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摘要：周界防护系统作为现代化安防领域的重要安全防护信息系统之一，在各个行业均得到了巨大的发展和应用，已逐渐成为不可或缺的安全防护信息系统之一。在高速铁路沿线配备周界防护系统，可有效地对入侵者进行威慑、阻挡和报警。文章结合高铁沿线、车站等重要设施及场所的防护需求及应用场景，对目前主流的周界防护系统技术，如振动光纤、脉冲电子围栏、红外激光对射及智能视频分析等，进行论述及方案比选，介绍了适用于铁路安全运营的周界防护系统及具体技术解决方案，探讨了铁路周界防护系统的应用及发展方向。
关键词：铁路周界；入侵报警；防护；振动光纤；电子围栏；视频分析
1.铁路周界系统应用需求分析
随着我国铁路营业里程和规划里程的不断增加，铁路改造提速，铁路沿线的
安全防护成为一个亟待解决的重要问题。在高速铁路沿线非法穿越水泥栅栏或防护网、在轨道上放置异物、非法入侵沿线机房等危险或恶意行为，会给铁路安全运营造成严重事故隐患。客运车站站台两端主要用于工作人员和车辆的出入，乘客的非正常出入会造成铁路发生安全事故。因此，在高铁沿线、车站以及重要设备及场所的周界安全防护很有必要。
目前威胁高铁运行安全的破坏行为主要包括违法进入限界上线设障和针对重要设施的破坏行为。不法分子侵入限界的主要方式有：破坏栅栏护网、砸断水泥栅栏、强行攀爬护栏（含栅栏、应急疏散通道、围墙）、破坏排水铁篦、破坏工作门、栅栏底部钻入、站台两端侵入、攀爬橋梁铁塔、线路高空抛物。
2.铁路周界系统应用场景
铁路周界系统可以应用于高速铁路区间重要设备的防护、高速铁路重要机构设施的防护以及铁路安全运营的防护。
主要的应用场景包括：
（1）高速铁路沿线无人值守的机房、院落；
（2）客运车站周边，如站台端头；
（3）在易进入铁路线的低路基、铁路隧道口等区域；
（4）铁路沿线的高架桥维护梯；
3.铁路周界防护技术选择研究
3.1 振动光纤
振动光纤基于“光纤干涉仪”原理，采用两芯单模光纤构成平衡光纤干涉仪，当用相干激光器向其发射一束激光，由这两根光纤组成的干涉仪输出干涉光信号，当光纤受到外界侵扰，如：攀爬、破坏、挖掘、触碰、敲打等，则干涉光的输出波形改变，并产生干涉图像，通过光探测器可检测到这一波形变化，通过软件分析变化波形的特征，可以分辩出事件的真实情况，从而达到“入侵模式识别”的效果。
3.2 脉冲电子围栏
脉冲电子围栏采用高压脉冲原理，由脉冲告警处理单元产生高电压、低电流的脉冲电流并输出至物理围栏。当物理围栏被触摸、剪断、跨接时，脉冲主机可检测到物理围栏上的短路、断路等电压电流变化的信息，从而产生告警。
3.3 红外对射
红外对射是一种光束遮断式探测器，其脉冲式红外光束，距离一般在30～250米，设定响应时间即最短遮断时间通常为20ms。红外对射技术的主要优、缺点
如下表3所示。
3.4 基于深度学习的视频分析
基于深度学习的视频分析技术，通过跟踪一个目标来进行报警，在一定时间内对目标的特征进行多方面核实。系统通过将场景中背景和目标分离，进而分析并追踪在摄像机场景内出现的目标，并能够在第一时间准确地看到报警位置的视频图像，提高了报警响应速度。但视频分析技术也会受到光影变化较大、天气条件较差、能见度较低等外界条件的影响。
3.5 其他
周界防护技术除了以上几种之外，还包括微波场和泄露电缆等技术。
微波场是一种场干扰或波束阻断式探测技术，发射单元与接收单元间形成一个稳定的微波场，在有人闯入时微波场受到干扰，接收机会探测到异常信息。微波技术在实际应用中存在一些问题，主要包括：
（1）大功率器件，易老化；
（2）存在盲区，且易受植被、天气等环境干扰；
（3）要求边界较平直；
（4）防区内无法识别多点入侵；
泄露电缆技术是一种场干扰探测技术。缆状天线形成稳定微波场，通过入侵者对电磁场的能量扰动探测入侵。泄露电缆技术在实际应用中也存在着一些问题，主要包括：
（1）信号分布不均匀，存在远近效应；
（2）不适应于积水路面和有植被地面；
（3）无法排除天气、小动物的干扰；
4.铁路周界防护系统技术方案
铁路周界防护系统采用路局监测平台、监控中心、现场设备三级架构。系统拓扑图如下所示：
铁路周界防护系统主要包括铁路周界防护系统平台、振动光纤设备、电子围栏设备、红外对射、光波对射、声光报警设备和短信联动等前端探测设备。
铁路周界防护系统可根据防护等级要求灵活选取多种周界入侵感应设备，并可配置联动模块实现与声光告警设备的联动，对入侵人员进行威慑，同时可相应安装语音广播设备和视频监控设备。在前端探测技术的基础上，增加基于视频智能分析技术的视频复核功能，降低误报率。根据不同的应用场景可以选择不同的解决方案，大致包括两个方案。一是在利用振动光纤、脉冲电子围栏、红外对射等前端探测技术的基础上，增加视频复核功能，有效地降低误报率；二是直接利用深度学习的视频分析技术进行周界防护。
在易进入铁路线的低路基、隧道口等区域利用深度学习的视频分析技术进行周界防护。在低路基区域利用综合视频监控系统补强摄像机，解决白天周界报警需求；利用热成像摄像机，解决夜晚及极端天气下周界报警需求，并可通过可见光摄像机进行复核，进一步减少误报；在隧道口处加装热成像视频分析系统，通过将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像，并综合视频智能分析，实现周界防护，同时可加装广播报警系统，报警发生时，通过语音广播形成对闯入者的威慑。 在车站周边、低路基临近城市或者村庄处、隧道和桥梁临近周边等重点区域，人、畜入侵的几率高、危害严重，因此需要重点防范。可以采用振动光纤、脉冲电子围栏、红外对射等探测技术的基础上，增加视频复核功能，有效地进行周界防护。在具体工程实施时可以在车站、隧道和桥梁的出入口的铁艺铁网护栏网面上敷设绑扎振动光纤，或者铁艺铁网护栏上方架设脉冲电子围栏。针对铁路桥梁，也可以在出入口两侧边缘以及桥梁护栏上加装红外对射系统和广播报警系统。在既有的视频监控摄像机配置智能视频分析系统，进行人的行为分析，包括徘徊、越界分析等等，与周界防护系统的报警形成互补。
5应用案例
铁路周界防护系统产品已成功应用于兰新高铁线路防护、佛山西动车所周界防护、沪昆线上饶站周界报警实验项目等。
6结束语
安全是一个社会和企业赖以生存和发展的基础，尤其在信息技术高度发展的今天，犯罪手段更趋智能化也更隐蔽。因此，实现现代化的安全防范就显得更为重要。传统人防与物防相结合的安全管理由于人力资金投入量巨大，难以保证消除所有安全隐患，必须充分依靠技术防护手段，可利用综合性平台实现振动光纤、视频分析等多种周界防护技术的有机结合，充分利用各种周界防护技术的长处，大幅降低系统的误报率，再结合系统集成、信息网络、物联网等技术，构筑人防、物防、技防多重互补的安全防护体系。
参考文献：
[1]陶鹏.基于相移光纤光栅传感的周界安防系统入侵探测技术研究[D].上海师范大学.2018
[2]现代电缆周界探测报警技术纵览[J]. 吕立波. 中国公共安全（市场版）. 2007（Z1）
[3]周界防御报警传感器──振动电缆传感器[J]. 孙克立. 中国人民警官大学学报（自然科学版）. 1997（01）
[4]周遐.安防系统工程[M].北京：机械工业出版社，2004.ZHOU Xia.Security System Project[M].Beijing：China Machine Press，2004.
[5]GB 50394-2007入侵报警系统工程设计规范[S].GB 50394-2007 Intrusion Alarm Systems Engineering Design Specification[S].
[6]雷玉堂.安防&物联网：物联网智能安防系统实现方案[M].北京：电子工业出版社，2014.LEI Yutang.Security&IOT：Implementation of IOT Intelligent Security System[M].Beijing：Electronic Industry Press，2014.
[7]曹学明，王喜富，刘海迅.基于物联网的机场周界安防系统设计[J].物流技术，2010，20（19）：66-68.CAO Xueming，WANG Xifu，LIU Haixun.Design of Airport Perimeter Security System Based on Internet of Things[J].Logistics Technology，2010，20（19）：66-68.
[8]朱倩霞.面向周界監测的光纤振动传感系统研究[D].浙江大学.2015
关键词：铁路周界；入侵报警；防护；振动光纤；电子围栏；视频分析
1.铁路周界系统应用需求分析
随着我国铁路营业里程和规划里程的不断增加，铁路改造提速，铁路沿线的
安全防护成为一个亟待解决的重要问题。在高速铁路沿线非法穿越水泥栅栏或防护网、在轨道上放置异物、非法入侵沿线机房等危险或恶意行为，会给铁路安全运营造成严重事故隐患。客运车站站台两端主要用于工作人员和车辆的出入，乘客的非正常出入会造成铁路发生安全事故。因此，在高铁沿线、车站以及重要设备及场所的周界安全防护很有必要。
目前威胁高铁运行安全的破坏行为主要包括违法进入限界上线设障和针对重要设施的破坏行为。不法分子侵入限界的主要方式有：破坏栅栏护网、砸断水泥栅栏、强行攀爬护栏（含栅栏、应急疏散通道、围墙）、破坏排水铁篦、破坏工作门、栅栏底部钻入、站台两端侵入、攀爬橋梁铁塔、线路高空抛物。
2.铁路周界系统应用场景
铁路周界系统可以应用于高速铁路区间重要设备的防护、高速铁路重要机构设施的防护以及铁路安全运营的防护。
主要的应用场景包括：
（1）高速铁路沿线无人值守的机房、院落；
（2）客运车站周边，如站台端头；
（3）在易进入铁路线的低路基、铁路隧道口等区域；
（4）铁路沿线的高架桥维护梯；
3.铁路周界防护技术选择研究
3.1 振动光纤
振动光纤基于“光纤干涉仪”原理，采用两芯单模光纤构成平衡光纤干涉仪，当用相干激光器向其发射一束激光，由这两根光纤组成的干涉仪输出干涉光信号，当光纤受到外界侵扰，如：攀爬、破坏、挖掘、触碰、敲打等，则干涉光的输出波形改变，并产生干涉图像，通过光探测器可检测到这一波形变化，通过软件分析变化波形的特征，可以分辩出事件的真实情况，从而达到“入侵模式识别”的效果。
3.2 脉冲电子围栏
脉冲电子围栏采用高压脉冲原理，由脉冲告警处理单元产生高电压、低电流的脉冲电流并输出至物理围栏。当物理围栏被触摸、剪断、跨接时，脉冲主机可检测到物理围栏上的短路、断路等电压电流变化的信息，从而产生告警。
3.3 红外对射
红外对射是一种光束遮断式探测器，其脉冲式红外光束，距离一般在30～250米，设定响应时间即最短遮断时间通常为20ms。红外对射技术的主要优、缺点
如下表3所示。
3.4 基于深度学习的视频分析
基于深度学习的视频分析技术，通过跟踪一个目标来进行报警，在一定时间内对目标的特征进行多方面核实。系统通过将场景中背景和目标分离，进而分析并追踪在摄像机场景内出现的目标，并能够在第一时间准确地看到报警位置的视频图像，提高了报警响应速度。但视频分析技术也会受到光影变化较大、天气条件较差、能见度较低等外界条件的影响。
3.5 其他
周界防护技术除了以上几种之外，还包括微波场和泄露电缆等技术。
微波场是一种场干扰或波束阻断式探测技术，发射单元与接收单元间形成一个稳定的微波场，在有人闯入时微波场受到干扰，接收机会探测到异常信息。微波技术在实际应用中存在一些问题，主要包括：
（1）大功率器件，易老化；
（2）存在盲区，且易受植被、天气等环境干扰；
（3）要求边界较平直；
（4）防区内无法识别多点入侵；
泄露电缆技术是一种场干扰探测技术。缆状天线形成稳定微波场，通过入侵者对电磁场的能量扰动探测入侵。泄露电缆技术在实际应用中也存在着一些问题，主要包括：
（1）信号分布不均匀，存在远近效应；
（2）不适应于积水路面和有植被地面；
（3）无法排除天气、小动物的干扰；
4.铁路周界防护系统技术方案
铁路周界防护系统采用路局监测平台、监控中心、现场设备三级架构。系统拓扑图如下所示：
铁路周界防护系统主要包括铁路周界防护系统平台、振动光纤设备、电子围栏设备、红外对射、光波对射、声光报警设备和短信联动等前端探测设备。
铁路周界防护系统可根据防护等级要求灵活选取多种周界入侵感应设备，并可配置联动模块实现与声光告警设备的联动，对入侵人员进行威慑，同时可相应安装语音广播设备和视频监控设备。在前端探测技术的基础上，增加基于视频智能分析技术的视频复核功能，降低误报率。根据不同的应用场景可以选择不同的解决方案，大致包括两个方案。一是在利用振动光纤、脉冲电子围栏、红外对射等前端探测技术的基础上，增加视频复核功能，有效地降低误报率；二是直接利用深度学习的视频分析技术进行周界防护。
在易进入铁路线的低路基、隧道口等区域利用深度学习的视频分析技术进行周界防护。在低路基区域利用综合视频监控系统补强摄像机，解决白天周界报警需求；利用热成像摄像机，解决夜晚及极端天气下周界报警需求，并可通过可见光摄像机进行复核，进一步减少误报；在隧道口处加装热成像视频分析系统，通过将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像，并综合视频智能分析，实现周界防护，同时可加装广播报警系统，报警发生时，通过语音广播形成对闯入者的威慑。 在车站周边、低路基临近城市或者村庄处、隧道和桥梁临近周边等重点区域，人、畜入侵的几率高、危害严重，因此需要重点防范。可以采用振动光纤、脉冲电子围栏、红外对射等探测技术的基础上，增加视频复核功能，有效地进行周界防护。在具体工程实施时可以在车站、隧道和桥梁的出入口的铁艺铁网护栏网面上敷设绑扎振动光纤，或者铁艺铁网护栏上方架设脉冲电子围栏。针对铁路桥梁，也可以在出入口两侧边缘以及桥梁护栏上加装红外对射系统和广播报警系统。在既有的视频监控摄像机配置智能视频分析系统，进行人的行为分析，包括徘徊、越界分析等等，与周界防护系统的报警形成互补。
5应用案例
铁路周界防护系统产品已成功应用于兰新高铁线路防护、佛山西动车所周界防护、沪昆线上饶站周界报警实验项目等。
6结束语
安全是一个社会和企业赖以生存和发展的基础，尤其在信息技术高度发展的今天，犯罪手段更趋智能化也更隐蔽。因此，实现现代化的安全防范就显得更为重要。传统人防与物防相结合的安全管理由于人力资金投入量巨大，难以保证消除所有安全隐患，必须充分依靠技术防护手段，可利用综合性平台实现振动光纤、视频分析等多种周界防护技术的有机结合，充分利用各种周界防护技术的长处，大幅降低系统的误报率，再结合系统集成、信息网络、物联网等技术，构筑人防、物防、技防多重互补的安全防护体系。
参考文献：
[1]陶鹏.基于相移光纤光栅传感的周界安防系统入侵探测技术研究[D].上海师范大学.2018
[2]现代电缆周界探测报警技术纵览[J]. 吕立波. 中国公共安全（市场版）. 2007（Z1）
[3]周界防御报警传感器──振动电缆传感器[J]. 孙克立. 中国人民警官大学学报（自然科学版）. 1997（01）
[4]周遐.安防系统工程[M].北京：机械工业出版社，2004.ZHOU Xia.Security System Project[M].Beijing：China Machine Press，2004.
[5]GB 50394-2007入侵报警系统工程设计规范[S].GB 50394-2007 Intrusion Alarm Systems Engineering Design Specification[S].
[6]雷玉堂.安防&物联网：物联网智能安防系统实现方案[M].北京：电子工业出版社，2014.LEI Yutang.Security&IOT：Implementation of IOT Intelligent Security System[M].Beijing：Electronic Industry Press，2014.
[7]曹学明，王喜富，刘海迅.基于物联网的机场周界安防系统设计[J].物流技术，2010，20（19）：66-68.CAO Xueming，WANG Xifu，LIU Haixun.Design of Airport Perimeter Security System Based on Internet of Things[J].Logistics Technology，2010，20（19）：66-68.
[8]朱倩霞.面向周界監测的光纤振动传感系统研究[D].浙江大学.2015