振动电缆技术在地铁车辆段及综合维修基地安防系统中的应用

赵文龙

(广州地铁设计研究院有限公司，510010，广州∥工程师)

地铁车辆段及综合维修基地是城市轨道交通工程的重要组成部分，是保证城市轨道交通正常运营的后勤维修基地，是负责列车车辆运营、整备、检查、检修、运用和修理的管理中心所在地。一般与综合维修中心、材料总库和职工技术培训中心等合建。

根据线网规划，车辆段基地一般设置在线路两端，距离主城区较远，且车辆段基地占地面积较大，基地内单体建筑较多。车辆段基地作为保障轨道交通运营的重要后勤维修基地，其安全保障工作也是极为重要的。在国内轨道交通工程设计时，为保障车辆段基地安全，均会考虑设置车辆段安防系统。

本文介绍了车辆段基地安防设计的基本方案，特别分析了振动电缆技术的技术原理及在地铁车辆段安防系统中的应用情况，对同类建设工程有一定的借鉴和指导意义。

1 车辆段安防系统的构成

车辆段安全防范系统由周界探测报警、视频监控系统、周界广播系统、出入口控制(门禁系统)系统等子系统组成。并在车辆段综合楼、重要物资库、车辆出入段线、车辆段周界设置单独的安防系统，在车辆段内设置安防监控室(可与消防控制室合设)，负责车辆段范围内的安全防范。其中，在车辆段综合楼设置门禁系统(构成方案同地铁车站门禁系统);在车辆出入段线、车辆段周围设置周界探测报警系统;在车辆段周界，以及车辆段出入口、综合楼出入口、出入段线隧道口、运用库出入口等位置设置视频监控系统;单独设置周界广播系统，在周界探测报警系统完成入侵定位的同时，人工实现对指定区域的广播。

当有入侵发生时，周界探测报警系统将报警信息传送至安防控制室，通过联动控制器实现和视频监控设备的联动，将告警图像显现在监视器上，以便安全保卫人员做出判断、处理，以及是否启动前端广播进行警告。

目前，车辆段周界安防系统主要有2种:一种是集阻挡、探测、报警于一体的电子围栏系统，另一种是探测非法闯入并报警的周界探测报警系统。

电子围栏系统(见图1)由电子围栏主机和前端探测围栏组成。该系统在防护边界架设了一道有形的电子围栏，可给予非法翻越者心理威慑。电子围栏带有高压电击功能，其电压高达5 000～10 000 V。由于能量低，不会引起人身伤害。如果强行翻越，系统会发出报警。采用高压电子围栏技术需在公安部门备案，产品商应为产品投保人购买人身伤害意外保险。该技术较成熟，市场成熟产品也较多，广泛应用在住宅小区、别墅、学校、变电站、电厂、水厂、工矿企业、物资仓库、重点文物场所、军事设施、监狱、看守所等有围墙及需要围墙的场所。该系统安装必需砌筑围墙，以保证围栏有固定点。

图1 电子围栏系统

周界探测报警系统(见图2)由前端传感器、信号传输设备和终端显示设备构成。前端传感器用来触发报警信号，不带电，具有灵敏度高、误报率低、不受地形和环境限制、安全性高等特点。目前国内前端传感器采用的主流技术有振动电缆、地埋电缆、微波探测器、红外探测器等，其实现原理各有不同。结合系统的安装环境、工程实施、误报率及能否精确定位等多方面比选，振动电缆技术具有较大的优越性。采用振动电缆技术可实现精确定位等功能，且振动电缆直接绑扎到围栏铁丝网上即可，施工方便，维护简单;因此本文重点探讨基于振动电缆技术的周界探测报警系统方案。

图2 周界探测报警系统

2 基于振动电缆技术的周界探测报警系统

2.1 周界探测报警系统的功能

周界探测报警系统主要用于防范犯罪分子翻入铁丝网围栏或破坏围栏。当有人翻入或破坏围栏时，会触动周界报警系统报警。报警信号会显示在系统服务器上，同时，系统会提供信号给视频监控系统，以实现联动。

周界探测报警系统应实现的功能具体为:①当有人攀爬和破坏周界铁丝网围栏时，系统能及时发出报警信号，否则不发;②能正确识别并剔除均匀性环境冲击造成的铁丝网持续振动，如刮风、下雨、下雪、雷电、车辆通行等情况下不报警;③能正确识别并剔除一次性的环境因素产生的冲击造成铁丝网瞬间振动，如树枝的拍打或者小动物的偶尔撞击等;④能正确匹配铁丝网的机械特性;⑤当发生报警事件时，能在监控室内的计算机终端显示器上精确显示报警位置。定位误差不应大于10 m。同时，与消防控制室的视频监控系统联动，能控制摄像机立即指向报警现场，锁定报警过程的特写镜头，并录像存档。这样，值班人员不仅能够迅速在电子地图上了解出事的准确位置，还能通过监视器了解发生报警事件的实际情况，为其迅速采取措施提供有力的保证。

2.2 振动电缆技术方案构成

周界探测报警系统由前端传感器、信号传输设备和终端显示设备3部分构成。

2.2.1 前端传感器

振动电缆前端传感器主要由振动电缆传感器和前端数字信号处理器组成。振动电缆传感器用于检测铁丝网的振动。数字信号处理器用于对传感器检测到的振动信号进行分析处理，剔除环境振动，识别真正的入侵振动，并将此报警信号传回安防监控室，由监控中心服务器处理。振动电缆需依附围栏敷设，对周边环境没有具体要求，受天气(风、雨、雪)的影响比较小，误报率低。

通过对国内振动电缆主流产品技术原理进行分析，振动电缆报警的原理主要有两种:

(1)通过传感电缆振动信号报警。系统由探测器和1根专用静电传感电缆组成。静电传感电缆每根最大长度为400 m，按直线或曲线安装，其首端由馈线接入探测器(见图3)。馈线每根标称长度为3 m。静电传感电缆由芯线、压敏膜、屏蔽层、外套组成。传感电缆按设计要求绑扎在铁丝网围栏上，即可感测到由电缆表面传来的微弱压力和形变。静电传感电缆将铁丝网围栏上的微小振动转化成电信号传给数字信号处理器。通过分析电信号，数字信号处理器能够区分是有人剪断铁丝网围栏还是攀爬铁丝网围栏。当电信号的幅度、频率等条件满足设定要求时，探测器立即向报警主机报警。

图3 传感电缆振动信号报警

(2)通过TDR(时域反射计)发射脉冲信号探测报警。振动电缆的尺寸基本同于同轴电缆，不同的是在中心导线的圆周附近有两根感应电缆(见图4)。感应电缆悬浮在由聚乙烯制成的实心键槽内。TDR以4次/s的频率在电缆屏蔽层内部发射脉冲信号。此脉冲信号顺着振动电缆在中间导线和聚乙烯UV护套之间传递。当有侵入者攀爬围栏或将围栏网剪开时，电缆的运动会导致感应电缆在键槽中发生物理偏折。感应电缆发生任何物理偏折都会导致一部分的脉冲以80%的光速反射回接收器。通过感应电缆从脉冲发出至遇到偏折返回的时间延迟可以确定信号在电缆中的传播距离，即精确定位。图5为振动电缆检测过程分析。

图4 振动电缆内部剖面

图5 振动电缆检测过程及分析

2.2.2 信号传输设备和终端显示设备

(1)信号传输设备。由于视频监控系统中配备的光端机可提供RS232或RS422接口，因此，振动电缆报警系统的报警信号可通过视频监控系统的光端机传回消防控制室。

(2)终端设备。终端设备主要由安防监控中心设备和用于视频监控系统报警的联动设备2部分组成。安防监控中心设置1台具有多串口的计算机，内装报警管理软件、电子地图等，通过多串口连接光端机。由光端机传来的各个前端数字信号处理器处理的报警信息，经过处理后，显示在电子地图上。同时，视频监控联动设备也处理来自多串口的报警信息，并将此信息转换成控制命令，以控制电视监控系统实现报警联动。

本方案所需主要设备为:信号处理单元、连接控制单元、振动电缆、报警服务器、视频分析服务器、联动控制器、终止单元、隔离单元、多串口管理终端。图6为车辆段安全防范系统图。

2.2.3 振动电缆安装条件

振动电缆沿车辆段围界铁丝网设置。振动电缆及连接单元直接绑扎固定在金属扩张网上，每隔1 m绑扎一次，振动电缆的固定高度距地面1.5 m。同时配以相应的报警处理单元、连接单元、终止单元、网络接口单元和防雷单元及电源模块等。铁丝网围栏要求高度不低于2.5 m，并有足够的耐久性，以威慑入侵者。围栏的支柱应位于围栏内侧，其埋深应大于0.6 m，间隔不大于3 m。围栏之外不能存在可供人攀爬较高的物体或钻入的缺口。

3 结语

采用振动电缆技术的周界探测报警系统可用于对地铁车辆段基地的周界的铁丝网围栏进行监视。当检测到有人非法翻越围墙时，采用电子地图方式显示入侵位置，并与视频监控系统实现联动控制;在检测到入侵事件时，可指挥相关的摄像头对入侵部位进行摄像，并启动广播系统，进行广播。

振动电缆具备自识别功能，可排除风、雨、雷电和车辆通行造成的振动干扰，同时可对老鼠、猫、狗等小动物的一次性冲击围界不予理会。每一根振动电缆可根据铁丝网围栏的实际机械特性建立一条随位置不同的灵敏度曲线而不是只有一个报警值，使报警系统的报警阈值达到与实际现场环境高度吻合，最大限度避免误报和漏报。

当电缆检测到振动信号时，报警系统可通过设定时间窗口、振动次数和振动强度来定义报警事件，做到对真正的攀爬或破坏围墙的行为发出报警信号。系统通过与视频监控系统联动，提高系统的安全防范等级。

图6 车辆段安全防范系统图

目前，基于振动电缆技术的周界探测报警系统已经在广州地铁5、6、2、8号线，以及广佛线、深圳地铁、北京地铁等车辆段基地周界安防系统中得到了应用，安全防护效果良好，灵敏度高、误报率低。

［1］GB/T 26718—2011城市轨道交通安全防范系统技术要求［S］.

［2］GB 50157—2003地铁设计规范［S］.

［3］GB 50348—2004安全防范工程技术规范［S］.