高铁线路防入侵预警系统的研究

陈 昉

高铁承载了更多的社会与经济发展的重任，维护高铁线路安全是首要任务，由于高铁沿线安保力量缺乏，仅凭目前的防护栅栏，极易造成不法人员侵入，而人防模式投入大，若不能实时发现安全隐患，难以查找隐患来源。

为有效解决人防能力薄弱，尽可能减小高铁安全隐患，严密防范、及时发现并快速处置恐怖袭击和破坏铁路犯罪活动，高铁线路建设一套防入侵预警系统迫在眉睫。入侵预警系统具有现场高清抓拍和录像、阻挡和报警的防护特性。一旦有人想从栅栏等处闯入高铁线路内，预警系统可立即做出反应，达到安全隔离和防范的目的。本文通过对周界报警方案的分析，提出振动光缆技术的监测方式，以及直流远供结合的高铁沿线防入侵解决方案。

1 防入侵预警系统技术方案研究

防入侵预警系统由2个子系统构成：周界告警子系统和视频监控子系统。结构上分为3层：探测层、接入联动层和管理层。其总体构成如图1所示。

图1 防入侵预警系统构成图

周界告警子系统通过探测层先进的科学技术手段及时感知、检测入侵信号，并将检测到的告警信号上传至接入联动层和管理层，由接入联动层的告警周界接入服务器与视频监控子系统的接口服务器对接联动，调取相关位置的摄像机进行入侵位置的实时监控，对入侵行为及时感知。

2 振动光缆防入侵的原理和应用

2．1 振动光缆的技术原理

光纤传感器是20世纪70年代中期发展起来的一种新型传感器，它与传统的传感器相比具有众所周知的优势：灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀耐高低温、传感光纤本身无源本质安全、无易老化部件、寿命长易维护、可监测距离长，无源传感光缆可达数十公里，多个单位可以级联组成庞大的检测系统等。

当光在光缆中传输时，由于光子与纤芯晶格间发生作用，不断向后传输瑞利散射光，当外界有振动发生时，会引起光缆中纤芯发生形变，导致纤芯长度和折射率发生变化，背向瑞利散射光的相位随之发生变化，这些携带外界振动信息的信号光，反射回光纤传感器时，经光学系统处理，将微弱的相位变化转换为光强变化，经光电转换和信号处理后，进入计算机进行数据分析，根据分析的结果，判断入侵事件的发生，并确认入侵地点。

2．2 振动光缆的应用方法

振动光缆探测感应方案以光缆作为振动元，持续采集外界振动信号，并将振动信号转化为干涉信号，传送至光纤信号处理器，经过智能分析及模式识别，通过后台管理中心联动视频采集系统，判断出不同的外部入侵行为，以及对可能威胁警戒防区的破坏、机械施工等行为实现预警，从而达到对侵入警戒区域周界的威胁行为进行实时报警监测的目的。信号采集系统由振动光缆、防区采集器、终端盒及报警主机构成。如图2所示。

振动光缆采用普通的铠装光缆敷设在水泥栅栏上，作为报警传感器，采用单芯探测技术，它能够将防护区域内的微小机械振动 （即侵入者带来的微小振动）传递到防区采集器，进行信号收集和分析处理；采集器对振动传感光缆的振动信号进行分析、处理后，通过通信线路传入报警主机，实现报警控制。报警主机采集振动光缆采集器输出的报警信号，并显示报警的防区号，通过客户端可显示电子地图，准确反应出某个区域的报警信息，和NVR结合使用可实现视频联动的功能。

图2 振动光缆探测感应方式原理图

终端盒用于保护振动光缆末端接口和实现光信号转化，以保证设备在各种恶劣的自然环境下正常工作。由于探测源采用光缆，其强度高、韧性好、耐寒、耐磨、耐油、耐高温、耐水、耐老化、耐恶劣气候等特性，使它具有高防水性、透湿性、防寒、抗紫外线等优异功能。

2．3 周界报警的分类和比较

目前，周界报警主要有3种监测方式：振动光纤、脉冲电子围栏及红外对射。3种方案均为目前安防市场主流报警信号采集方案，各方案适用于不同场合，主要优劣比较如表1。

从表1中可看出3种报警信号采集系统各有特点。方案二智能脉冲感应 （脉冲电子围栏）方式在高铁线路环境中，抗干扰性不高，安装难度大，防护安全性能和可靠性下降，尤其需全线供电，解决难度大；方案三远红外触发感应（红外对射）方式在高铁线路环境中，误报率极高，安装难度高，极易造成探测漏点，防护安全性能和可靠性下降，不建议采用；方案一振动光缆探测感应方式在高铁线路环境中，抗扰能力最高，防区整合简单，整体安装简单，对人身无伤害，防护安全性能和可靠性高。

3 直流远供的原理和应用方法

报警信号的监测需要与视频摄像头进行联动。沿途的视频摄像头众多，且离基站 （直放站）机房均有较远距离。采用常规办法对摄像头进行供电的电力电缆的线缆截面计算公式

其中：S为线缆截面；L为线缆长度；I为供电电流；A为导电率 （铜为57，铝为34）；U 为受电设备允许压降。由于各报警联动摄像头离基站 （直放站）机房的平均距离在1km以上，那么由公式（1）可知，为保证摄像头的稳定工作，需要大量粗线径电力电缆。

3．1 直流远供的原理

将－48V基础电源在局端设备处经过直流／直流变换，升压为280V／380VDC输出；经远供电力电缆传输到远端设备；远端设备将远端获得 （经传输降压）的电压提升到稳定的400VDC（不随输入电压的波动而变化）；远端设备的开关电源将400VDC变换到所需的工作电压 （－48V），从而完成远程供电，如图3所示。

图3 远程供电模块的实现框图

3．2 直流远供的应用方法

直流远供系统由局端设备、远供电缆和远端设备组成，如图4所示。在沿线的基站 （直放站）机房布设局端设备，将直流电压提高，这样，在受电功率不变的情况下，电流降低，线缆线径可以大大降低，同时通过远端设备的稳压降压处理，将压降保证在允许范围内。

针对高铁的设备沿线布放的情况，设备采用链式结构布放方式，保证防区的摄像头正常供电。

图4 远程供电组网图

3．3 供电方式的比较

基于高铁沿线的供电情况，沿途的弱电设备不宜从地方取电。远端设备的供电主要有几种：机房直供，太阳能 （风力）供电和直流远供。供电方式比较见表2。

从表2中可见，直流远供在电源的稳定性、施工难度、维护便利方面均有优势，特别是在设备投资方面，由于降低了电缆的线径，链式组网只需一根较细的线缆加上局端和受端设备，就能有效保证电力的正常。当然，如受电设备离机房距离很近，由机房直供，投资也较低。

表2 供电方式比较

4 结论

高铁沿线设置防入侵预警系统，可提前发现意外情况发生的位置，及时投入力量终止犯罪。该系统可为高铁系统实现现代化管理打下坚实基础，对威胁安全的事件进行实时监测，及时控制威胁事件的发生，对今后的安全管理效率有着重要的现实意义。

［1］ 史天运，张惟皎，李樊等．TJ／QT003－2015．高速铁路周界入侵报警系统总体技术方案（暂行）［S］．2015．

［2］ 史天运，张惟皎，李樊等．TJ／QT005－2015．高速铁路周界入侵报警系统振动光纤监测设备技术条件（暂行）［S］．2015．