趙文龍

(廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司，510010，廣州∥工程師)

地鐵車輛段及綜合維修基地是城市軌道交通工程的重要組成部分，是保證城市軌道交通正常運(yùn)營(yíng)的后勤維修基地，是負(fù)責(zé)列車車輛運(yùn)營(yíng)、整備、檢查、檢修、運(yùn)用和修理的管理中心所在地。一般與綜合維修中心、材料總庫(kù)和職工技術(shù)培訓(xùn)中心等合建。

根據(jù)線網(wǎng)規(guī)劃，車輛段基地一般設(shè)置在線路兩端，距離主城區(qū)較遠(yuǎn)，且車輛段基地占地面積較大，基地內(nèi)單體建筑較多。車輛段基地作為保障軌道交通運(yùn)營(yíng)的重要后勤維修基地，其安全保障工作也是極為重要的。在國(guó)內(nèi)軌道交通工程設(shè)計(jì)時(shí)，為保障車輛段基地安全，均會(huì)考慮設(shè)置車輛段安防系統(tǒng)。

本文介紹了車輛段基地安防設(shè)計(jì)的基本方案，特別分析了振動(dòng)電纜技術(shù)的技術(shù)原理及在地鐵車輛段安防系統(tǒng)中的應(yīng)用情況，對(duì)同類建設(shè)工程有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。

1 車輛段安防系統(tǒng)的構(gòu)成

車輛段安全防范系統(tǒng)由周界探測(cè)報(bào)警、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、周界廣播系統(tǒng)、出入口控制(門(mén)禁系統(tǒng))系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成。并在車輛段綜合樓、重要物資庫(kù)、車輛出入段線、車輛段周界設(shè)置單獨(dú)的安防系統(tǒng)，在車輛段內(nèi)設(shè)置安防監(jiān)控室(可與消防控制室合設(shè))，負(fù)責(zé)車輛段范圍內(nèi)的安全防范。其中，在車輛段綜合樓設(shè)置門(mén)禁系統(tǒng)(構(gòu)成方案同地鐵車站門(mén)禁系統(tǒng));在車輛出入段線、車輛段周圍設(shè)置周界探測(cè)報(bào)警系統(tǒng);在車輛段周界，以及車輛段出入口、綜合樓出入口、出入段線隧道口、運(yùn)用庫(kù)出入口等位置設(shè)置視頻監(jiān)控系統(tǒng);單獨(dú)設(shè)置周界廣播系統(tǒng)，在周界探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)完成入侵定位的同時(shí)，人工實(shí)現(xiàn)對(duì)指定區(qū)域的廣播。

當(dāng)有入侵發(fā)生時(shí)，周界探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)將報(bào)警信息傳送至安防控制室，通過(guò)聯(lián)動(dòng)控制器實(shí)現(xiàn)和視頻監(jiān)控設(shè)備的聯(lián)動(dòng)，將告警圖像顯現(xiàn)在監(jiān)視器上，以便安全保衛(wèi)人員做出判斷、處理，以及是否啟動(dòng)前端廣播進(jìn)行警告。

目前，車輛段周界安防系統(tǒng)主要有2種:一種是集阻擋、探測(cè)、報(bào)警于一體的電子圍欄系統(tǒng)，另一種是探測(cè)非法闖入并報(bào)警的周界探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。

電子圍欄系統(tǒng)(見(jiàn)圖1)由電子圍欄主機(jī)和前端探測(cè)圍欄組成。該系統(tǒng)在防護(hù)邊界架設(shè)了一道有形的電子圍欄，可給予非法翻越者心理威懾。電子圍欄帶有高壓電擊功能，其電壓高達(dá)5 000～10 000 V。由于能量低，不會(huì)引起人身傷害。如果強(qiáng)行翻越，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警。采用高壓電子圍欄技術(shù)需在公安部門(mén)備案，產(chǎn)品商應(yīng)為產(chǎn)品投保人購(gòu)買人身傷害意外保險(xiǎn)。該技術(shù)較成熟，市場(chǎng)成熟產(chǎn)品也較多，廣泛應(yīng)用在住宅小區(qū)、別墅、學(xué)校、變電站、電廠、水廠、工礦企業(yè)、物資倉(cāng)庫(kù)、重點(diǎn)文物場(chǎng)所、軍事設(shè)施、監(jiān)獄、看守所等有圍墻及需要圍墻的場(chǎng)所。該系統(tǒng)安裝必需砌筑圍墻，以保證圍欄有固定點(diǎn)。

圖1 電子圍欄系統(tǒng)

周界探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)(見(jiàn)圖2)由前端傳感器、信號(hào)傳輸設(shè)備和終端顯示設(shè)備構(gòu)成。前端傳感器用來(lái)觸發(fā)報(bào)警信號(hào)，不帶電，具有靈敏度高、誤報(bào)率低、不受地形和環(huán)境限制、安全性高等特點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)前端傳感器采用的主流技術(shù)有振動(dòng)電纜、地埋電纜、微波探測(cè)器、紅外探測(cè)器等，其實(shí)現(xiàn)原理各有不同。結(jié)合系統(tǒng)的安裝環(huán)境、工程實(shí)施、誤報(bào)率及能否精確定位等多方面比選，振動(dòng)電纜技術(shù)具有較大的優(yōu)越性。采用振動(dòng)電纜技術(shù)可實(shí)現(xiàn)精確定位等功能，且振動(dòng)電纜直接綁扎到圍欄鐵絲網(wǎng)上即可，施工方便，維護(hù)簡(jiǎn)單;因此本文重點(diǎn)探討基于振動(dòng)電纜技術(shù)的周界探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)方案。

圖2 周界探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)

2 基于振動(dòng)電纜技術(shù)的周界探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)

2.1 周界探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的功能

周界探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)主要用于防范犯罪分子翻入鐵絲網(wǎng)圍欄或破壞圍欄。當(dāng)有人翻入或破壞圍欄時(shí)，會(huì)觸動(dòng)周界報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警。報(bào)警信號(hào)會(huì)顯示在系統(tǒng)服務(wù)器上，同時(shí)，系統(tǒng)會(huì)提供信號(hào)給視頻監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。

周界探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能具體為:①當(dāng)有人攀爬和破壞周界鐵絲網(wǎng)圍欄時(shí)，系統(tǒng)能及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，否則不發(fā);②能正確識(shí)別并剔除均勻性環(huán)境沖擊造成的鐵絲網(wǎng)持續(xù)振動(dòng)，如刮風(fēng)、下雨、下雪、雷電、車輛通行等情況下不報(bào)警;③能正確識(shí)別并剔除一次性的環(huán)境因素產(chǎn)生的沖擊造成鐵絲網(wǎng)瞬間振動(dòng)，如樹(shù)枝的拍打或者小動(dòng)物的偶爾撞擊等;④能正確匹配鐵絲網(wǎng)的機(jī)械特性;⑤當(dāng)發(fā)生報(bào)警事件時(shí)，能在監(jiān)控室內(nèi)的計(jì)算機(jī)終端顯示器上精確顯示報(bào)警位置。定位誤差不應(yīng)大于10 m。同時(shí)，與消防控制室的視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，能控制攝像機(jī)立即指向報(bào)警現(xiàn)場(chǎng)，鎖定報(bào)警過(guò)程的特寫(xiě)鏡頭，并錄像存檔。這樣，值班人員不僅能夠迅速在電子地圖上了解出事的準(zhǔn)確位置，還能通過(guò)監(jiān)視器了解發(fā)生報(bào)警事件的實(shí)際情況，為其迅速采取措施提供有力的保證。

2.2 振動(dòng)電纜技術(shù)方案構(gòu)成

周界探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)由前端傳感器、信號(hào)傳輸設(shè)備和終端顯示設(shè)備3部分構(gòu)成。

2.2.1 前端傳感器

振動(dòng)電纜前端傳感器主要由振動(dòng)電纜傳感器和前端數(shù)字信號(hào)處理器組成。振動(dòng)電纜傳感器用于檢測(cè)鐵絲網(wǎng)的振動(dòng)。數(shù)字信號(hào)處理器用于對(duì)傳感器檢測(cè)到的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析處理，剔除環(huán)境振動(dòng)，識(shí)別真正的入侵振動(dòng)，并將此報(bào)警信號(hào)傳回安防監(jiān)控室，由監(jiān)控中心服務(wù)器處理。振動(dòng)電纜需依附圍欄敷設(shè)，對(duì)周邊環(huán)境沒(méi)有具體要求，受天氣(風(fēng)、雨、雪)的影響比較小，誤報(bào)率低。

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)振動(dòng)電纜主流產(chǎn)品技術(shù)原理進(jìn)行分析，振動(dòng)電纜報(bào)警的原理主要有兩種:

(1)通過(guò)傳感電纜振動(dòng)信號(hào)報(bào)警。系統(tǒng)由探測(cè)器和1根專用靜電傳感電纜組成。靜電傳感電纜每根最大長(zhǎng)度為400 m，按直線或曲線安裝，其首端由饋線接入探測(cè)器(見(jiàn)圖3)。饋線每根標(biāo)稱長(zhǎng)度為3 m。靜電傳感電纜由芯線、壓敏膜、屏蔽層、外套組成。傳感電纜按設(shè)計(jì)要求綁扎在鐵絲網(wǎng)圍欄上，即可感測(cè)到由電纜表面?zhèn)鱽?lái)的微弱壓力和形變。靜電傳感電纜將鐵絲網(wǎng)圍欄上的微小振動(dòng)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)傳給數(shù)字信號(hào)處理器。通過(guò)分析電信號(hào)，數(shù)字信號(hào)處理器能夠區(qū)分是有人剪斷鐵絲網(wǎng)圍欄還是攀爬鐵絲網(wǎng)圍欄。當(dāng)電信號(hào)的幅度、頻率等條件滿足設(shè)定要求時(shí)，探測(cè)器立即向報(bào)警主機(jī)報(bào)警。

圖3 傳感電纜振動(dòng)信號(hào)報(bào)警

(2)通過(guò)TDR(時(shí)域反射計(jì))發(fā)射脈沖信號(hào)探測(cè)報(bào)警。振動(dòng)電纜的尺寸基本同于同軸電纜，不同的是在中心導(dǎo)線的圓周附近有兩根感應(yīng)電纜(見(jiàn)圖4)。感應(yīng)電纜懸浮在由聚乙烯制成的實(shí)心鍵槽內(nèi)。TDR以4次/s的頻率在電纜屏蔽層內(nèi)部發(fā)射脈沖信號(hào)。此脈沖信號(hào)順著振動(dòng)電纜在中間導(dǎo)線和聚乙烯UV護(hù)套之間傳遞。當(dāng)有侵入者攀爬圍欄或?qū)鷻诰W(wǎng)剪開(kāi)時(shí)，電纜的運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致感應(yīng)電纜在鍵槽中發(fā)生物理偏折。感應(yīng)電纜發(fā)生任何物理偏折都會(huì)導(dǎo)致一部分的脈沖以80%的光速反射回接收器。通過(guò)感應(yīng)電纜從脈沖發(fā)出至遇到偏折返回的時(shí)間延遲可以確定信號(hào)在電纜中的傳播距離，即精確定位。圖5為振動(dòng)電纜檢測(cè)過(guò)程分析。

圖4 振動(dòng)電纜內(nèi)部剖面

圖5 振動(dòng)電纜檢測(cè)過(guò)程及分析

2.2.2 信號(hào)傳輸設(shè)備和終端顯示設(shè)備

(1)信號(hào)傳輸設(shè)備。由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)中配備的光端機(jī)可提供RS232或RS422接口，因此，振動(dòng)電纜報(bào)警系統(tǒng)的報(bào)警信號(hào)可通過(guò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的光端機(jī)傳回消防控制室。

(2)終端設(shè)備。終端設(shè)備主要由安防監(jiān)控中心設(shè)備和用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警的聯(lián)動(dòng)設(shè)備2部分組成。安防監(jiān)控中心設(shè)置1臺(tái)具有多串口的計(jì)算機(jī)，內(nèi)裝報(bào)警管理軟件、電子地圖等，通過(guò)多串口連接光端機(jī)。由光端機(jī)傳來(lái)的各個(gè)前端數(shù)字信號(hào)處理器處理的報(bào)警信息，經(jīng)過(guò)處理后，顯示在電子地圖上。同時(shí)，視頻監(jiān)控聯(lián)動(dòng)設(shè)備也處理來(lái)自多串口的報(bào)警信息，并將此信息轉(zhuǎn)換成控制命令，以控制電視監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)報(bào)警聯(lián)動(dòng)。

本方案所需主要設(shè)備為:信號(hào)處理單元、連接控制單元、振動(dòng)電纜、報(bào)警服務(wù)器、視頻分析服務(wù)器、聯(lián)動(dòng)控制器、終止單元、隔離單元、多串口管理終端。圖6為車輛段安全防范系統(tǒng)圖。

2.2.3 振動(dòng)電纜安裝條件

振動(dòng)電纜沿車輛段圍界鐵絲網(wǎng)設(shè)置。振動(dòng)電纜及連接單元直接綁扎固定在金屬擴(kuò)張網(wǎng)上，每隔1 m綁扎一次，振動(dòng)電纜的固定高度距地面1.5 m。同時(shí)配以相應(yīng)的報(bào)警處理單元、連接單元、終止單元、網(wǎng)絡(luò)接口單元和防雷單元及電源模塊等。鐵絲網(wǎng)圍欄要求高度不低于2.5 m，并有足夠的耐久性，以威懾入侵者。圍欄的支柱應(yīng)位于圍欄內(nèi)側(cè)，其埋深應(yīng)大于0.6 m，間隔不大于3 m。圍欄之外不能存在可供人攀爬較高的物體或鉆入的缺口。

3 結(jié)語(yǔ)

采用振動(dòng)電纜技術(shù)的周界探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)可用于對(duì)地鐵車輛段基地的周界的鐵絲網(wǎng)圍欄進(jìn)行監(jiān)視。當(dāng)檢測(cè)到有人非法翻越圍墻時(shí)，采用電子地圖方式顯示入侵位置，并與視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制;在檢測(cè)到入侵事件時(shí)，可指揮相關(guān)的攝像頭對(duì)入侵部位進(jìn)行攝像，并啟動(dòng)廣播系統(tǒng)，進(jìn)行廣播。

振動(dòng)電纜具備自識(shí)別功能，可排除風(fēng)、雨、雷電和車輛通行造成的振動(dòng)干擾，同時(shí)可對(duì)老鼠、貓、狗等小動(dòng)物的一次性沖擊圍界不予理會(huì)。每一根振動(dòng)電纜可根據(jù)鐵絲網(wǎng)圍欄的實(shí)際機(jī)械特性建立一條隨位置不同的靈敏度曲線而不是只有一個(gè)報(bào)警值，使報(bào)警系統(tǒng)的報(bào)警閾值達(dá)到與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境高度吻合，最大限度避免誤報(bào)和漏報(bào)。

當(dāng)電纜檢測(cè)到振動(dòng)信號(hào)時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)可通過(guò)設(shè)定時(shí)間窗口、振動(dòng)次數(shù)和振動(dòng)強(qiáng)度來(lái)定義報(bào)警事件，做到對(duì)真正的攀爬或破壞圍墻的行為發(fā)出報(bào)警信號(hào)。系統(tǒng)通過(guò)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，提高系統(tǒng)的安全防范等級(jí)。

圖6 車輛段安全防范系統(tǒng)圖

目前，基于振動(dòng)電纜技術(shù)的周界探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)已經(jīng)在廣州地鐵5、6、2、8號(hào)線，以及廣佛線、深圳地鐵、北京地鐵等車輛段基地周界安防系統(tǒng)中得到了應(yīng)用，安全防護(hù)效果良好，靈敏度高、誤報(bào)率低。

［1］GB/T 26718—2011城市軌道交通安全防范系統(tǒng)技術(shù)要求［S］.

［2］GB 50157—2003地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］GB 50348—2004安全防范工程技術(shù)規(guī)范［S］.