近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)的飛速發(fā)展，周界報警產(chǎn)品發(fā)展迅猛，逐步形成電子圍欄、振動光纖為主流的產(chǎn)品格局。其中，振動光纖系統(tǒng)以振動傳感光纜作為探測傳感器，因其靈活線纜狀且無源等特點，特別適用于地形復(fù)雜、易燃易爆、電磁干擾大、不規(guī)則周界、防范距離長、報警功能兼具美觀特性的項目場所使用，成為備受市場青睞的周界報警類產(chǎn)品之一。
區(qū)域型振動光纖入侵探測器技術(shù)現(xiàn)狀分析
目前，振動光纖產(chǎn)品主要分為區(qū)域型（防區(qū)型）振動光纖入侵探測器和定位型振動光纖入侵探測器兩大類，兩者在前端入侵探測原理上稍有差別，但關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展方向明顯不一。由于定位型振動光纖入侵探測器技術(shù)尚處于探索階段，后端算法尚不完善，因此，本文著重關(guān)注已基本成熟的區(qū)域型振動光纖入侵探測器產(chǎn)品技術(shù)。
區(qū)域型振動光纖入侵探測器主要運用“光彈效應(yīng)”的機理，并以極高的靈敏度探測外界的擾動。具體來說，在無外界干擾情況下，激光信號按照有規(guī)律的傳播途徑傳輸，系統(tǒng)正常運行；而當外界擾動作用在光纜上時，會引起感應(yīng)光纜中傳輸光相位、波長等參量變化，而系統(tǒng)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換采集解析變化量之后得到振動信息，從而判斷是否有入侵行為發(fā)生。
由區(qū)域型振動光纖入侵探測器工作原理不難看出，作為探測單元，傳感光纖需兼具極高的靈敏度，則可有效探測到各類入侵行為。而實踐證明，高的靈敏度在成就產(chǎn)品的同時，部分廠家技術(shù)實力不足，也導(dǎo)致了高靈敏度與高誤報同行。當然，部分區(qū)域型振動光纖入侵探測器產(chǎn)品漏誤報率高是多種因素共同造成的結(jié)果。當下如何革新技術(shù)，既保持其高靈敏度探測，又有效降低漏誤報率，成為大部分廠家有待解決的問題。
四大關(guān)鍵性因素如何解決漏誤報？
高靈敏度導(dǎo)致區(qū)域型振動光纖入侵探測器誤報率高是技術(shù)表象，內(nèi)里實則與產(chǎn)品無法精確區(qū)分干擾信號與入侵信號相關(guān)，結(jié)合其工作原理，探測光源、光路結(jié)構(gòu)、頻譜分析、智能算法成為影響系統(tǒng)準確區(qū)分信號的四大關(guān)鍵性因素，從中也可窺探緣何大部分區(qū)域型振動光纖入侵探測器產(chǎn)品漏誤報率高的原因。
·源頭直擊區(qū)域型振動光纖入侵探測器核心性能
實驗證明，探測光源是決定區(qū)域型振動光纖入侵探測器核心性能的關(guān)鍵因素之一，在源頭處收集信號時，既可精確收集完整信號又初步區(qū)分識別信號，可輔助后端更為精準區(qū)分干擾信號與入侵信號。而目前，市面上絕大多數(shù)產(chǎn)品技術(shù)觀念狹隘，忽略前端產(chǎn)品選材，在前端使用普通的光源干涉，事實上，廠商前端產(chǎn)品的選材與本身的技術(shù)結(jié)合，對產(chǎn)品的性能影響有著天壤之別，一般造價幾百元的普通厘米級線寬光源，經(jīng)過干涉后光纖的相位差很小，幾乎沒有，無疑該種造價低的線寬光源根本無法收集完整信號，對敲擊、攀爬、鉆孔等入侵信號響應(yīng)也不靈敏，強風暴雨環(huán)境下無法區(qū)分干擾信號和入侵信號，產(chǎn)品無法正常穩(wěn)定使用。廣拓F5系列分布式多防區(qū)振動光纖的探測光源采用造價高的窄線寬激光光源，線寬窄，接收到的信號特征更明顯，干擾信號和入侵信號的區(qū)別更大，可明顯區(qū)分。其在源頭采集信號的同時，更注重對擾動信息波形的識別，其相干長度是普通光源的幾百倍，既延長了傳感距離，又提高了信噪比，從源頭處更全面而精確地收集信號波形并分析，與智能算法共同作用極大降低了系統(tǒng)漏誤報。
·持續(xù)創(chuàng)新改良光路結(jié)構(gòu)
目前，市面上區(qū)域型（防區(qū)型）振動光纖入侵探測器主要采用兩種光路結(jié)構(gòu)（光纖光柵已逐步被淘汰）：馬赫增德爾（M-Z）、薩格納克（Sagnac），不同的光路結(jié)構(gòu)，信號響應(yīng)靈敏度明顯不同，直接影響著產(chǎn)品可適用的安裝環(huán)境和安裝形式。另外，在周界數(shù)十公里，長距離探測的末端防區(qū)，光路結(jié)構(gòu)還會影響光傳輸損耗，導(dǎo)致報警信號傳輸受損，造成漏報現(xiàn)象。當下，上述兩種光路結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點，同樣需要揚長避短，加緊改進創(chuàng)新。廣拓F5創(chuàng)新性改進馬赫增德爾（M-Z）光路結(jié)構(gòu)，進一步提高系統(tǒng)對振動信號響應(yīng)的靈敏度，搭配窄線寬激光光源，有效支撐F5在掛墻、嵌墻、埋地安裝環(huán)境下報警性能依然穩(wěn)定。革新性的光路探測技術(shù)，從原理上解決了環(huán)境溫度、偏振變化、相位變化不敏感帶來的干涉信號不穩(wěn)定問題，最大化降低光損耗，在長距離探測的末端防區(qū)，報警信號傳輸強勁，不會造成漏報現(xiàn)象，且因其耐高溫、耐腐蝕，不受各種惡劣氣象環(huán)境干擾，系統(tǒng)可靠性與穩(wěn)定性也極強。
·后端智能頻譜分析+智能算法強強聯(lián)合
振動光纖入侵探測器安裝的環(huán)境往往極具復(fù)雜性，與人為因素、環(huán)境干擾因素相關(guān)的情況十分復(fù)雜，因此單一維度的數(shù)據(jù)絕不可能精準分析出入侵與干擾信號，多維度的頻譜分析技術(shù)與智能算法是目前最為可行的處理方法。
復(fù)雜的環(huán)境下，F5首創(chuàng)全頻譜分析技術(shù)，運用高、中、低全頻譜分析技術(shù)，從三個維度全面分析振動信號，即便是在七級風環(huán)境下有入侵行為，也可直觀區(qū)分入侵信號和干擾信號。具體來說，對于外界干擾（風、雨、小動物等）造成的振動，在頻率域最直觀的反應(yīng)就是頻率響應(yīng)集中在低頻部分，而實際入侵動作造成的頻率響應(yīng)集中高頻部分，再結(jié)合其它處理分析，可準確識別入侵事件，提高報警準確率。
結(jié)合數(shù)萬實際案例中的信號源，F5振動光纖系統(tǒng)模擬海量環(huán)境干擾信號特征，建立模型數(shù)據(jù)庫，當存在風、雨、雪、車輛經(jīng)過、小動物等一系列可能出現(xiàn)的干擾信號時，智能算法全方位地融合多種算法，系統(tǒng)自動匹配數(shù)據(jù)模型調(diào)節(jié)動態(tài)閾值，有效區(qū)分出周邊干擾信號，辨別是否有入侵行為，極大地減少漏誤報率，這也是其它廠商在降低產(chǎn)品漏誤報率上很難實現(xiàn)的客觀技術(shù)實力因素。
表1 F5與其它區(qū)域型光纖振動入侵探測器產(chǎn)品對比
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關(guān)鍵因素 |
F5分布式多防區(qū)振動光纖 |
其它廠商區(qū)域型振動光纖入侵探測器產(chǎn)品 |
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激光光源 |
窄線寬激光光源，相干長度長 |
普通厘米級線寬光源，相干長度短 |
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光路結(jié)構(gòu) |
創(chuàng)新改進型馬赫增德爾（M-Z）光路結(jié)構(gòu) 靈敏度高，頻率響應(yīng)好 |
薩格納克（sagnac） 靈敏度差，頻率響應(yīng)低 |
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數(shù)據(jù)采集 |
多路高速并行采集 實時響應(yīng)，數(shù)據(jù)無丟失 |
串行輪巡低速采集 響應(yīng)慢、數(shù)據(jù)易丟失 |
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智能算法 |
全頻域算法，智能過濾 |
時域算法或低頻算法，不能有效過濾環(huán)境干擾 |
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多樣性及擴展 |
視頻聯(lián)動、外部聲光模塊接入平臺易于擴展和組網(wǎng) |
報警輸出單一 開關(guān)量輸出 |
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防區(qū)長度 |
防區(qū)更長，單個防區(qū)可達2km |
單個防區(qū)長度1km以內(nèi) |
不可否認，區(qū)域型振動光纖入侵探測器因其無可比擬的優(yōu)勢，極具實用價值和推廣前景，然區(qū)域型振動光纖入侵探測器產(chǎn)品技術(shù)也需持續(xù)升級和突破，F5從前端探測傳感器到后端智能算法，在各個關(guān)鍵因素上逐一突破，既保留了振動光纖入侵探測器的高靈敏度探測，又將漏誤報率降到最低，無疑改善了用戶體驗，擴大了產(chǎn)品應(yīng)用市場。
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展，面向未來城市建設(shè)，兩大類光纖振動入侵探測器產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化進程都將逐步加快，運用場所也將不斷完善，市場需求對產(chǎn)品功能和穩(wěn)定性提出了更高的要求，比如實現(xiàn)更大的檢測范圍、更高的響應(yīng)帶寬、搭載更多的防區(qū)、防區(qū)定位更為準確等，有望振動光纖廠家持續(xù)不斷探索。
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