目前世界户外周界报警防护系统技术综述

    户外周界入侵传感探测器问世已有几十年。最初多应用于军事机构及政府部门,价格极高,没能进入商业市场。而且由于技术不够成熟,在多变的天气及恶劣的气候环境下可靠性不高。大约10年前,户外探测器开始受到广泛的注意和市场的重视。经过改进,特别是随着数字信号处理(DSP)技术的进一步发展,户外探测器在探测性能和环境适应性等方面有了极大提高。并且价格有较大幅度的下降,推动了探测器的商业化。

    周界防护的范例也有所变化。更多的有效应用体现在以探测器替代整个安全系统中的人工环节:监控安全系统,根据系统提供的入侵信息进行报警判断以及取代在周界防区设置的岗哨并提供快速的反应。今天的安全专业人员可以根据可能的入侵威胁、环境条件、现场状况、误报警的考虑以及依照相关法律从广泛的入侵传感探测器技术中做出选择。

基本要素
户外周界防护系统由五个基本元素组成:

    1.阻止与威慑:周界系统应能清楚明了地标示出防区的边界及范围,防止轻易进入。    2.探测:当入侵情况确实发生时,户外周界探测系统能够对发生的非法入侵提供早期告警。3.延迟:探测处理应具备合理的延迟以在入侵者接近被保护物体的延迟时间做出正确的分析。4.分析:报警信息被处理识别是否为有效报警。5.响应:以分析为基础,采取适当的行动。

    安全专业人员在选择一种适当的探测器或探测技术之前,必须要理解威胁的种类和入侵者的各种可能。通过对入侵假设的分析,制定清晰的真实入侵和可察觉到的威胁之间的区别。也必须掌握现场地形,确定可用的“空旷防区”。

周界系统性能
    在选择一种探测技术或一个特定产品时,安全专业人员应当着重考虑以下几个性能标准:1.探测概率(PD)2.漏报(VD)3.错报率(FAR)4.误报率(NAR) 这些标准充分反应出不同产品的优势和弱点。充分理解这四项指标,是为一种应用选择正确技术的关键。

——探测概率
    PD以百分比表示,即探测器在防区探测到出入侵者的概率。探测器的探测概率的高低受目标物的特性(例如数量、体积、速度和方向),敏感度装置,天气条件,场所条件以及仪器的定期保养维护等方面的影响。探测率可以达到100%,但会伴随极高的误报率。户外探测器的探测概率通常指定为99%,任何小于95%的不予考虑。(探测概率为95%意味着每20次入侵中就有一次漏报)

——漏报
——错报率
    错报是指由不明原因引发的错误报警。由探测器自身产生的噪音引发报警,是最为典型的错报。此外还包括探测器电子元件超过可承受的温度极限,不良接地,线路连接不正确,电源电压波动,安装过程中仪器损坏,探测器维护不当等情况。错报率通常以每个防区每天/每月/每年发生的次数来表示。

错报率——误报
    误报是指由无威胁的可确定原因引发的错误报警。报率也以每个防区每天/每月/每年发生的次数来表示。不同于FAR,NAR的报警原因能被系统操作员确定,能被远端CCTV识别。误报的原因大多与小动物有关,或受环境影响(例如大风,雨,雪,雾,冰雹,白天/黑夜,等等),或地形条件,植被因素和无威胁的人员在防区走动。误报率的大小依赖于技术、实际应用和场地条件。高端的探测器的误报率通常为每月一次,而低档的为每天一次。根据不同场所的安全需求,由安防专家来决定特定情况下可接受的探测误报率。[nextpage]

    在任何应用中都不可能达到零误报率。适当的错报与误报对周界保护系统的有效性是必要的。如果没有评估与分析,这些错误报警将导致难以承受的巨大工作量,并且可能造成安全系统的操作员忽略或关闭正确的警报。幸运的是,管理错报概率的技术日趋成熟。这包括选择正确技术应用技术,使用CCTV增加探测器对入侵行为进行远端监控,注意配合场地特性,遵从厂商的安装建议,提供有效的操作/维护支持,为系统及场地做好预算。

周界种类
探测技术至少可以按照以下5种方式进行分类:
1.操作
    入侵探测探测器可分为主动型或被动型。

    主动探测器发射能量,并通过接收的能量变化来探测。例如:无线电频率,红外线,微波。被动探测探测入侵者发出的能量,或侦测由入侵者引起的自然能量的变化。例如:振动,热,压力。

2.安装
探测器分为可见和隐蔽式两种。

    可见的探测器可起到威慑作用,安装和维护相对容易,但是也容易被破坏或受到外界因素的影响。隐蔽式探测器很难被察觉,很难穿越,并且很少被破坏。

3.结构
探测器沿瞄准线或依地形设置。

    瞄准线探测器要求周围地形平坦,空旷。通常需要场地准备和维护。

    沿地形探测器的探测性能不受地形平坦与否的影响。

4.探测区域类型
探测区域为线形或立体空间。

    线形探测区域限定为墙面线或平面。一般是可见的,并且容易定位。它对于空白区的要求远不及立体空间探测器。立体空间探测器在空间范围内探测入侵,地上地下均可覆盖。通常探测范围是不可见的,入侵者很难判断探测器位置。

5.应用
探测器分为独立式、依附围栏型和埋入型。

    独立探测器一般能够单独工作,或安装在立柱上形成一个防区。围栏型探测器直接安装在围栏上,或依附围栏安装。埋入式探测器置于地下一定深度,线形(或多条平行线)结构。

应用技术
    对探测技术进行初步划分,可简单总结为13种:
1.埋地电缆。
    这一类型的探测器在预埋的“泄漏”同轴电缆周围产生电磁场,也被称为“泄漏电缆”或“引导雷达”。电磁场存在于地面及地下。此类探测器使用VHF波段,根据人类入侵者和车辆的数量、速度和传导率等的特性进行综合分析探测,可以排除掉小动物活动的影响以及环境影响。探测器探测范围大,应用外围广,可以安装在沙石、泥土、沙砾、冻土、沥青及混凝土等多种类型的地面上。

    技术分类分别属于主动型、隐蔽型、依地形、立体探测和埋入式。

    在防区内流动的地表水和移动的金属物体会引起误报。此类探测器在现有的探测技术中,漏报率最低。[nextpage]

 2.围栏探测
    围栏探测器有多种形式,包括振动感知(颤动),音频感知以及光纤感知。所有这些类型都安装在围栏架构上,一旦外界有切割、攀爬或提拉围栏的企图,就会触发报警。

    探测器技术分类分别属于被动型、可见型、依地形、线形和依附围栏型。

    出于成本原因目前最受欢迎的是音频感知型和光纤感知型,而振动感知型的低误报性能也越来越引起人们的兴趣。风、冰雹、雨、雪、动物、散落的垃圾和植物偶然的碰触都会引发误报。依这种技术生产的产品漏报率为中等水平,因为探测的必要条件是物体与围栏的良好接触。

3.微波
    在户外周界探测应用中最常见的微波探测器是收发分置雷达。这种技术使用独立的发射和接收天线来限定一个主动的、可见的、瞄准线于地面之上,立体的探测区域。

    天线之间的区域可以非常广,并且可以设定显著的空白区。微波频率为10 GHz或24 GHz,通过防区内移动物体引起的信号变化来探测入侵。为了覆盖每个天线附近其自身的探测盲区,临近的微波区域必须交叠,通常被称为“纺锤连接”结构。堆叠起来的天线可以增加垂直高度的探测范围。

    单基微波探测器将发射与接收装置一体化。探测器通过接收防区内移动物体反射回来的微波能量来探测。此类探测器多应用于短距离防区,或作为其他探测器探测盲点的弥补。

    近来,微波探测器技术已有新的发展,数字处理器的出现带动了处理器的网络化,进而实现设备的远程维护和诊断。

    收发分置型探测器的发射器与接收器之间的距离会影响到探测率。微波探测器一些常见的误报问题都与如围栏的链节由于大风而弯曲等金属物体移动有关、动物或鸟、被风吹起的碎片、地表水、移动的植被、扬沙及落雪等有影响。总体来讲微波探测器的漏报率为中等水平。

4.被动红外线(PIR)
    被动红外线探测器长期以来都被应用于室内。仅在近期才出现了价格较低的户外型产品。PIR自动检测在背景之上的红外辐射(热),并且主要探测横向移动。

    此类技术被归类为被动型、可见的、瞄准线、多线的和独立式。

    如果元件没有被正确安装并且探测器所处的场所情况较为复杂,误报率就会很高。为了将误报率降至最低,一些厂商建议安装时把两个元件连接在一起。一些常见的误报触发原因是:动物、鸟群、大雪、扬尘、冰雹、暴雨、阳光直射及植被生长。PIR被认为是同时拥有高探测率和高误报率的探测器,多用于住宅区和低防范级别的商业场所。

5.主动红外线
    这种探测技术是在防区的一端由一个红外发光二极管通过透镜发出的肉眼不可见的光束,接收器在防区的另一端接收。任何物体穿过光束将红外线隔断,都会被探测器察觉。在户外,一般应用多光束元件(双束或四束)来降低小动物和鸟类引起的误报。如果要达到垂直高度的探测覆盖,可以将几个元件堆叠置于加热罩中。

   主动型、可见、瞄准线型、独立式,覆盖单个平面防区。

    红外光束探测器的探测率受天气条件的影响,侦测距离会降低。大雪、暴雨、雾、扬沙、动物、鸟群、空中飞扬的碎片和落叶、物体光亮表面的反光等,都会引起误报。由于跨越或钻过红外线相对容易,因此这类探测器的漏报率比较高。

6.静电场
    一组平行的绝缘探测线周围产生静电探测场。探测器根据探测线之间的能量变化来进行探测。设备可附于围栏或直接安装在自带的立柱上。探测区的范围由探测线限定,探测两条线之间或临近区发生的事件。这种结构也可以用在屋顶或建筑物的外围。使用多条探测线能够产生高的探测区。[nextpage]

    此类技术被分类为主动型、可见、依地形、立体的,并且根据实际需要可选择独立或依附围栏型。它宏伟的外观结构有很强的威慑作用。

    近期的发展是使用数字信号处理来增强探测性能,将误报率降到最低,并通过改进绝缘子和绝缘类型来支持电缆。

    雨、雪、动物、电缆结冰,围栏移动等情况都可能引发误报。探测器的电接地和安装立柱可以降低误报率。人们认为这种技术会发生一定的漏报,因为探测区有被跨越或钻过的可能性。

7.张力钢丝
    张力钢丝探测器将周界屏障技术与探测器结合在一起。一组平行拉紧的钢丝连接各个探测器。这些探测器可以是接点闭合开关,压电探测器或应变量规。探测器通过侦测外界的切割、攀爬、分离钢丝的企图来探测入侵。这些钢丝(可带刺)可以安装在现有的围栏结架上,也可以安装在独立式立柱上。此技术被分类为被动型、可见的、依地形、线形。根据实际情况选择独立架构或依附围栏。

    在所有探测技术中,张力钢丝的误报率最低。装置时一般结合混凝土工事,防止打通地道避开探测。钢丝的张力每年需要检测一次。这种技术应用时要考虑一种漏报,因为探测区较低的防护有被跨越的可能性。

8.通电栅栏
    通电栅栏由一组平行绝缘电缆组成,当入侵者碰触电缆时,会受到电击。与此同时,警报被触发。电缆可以安装在围栏上,也可以独立装配。在特殊应用场合(例如监狱)电击可以设置为致命的。这一系统有很强的威慑作用,但无法阻拦有经验的入侵者而且它可能不在所有场合下都能得到合法使用。此技术被分类为被动的、可见的、依地形、线形。根据实际情况选择独立架构或依附围栏。

    这种技术的误报较高且误报一般是由于动物或鸟类偶然碰触栅栏,或雨、雪、闪电等原因造成的。普遍认为这种技术会发生一定数量的漏报,因为探测区有被跨越、钻过或欺骗的可能性。

9.地表波
    地表波的运作是通过一对连接于玻璃纤维电极的平行电缆产生电磁场。这种电磁场对人类大小的入侵者格外敏感。

    地表波技术最早多应用于快速战略部署中,也用于屋顶探测防护。它被分类为主动的、可见的、依地形设计、立体探测、独立安装。

    引发误报的原因多为风、大雨、湿雪、动物和鸟群。探测率受安装质量影响。此种技术会发生一定数量的漏报。

 10.地面震动
    地震探测器埋入地下,探测由入侵者引起的地面震动。一个典型的地震探测器包括一组线圈和磁铁,称为“地震检波器”。当有入侵者在探测器上方的地面走动、奔跑或是爬过时,探测器的线圈和磁铁会产生电流,激发报警。

    此种技术被分类于被动的、隐蔽式、依地形、立体探测、埋入式。

    探测率的大小受土壤条件影响,特别是冻土地面。同时也受环境因素如大雨、雪和冰冻的影响,大型动物的活动,树木根系的生长移动,风吹动围栏和立柱,附近有车辆行驶干扰等,也都可能引发误报。此技术有漏报可能性,因为探测器虽然具有隐蔽性,但由于探测技术的单一,一旦被发现就很容易避开探测。[nextpage]

11.压感探测
    压感探测器埋入地下,探测由入侵者造成的土壤压力变化。探测器既可以是填充加压液体的管子与压力探测器连接,也可以由光缆(或其他)成之字形埋入探测区域土壤。一旦入侵者在探测区移动,就会使土壤密度发生改变,引起管子压力的变化或光纤变形,从而改变了探测器的传送信号。这一技术被归类于被动的、隐蔽式、依地形、立体探测及埋入式。

    同地震式探测器一样,探测率的大小受土壤条件影响,特别是冻土地面。大型动物的活动,树木根系的生长移动,风吹动围栏和立柱,附近有车辆行驶干扰等,都可能引发误报。此技术有严重的漏报可能性,因为探测器虽然具有隐蔽性,但由于探测技术的单一,一旦被发现就很容易避开探测。

12.磁场探测
    磁场探测器由一些埋入地下的电线环或线圈组成。金属物体从探测器上方经过会使线圈产生电流,从而引发报警。磁场探测器一般有两种类型:一类敏感度足以探测人,另一类敏感度适宜探测车辆。这种技术分类于被动的、隐蔽式、依地形、立体探测及埋入式。

    雷电以及任何外界电磁性物体等产生的电磁干扰都会引发误报,并且为了均衡误报和探测率使敏感度设置较难控制。由于对非磁性或加以处理的入侵行为探测为零使此技术的漏报率很高。

13.视频移动
    视频移动探测器(VMDs)处理从CCTV摄像机收集的标准视频信号,根据防区图像的变化来判断是否有人入侵。高端的视频移动探测器使用视频信号处理,不但可以察觉出对比变化,还可以探测出目标的大小,速度和动作。在户外应用中使用室内VMDs实验效果不理想。

    CCTV以二维图像显示三维实体,因此鸟类的飞行,动物,昆虫爬过镜头,被风吹起的杂物,尘埃,雪,雨,雾,云的阴影等都可能被认为是人类入侵,从而引起误报。

    风吹摄像机摇动,也可能引起误报。

    视频移动探测器敏感性高,在这些因素的影响下变化较大。

    在大雾或大雪中,探测概率会明显降低(甚至降为零)。漏报率的大小由具体产品而定。

综合探测技术
    现有的大部分入侵探测技术都可以由安防专家选择,根据不同场所的要求来应用最合适的技术。在高等级的安防应用中,通常综合使用这些探测技术,来达到最佳的探测效果和最低的误报和漏报。

    从两种探测技术得到的报警信号一般结合为两种方式:

第一种情况,两个探测器同时或在同一时间窗内都发出警报。条件是二者均报警。

第二种情况是任一个探测器报警。只要有一个探测器作出反应,报警条件便成立。

第一种方式有助于降低误报率,因为环境中发生的变化必须触发两种探测器才会报警。但是,这种方式会降低探测率,入侵者只要骗过一个探测装置就会出现漏报。在此种结构中,要求所选择每一种探测器单体都必须有很高的探测率和很低的漏报率。

第二种情况,最为重要的是所选探测器的互补性要强,即一种探测技术的探测性能刚好可以弥补另一种的不足,反之亦然。这种情况下,探测率很高,并且有效。对于一次入侵有两次机会捕捉。漏报率低,因为入侵者能够同时骗过两种探测器组成的探测系统的难度很大。

    但是,这种组合的误报率较高,因为每台探测器都能报告环境警报。关键在于选择互补性强,并且误报率低的探测器。

    在户外单一组合中最有效常用的是将PIR和单基地微波结合,并且使用第一种组合方式,即双触发报警。其他结合方式,如主动红外线和收发分置微波,围栏和埋地探测,以及围栏和单基地微波。

分析和响应
    “正确的分析”和“及时的响应”对于一个成功的户外周界安防系统是最为重要的。高质量的探测系统如果没有正确的分析和/或响应不及时,都会严重降低功效。[nextpage]

    CCTV是评估复合的最常用工具。它非常安全可靠,日夜监控整个防区。有些场所选择雇佣职员来对警报进行分析,但当有大量的发送率时,分析效率就会降低。

    如果分析得出的结论是未被授权的入侵,则立即响应。对于任何一种可能性,响应都应该是及时有效的,至少能够保证被保护目标的安全。闪亮报警灯和拉响警笛,最初可以吓跑那些没经验的入侵者,但如果之后没有警戒人员到位,他们很快将忽视这些警报。

    值得注意的是,新的趋势表明有经验的入侵者已不再试图骗过探测装置,而是选择破坏分析环节或是响应能力来达到入侵目的。所以,专业快捷而且完善的中央综合分析管理系统至关重要。

系统成本
    除了提供更高等级的安全防护(例如,增加安全距离防止爆炸破坏),户外安防系统还通过减少危险和警戒人员,间接带来显著的经济成效。但是,在选择具体应用的安防系统时,还要仔细考虑整个生命周期成本,这通常是指“所有成本”。

    生命周期成本主要由仪器购置成本,安装、运行和维护费用组成。

    在计算单个探测器的购置成本时常常会忽略许多因素。安装场所的地形就是其中之一。在不平整的场地,如果选用瞄准线型探测器,就需要增加探测器的数量来对防区进行完整覆盖,这样就要花费更多。而使用单价较高的依地形探测器,因为需要的数量少,总的花费会比较低。探测器的安装类型是另一个主要因素。可见型探测器,非常容易被发现而避开,所以只有用在入侵者大多是没经验的场所才比较划算.

    否则,应该使用不同技术的多种探测器。在高等级的安防应用中,使用隐蔽式探测器比较有成本效益,因为它们最不易被发现,并且可以单独使用。分析系统(如CCTV)和报警集成系统的成本也需计算在内。

    产品的安装支出甚至会高于其购置成本。例如场地准备(为使用瞄准线探测器而平整土地,为使用埋入式探测器而挖沟渠),探测器正常工作必需的能源,还必须考虑报警信息传输到“控制中心”的花费。

    带有充足照明的CCTV系统也是非常重要的一部分安装成本。

    周界安防系统安装完成后,每年的维护费用常常被人们忽略,忘记编入预算。维护费用不仅有设备维护,还包括场地维护。设备维护应当包括清洗、测试和定期校准。而场地维护对于保持尽可能低的环境警报是至关重要的。这包括清除垃圾、落叶和积雪,割草,除掉攀上围栏的植物,使围栏保持一个较好的修护状态,并且清除一切可能被入侵者借助躲避探测的物体。

总结
    户外周界入侵探测已成为安防行业最具挑战性的领域之一。

    一个成功的系统,要选择最适合实际情况的探测技术,而且管理控制好误报/错报率同样重要。应努力使系统处于一个良好的工作状态,不发生关闭、损坏和被忽视的事件。

    现代科技的发展和多年的实际应用经验使得户外探测探测器的设计和使用成为一门艺术,并且不断得到完善,它是安全专业人士完成外围防御的保证。

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[责任编辑:蒋丽萍]

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