浅析围界安防系统在机场项目中的应用

王 晨

浅析围界安防系统在机场项目中的应用

王 晨

(福建兆翔机场建设有限公司 福建厦门 361006)

简要介绍围界安防系统的结构、类别、特点及工作原理，结合围界安防相关产品及部分机场应用实例，阐述该系统的应用。在强调围界安防系统重要性的同时，提出围界安防系统的质量控制要素及该系统在新建机场中的应用建议。

围界安防系统；围界报警技术；围界安防产品；机场；质量控制要素

0 引言

随着公共交通事业的快速发展，乘坐飞机出行已经成为人们的最佳选择之一。机场作为主要的公共交通枢纽，具有规模体量大、投资高、设施设备多、运行复杂、人员密集、政治经济影响大等特点，其公共安全显得尤为重要。

机场航站区是飞机停泊及旅客进出港口的交汇区，飞行区则是飞机进出港口的活动区，要保障机场运行安全，除去飞机本身的因素外，很大程度取决于飞机活动场地的安全[1]。

近年来，国内机场陆续出现不少外来人员突破飞行区物理围栏，闯入跑道或潜入机舱，导致飞机遇险及人员伤亡的安全事故，飞行区安防形势十分严峻。2010 年《民用机场管理条例》及2016年《中华人民共和国反恐怖主义法》等法律法规对机场的安全运营提出了更高的要求，而围界及其防入侵系统作为机场安全的一道重要防线，也越来越受重视[2]。因此，机场如何选择一种高性能、高可靠性的围界安防系统显得尤为重要。

本文通过列举围界安防的需求及主要内容，分析并对比各类围界安防报警主流技术，进而提出围界安防系统的质量控制要素与新建机场应用建议。

1 飞行区围界安防工程

1.1 围界安防的需求

围界安全防范系统物理上主要为单层钢筋网外围界、双层钢筋网外围界和砖墙围界。围界安全防范系统能有效地检测围界入侵行为，包括不限于围栏翻越、攀爬及破坏等。要求以智能探测器为主要探测方法，通过对探测器采集到的输入信号进行智能协同处理，从而实现对入侵行为的检测、报警。

系统可结合智能视频分析等感知手段完成协同分析，智能探测器报警与摄像机预制位联动，实现智能化的入侵探测。系统应避免使用单一的检测手段，各前端智能探测器之间应能进行充分的数据共享和数据融合，以最大限度地降低系统的漏报率和误报率。系统应具有报警提示、报警记录、报警查询的功能，并能与视频系统、语音告警系统、围界照明灯光系统等系统进行有效的联动。联动系统及动作可按需配置，能准确、及时报告入侵及异常事件，实现向监控中心发出报警并实现目标定位，准确记录报警时间、位置、图像等信息。

1.2 围界安防主要内容

1.2.1 飞行区围界视频监控及视频分析系统

系统功能主要包括两个部分:首先是采用固定摄像机对整个围界进行全覆盖，实现全围界的静态监控，并通过开通系统前端固定摄像机内视频分析功能对部分区域的物理围界外形成一道虚拟围界，对入侵围界的行为进行预告警报；其次是使用快球摄像机，当围界入侵事件发生时，能准确地对其进行定位、抓拍和跟踪拍摄，同时通过视频监控系统对入侵事件进行回放和复查等。

1.2.2 机场围界防入侵探测及报警系统

系统前端主要采用前端探测器的报警方式。前端探测器安装在围界的立柱上，或者砖围界墙体上。现场主机可安装在安防控制箱内或直接安装在围界上。

1.2.3 视频监控夜间辅助照明、广播及声光报警系统

除监控系统和报警系统外，围界安防系统还包括视频监控夜间辅助照明系统和广播系统。在发生入侵报警的同时，通过集成平台，入侵报警系统向视频监控系统提供报警信号，联动快球摄像机到报警点进行定位及监控，并联动广播系统自动播放警告语音，夜间同时联动灯光系统开启。同时在飞行区围界安防的值班席位上开启报警，提醒监控人员及时处理报警事件。当一个防区发生报警时，至少相邻的两个防区同时联动报警。

1.2.4 飞行区围界安防系统设备机房、监控中心及分控

围界安防系统设备机房主要有：网络交换机、视频管理服务器、视频录像服务器、安防系统应用服务器、广播主机、存储设备以及网管服务器等。可考虑在机场运行指挥中心、消防站及飞行区内的各个岗亭设置分控，配置和安防监控中心的配置相同。

1.2.5 飞行区周界安防集成平台

围界集成平台集成各子系统的数据采集、联动处理和综合监视功能，是整个围界的核心和集成平台。当有人员靠近围界并穿过视频分析系统的虚拟围界时，在飞行区周界安防的值班席位上开启相关区域的视频，并提示监控人员可能发生非法入侵事件。值班人员通过集成平台开启广播及声光报警系统，警告入侵人员离开。当入侵人员进一步攀爬、翻越围界时，入侵探测系统提供明确的入侵位置的报警信号，并在值班席位上弹出入侵报警事件；同时，通过集成平台向视频监控系统提供触发信号，联动快球摄像机到报警点进行定位、抓拍及追踪。

1.2.6 安防系统通信管道工程设计

飞行区安防系统通信管道，各个岗亭的管网，可以与机位监控管路一并设计。

1.2.7 系统供电

飞行区围界安防系统供电采用就近配电箱供电的方式。

1.2.8 防雷和接地

出入安防箱的通信电缆及供电电缆均加装防雷保护器。

1.2.9 围界安防系统的组成及网络架构

围界安防系统有多种组成及网络架构形式，不同的组成结构及网络架构形式对系统的功能性、稳定性、投资和运行维护均产生较为重要的影响。下文所示围界安防系统组成结构图及围界安防系统网络架构属于较为完整的系统框架，多数围界安防系统配置可由其转化。围界安防系统组成结构图如图1所示，围界安防系统网络架构图如图2所示。

图1 围界安防系统组成结构图

图2 围界安防系统网络架构图

2 围界报警主流技术

2.1 震动光缆

2.1.1 震动光缆技术介绍

随着光通信技术的发展，光通信中的一些技术逐渐为传感领域中的应用提供了技术平台，基于光的传感技术就是其中之一。与传统的电传感器相比，光纤传感器在传感网络应用中具有比较明显的技术优势，如：可靠性好、抗干扰能力强。由于光纤对被感测信息用波长编码，而波长是一种绝对参量，它不受光源功率波动以及光纤弯曲等因素引起的系统损耗的影响，因而光纤传感器具有非常好的可靠性和稳定性；系统中所使用的分离器和反射器等终结设备结构简单、尺寸小，适于各种应用场合；抗电磁干扰、抗腐蚀，能在恶劣的化学环境下工作，可复用性强。基于这项技术的应用已经普及到各个领域，如电子围栏、管道监控和光缆监控等，可用于大范围的区域保安，如图3所示。

图3 震动光缆示意图

目前，光纤不仅仅用于信号传输，在感测应用中采用光纤，还可使光纤作为传感器。当外界干扰影响传到光纤时，光纤传输的光的部分特性就会改变，通过配置专门的感测仪表就能监测，使光的特性变化的干扰。通过光的调变，使得许多事件和状态的测量成为可能，这些事件包括：张力、位移、损坏、破坏、振动/频率、冲击、声波、温度、负载等。

2.1.2 震动光缆优缺点

震动光缆系统结构简单、造价低、但误报率高，定位精确度低，易受风、雨、雷电等天气影响。

2.2 震动电缆

2.2.1 震动电缆技术介绍

震动电缆是一种经过特殊充电处理后带有永久预置电荷的介电材料，利用驻极体材料可以制作驻极体话筒。驻极体电缆又称为张力敏感电缆或麦克风式电缆，其基本结构和普通的同轴很相似，只不过是一种经过特殊加工的同轴电缆。在制作时对填充在其内、外导体之间的电介质进行静电偏压，使之带有永久性的预置静电荷。当电缆受到机械震动或因受压而变形时，在电缆的内外导体就会产生一个变化的电压信号，此电压信号的大小和频率与受到的机械震动力成正比，与外电路相连就可以检测出这一变化的信号电压，并检测到较宽频域范围内的信号。

由于电缆传感器的工作原理与麦克风相类似，故又称为麦克风电缆。使用时通常将电缆用塑料带固定在栅栏或钢丝上，其一端与报警控制电路相连，另一端与负载电阻相连。当有人翻越栅栏、铁丝网或切割栅栏、铁丝网时，电缆因受到震动而产生模拟电压信号即可触发报警。

此外，由于电缆实际上就是一种精心设计的特制麦克风，因此利用它把入侵者破坏或翻越栅网、出动震动电缆时的声响以及邻近的声音传送到中心控制室进行监听，用来判断是否有入侵。震动电缆示意图如图4所示。

图4 震动电缆示意图

2.2.2 震动电缆优缺点

振动电缆系统只有振动电缆和处理器，没有振动电缆和处理器之间的供电线和通讯线，振动电缆本身承担振动检测、信号传输和设备供电3个功能，结构简单清晰。报警时，视频监控系统可根据报警信息，精确定位干扰源，但该系统易受电磁干扰，易受雷雨影响产生误报。

2.3 张力围栏

2.3.1 张力围栏技术

张力围栏系统被设计为力学感应方式，周界由按一定张力平行拉紧的铁丝及立柱网组成，最长每60m为一个防区，在每个防区的中间探测器柱上安装垂直采集信号铁线并与探测器连接。探测器用信号导线与系统的控制中心连接。当有入侵者时，其作用力使现保持的平衡被破坏并被探测器感知到。攀爬、切断、拉起以及对设备的破坏均可引发报警并经探测器通知系统控制中心。

张力围栏系统具有自平衡、连续设防状态特点，当周界拉紧铁线被破坏之后，系统在修复前，在新的自身平衡状态下仍能对下一次破坏进行报警。这个特性可防止夜间因铁丝破坏而不能及时维修致使整个系统瘫痪。张力围栏示意图如图5所示。

图5 张力围栏示意图

2.3.2 张力围栏优缺点

张力围栏不受电磁干扰，既可作为围界报警探测器也可作为物理阻挡，但是安装调试复杂，采购和安装成本高，在北方寒冷天气下探测器钢丝容易热胀冷缩造成大量误报，不适合北方的机场环境。

2.4 雷达

2.4.1 雷达技术

雷达之所以能够对目标进行探测，在于它利用了无线电波的反射特性，因为大多数物体都反射无线电波，就像都反射光波一样。经过几十年的发展，雷达技术更加成熟，出现了许多不同用途的雷达，也出现了许多新的雷达探测技术。

雷达的基本任务是测距、测速和测量目标的方位。测量目标的距离是雷达的基本任务之一。无线电波在大气中的传播近似为匀速传播，传播速度约等于光速，每秒30万km。因此，只要测出雷达发射的无线电波在目标和雷达之间往返一次的时间就可以计算出雷达到目标的距离。根据雷达发射信号的不同，雷达测定电波延迟时间的方法也不同，主要有脉冲法、频率法和相位法。目前广泛使用的主要是脉冲的延测距法。围界雷达示意图如图6所示。

图6 围界雷达示意图

2.4.2 雷达优缺点

雷达探测距离远、范围大，受雨雾及光照影响极小，但是机场围界附近植物较多，特别在植物生长茂盛的春夏季，容易对雷达探测区域造成遮挡，从而产生大量误报，在雨季到来时大暴雨也会容易引起误报，所以不适合机场环境使用。

2.5 视频分析

2.5.1 视频分析技术

视频分析检测技术是指采用计算机对监控视频信号进行分析，提取目标检测区域内活动物体的活动特征与活动信息，并与预先规定的报警规则相比较，当发现异常行为时(如绊线越界)，则自动产生报警信号，提醒监管人员查看[3]。由于需要监测的目标区域往往本身就配备了监控摄像头，因此视频运动分析检测技术无需再加装其他任何形式的报警感应器，而只需直接利用监控视频进行分析即可[4]。视频分析示意图如图7所示。

图7 视频分析示意图

2.5.2 视频分析优缺点

视频分析具有使用方便，监测面广，设备简单等特点，但是容易受围界周围树木晃动影响，并且安装好摄像头之后位置不能变动，否则需要重新进行环境学习调节，不然会导致误报或漏报，加之摄像头需要光源成像，可见光源影响飞机起降，红外光源可视范围窄，距离有限，夜间基本无法使用。因此，通常视频分析，只作为围界报警的辅助手段，不作为主要报警方式使用。

2.6 震动探测器

(1)震动探测器技术

振动探测器可分为：机械式振动探测器、惯性棒电子式振动探测器、电动式振动探测器、压晶体振动探测器、电子式全面型振动探测器等多种类型，目前机场采用的主要是机械式振动探测器。

震动传感器针对围栏的入侵行为，只要围栏受到外力作用必定产生震动。传感器将这个震动以一种变量的形式转化成识别信号进行分析处理。振动探测器示意图如图8所示。

(2)振动探测器优缺点

振动探测器适合钢丝围栏，不受气温影响，后期维护成本较低。缺点是对于实体墙的防护效果较差。

图8 震动探测器示意图

表1 围界安防报警主流技术指标对比表

3 围界安防报警主流技术指标对比

围界安防报警主流技术指标对比如表1所示。

4 围界安防系统的质量控制要素

前端检测器、现场主机、防区设置、摄像机、报警系统平台软件等是围界安防系统的重要组成部分[5]。通过现场实地调研，结合机场运维管理部门的实际经验不难得出，围界安防系统的质量控制要点主要集中在3个方面：系统的总体质量指标、系统设备的选型指标与技术指标等。相关单位在选择围界安防系统时，应重点关注这些质量控制要素，选择达标产品，保障机场飞行区安全运行。

4.1 围界安防总体质量指标要求

(1)环境适应性：全天候；

(2)系统漏报警、虚报警：无；

(3)系统误报警：误报警≤千分之三(台风、地震等极端天气除外)；

(4)系统联动切换时间：

①从系统探测到入侵到融合决策处理发出报警信号的时间：≤2s；

②从报警到切换视频复核联动所需要的时间：≤2s；

③视频切换到屏幕上的延时：≤2s。

4.2 系统设备选型指标要求

(1)围界探测报警系统具备国内机场的实际成功应用案例；

(2)提供国家公安部检测报告；

(3)围界报警平台软件及集成平台要求提供软件著作权证书；

(4)围界探测报警的前端探测器及现场主机产品具有CCC认证证书；

(5)报警系统能迅速锁定干扰源的位置；

(6)对剪断报警系统线缆、剪断围栏、攀爬围栏等入侵行为进行区分，准确地对入侵探测行为进行报警；

(7)可以对系统硬件、软件、链路拓扑、实时状态管理。当发生异常时，在电子地图上可显示拓扑链路和界面，异常或报警能“闪烁”提示。

4.3 主要设备技术指标要求

4.3.1 室内固定摄像机

(1)不小于1/3 英寸，130万像素CMOS传感器；

(2)分辨率≥1 280×720；

(3)焦距范围至少覆盖3mm～9.5mm。

4.3.2 室外快球摄像机

(1)不小于1/3 英寸，200万像素CMOS传感器；

(2)支持分辨率1 920×1 080，帧率在1fps～30fps可调；

(3)不小于22倍光学变焦能力；

(4)焦距范围5mm～220mm。

4.3.3 前端探测器

(1)适应围界：钢筋围栏；

(2)报警响应时间：≤2s；

(3)数据通信协议：CAN或RS-485或RS-232。

4.3.4 现场主机

(1)通过总线与前端探测器连接，它负责将探测器发送的探测数据进行分析判断，检测其所连接探测器的故障状态，对其所属区域进行初步数据融合，实现区域融合识别以降低虚警；

(2)技术参数：防护等级IP67，产品应满足在高温、高湿等恶劣环境下正常工作的要求；

(3)数据通信协议：CAN、RS-485、RS-232、以太网。

4.3.5 报警系统平台软件

(1)入侵检测：采集防入侵系统传感器数据，对数据进行融合判断，生成报警，根据报警优先级策略计算出报警优先级。

(2)人工处理报警：把系统中的报警实时发送给用户处理。用户在处理时，可联动电子地图、联动视频系统对警情进行判断，并在系统中提交处理结果。

4.3.6 视频分析

(1)采用接入、分析、输出三层独立结构设计；

(2)支持人、物绊线算法，可以支持单向和双向、有向和无向；

(3)支持人、物穿越敏感区域的算法，可以支持有向和无向。

5 结论

综合现有技术条件，目前国内机场围界安防系统普遍运行效果不佳，主要体现在围界安防系统误报率较高，并存在漏报现象。

根据实际情况分析，笔者对新建机场围界安防系统的应用提出以下5点建议以备参考：

(1)针对钢丝网围栏、砖墙围栏等不同类型的围栏，根据机场环境与气候条件，因地制宜，采用不同的技术手段实现围界安全防范措施；

(2)建设单位在项目前期详细调研国内现有机场的运行情况，综合分析对比各机场使用情况，对运行状况不佳的产品及技术可有效规避；

(3)新建机场在方案设计阶段应增加围界安防系统多方案比选，采用仿真模拟和建设样板段等技术手段，确保选出最优方案；

(4)建设单位完善自有品牌库，充分对比分析围界安防产品与其整理解决方案，综合自身特点择优选择；

(5)建设单位应对围界安防产品及系统全生命周期中各个阶段的经济性深入研究分析，把握关键节点，节省投资。

[1] 吴飞．机场围界安全防范措施探讨[J].江苏航空，2006(3).

[2] 刘军涛．北京新机场飞行区周界安防方案探索[J].中国民用航空，2013(8)．

[3] 王同磊.智能视频分析及在机场围界安防系统中的应用[J].建筑建材装饰，2014(4).

[4] 雷玉堂.安防&智能化——视频监控系统智能化实现方案[M].北京：电子工业出版社，2013.

[5] 陈晴，邓忠伟.现代安防技术设计与实施(第2版)[M].北京：电子工业出版社，2015.

Analysis of the application of perimeter security system in airport project

WANGChen

(Fujian Panport Airport Construction CO.,Ltd,Xiamen 361006)

With a brief introduction on the structure, classification, features and working principles of perimeter security system. Combining with the products of perimeter security system and some application examples of the airport, the paper describes the application of the system. This paper emphasizes the importance of the system, and puts forward the key elements of quality control of the perimeter security system and the application of the system in the new airport.

Perimeter security system; Perimeter alarm technology; Products of perimeter security system; Airport; Key elements of quality control

王晨(1984.10- )，男，工程师。

E-mail:1509818439@qq.com

2017-02-10

TU855

A

1004-6135(2017)04-0103-06