准分布式光纤光栅周界入侵报警系统的定址方法及系统

摘要

本发明公开了一种准分布式光纤光栅周界入侵报警系统的定址方法及系统，其中方法包括以下步骤：获取各个光纤光栅传感器的实时波长数据信息；计算光纤光栅传感器波长基准值，并扣除温漂效应的影响；计算光纤光栅传感器波长偏差变化量，并判断该波长偏差变化量是否满足预先设置的灵敏度阈值触发条件；若满足，则选取预设时间长度的波长偏差随时间变化的数据序列，并计算该段时间内的信号低频能量；计算临近的光纤光栅传感器的低频能量，并进行比较，选出具有最大低频能量的光纤光栅传感器，将其位置识别为入侵地址，以进行报警。本发明提高了对入侵行为的定址精度，使得系统的环境适应性增强，促进了光纤光栅周界入侵报警系统的市场推广。

说明书

技术领域

 本发明涉及周界安防技术及光纤光栅传感网络信号处理方法领域，尤其涉及一种准分布式光纤光栅周界入侵报警系统的定址方法及系统。

 

背景技术

 现有的光纤布喇格光栅智能定址周界入侵自适应报警系统（CN101840615）主要是通过对单个传感器波形振动幅度的大小来判断是否报警。同时光纤周界入侵系统（CN101556724）存在定位不准，误报率较高的缺陷。防入侵系统传感网络的入侵检测与定位方法（CN 101860866 B）针对的是对单个传感器特征信息的提取；光纤振动处理器系统的实现方法（CN 101639963）利用FPGA 和DSP结合的方式通过SVM 算法进行处理，数据处理算法较为复杂。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（CN 102968868）对经过预处理后的信号利用Hilbert 变换求取时域包络信号；对时域包络信号进行分帧，并对每帧的时域包络信号进行特征参量提取；根据特征参量的值以及预先设定的特征参数阈值进行振动行为的模式识别。一种光纤光栅周界防入侵系统及其报警方法（CN 102521939）对预报警状态下的异常信号的波长信息进行频域分辨，保留有效的非法入侵行为信息，完成报警过程。这些系统都存在下列缺陷和推广应用瓶颈：（1）无法准确定位，无法满足小范围、高等级防范领域的需求；（2）在高灵敏度条件下时系统的抗环境能力差、误报率高，导致应用范围受到限制。 

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中在高灵敏度条件下，不能准确识别入侵位置，系统的误报率较高的缺陷，提供一种高灵敏度条件下，能够准确识别入侵位置，进一步降低系统的误报率指标，提高系统可靠性的准分布式光纤光栅周界入侵报警系统的定址方法及系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种准分布式光纤光栅周界入侵报警系统的定址方法，包括以下步骤：

获取各个光纤光栅传感器的实时波长数据信息；

根据所述实时波长数据信息计算光纤光栅传感器波长基准值，并扣除温漂效应对振动信号提取的影响；

根据所述波长基准值计算光纤光栅传感器波长偏差变化量，并判断该波长偏差变化量是否满足预先设置的灵敏度阈值触发条件；

若波长偏差变化量满足预先设置的灵敏度阈值触发条件，则选取预设时间长度的波长偏差随时间变化的数据序列，并计算该段时间内光纤光栅传感器的信号低频能量；

计算临近的光纤光栅传感器的低频能量，并进行比较，选出具有最大低频能量的光纤光栅传感器，将该光纤光栅传感器的位置识别为入侵地址，以进行报警。

本发明所述的方法中，所述低频能量为0.5-10Hz频段内的信号频谱分量之和。

本发明所述的方法中，所述光纤光栅传感器串联在一根振动光缆上，振动光缆呈线型布设。

本发明所述的方法中，所述临近的光纤光栅传感器为满足预先设置的灵敏度阈值触发条件的传感器的前三个和后三个传感器。

本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：

提供一种的准分布式光纤光栅周界入侵报警系统的定址系统，包括：

实时波长数据信息获取模块，用于获取各个光纤光栅传感器的实时波长数据信息；

波长基准值计算模块，用于根据所述实时波长数据信息计算光纤光栅传感器波长基准值，并扣除温漂效应对振动信号提取的影响；

波长偏差变化量计算模块，用于根据所述波长基准值计算光纤光栅传感器波长偏差变化量；

判断模块，用于判断波长偏差变化量是否满足预先设置的灵敏度阈值触发条件；

信号低频能量计算模块，用于在波长偏差变化量满足预先设置的灵敏度阈值触发条件时，选取预设时间长度的波长偏差随时间变化的数据序列，并计算该段时间内光纤光栅传感器的信号低频能量；以及计算临近的光纤光栅传感器的低频能量；

定址模块，用于比较临近的光纤光栅传感器的低频能量，选出具有最大低频能量的光纤光栅传感器，将该光纤光栅传感器的位置识别为入侵地址，以进行报警。

本发明所述的系统中，所述信号低频能量计算模块所计算的低频能量为0.5-10Hz频段内的信号频谱分量之和。

本发明所述的系统中，所述光纤光栅传感器串联在一根振动光缆上，振动光缆呈线型布设。

本发明所述的系统中，所述临近的光纤光栅传感器为满足预先设置的灵敏度阈值触发条件的传感器的前三个和后三个传感器。

本发明产生的有益效果是：本发明通过计算光纤光栅传感器波长偏差变化量，在其满足预先设置的灵敏度阈值触发条件时，选取预设时间长度的波长偏差随时间变化的数据序列，并计算该段时间内光纤光栅传感器的信号低频能量；并计算临近的光纤光栅传感器的低频能量，进行比较，选出具有最大低频能量的光纤光栅传感器，将该光纤光栅传感器的位置识别为入侵地址，以进行报警。实现了准分布式光纤光栅周界安防系统不漏报、少误报的技术要求，确保了系统在高灵敏度条件下运行时，一次入侵行为仅一个传感器输出报警，提高了对入侵行为的定址精度，使得系统的环境适应性增强，促进了光纤光栅周界入侵报警系统的市场推广。

 

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的准分布式光纤光栅周界入侵报警系统的定址方法流程图；

图2是本发明实施例在传感器编号为5的位置进行模拟翻越时临近传感器的信号能量分布示意图；

图3是本发明实施例穿管式光纤光栅振动光缆安装布设结构示意图；

图4是本发明实施例的准分布式光纤光栅周界入侵报警系统的定址系统的结构示意图。

 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明可实现准分布式光纤光栅周界安防系统不漏报、少误报的技术要求，确保了系统在高灵敏度条件下运行时，一次入侵行为仅一个传感器输出报警，提高了对入侵行为的定址精度，使得系统的环境适应性增强，促进了光纤光栅周界入侵报警系统的市场推广。

如图1所示，本发明实施例准分布式光纤光栅周界入侵报警系统的定址方法，包括以下步骤：

S101、获取各个光纤光栅传感器的实时波长数据信息；

S102、根据实时波长数据信息计算光纤光栅传感器波长基准值，并扣除温漂效应对振动信号提取的影响；

S103根据波长基准值计算光纤光栅传感器波长偏差变化量；

S104、判断该波长偏差变化量是否满足预先设置的灵敏度阈值触发条件；

S105、若波长偏差变化量满足预先设置的灵敏度阈值触发条件，则选取预设时间长度的波长偏差随时间变化的数据序列，并计算该段时间内光纤光栅传感器的信号低频能量；在本发明的一个实施例中，低频能量为0.5-10Hz频段内的信号频谱分量之和。

S106、计算临近的光纤光栅传感器的低频能量，并进行比较；

S107、选出具有最大低频能量的光纤光栅传感器，将该光纤光栅传感器的位置识别为入侵地址，以进行报警。本发明的一个较佳实施例中，临近的光纤光栅传感器为满足预先设置的灵敏度阈值触发条件的传感器的前三个和后三个传感器。

进一步地，本发明的一个实施例中，光纤光栅传感器串联在一根振动光缆上，振动光缆呈线型布设。

本发明实施例中可利用串接的多个光纤光栅加速度传感器对同一次攀爬翻越入侵行为的信号能量在钢管支架结构中的传导及分布状态进行空间采样来识别入侵行为的出现位置，使得防入侵系统的多个传感器在较高的灵敏度参数条件下，准确的寻找出激励能量最强的位置，从而对入侵行为进行定址。避免在高灵敏度阈值参数设置时，同一次入侵行为多个传感器均输出报警状态的情况出现，提高系统对入侵位置进行识别和判断的可靠性。信号能量特征的空间分布特性为：距离入侵位置最近的传感器所获得的振动信号的能量值最大，随着机械振动在弹性媒介中的传导，临近位置的传感器感受到的信号强度逐渐减弱，直至信号彻底耗散。无入侵时的信号则不具备振动信号在弹性媒介中传输时能量呈衰减式空间分布的规律，而有入侵时的信号能量的空间分布呈单峰函数状态分布。如图2所示，在第五号传感器附近位置进行模拟入侵翻越激励时，临近的六个传感器对该行为的振动能量的传导行为进行空间采样，第五号传感器所获取的能量值最大，其两侧的传感器随着距离激励源空间距离的增加，传感器感受到扰动信号的能量依次递减。根据这种方法，首先提取多个传感器的时变波长信号的低频能量，在比较各个能量数值的大小，然后给出以传感器序号为横坐标，信号能量值为纵坐标的曲线图，即可以判断出入侵位置。

如图3所示，本发明具体实施例所采用的周界入侵报警检测装置，安装在周界现场的探测前端由四个部分组成：架设在墙体上的支架1、焊管2，焊管连接用套管3以及由光纤光栅加速度传感器串接而成的铠装振动光缆4（一根振动光缆串接20个传感器，传感器间距在6~12米），用于感知周界被入侵时的振动或应变信号；采用光纤光栅解调仪对传感器信号进行解调，然后由信号处理主机（或可实现上述方法的系统）对时变光纤光栅传感器的时变波长信号进行实时处理，判断有无入侵并进行声光报警，给出并显示入侵检测及其定位结果。

本发明实施例中列举的是基于串接式光纤光栅加速度传感器的周界入侵报警系统的具体实施方法，本发明的定址方法完全可以应用到基于其他类型的光学、电类或混合式准分布式加速度传感器或压力传感器阵列的周界防入侵报警系统中。

本发明实施例的准分布式光纤光栅周界入侵报警系统的定址系统，用于实现上述方法，如图4所示，包括：

实时波长数据信息获取模块10，用于获取各个光纤光栅传感器的实时波长数据信息；

波长基准值计算模块20，用于根据实时波长数据信息计算光纤光栅传感器波长基准值，并扣除温漂效应对振动信号提取的影响；

波长偏差变化量计算模块30，用于根据波长基准值计算光纤光栅传感器波长偏差变化量；

判断模块40，用于判断波长偏差变化量是否满足预先设置的灵敏度阈值触发条件；

信号低频能量计算模块50，用于在波长偏差变化量满足预先设置的灵敏度阈值触发条件时，选取预设时间长度的波长偏差随时间变化的数据序列，并计算该段时间内光纤光栅传感器的信号低频能量；以及计算临近的光纤光栅传感器的低频能量；本发明一较佳实施例中，临近的光纤光栅传感器为满足预先设置的灵敏度阈值触发条件的传感器的前三个和后三个传感器。

定址模块60，用于比较临近的光纤光栅传感器的低频能量，选出具有最大低频能量的光纤光栅传感器，将该光纤光栅传感器的位置识别为入侵地址，以进行报警。

本发明实施例中，信号低频能量计算模块所计算的低频能量为0.5-10Hz频段内的信号频谱分量之和。

本发明的实施例中，光纤光栅传感器串联在一根振动光缆上，振动光缆呈线型布设。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。