安防技术与弱电技术

安防技术与弱电技术主讲--花铁森摘要：本文从学科、技术门类与应用互相渗透和融合的广角阐述安防技术与弱电技术以及测量控制技术的内在关联和联系，提高安防技术与弱电技术整体应用水平。关键词：安防技术弱电技术测量控制技术现场总线技术防范的概念是在近代科学技术（最初是电子报警技术）用于安全防范领域并逐步形成一种独立防范手段的过程中所产生的一种新的防范概念，技术防范的内容也随着科学技术的进步而不断更新，几乎所有的高新技术都将或迟或早地移植或应用于安全防范工作中。安防技术，其实际应用又远远超出了安全防范领域的原有范畴。除了广为人知的各种安防应用领域外，借助于光纤、微波或HFC等各种数字线路及普通电话线路，进行远程多点图像监控及基于局域网、广域网的网络电视监控的应用，全社会的各个领域几乎都能找到安全防范系统的应用实例。另一方面，非传统安防的弱电技术，诸如火灾自动报警与联动控制技术、通信技术、电视电缆与卫星接收技术、扩声音响、建筑自动化系统技术、综合布线技术、系统集成技术；还有工业和军事领域的测量控制技术等，也不断潜移默化地融合于安防领域，极大丰富了安防领域的底蕴和内涵。笔者从学科、技术门类与应用互相渗透和融合的广角阐述它们之间内在关联和联系，以淡化和降低应用领域的壁垒，提高安防技术与弱电技术整体应用水平。1、安防技术的传统范畴就安全防范手段而言，安全防范包括人力防范、实体（物）防范和技术防范三个范畴，其中人力防范、实体防范是古而有之的传统防范的基础。用于安全防范的专门技术就是安全防范技术。在国外，安全防范技术通常分为三大类：物理防范技术、电子防范技术和生物统计学防范技术。物理防范技术主要是指实体防范技术，如建筑物和实体屏障以及相配套的各种实物设施、产品（如各种门、窗、柜、锁具等）。电子防范技术主要是指用于安全防范的电子、通信、计算机与信息处理及其相关技术，如电子报警技术、视频监控技术、出入口控制技术、计算机网络技术以及与其相关的各种；软件、系统工程等。生物统计学防范技术是法庭科学的物证鉴定技术和安全防范技术中的模式识别技术相结合的产物，它主要是指利用人体的生物学特征进行安全防范的一种特殊技术门类。根据我国安全防范行业的技术内容现状和未来发展，可以将安全防范技术按照学科专业、产品属性和应用领域的不同粗略地进行如下分类：入侵探测与防盗报警技术、视频探测与视频监控技术、出入口目标识别与控制技术、报警信息传输/控制/显示/记录技术、移动目标反劫防盗报警技术、社区安防与社会救助应急报警技术、实体防护技术、防爆安检技术、安全防范系统、网络与系统集成技术、安全防范工程设计与施工技术。由于安全防范技术是正在发展中的新兴技术领域，因此上述专业的划分只具有相对的意义。实际上，上述各项专业技术本身，都涉及诸多不同的自然科学和技术门类，它们之间又互相渗透，专业的界面会变得越来越不明显，同一技术同时应用于不同专业的情况，也会越来越多。安全防范自动化系统(SecurityAutomationSystem，缩写为SAS)，亦称建筑安全（技术）防范系统。它是智能建筑系统的一个主要子系统。建筑安全（技术）防范系统一般包括：入侵报警系统（或称防盗报警系统）、电视监控（CCTV）系统、出入口控制系统（或称门禁系统）、巡更系统、汽车库（场）管理系统（或称汽车出入管理系统）、楼宇对讲系统等子系统。入侵报警系统是安全防范自动化系统的一个子系统。它对设防区域的非法侵入、盗窃、破坏和抢劫等，进行实时有效的探测和报警，并应有报警复核的功能。系统的前端设备为各种类型的入侵探测器(传感器)；信号传输方式有无线传输和有线传输。电视监控系统是安全防范自动化系统的一个主要子系统。对必须进行监控的区域、周界、场所、部位、出入口、通道等进行实时、有效的视频探测、视频监视、视频传输、显示和记录，并具有报警和图像复核功能。出入口控制系统是安全防范自动化系统的主要子系统。系统对需要控制的各类出入口，按各种不同的通行对象及其准人级别，对其进出时间、通行位置等实施实时控制与管理，并具有报警功能。系统一般由出入口对象(人、物)识别装置、出入口信息处理、控制、通信装置和出入口控制执行机构三部分组成。2.专用的安防技术2.1物防技术，如各种防盗门、窗、柜和锁具等。2.2防爆安检技术和防爆安全检查系统2.3入侵报警系统中主动红外入侵报警器探测器由主动红外发射机和主动红外接受机组成，当发射机与接受机之间的红外光束被完全遮断或按给定百分比遮断时能产生报警状态的装置，称为主动红外入侵探测器。2.4入侵报警系统中开关式报警器开关式报警器一般由开关探测器和报警控制器组成。开关式报警器是通过各种类型开关的闭合和断开来控制电路产生通、断，从而触发报警的。常用的开关有磁控开关、微动开关、压力垫，或用金属丝、金属条、金属箔等来代用的多种类型的开关，它属于点控制型探测器。2.5入侵报警系统中玻璃破碎报警器专门用来探测玻璃破碎功能的报警器称为玻璃破碎报警器，当入侵者打碎玻璃试图作案时，即可发出报警信号。按照工作原理的不同，玻璃破碎探测器大体可以分为两大类。一类是声控型的单技术玻璃破碎探测器；另一类是双技术玻璃破碎探测器，这其中又分为两种：一种是声控型与振动型组合的，另一种是同时探测次声波及玻璃破碎高频声响的双技术玻璃破碎探测器。2.6入侵报警系统中振动报警器以探测入侵者的走动或破坏活动时所产生的振动信号来触发报警的报警器就称为振动报警器。振动报警探测器是探测安全防范现场可能产生的振动源的装置。振动的产生有多种方式，如敲击、电钻钻动、锯割振动等。振动报警器基本上属于面控制型探测器。2.7入侵报警系统中声控报警器利用由声电传感器做成的监听头对监控现场进行立体式空间警戒的报警系统通常称为声控报警器。2.8入侵报警系统中周界防御系统一般都是用于室外，并且具有明显的划定界限，用于周界防御报警的传感器有多种。常用的有驻极体电缆传感器、电场式传感器、泄露电缆式传感器、光纤传感器，以及其他一些机电式传感器、压电式传感器、振动式传感器等。2.9商品电子防盗系统防止商品失窃的最有效办法是采用“电子商品监视”或称“商品电子防盗系统”(ElectronicArticleSurveillanceSystem)，简称EAS系统。电子防窃系统EAS(electronicarticlesurveillance)是采用电磁、微波、无线电技术在贵重商品未付款带出时，产生光报警，达到对贵重商品的防盗目的。2.10电子巡更系统电子巡更系统是保安人员在规定的巡逻路线上，在指定的时间和地点向中央控制站发回信号以表示正常。在指定的巡逻路线上，安装巡更按钮或读卡器，保安人员在巡逻时依次输入信息。巡更系统分为有线式和无线式两种。3.非专用的安防技术从多专业技术视野广角出发研究思索，不少常用的安防技术并非专用的安防技术，而是若干不同学科专业、产品属性和应用领域的通用技术。3.1入侵报警系统中被动红外探测器在自然界，任何高于绝对温度（-273°K）的物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的。在被动红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器（PIR）,另外一个器件就是菲涅尔透镜，一是聚焦作用，第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。红外探测器的红外探测的基本概念就是感应移动物体与背景躯体的温度的差异。基于红外探测技术工作原理的红外探测器除了在安防领域普遍应用外，在建筑弱电工程领域中照明控制系统和家庭智能化系统作为传感器获得广泛应用，后者捕获“人在现场或离开”信息。红外探测技术更广泛应用于工业、医学、军事和国民经济各领域，诸如红外照相、红外摄像仪、红外测温仪、红外自动寻的消防炮、乳腺增生红外测定仪、红外夜视仪等不胜枚举。3.2入侵报警系统中微波探测器微波探测技术与红外探测技术同样,亦更广泛应用于工业、医学、军事和国民经济各领域。3.3电视监控系统在安防领域尚未形成气候之前，CCTV作为工业电视已应用特种的工业环境，如人员不在现场的强辐射环境和易燃易爆的危险场所等。安防领域的电视监控系统，国外又称闭路电视CCTV（ClosedCircuitTelevision），我国将CCTV称为应用电视。CCD摄像部分位于闭路电视监控系统的最前沿，它能够将摄入光线转变为电荷并将其储存、转移，把成像的光信号转变为电信号输出，CCD摄像机就是以其构成的一种微型图像传感器。与普通摄像机一样，一体化摄像机在数字化及网络功能上也有新的进展，主要是数字化处理技术，在一体机内部嵌入IP处理模块，具备网络功能。IP摄像机是内置有IP服务器可以直接连接到网络上的摄像机，也被称为网络摄像机（LANCamera）。还有目标锁定、自动跟踪功能。理论上而言，自动跟踪功能可以很好地实现，可是实际应用中在多目标跟踪时一体机只能自动选择最大的目标进行锁定。安全系统集成是在统一平台上对各子系统进行集中的控制与监控。3.3.1集中存储视频监控视频监控技术，经历了模拟视频监控、数字视频监控，正逐渐过渡到网络视频监控阶段。与之相对应，视频监控存储也经历了磁带存储、硬盘录像机存储（DVR），正走向集中存储。集中存储监控数据，是解决模拟和DVR监控存储的最好方式。通过将所有监控数据，保存到监控中心受RAID保护的专业存储设备上，实现数据的可靠保护和高性能保存、回放。图1集中存储监控存储网络架构随着网络和通信的发展及数字监控的应用，视频传图像可在Internet网（简称IP网）上传输。虽然在很多场合“安防”与“自动化”系统还自成体系，但闭路电视监控系统的加入，至少从某些方面保证了安全生产自动化系统的正常运行。因而，将“安防”与“自动化”系统相结合，将使传统概念的自动化系统更加完备，这也是未来的发展趋势。3.3.2网络监控系统在工业中的应用电视监控系统(CCTV)是现代化企业生产调度、管理、安全防范体系中的一个重要组成部分，是一种先进的、防范能力极强的综合系统。3.3.2.1工业企业网络数字化电视监控系统设计方案实例3.3.2.2华北某电厂输煤生产线电视监控系统3.3.2.3“有人远程值守”变电站湖南某电业局，为了保证无人值守电站的正常远行，有人提出了将变电站的“无人值守”状态改为“有人远程值守”，即借助其SDH环网的E1信道传送变电站的可视图像以及其他安防相关信息，从而在电业局内实现对各远程的集中“可视”值守，该远程监视系统同时与相应的防入侵报警系统和远程联动(遥控)系统相结合3.3.3图像型火灾探测器现今，CCD摄像机不仅作为电视监控系统前端设备广泛应用于安防领域，亦应用于消防领域。图像型火灾探测报警子系统采用高分辨率CCD传感器作为前端探测器件，属于非接触式探测方式，在显著增大探测距离和探测灵敏度的同时，有效地消除环境干扰，并具有良好的密封性和防腐蚀特性。产品型号DCl020双波段火灾探测器的保护范围：最大监控距离100(米),保护角度(水平×垂直)17°×13°。3.3.4基于安防技术的医院智能化子系统现今，CCD摄像机不仅作为电视监控系统前端设备广泛应用于安防领域，亦应用于医学领域，智能化医院是在通常的医院大楼设计中增加了部分或全部智能医院的“智能”功能，是现代医院中的特殊类别。如某医院若干个子系统中，基于安防技术的有医院视讯系统、远程会诊系统、呼叫系统、闭路监控及防盗系统、闭路监控及防盗系统和停车场管理系统。该系统将示教、慰视、远程会诊、监控系统融为一体。3.4楼宇保安对讲系统在楼宇保安对讲系统尚未问世之前，基于音频技术的医院病房呼叫系统早已获得应用，早期的对讲型（非可视）楼宇保安访客系统也是基于这类音频技术。联网型的楼宇对讲系统，使小区形成一个内部可视对讲或非可视对讲通信网，增强物业管理部门对小区的安全管理和为居住者提供更多的服务。它可接入的报警探测器主要有：·门（窗）磁开关；·被动红外探测器；·报警按钮；·燃气泄露报警器；·烟感探测器；随着科学技术的发展和制造成本的下降，楼宇对讲系