本文摘要：摘要：對(duì)墻體型震動(dòng)入侵探測(cè)技術(shù)做了相關(guān)介紹，特別針對(duì)核電站實(shí)物保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用需求，分析了適用于核電應(yīng)用場(chǎng)景的墻體型震動(dòng)入侵探測(cè)技術(shù)，介紹了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和功能驗(yàn)證。隨著MEMS傳感器的迅速發(fā)展，可以預(yù)見，該種技術(shù)會(huì)在核電站有效提升立體防護(hù)能力。
摘要：對(duì)墻體型震動(dòng)入侵探測(cè)技術(shù)做了相關(guān)介紹，特別針對(duì)核電站實(shí)物保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用需求，分析了適用于核電應(yīng)用場(chǎng)景的墻體型震動(dòng)入侵探測(cè)技術(shù)，介紹了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和功能驗(yàn)證。隨著MEMS傳感器的迅速發(fā)展，可以預(yù)見，該種技術(shù)會(huì)在核電站有效提升立體防護(hù)能力。
關(guān)鍵詞：墻體型震動(dòng)入侵探測(cè)技術(shù);實(shí)物保護(hù)系統(tǒng)集成平臺(tái);報(bào)警聯(lián)動(dòng);功能驗(yàn)證
核安全在核能與核技術(shù)利用中至關(guān)重要，關(guān)系到其能否正常發(fā)展，關(guān)系到環(huán)境安全和公眾安全。核電站實(shí)物保護(hù)系統(tǒng)采用了探測(cè)、延遲及響應(yīng)的技術(shù)和措施，可以有效防止入侵者盜取或非法轉(zhuǎn)移核燃料。若核電站的保護(hù)區(qū)和要害區(qū)的某些廠房邊界無入侵探測(cè)設(shè)備，不滿足HAD501導(dǎo)則。因此，需要在墻體安裝入侵探測(cè)設(shè)備，能檢測(cè)高度為2.5m范圍內(nèi)的墻體破壞行為。
1墻體型震動(dòng)入侵探測(cè)技術(shù)
1.1工作原理
墻體型震動(dòng)入侵探測(cè)器采用高精度MEMS地震波探頭，可檢測(cè)到墻體上由于攀爬、敲擊、撞擊引起的微弱震動(dòng)，探測(cè)靈敏度閾值可以設(shè)置。系統(tǒng)用于探測(cè)墻體破壞行為，與震動(dòng)光纖或在圍欄上安裝探測(cè)器等探測(cè)技術(shù)相比，具有微弱信號(hào)識(shí)別能力強(qiáng)，不受天氣條件影響，易于安裝和調(diào)試等特點(diǎn)[1]。
探測(cè)器布設(shè)在墻體上，距離地面高度1.5m，每一個(gè)的有效探測(cè)范圍為5m。墻體型震動(dòng)入侵探測(cè)器經(jīng)探測(cè)主機(jī)將報(bào)警信號(hào)傳送給核電站已有的周界入侵探測(cè)系統(tǒng)的報(bào)警控制器STARII，通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)與實(shí)物保護(hù)系統(tǒng)集成平臺(tái)連接，實(shí)時(shí)與其進(jìn)行通信，完成系統(tǒng)指令。當(dāng)入侵發(fā)生時(shí)，它可以快速實(shí)現(xiàn)報(bào)警信號(hào)與閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，顯示相關(guān)報(bào)警區(qū)域的圖像，并記錄現(xiàn)場(chǎng)圖像供保衛(wèi)人員完成報(bào)警復(fù)核[2]。
1.2系統(tǒng)構(gòu)成
系統(tǒng)由4個(gè)部分組成，即前端探測(cè)部分、聯(lián)動(dòng)控制部分、網(wǎng)絡(luò)傳輸部分和監(jiān)控中心部分(系統(tǒng)集成管理平臺(tái))。
1.2.1前端探測(cè)部分
前端探測(cè)部分主要由墻體型震動(dòng)入侵探測(cè)器、探測(cè)主機(jī)、支架附件等組成，通過對(duì)墻體上微弱震動(dòng)信號(hào)的采集與融合分析，在控制中心報(bào)警處理功能模塊實(shí)現(xiàn)三級(jí)算法融合，最終輸出報(bào)警事件，并通過聯(lián)動(dòng)控制部分完成報(bào)警聯(lián)動(dòng)。
1.2.2聯(lián)動(dòng)控制部分
聯(lián)動(dòng)控制部分由控制箱內(nèi)的視音頻編解碼器、I/O控制器及墻體附近的攝像機(jī)等設(shè)備組成�，F(xiàn)場(chǎng)報(bào)警聯(lián)動(dòng)可通過聯(lián)動(dòng)數(shù)據(jù)庫預(yù)設(shè)方案，結(jié)合用戶對(duì)現(xiàn)場(chǎng)響應(yīng)和指揮調(diào)度的要求，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化聯(lián)動(dòng)定制。
1.2.3網(wǎng)絡(luò)傳輸部分
系統(tǒng)中入侵探測(cè)設(shè)備、攝像機(jī)等設(shè)備均通過控制箱內(nèi)設(shè)備接入以太網(wǎng)交換機(jī)，交換機(jī)通過光纖組成主干通信網(wǎng)，并在中心機(jī)房完成信號(hào)匯聚。
1.2.4監(jiān)控中心部分
監(jiān)控中心部分由控制中心服務(wù)器、報(bào)警平臺(tái)軟件組成，通過報(bào)警軟件客戶端及視頻管理客戶端，用戶可查看各防區(qū)的報(bào)警、故障及狀態(tài)事件，并設(shè)置、復(fù)核、手動(dòng)控制相關(guān)的聯(lián)動(dòng)設(shè)備，完成報(bào)警處置。
2墻體型震動(dòng)入侵探測(cè)技術(shù)在核電站的應(yīng)用
2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1.1前端探測(cè)部分布設(shè)方式
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查結(jié)果，探測(cè)器布設(shè)間距為5m，距地高度1.5m，用支架和膨脹螺栓固定在墻體上。探測(cè)器之間用485控制線連接，線纜沿墻體水平方向使用鍍鋅鋼管敷設(shè)。探測(cè)器在遇到支撐立柱或通道門時(shí)需要特殊處理，在立柱上單獨(dú)布設(shè)探測(cè)器，或在通道門兩側(cè)安裝探測(cè)器，從通道門上方走線。探測(cè)器分左右兩路接入探測(cè)主機(jī)，探測(cè)主機(jī)安裝到控制箱內(nèi)，每層設(shè)一個(gè)控制箱，內(nèi)部安裝有電源、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。
2.1.2聯(lián)動(dòng)控制部分設(shè)計(jì)
聯(lián)動(dòng)控制部分完成報(bào)警事件的聯(lián)動(dòng)控制，主要包括前端聯(lián)動(dòng)設(shè)備及與實(shí)物保護(hù)系統(tǒng)集成平臺(tái)的聯(lián)動(dòng)部分。前端聯(lián)動(dòng)設(shè)備主要由固定攝像機(jī)、視頻解碼器等，在20m～25m范圍內(nèi)安裝1臺(tái)低照度固定攝像機(jī)。云臺(tái)攝像機(jī)只能用于監(jiān)控和跟蹤，不能用于視頻復(fù)核。因此，這里使用的是固定攝像機(jī)。當(dāng)發(fā)生入侵報(bào)警時(shí)，該系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)出報(bào)警防區(qū)、相鄰防區(qū)的視頻畫面，由于系統(tǒng)前端探測(cè)部分可做到精確定位。
因此，通過攝像機(jī)的預(yù)置位關(guān)聯(lián)和聯(lián)動(dòng)，可快速準(zhǔn)確地將視頻定位到入侵報(bào)警點(diǎn)，使保衛(wèi)人員能迅速、直觀地掌握現(xiàn)場(chǎng)的情況。報(bào)警處理完畢后，攝像機(jī)可自動(dòng)恢復(fù)到守望位。在這里保衛(wèi)人員進(jìn)行視頻復(fù)核的作用是判定每一個(gè)入侵探測(cè)器報(bào)警的原因，確定其是否是入侵或誤報(bào)警或噪擾報(bào)警，若是入侵則向相關(guān)響應(yīng)力量提供一個(gè)入侵發(fā)生的具體信息，如入侵人員數(shù)量、發(fā)生入侵的位置、武裝情況等，并終止探測(cè)時(shí)間。
2.1.3網(wǎng)絡(luò)傳輸部分設(shè)計(jì)
每層安裝一個(gè)低壓控制箱，控制箱內(nèi)安裝光端機(jī)(1光口2電口100M帶寬)，通過光纖網(wǎng)絡(luò)連接到保衛(wèi)控制中心實(shí)物保護(hù)機(jī)房。前端震動(dòng)信號(hào)通過光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綑C(jī)房服務(wù)器，服務(wù)器通過光纖網(wǎng)絡(luò)下發(fā)控制命令到前端設(shè)備實(shí)現(xiàn)報(bào)警聯(lián)動(dòng)。網(wǎng)絡(luò)傳輸部分的質(zhì)量也很關(guān)鍵，因?yàn)榍岸撕芏嗳肭痔綔y(cè)器的報(bào)警信號(hào)，需要依靠網(wǎng)絡(luò)來傳輸。一旦發(fā)生報(bào)警，與實(shí)物保護(hù)系統(tǒng)集成平臺(tái)的聯(lián)動(dòng)后顯示在保衛(wèi)控制中心大屏幕上的最短時(shí)間決定了視頻復(fù)核的質(zhì)量。該時(shí)間越短越好，一般在1s～2s是可以接受的。
2.1.4監(jiān)控中心部分設(shè)計(jì)
監(jiān)控中心部分由應(yīng)用服務(wù)器和應(yīng)用軟件構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了各部分之間的聯(lián)動(dòng)，一旦發(fā)生入侵事件，可以聯(lián)動(dòng)查看報(bào)警發(fā)生地點(diǎn)、歷史視頻與實(shí)時(shí)視頻等信息，并將電子地圖或視頻信息顯示在保衛(wèi)控制中心的大屏上，保衛(wèi)人員視情況啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，以便實(shí)現(xiàn)警情的分析判斷和及時(shí)處置。
2.2功能驗(yàn)證
2.2.1探測(cè)器性能特征
實(shí)物保護(hù)系統(tǒng)的前端探測(cè)器的性能特征指標(biāo)有探測(cè)概率、噪擾報(bào)警率和誤報(bào)警率。其中，探測(cè)概率指在一個(gè)被入侵探測(cè)器覆蓋的區(qū)域內(nèi)探測(cè)到一個(gè)入侵者的可能性。探測(cè)概率等于感應(yīng)概率乘以復(fù)核概率;噪擾報(bào)警率指與入侵企圖無關(guān)的可預(yù)期的警報(bào)發(fā)生率;誤報(bào)警率指不是由于入侵企圖造成的，并且也不能歸結(jié)為已知原因的警報(bào)發(fā)生率。
2.2.2驗(yàn)證方式
在驗(yàn)證系統(tǒng)功能時(shí)，在距離任意一個(gè)探測(cè)器2.5m范圍，用鐵質(zhì)工具如鐵錘等連續(xù)敲擊墻體，驗(yàn)證系統(tǒng)是否產(chǎn)生入侵報(bào)警并聯(lián)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)固定攝像機(jī);同時(shí)，監(jiān)控中心報(bào)警軟件接收到報(bào)警信息，包括防區(qū)編號(hào)、探測(cè)器編號(hào)、報(bào)警產(chǎn)生時(shí)間等內(nèi)容[3]，在實(shí)物保護(hù)系統(tǒng)集成平臺(tái)自動(dòng)彈出報(bào)警區(qū)域的視頻畫面，保衛(wèi)人員據(jù)此對(duì)報(bào)警進(jìn)行視頻復(fù)核、標(biāo)記及確認(rèn)處理。系統(tǒng)記錄歷史報(bào)警，可查詢并導(dǎo)出歷史報(bào)警記錄。
2.2.3驗(yàn)證結(jié)果
系統(tǒng)調(diào)試后，新增墻體型震動(dòng)入侵探測(cè)系統(tǒng)在實(shí)物保護(hù)集成平臺(tái)顯示的電子地圖。可以看到，固定攝像機(jī)和墻體型震動(dòng)入侵探測(cè)器的結(jié)合，使得保護(hù)區(qū)和要害區(qū)之間的三層墻體都被有效防護(hù)。新增該系統(tǒng)后，調(diào)取相關(guān)區(qū)域的攝像機(jī)監(jiān)控圖像。用鐵錘敲擊墻體用來模擬破壞或入侵行為，系統(tǒng)探測(cè)概率為100%，誤報(bào)警率為0，報(bào)警響應(yīng)時(shí)間小于2s，在實(shí)物保護(hù)集成平臺(tái)的報(bào)警視頻彈出時(shí)間小于2s，并可記錄報(bào)警發(fā)生前后各15s的視頻。
3結(jié)語
墻體型震動(dòng)入侵探測(cè)技術(shù)在核電站最先應(yīng)用于立體圍欄，針對(duì)核電站保護(hù)區(qū)和要害區(qū)之間的墻體需要被識(shí)別敲擊、撞擊引起的微弱震動(dòng)，增加了該種技術(shù)作為探測(cè)，能有效提升核電站的立體防護(hù)能力。該系統(tǒng)在保護(hù)區(qū)和要害區(qū)之間的墻體上安裝，至今無誤報(bào)，且探測(cè)概率達(dá)到相關(guān)要求，應(yīng)用效果良好，相信在核電站會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用。
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機(jī)電工程師論文投稿刊物：光機(jī)電信息主要報(bào)道國外高技術(shù)領(lǐng)域的最新進(jìn)展、新成果、新發(fā)明、新技術(shù)、和國內(nèi)的研究單位,科研成果。主要欄目：專題報(bào)道、研究生論壇、科技簡(jiǎn)訊、市場(chǎng)縱橫、名企名品。
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