本發明涉及一種分布式多防區振動光纖周界監測技術領域，特別是涉及一種分布式多防區振動光纖周界報警系統以及周界監測方法。

背景技術：

隨著社會經濟的快速發展，人們對生活和環境的安全性要求越來越高，在民用方面，尤其是涉及到生命和財產安全方面，人們希望能及時預知災難的發生，避免不必要的損失；在軍事國防方面，對軍事信息和軍事基地的保密性和安全性要求極其高。因此，對安防系統的精準度的要求越來越高。

目前采用脈沖電子圍欄形成分布式光纖振動傳感裝置，其使人們可以在較大范圍內布防，也能夠及時啟動報警系統，但這種分布式振動光纖的定位精度不高，分布范圍也不夠廣，對于一些安防要求極高的特殊場合，這種定位精度及分布范圍還是達不到要求，甚至會出現誤報情況。

為了解決傳統脈沖電子圍欄主機中存在的如上缺陷，不同的廠家采用了不同的設計思路和方法：中國實用新型專利ZL201320475144.3，公開了一種多通道同時監測的分布式光纖振動傳感裝置，該實用新型解決了對多路傳感光纖進行實時監測的問題，但它的缺點是不能進行入侵模式的智能識別，誤報率較高。

因此需要一種誤報率低、監測精度高的分布式多防區振動光纖周界報警系統。

技術實現要素：

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種分布式多防區振動光纖周界報警系統以及周界監測方法，用于解決現有技術中誤報率高、難以精準監測的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種分布式多防區振動光纖周界報警系統，其包括：

窄線寬光源模塊和分光器，分光器具有多個光出口；

多防區現場探測單元，由多個防區探測單元構成，每個防區探測單元均由光模塊、傳感光纖和反射鏡組成，光模塊通過傳感光纖與反射鏡相連；

以及終端監測單元，包括光電轉換數據處理模塊、主控器以及報警模塊，光電轉換數據處理模塊和報警模塊均與主控器相連；

所述窄線寬光源模塊與分光器相連，分光器的每個光出口與其中一個防區探測單元中的光模塊通過通信光纜相連，所有光模塊均與所述光電轉換數據處理模塊相連，窄線寬光源模塊射出的光源通過分光器分光后進入每個防區探測單元，經光模塊耦合后形成干涉光信號進入光電轉換數據處理模塊轉變成信息數據，信息數據由主控器分析處理。

優選的，所述光模塊由三塊1*2耦合器集成，具有三個端口，第一端口通過通信光纜與所述分光器的光出口相連，第二端口通過所述傳感光纖與所述反射鏡相連，第三端口通過通信光纜與所述光電轉換數據處理模塊相連。

優選的，位于所述第一端口以構成所述第一端口的第一耦合器的分光比為10:90，位于所述第二端口以構成第二端口的第二耦合器的分光比為50:50，位于所述第三端口以構成第三端口的第三耦合器的分光比為50:50。

優選的，所述光電轉換數據處理模塊包括多個光電探測器、多個信號處理單元以及并行數據采集卡，每個光電探測器與一個信號處理單元相連，所有信號處理單元均與所述并行數據采集卡相連，并行數據采集卡與所述主控器相連，且每個光電探測器與其中一個防區探測單元中的所述光模塊相連。

優選的，所述報警模塊包括多個報警指示燈，每個報警指示燈對應一個防區探測單元。

本發明還提供一種分布式多防區振動光纖周界的監測方法，所述監測方法采用如上所述的分布式多防區振動光纖周界報警系統，包括以下步驟：

1)所述主控器控制窄線寬光源模塊實時輸出預設功率的激光光源，激光光源通過分光器進入每個防區探測單元內，經光模塊耦合后形成干涉光信號，所述光電轉換數據處理模塊實時將干涉光信號轉換成信息數據傳輸至主控器；

2)主控器對接收到的每個防區對應的信息數據進行處理分析，主控器內具有預設的多個分析特征閾值，在處理分析時，主控器根據每個防區對應的信息數據提取所有分析特征的實時值，將各分析特征的實時值與對應預設的分析特征閾值進行比較，如果超出預設的分析特征閾值則使報警模塊發出報警，所述多個分析特征包括頻率特征和時域特征，所述頻域特征包含每個防區對應的信息數據中代表入侵信號的頻率特性以及所有入侵信號間的關聯特性；所述時域特征包含每個防區對應的信息數據中代表入侵信號的時間間隔以及每個入侵信號的持續時間。

優選的，所述多個分析特征還包括每個防區對應的信息數據中的入侵強度，所述入侵強度來識別入侵動作的危險性。

優選的，所述步驟2)還包括：所述主控制器根據不同防區對應信息數據中的入侵信號的頻域特征和時間特征，進行不同防區間的空間關聯性分析。

優選的，所述頻域特征還包含處于不同頻率段內的入侵信號間的關聯性。

優選的，所述主控制器將多個所述分析特征的實時值進行綜合分析處理，以此判斷具有所述分析特征的實時值的入侵信號對應的入侵動作種類。

如上所述，本發明的分布式多防區振動光纖周界報警系統以及周界監測方法，具有以下有益效果：采用光模塊耦合后形成干涉光信號，對高頻信號的響應具有極大的靈敏性，同時也最大限度的降低了現場熔纖難度，提高了探測準確性及整個系統的穩定性；采用了光電轉換數據處理模塊來實時采集數據，可同時對多防區的干涉光信號進行實時處理并且將信息數據傳輸給主控器，大大提高了系統的實時性及可靠性；本發明的監測方法通過預設各分析特征閾值，利用各分析特征的實時值與對應預設的分析特征閾值進行比較，從而可以濾除大部分噪聲，篩選出有用信號，對高頻信號的相應具有極大的靈敏性，避免產生誤報。

附圖說明

圖1顯示為本發明的分布式多防區振動光纖周界報警系統的系統框圖。

圖2顯示為本發明的分布式多防區振動光纖周界報警系統中每個防區的具體示意圖。

圖3顯示為本發明的干涉光信號形成的原理示意圖。

圖4顯示為本發明的入侵信號示意圖。

元件標號說明

1 窄線寬光源模塊

2 分光器

3 光模塊

31 1*2耦合器

31-a 第一耦合器

31-b 第二耦合器

31-c 第三耦合器

4 反射鏡

5 光電轉換數據處理模塊

51 并行數據采集卡

52 信號處理單元

53 光電探測器

6 主控器

7 報警模塊

8 傳感光纖

具體實施方式

以下由特定的具體實施例說明本發明的實施方式，熟悉此技術的人士可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點及功效。

請參閱圖1至圖3。須知，本說明書所附圖中所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，并非用以限定本發明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關系的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容所能涵蓋的范圍內。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發明可實施的范圍，其相對關系的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施的范疇。

如圖1所示，本發明提供一種分布式多防區振動光纖周界報警系統，其包括：

窄線寬光源模塊1和分光器2，分光器2具有多個光出口；

多防區現場探測單元，由多個防區探測單元構成，每個防區探測單元均由光模塊3、傳感光纖8和反射鏡4組成，光模塊3通過傳感光纖8與反射鏡4相連；

以及終端監測單元，包括光電轉換數據處理模塊5、主控器6以及報警模塊7，光電轉換數據處理模塊5和報警模塊7均與主控器6相連；

所述窄線寬光源模塊1與分光器2相連，分光器2的每個光出口與其中一個防區探測單元中的光模塊3通過通信光纜相連，所有光模塊3均與所述光電轉換數據處理模塊5相連，窄線寬光源模塊1射出的光源通過分光器2分光后進入每個防區探測單元，經光模塊3耦合后形成干涉光信號進入光電轉換數據處理模塊5轉變成信息數據，信息數據由主控器6分析處理。

本發明采用光模塊耦合后形成干涉光信號，對高頻信號的響應具有極大的靈敏性，同時也最大限度的降低了現場熔纖難度，提高了探測準確性及整個系統的穩定性；采用了光電轉換數據處理模塊來實時采集數據，可同時對多防區的干涉光信號進行實時處理并且將信息數據傳輸給主控器，大大提高了系統的實時性及可靠性。

上述光模塊3由三塊1*2耦合器31集成，見圖3所示，具有三個端口，第一端口通過通信光纜與分光器2的光出口相連，第二端口通過傳感光纖8與反射鏡4相連，第三端口通過通信光纜與光電轉換數據處理模塊5相連。施工時，可現場將通信光纜、傳感光纖8熔纖后接入對應的各端口，便于施工。本實施例中，位于第一端口處以構成第一端口的第一耦合器31-a的分光比為10:90，位于第二端口處以構成第二端口的第二耦合器31-b和位于第三端口處以構成第三端口的第三耦合器31-c的分光比均為50:50。

為實現干涉光信號的實時采集和實時分析，見圖2所示，上述光電轉換數據處理模塊5包括多個光電探測器53、多個信號處理單元52以及并行數據采集卡51，每個光電探測器53與一個信號處理單元52相連，所有信號處理單元52均與并行數據采集卡51相連，并行數據采集卡51與主控器6相連，且每個光電探測器53與其中一個防區探測單元中的所述光模塊3相連。本實施例采用光電探測器來接收由光模塊3發出的每個防區的干涉光信號，經由信號處理單元處理后通過并行數據采集卡51采集所需要的信息數據，該些信息數據內包含所需要各分析特征值的實時值，便于主控器進行分析處理，以便及時報警。

為提高報警精度，上述報警模塊7包括多個報警指示燈，每個報警指示燈對應一個防區探測單元。

本發明還提供一種分布式多防區振動光纖周界的監測方法，所述監測方法采用如上所述的分布式多防區振動光纖周界報警系統，包括以下步驟：

1)所述主控器6控制窄線寬光源模塊1實時輸出預設功率的激光光源，激光光源通過分光器2進入每個防區探測單元內，經光模塊3耦合后形成干涉光信號，所述光電轉換數據處理模塊5實時將干涉光信號轉換成信息數據傳輸至主控器6；

2)主控器6對接收到的每個防區對應的信息數據進行處理分析，主控器6內具有預設的多個分析特征閾值，在處理分析時，主控器6根據每個防區對應的信息數據提取所有分析特征的實時值，將各分析特征的實時值與對應預設的分析特征閾值進行比較，如果超出預設的分析特征閾值則使報警模塊7發出報警，多個分析特征包括頻率特征和時域特征，頻域特征包含每個防區對應的信息數據中代表入侵信號的頻率特性以及所有入侵信號間的關聯特性；時域特征包含每個防區對應的信息數據中代表入侵信號的時間間隔以及每個入侵信號的持續時間。

本發明采用光電轉換數據處理模塊5實時將干涉光信號轉換成信息數據傳輸至主控器6，主控制器根據每個防區對應的信息數據提取所有分析特征的實時值，將各分析特征的實時值與對應預設的分析特征閾值進行比較，如果超出預設的分析特征閾值則使報警模塊7發出報警，通過設置分析特征值，對干涉光信號進行頻域和時域分析，擁有多種分析模式，靈敏度可調范圍大，且可有效規避小動物及風雨天氣造成的誤報。

傳感光纖8在外界物理因素(如振動和壓力)的作用下，會改變光纖中光的傳輸參數(相位，波長等)，本發明中的光電轉換數據處理模塊對返回的光波信號(即上述干涉光信號)進行實時掃描，一旦發現參數變化，即通過主控制器進行處理分析。主控制器可實時提取需要的各種分析特征值，如頻域特征和時域特征，而且還可以對頻域特征和時域特征進行二次分析處理，以此來識別各類行為模式下的光波變化特點，迅速準確的分析和處理感知信息，達到入侵探測和周界防范的目的。

如上所述，光電轉換數據處理模塊具體可包括多個光電探測器53、多個信號處理單元52以及并行數據采集卡51，每個光電探測器53與一個信號處理單元52相連，所有信號處理單元52均與并行數據采集卡51相連，并行數據采集卡51與主控器6相連，且每個光電探測器53與其中一個防區探測單元中的所述光模塊3相連。本發明采用光電探測器來接收由光模塊3發出的每個防區的干涉光信號，并且可感知干涉光信號中光傳輸參數的變化，如光的相位變化，經由信號處理單元處理后通過并行數據采集卡51采集所需要的信息數據，該些信息數據內包含所需要各分析特征值的實時值，便于主控器進行分析處理，以便及時報警。本實施例中主控制器內具有存儲各預設的分析特征閾值的存儲模塊，以及將各分析特征實時值與各預設的分析特征閾值進行比較的比較模塊。

上述主控制器可將對各干涉光信號檢測到的相應多各分析特征值進行處理分析，上述多個分析特征值包括頻域特征和時域特征，以及每個防區對應的信息數據中的入侵強度，根據入侵強度來識別入侵動作的危險性；還包括針對不同防區對應的信息數據中的入侵信號間的空間關聯性。具體如下：

頻域特征主要表征干涉光信號對振動信號的頻率響應，本實施例中的頻域特征具體可包括每個防區對應的信息數據中代表入侵信號的頻率特性(即頻率成分)、所有入侵信號間的關聯特性(即頻率間的關聯和頻率段關聯)。

頻率特性主要指：分析干涉光信號中產生信號波動的動作(即入侵信號)的頻率組成，即主控制器接收到的入侵信號中頻率實時值，主控制器內具有預設的頻率閾值，如低頻率閾值為5kHz，即小于5kHz視為低頻成分，大于5kHz視為高頻成分。一般入侵動作挖掘、敲擊、翻越高頻成分會顯著大于低頻成分，因此可從頻率上濾除干擾信號。大風、下雨時引起傳感光纖的振動是一種低頻振動，即主控器從由光電轉換數據處理模塊接受到的信息數據中提取的頻率實時值處于預設的低頻率閾值以下，則可剔除該振動信號，避免誤報警。本發明可以通過檢測到的頻率實時值來識別某一個具體的信號，風雨時引起的振動信號和人攀爬圍欄引起的振動信號在頻率域內存在很大的區別，所以在頻域很容易識別誤報源，避免誤報警。

頻率間的關聯主要指：分析某些特定頻率間的關系(主要指對監測到的頻率實時值進行比值、和值、差值等相關處理)，來區分動作種類。即主控制器內預設有頻率關聯閾值，頻率關聯閾值為一個頻段范圍值，比如某個入侵信號中，監測到的頻率實時值處于2.5kHz和6.5KHz頻段，以此來輔助區分該動作類別，以及其是否處于預設的入侵動作模式范圍內，是否需要報警等。

頻率段關連主要指：分析某個頻率段(不只是高頻)之間的關系(主要將監測到的頻率實時值進行方差、差分等相關處理)。

上述時域特征包含每個防區對應的信息數據中代表入侵信號的時間間隔以及每個入侵信號的持續時間。時間間隔主要指：兩次入侵信號之間的間隔，即主控制器內預設時間間隔閾值，且對各種不同的動作對應不同的時間間隔閾值，因此，可設置各種常見入侵動作對應的時間間隔閾值，如圖4所示圖中兩個曲線為入侵信號，主控制器監測到的時間間隔實時值為δT，通過判斷兩次入侵信號間隔的長短來大致判斷入侵信號對應的入侵動作類型，比如挖掘機一般間隔5～10s，人為敲擊間隔1～2s。持續時間主要指：可以把入侵信號發生間隔小于某個值(比如10s)的動作視為一個動作，然后通過持續時間來判斷。即主控制器內預設有持續時間閾值，其也可預設多個閾值，即包括各種常見入侵動作對應的持續時間閾值，比如，一個地埋的防區持續時間超過1分鐘，即主控制器監測到的持續時間實時值為1分鐘，其于持續時間閾值比較，分析可得：其可能為該入侵信號對應的防區有施工或人為挖掘。

上述入侵強度主要指：通過入侵信號強度來識別該入侵動作的危險性，比如一些小動作的觸碰(狗、雞鴨鵝等，牛羊除外)，在頻率和時域上和人差別不大，但力量上應該不如人為敲擊的大。可在主控系統內預設一個入侵強度閾值，通過監測到的入侵信號強度實時值與入侵強度閾值進行比較分析，以此來判斷是否需要報警，提高報警的準確率。

所述步驟2)還包括：所述主控制器根據不同防區對應信息數據中的入侵信號的頻域特征和時間特征，進行不同防區間的空間關聯性分析。比如幾個防區同時報警，很可能是風雨等外界天氣干擾或是設備故障所致；相鄰多個防區依次分別報警，很可能是汽車、火車造成的，還可以通過依次順序來判斷走向。

上述主控制器還可將上述各特征值進行綜合判斷，以此判斷具有所述分析特征的實時值的入侵信號對應的入侵動作種類。無論上面哪個特征值，只依靠其自身可能無法很好的控制漏報誤報，因此，需要各分析特征值間的綜合分析判斷才可以。比如：主控制器接受到一個信息數據，其捕捉到了一個入侵動作的時間間隔為7s，持續時間為3min，高頻成分較高，強度較大，且作用范圍幾百米的動作，則可判斷為疑似挖掘機作業；主控制器接受到一個信息數據，其捕捉到了一個入侵動作的時間間隔為1s，持續時間為6s，高頻成分較高，強度較大，且作用范圍很小，則可判斷為疑似敲擊所致。

綜上所述，本發明的分布式多防區振動光纖周界報警系統以及周界監測方法，本發明的報警系統可采集各分析特征的實時值，通過主控制器預設各分析特征閾值，利用各分析特征的實時值與對應預設的分析特征閾值進行比較，從而可以濾除大部分噪聲，篩選出有用信號，對高頻信號的相應具有極大的靈敏性，避免產生誤報。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。

上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。