墙体型震动入侵探测技术在核电站中的应用

　　摘要：对墙体型震动入侵探测技术做了相关介绍，特别针对核电站实物保护系统的应用需求，分析了适用于核电应用场景的墙体型震动入侵探测技术，介绍了系统结构设计和功能验证。随着MEMS传感器的迅速发展，可以预见，该种技术会在核电站有效提升立体防护能力。

　　关键词：墙体型震动入侵探测技术;实物保护系统集成平台;报警联动;功能验证

　　核安全在核能与核技术利用中至关重要，关系到其能否正常发展，关系到环境安全和公众安全。核电站实物保护系统采用了探测、延迟及响应的技术和措施，可以有效防止入侵者盗取或非法转移核燃料。若核电站的保护区和要害区的某些厂房边界无入侵探测设备，不满足HAD501导则。因此，需要在墙体安装入侵探测设备，能检测高度为2.5m范围内的墙体破坏行为。

　　1墙体型震动入侵探测技术

　　1.1工作原理

　　墙体型震动入侵探测器采用高精度MEMS地震波探头，可检测到墙体上由于攀爬、敲击、撞击引起的微弱震动，探测灵敏度阈值可以设置。系统用于探测墙体破坏行为，与震动光纤或在围栏上安装探测器等探测技术相比，具有微弱信号识别能力强，不受天气条件影响，易于安装和调试等特点[1]。

　　探测器布设在墙体上，距离地面高度1.5m，每一个的有效探测范围为5m。墙体型震动入侵探测器经探测主机将报警信号传送给核电站已有的周界入侵探测系统的报警控制器STARII，通过TCP/IP网络与实物保护系统集成平台连接，实时与其进行通信，完成系统指令。当入侵发生时，它可以快速实现报警信号与闭路电视监控系统的联动，显示相关报警区域的图像，并记录现场图像供保卫人员完成报警复核[2]。

　　1.2系统构成

　　系统由4个部分组成，即前端探测部分、联动控制部分、网络传输部分和监控中心部分(系统集成管理平台)。

　　1.2.1前端探测部分

　　前端探测部分主要由墙体型震动入侵探测器、探测主机、支架附件等组成，通过对墙体上微弱震动信号的采集与融合分析，在控制中心报警处理功能模块实现三级算法融合，最终输出报警事件，并通过联动控制部分完成报警联动。

　　1.2.2联动控制部分

　　联动控制部分由控制箱内的视音频编解码器、I/O控制器及墙体附近的摄像机等设备组成。现场报警联动可通过联动数据库预设方案，结合用户对现场响应和指挥调度的要求，实现个性化联动定制。

　　1.2.3网络传输部分

　　系统中入侵探测设备、摄像机等设备均通过控制箱内设备接入以太网交换机，交换机通过光纤组成主干通信网，并在中心机房完成信号汇聚。

　　1.2.4监控中心部分

　　监控中心部分由控制中心服务器、报警平台软件组成，通过报警软件客户端及视频管理客户端，用户可查看各防区的报警、故障及状态事件，并设置、复核、手动控制相关的联动设备，完成报警处置。

　　2墙体型震动入侵探测技术在核电站的应用

　　2.1系统设计

　　2.1.1前端探测部分布设方式

　　根据现场勘查结果，探测器布设间距为5m，距地高度1.5m，用支架和膨胀螺栓固定在墙体上。探测器之间用485控制线连接，线缆沿墙体水平方向使用镀锌钢管敷设。探测器在遇到支撑立柱或通道门时需要特殊处理，在立柱上单独布设探测器，或在通道门两侧安装探测器，从通道门上方走线。探测器分左右两路接入探测主机，探测主机安装到控制箱内，每层设一个控制箱，内部安装有电源、协议转换器、网络设备等。

　　2.1.2联动控制部分设计

　　联动控制部分完成报警事件的联动控制，主要包括前端联动设备及与实物保护系统集成平台的联动部分。前端联动设备主要由固定摄像机、视频解码器等，在20m～25m范围内安装1台低照度固定摄像机。云台摄像机只能用于监控和跟踪，不能用于视频复核。因此，这里使用的是固定摄像机。当发生入侵报警时，该系统自动调出报警防区、相邻防区的视频画面，由于系统前端探测部分可做到精确定位。

　　因此，通过摄像机的预置位关联和联动，可快速准确地将视频定位到入侵报警点，使保卫人员能迅速、直观地掌握现场的情况。报警处理完毕后，摄像机可自动恢复到守望位。在这里保卫人员进行视频复核的作用是判定每一个入侵探测器报警的原因，确定其是否是入侵或误报警或噪扰报警，若是入侵则向相关响应力量提供一个入侵发生的具体信息，如入侵人员数量、发生入侵的位置、武装情况等，并终止探测时间。

　　2.1.3网络传输部分设计

　　每层安装一个低压控制箱，控制箱内安装光端机(1光口2电口100M带宽)，通过光纤网络连接到保卫控制中心实物保护机房。前端震动信号通过光纤网络传输到机房服务器，服务器通过光纤网络下发控制命令到前端设备实现报警联动。网络传输部分的质量也很关键，因为前端很多入侵探测器的报警信号，需要依靠网络来传输。一旦发生报警，与实物保护系统集成平台的联动后显示在保卫控制中心大屏幕上的最短时间决定了视频复核的质量。该时间越短越好，一般在1s～2s是可以接受的。

　　2.1.4监控中心部分设计

　　监控中心部分由应用服务器和应用软件构成，实现了各部分之间的联动，一旦发生入侵事件，可以联动查看报警发生地点、历史视频与实时视频等信息，并将电子地图或视频信息显示在保卫控制中心的大屏上，保卫人员视情况启动应急预案，以便实现警情的分析判断和及时处置。

　　2.2功能验证

　　2.2.1探测器性能特征

　　实物保护系统的前端探测器的性能特征指标有探测概率、噪扰报警率和误报警率。其中，探测概率指在一个被入侵探测器覆盖的区域内探测到一个入侵者的可能性。探测概率等于感应概率乘以复核概率;噪扰报警率指与入侵企图无关的可预期的警报发生率;误报警率指不是由于入侵企图造成的，并且也不能归结为已知原因的警报发生率。

　　2.2.2验证方式

　　在验证系统功能时，在距离任意一个探测器2.5m范围，用铁质工具如铁锤等连续敲击墙体，验证系统是否产生入侵报警并联动现场固定摄像机;同时，监控中心报警软件接收到报警信息，包括防区编号、探测器编号、报警产生时间等内容[3]，在实物保护系统集成平台自动弹出报警区域的视频画面，保卫人员据此对报警进行视频复核、标记及确认处理。系统记录历史报警，可查询并导出历史报警记录。

　　2.2.3验证结果

　　系统调试后，新增墙体型震动入侵探测系统在实物保护集成平台显示的电子地图。可以看到，固定摄像机和墙体型震动入侵探测器的结合，使得保护区和要害区之间的三层墙体都被有效防护。新增该系统后，调取相关区域的摄像机监控图像。用铁锤敲击墙体用来模拟破坏或入侵行为，系统探测概率为100%，误报警率为0，报警响应时间小于2s，在实物保护集成平台的报警视频弹出时间小于2s，并可记录报警发生前后各15s的视频。

　　3结语

　　墙体型震动入侵探测技术在核电站最先应用于立体围栏，针对核电站保护区和要害区之间的墙体需要被识别敲击、撞击引起的微弱震动，增加了该种技术作为探测，能有效提升核电站的立体防护能力。该系统在保护区和要害区之间的墙体上安装，至今无误报，且探测概率达到相关要求，应用效果良好，相信在核电站会得到越来越广泛的应用。

　　参考文献：

　　高宁.智能入侵探测技术在某指挥部周界安防中的应用[J].机电信息,2018(24):87.

　　陈春华.雷达探测技术在核电站实物保护系统中的应用[J].中国高新技术企业,2015(28):60.

　　张敏.国产化实物保护集成平台研究[J].电脑知识与技术,2016(19):70.

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