샘플링된 샘플로 설정하고 합산 종료 샘플인 N번째 샘플을 n번째 샘플로 설정한다(단계 S1).Accordingly, first, the number of samplings corresponding to the time window size of the digital signal converted into the digital signal at a rate of 10 kHz by the analog / digital converter 200 is set to n. Then, to add while sliding the amplitude (power) magnitude of the n samples, the i th sample which is the sum start sample is set as the first sampled sample, and the n th sample which is the sum end sample is set as the n th sample (step S1). .

그후, i번째 샘플 데이터부터 N번째 샘플데이터에 대하여 n개의 샘플로 설정된 타임윈도우에서 이들 샘플데이터의 크기를 합산한다(단계 S2~S3).Thereafter, the sizes of these sample data are summed in a time window set to n samples for the i th sample data to the N th sample data (steps S2 to S3).

이어, 상기 타임윈도우 내의 합산된 샘플데이터들의 합산 값(Psum)을 침입(또는 감지) 신호 문턱값(threshold, Pth)과 비교한다(단계 S4).Subsequently, the sum value P sum of the summed sample data in the time window is compared with the intrusion (or detection) signal threshold value P th (step S4).

만약 샘플 데이터의 합산 값(Psum)이 Pth보다 크면 침입(또는 감지)이 발생한 것으로 판단한다.If the sum value P sum of the sample data is larger than P th , it is determined that an intrusion (or detection) has occurred.

이때 슬라이딩 타임 윈도우가 침입(또는 감지)신호를 완전히 포함할 수 있는 위치에 오도록 하기 위해 합산 시작 샘플인 i번째 샘플을 (i+1)번째 샘플링된 샘플로 설정하고 합산 종료 샘플인 N번째 샘플을 (N+1)번째 샘플로 설정하여 타임윈도우를 1샘플만큼씩 슬라이딩하면서 t개의 타임윈도우에 대하여 각각의 타임 윈도우 내의 샘플링 신호들의 크기 값을 더하여 각 타임윈도우의 샘플데이터 합산 값(Psum_1,Psum_2,...,Psum_t)을 구한다(단계 S5~S9).In this case, the i-th sample, which is the sum start sample, is set as the (i + 1) -th sampled sample, and the N-th sample, which is the summation end sample, is set so that the sliding time window is in a position where the intrusion (or detection) signal can be completely included. Set the (N + 1) th sample and slide the time window by one sample while adding the magnitude values of the sampling signals in each time window to the t time windows to add the sum of the sample data of each time window (P sum_1 , P sum_2 , ..., P sum_t ) is obtained (steps S5 to S9).

그후, 상기 구한 각 타임윈도우의 샘플 데이터의 합산 값들(Psum,Psum_1,Psum_2,...,Psum_t) 중에서 최대 값을 선택한다(단계 S10).Thereafter, a maximum value is selected from the sum values P sum , P sum_1 , P sum_2 ,..., And P sum_t of the obtained sample data of each time window (step S10).

이는 타임윈도우의의 크기는 일정하기 때문에 침입(또는 감지) 발생 후 타임윈도우내의 샘플데이터의 합산 값이 최대 값을 가질 때 윈도우는 침입(또는 감지)신호를 완전히 포함할 수 있는 위치에 있는 것으로 판단하기 위한 것이다. 시간영역에서 사람과 차량의 감지 신호는 속도와 외형적 특성으로 도 3과 도 4에서 보듯이 사람은 한 개의 큰 파형을 가지고 차량은 두 개의 큰 파형을 가지게 된다. 그러나 시간영역에서 본 이러한 외관적 특성들은 두 신호를 명확히 구분할 수 있는 알고리즘의 판단요소로 사용할 수 없다. 왜냐하면 이러한 신호의 모양은 일정치 않으며, 시간과 장소에 따라 제각각 다르기 때문이다.Since the size of the time window is constant, when the sum of sample data in the time window has the maximum value after the intrusion (or detection) occurs, it is determined that the window is in a position capable of completely including the intrusion (or detection) signal. It is to. In the time domain, the detection signals of the person and the vehicle have speed and appearance characteristics, and as shown in FIGS. 3 and 4, the person has one large waveform and the vehicle has two large waveforms. However, these external features seen in the time domain cannot be used as a determinant of an algorithm that can clearly distinguish two signals. This is because the shape of these signals is not constant and varies with time and place.

이어, 상기 선택된 최대값에 대응하는 타임 윈도우 내에 있는 모든 샘플 데이터에 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여(단계 S11), 시간영역에서의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하여 사람과 차량의 신호들의 특성을 찾고 판단요소로 사용한다.Subsequently, an FFT (Fast Fourier Transform) is performed on all sample data in the time window corresponding to the selected maximum value (step S11) to convert the signal in the time domain into a signal in the frequency domain to obtain signals of human and vehicle. Find the property and use it as a judgment factor.

도 5는 FFT를 취한 후에 주파수 영역에서 본 사람과 차량의 신호이며, 이들 도면을 통해 도 2의 알고리즘의 핵심인 두 신호를 식별할 수 있는 특성을 발견할 수 있는데, 차량의 신호는 사람의 신호에 비해 양의 기울기 변화(i번째의 샘플링 신호의 크기와 i+1번째 샘플링 신호의 크기를 비교하여 i+1번째 신호의 크기가 클 때는 양의 기울기 변화) 횟수가 많다는 점이다.FIG. 5 shows the signals of the person and the vehicle in the frequency domain after taking the FFT, and through these diagrams, the characteristics of the two signals, which are the core of the algorithm of FIG. 2, can be found. The number of positive slope changes (the positive slope change when the magnitude of the i + 1th signal is large by comparing the magnitude of the i-th sampling signal with the magnitude of the i + 1th sampling signal) is larger than that of the positive slope.

이러한 특성을 이용하여 신호를 FFT 수행후 주파수 영역의 신호들에서 양의 기울기 횟수를 카운트하고(단계 S11'), 그 기울기 변화 횟수(STN)가 기울기 변화 횟수 문턱값(STNth)(예를 들면 4회)과 비교하여 크면 침입자가 차량이고 문턱값 보다 횟수가 적으면 사람으로 판단한다(단계 S12~S14).Using this characteristic, after performing the FFT on the signal, the number of positive slopes is counted in the signals in the frequency domain (step S11 ′), and the number of slope changes STN is the slope change count threshold STN th (for example, If larger than 4 times, the intruder is a vehicle and if the number of times is less than the threshold value, it is judged as a person (steps S12 to S14).

여기서, 도 6에 도시한 바와 같이 침입자가 사람인 경우에는 타임윈도우 내의 주파수 영역의 신호들에서 양의 기울기는 A 지점에서 1회 나타나는 반면, 침입자가 차량인 경우에는 양의 기울기는 B1~B11 지점에서 많이 나타나게 된다.6, when the intruder is a human, the positive slope appears once at the point A in the signals of the frequency domain in the time window, whereas when the intruder is a vehicle, the positive slope is at the points B1 to B11. Many will appear.

한편, 상기한 단계 S4에서 샘플 데이터의 합산 값(Psum)이 Pth보다 작으면 침입(또는 감지)이 발생하지 않은 것으로 판단하고, 단계 S15에서 합산 시작 샘플인 i번째 샘플을 (i+1)번째 샘플링된 샘플로 설정하고 합산 종료 샘플인 N번째 샘플을 (N+1)번째 샘플로 설정하여 타임윈도우를 1샘플만큼씩 슬라이딩한 후, 상기한 단계 S2 내지 S4를 반복한다.On the other hand, if the sum value (P sum ) of the sample data is less than P th in step S4 described above, it is determined that no intrusion (or detection) has occurred, and in step S15, the i th sample, which is the sum start sample, is determined as (i + 1). After setting the N th sample, the N th sample which is the summation end sample, and the (N + 1) th sample, the time window is slid by one sample, and the above steps S2 to S4 are repeated.

이상과 같이 구성된 본 발명은 침입감시뿐만 아니라 다른 응용분야로서 예를 들면 운전면허시험장에서 실수로 사람이 감지선을 밟더라도 판단 시스템에 전혀 영향을 주지 않으며, 차량이 감지될 때만 판단 시스템에 신호가 전달되는 등 산업상의 이용분야를 확대하여 다양하게 이용될 수 있다.The present invention configured as described above is not only intrusion monitoring but also other application fields, for example, if a person accidentally steps on a detection line at a driver's license test site, it does not affect the judgment system at all, and a signal is sent to the judgment system only when a vehicle is detected. It can be used in various ways by expanding the field of industrial use such as being delivered.

한편, 본 발명은 전술한 전형적인 바람직한 실시예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.On the other hand, the present invention is not limited to the above-described typical preferred embodiment, it can be carried out in various ways without departing from the gist of the present invention various modifications, changes, substitutions or additions in the art Anyone who has this can easily understand it. If the implementation by such improvement, change, replacement or addition falls within the scope of the appended claims, the technical idea should also be regarded as belonging to the present invention.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 침입(또는 감지)물체의 유무뿐만 아니라 침입(또는 감지)물체가 사람인지 차량인지 구별이 됨에 따라 다양한 산업분야에 적용이 가능하다. 예를 들면, 무인경비 시스템의 침입감시 시스템, 운전면허시험장에서 차량의 코스 이탈 감지 및 운전면허시험장에서 사람의 부주의에 의한 코스 이탈 센서의 감지에 의한 오류 등을 방지하면서 차량의 코스 이탈만 감지하는 시스템, 출입문에서의 발(foot) 스위치 등으로 이용할 수 있는 유용한 발명이다.As described in detail above, according to the present invention, as well as the presence or absence of an intrusion (or detection) object, the intrusion (or detection) object can be applied to various industrial fields as it is distinguished from a person or a vehicle. For example, it detects only the course deviation of the vehicle while preventing errors caused by the intrusion monitoring system of the unmanned security system, the course deviation detection of the vehicle at the driver's license examination center, and the detection of the course deviation sensor due to the carelessness of a person at the driver's license examination ground. It is a useful invention that can be used as a system, a foot switch in a door, and the like.

Claims (4)

광섬유를 이용한 감시시스템에 있어서,In the monitoring system using the optical fiber, 상기 감시시스템에서 감지된 신호를 디지털신호로 변환하는 제 1단계와;A first step of converting the signal detected by the surveillance system into a digital signal; 상기 변화된 디지털 신호 샘플데이터에 대하여 슬라이딩 타임 윈도우 방식으로 일정 크기의 타임 윈도우를 슬라이딩하면서 타임 윈도우 내의 샘플 데이터를 모두 합산하여 그 합산 값에 따라서 침입의 유무를 판단하는 제 2단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 침입 감지방법.And sliding the time window of a predetermined size with respect to the changed digital signal sample data by sliding all the sample data in the time window, and determining whether there is an intrusion according to the sum value. Intrusion detection method using optical fiber. 제 1항에 규정된 방법에 의하여 침입이 있는 것으로 판단되는 경우, 해당 타임 윈도우 내의 모든 샘플 데이터에 대하여 FFT(Fast Fourier Transform)를 행하는 제 3단계와;A third step of performing a Fast Fourier Transform (FFT) on all sample data in the time window when it is determined that the intrusion is made by the method defined in claim 1; 상기 FFT 변환된 데이터에 대하여 양의 기울기를 카운트하여 그 카운트 회수에 근거하여 침입물체를 구분하는 제 4단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 침입물체 구별방법.And a fourth step of counting a positive slope with respect to the FFT-converted data and classifying the intruder based on the number of counts thereof. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제 3단계는, 타임윈도우를 1샘플 데이터씩 이동시키면서 소정 개수의 타임윈도우에 대하여 모든 샘플 데이터의 합산 값을 구하는 제 3-1단계와;The third step may include: a third step of obtaining a sum value of all sample data for a predetermined number of time windows while moving the time window by one sample data; 상기 제 3-1단계에서 구해진 합산 값들과 상기 제 2단계에서 구한 합산값 중에서 최대 값을 선택하는 제 3-2단계와;Step 3-2 of selecting a maximum value from the sum values obtained in step 3-1 and the sum values obtained in step 2; 상기 선택된 최대 값에 대응하는 타임 윈도우 내의 모든 샘플 데이터에 대하여 FFT를 행하는 제 3-3단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 침입물체 구별방법.And performing a third to third FFT on all sample data in the time window corresponding to the selected maximum value. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,The method of claim 2 or 3, 상기 제 4단계는 상기 카운트 회수가 소정치 보다 크면 상기 침입물체가 차량으로 구분하고 소정치 이하이면 상기 침입물체를 사람으로 구분하는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 침입물체 구별방법.In the fourth step, the intrusion object is classified as a vehicle when the count is greater than a predetermined value, and the intrusion object is classified as a person when the count is less than a predetermined value.
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