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    物聯網感知技術下,區域型振動光纖入侵探測器技術應如何破局?
    2019-07-05

    近年來,隨著物聯網感知技術的飛速發展,周界報警產品發展迅猛,逐步形成電子圍欄、振動光纖為主流的產品格局。其中,振動光纖系統以振動傳感光纜作為探測傳感器,因其靈活線纜狀且無源等特點,特別適用于地形復雜、易燃易爆、電磁干擾大、不規則周界、防范距離長、報警功能兼具美觀特性的項目場所使用,成為備受市場青睞的周界報警類產品之一。

    區域型振動光纖入侵探測器技術現狀分析

    目前,振動光纖產品主要分為區域型(防區型)振動光纖入侵探測器和定位型振動光纖入侵探測器兩大類,兩者在前端入侵探測原理上稍有差別,但關鍵技術發展方向明顯不一。由于定位型振動光纖入侵探測器技術尚處于探索階段,后端算法尚不完善,因此,本文著重關注已基本成熟的區域型振動光纖入侵探測器產品技術。

    區域型振動光纖入侵探測器主要運用“光彈效應”的機理,并以極高的靈敏度探測外界的擾動。具體來說,在無外界干擾情況下,激光信號按照有規律的傳播途徑傳輸,系統正常運行;而當外界擾動作用在光纜上時,會引起感應光纜中傳輸光相位、波長等參量變化,而系統經光電轉換采集解析變化量之后得到振動信息,從而判斷是否有入侵行為發生。

    由區域型振動光纖入侵探測器工作原理不難看出,作為探測單元,傳感光纖需兼具極高的靈敏度,則可有效探測到各類入侵行為。而實踐證明,高的靈敏度在成就產品的同時,部分廠家技術實力不足,也導致了高靈敏度與高誤報同行。當然,部分區域型振動光纖入侵探測器產品漏誤報率高是多種因素共同造成的結果。當下如何革新技術,既保持其高靈敏度探測,又有效降低漏誤報率,成為大部分廠家有待解決的問題。

    四大關鍵性因素如何解決漏誤報?

    高靈敏度導致區域型振動光纖入侵探測器誤報率高是技術表象,內里實則與產品無法精確區分干擾信號與入侵信號相關,結合其工作原理,探測光源、光路結構、頻譜分析、智能算法成為影響系統準確區分信號的四大關鍵性因素,從中也可窺探緣何大部分區域型振動光纖入侵探測器產品漏誤報率高的原因。

    ·源頭直擊區域型振動光纖入侵探測器核心性能

    實驗證明,探測光源是決定區域型振動光纖入侵探測器核心性能的關鍵因素之一,在源頭處收集信號時,既可精確收集完整信號又初步區分識別信號,可輔助后端更為精準區分干擾信號與入侵信號。而目前,市面上絕大多數產品技術觀念狹隘,忽略前端產品選材,在前端使用普通的光源干涉,事實上,廠商前端產品的選材與本身的技術結合,對產品的性能影響有著天壤之別,一般造價幾百元的普通厘米級線寬光源,經過干涉后光纖的相位差很小,幾乎沒有,無疑該種造價低的線寬光源根本無法收集完整信號,對敲擊、攀爬、鉆孔等入侵信號響應也不靈敏,強風暴雨環境下無法區分干擾信號和入侵信號,產品無法正常穩定使用。廣拓F5系列分布式多防區振動光纖的探測光源采用造價高的窄線寬激光光源,線寬窄,接收到的信號特征更明顯,干擾信號和入侵信號的區別更大,可明顯區分。其在源頭采集信號的同時,更注重對擾動信息波形的識別,其相干長度是普通光源的幾百倍,既延長了傳感距離,又提高了信噪比,從源頭處更全面而精確地收集信號波形并分析,與智能算法共同作用極大降低了系統漏誤報。

    ·持續創新改良光路結構

    目前,市面上區域型(防區型)振動光纖入侵探測器主要采用兩種光路結構(光纖光柵已逐步被淘汰):馬赫增德爾(M-Z)、薩格納克(Sagnac),不同的光路結構,信號響應靈敏度明顯不同,直接影響著產品可適用的安裝環境和安裝形式。另外,在周界數十公里,長距離探測的末端防區,光路結構還會影響光傳輸損耗,導致報警信號傳輸受損,造成漏報現象。當下,上述兩種光路結構各有優缺點,同樣需要揚長避短,加緊改進創新。廣拓F5創新性改進馬赫增德爾(M-Z)光路結構,進一步提高系統對振動信號響應的靈敏度,搭配窄線寬激光光源,有效支撐F5在掛墻、嵌墻、埋地安裝環境下報警性能依然穩定。革新性的光路探測技術,從原理上解決了環境溫度、偏振變化、相位變化不敏感帶來的干涉信號不穩定問題,最大化降低光損耗,在長距離探測的末端防區,報警信號傳輸強勁,不會造成漏報現象,且因其耐高溫、耐腐蝕,不受各種惡劣氣象環境干擾,系統可靠性與穩定性也極強。

    ·后端智能頻譜分析+智能算法強強聯合

    振動光纖入侵探測器安裝的環境往往極具復雜性,與人為因素、環境干擾因素相關的情況十分復雜,因此單一維度的數據絕不可能精準分析出入侵與干擾信號,多維度的頻譜分析技術與智能算法是目前最為可行的處理方法。

    復雜的環境下,F5首創全頻譜分析技術,運用高、中、低全頻譜分析技術,從三個維度全面分析振動信號,即便是在七級風環境下有入侵行為,也可直觀區分入侵信號和干擾信號。具體來說,對于外界干擾(風、雨、小動物等)造成的振動,在頻率域最直觀的反應就是頻率響應集中在低頻部分,而實際入侵動作造成的頻率響應集中高頻部分,再結合其它處理分析,可準確識別入侵事件,提高報警準確率。

    結合數萬實際案例中的信號源,F5振動光纖系統模擬海量環境干擾信號特征,建立模型數據庫,當存在風、雨、雪、車輛經過、小動物等一系列可能出現的干擾信號時,智能算法全方位地融合多種算法,系統自動匹配數據模型調節動態閾值,有效區分出周邊干擾信號,辨別是否有入侵行為,極大地減少漏誤報率,這也是其它廠商在降低產品漏誤報率上很難實現的客觀技術實力因素。

    1 F5與其它區域型光纖振動入侵探測器產品對比

    關鍵因素

    F5分布式多防區振動光纖

    其它廠商區域型振動光纖入侵探測器產品

    激光光源

    窄線寬激光光源相干長度長

    普通厘米級線寬光源,相干長度短

    光路結構

    創新改進型馬赫增德爾(M-Z)光路結構

    靈敏度高,頻率響應好

    薩格納克(sagnac

    靈敏度差,頻率響應低

    數據采集

    多路高速并行采集

    實時響應,數據無丟失

    串行輪巡低速采集

    響應慢、數據易丟失

    智能算法

    全頻域算法,智能過濾

    時域算法或低頻算法,不能有效過濾環境干擾

    多樣性及擴展

    視頻聯動、外部聲光模塊接入平臺易于擴展和組網

    報警輸出單一

    開關量輸出

    防區長度

    防區更長,單個防區可達2km

    單個防區長度1km以內


    不可否認,區域型振動光纖入侵探測器因其無可比擬的優勢,極具實用價值和推廣前景,然區域型振動光纖入侵探測器產品技術也需持續升級和突破,F5從前端探測傳感器到后端智能算法,在各個關鍵因素上逐一突破,既保留了振動光纖入侵探測器的高靈敏度探測,又將漏誤報率降到最低,無疑改善了用戶體驗,擴大了產品應用市場。

    隨著物聯網技術不斷發展,面向未來城市建設,兩大類光纖振動入侵探測器產品的產業化進程都將逐步加快,運用場所也將不斷完善,市場需求對產品功能和穩定性提出了更高的要求,比如實現更大的檢測范圍、更高的響應帶寬、搭載更多的防區、防區定位更為準確等,有望振動光纖廠家持續不斷探索。


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