新型电栅栏隔离系统.pdf

本发明公开了新型电栅栏隔离系统，包括由相对地面以静止方式竖立且被固定的围栏支柱和受围栏支柱承载的导电纬线构成的电栅栏围栏；还包括数字模拟开关、阻抗分析仪和计算机；相邻两围栏支柱共同被若干段导电纬线同时环绕且相邻两段导电纬线互不接触，每同一段导电纬线至少环绕相邻两围栏支柱一圈，每同一段环绕相邻两围栏支柱的导电纬线其两端作为电信号输出级连接数字模拟开关的信号输入端，数字模拟开关的信号输入输出端分别连接计算机的信号输入输出端和阻抗分析仪的信号输入输出端，计算机的输入输出端的信号输入输出端与阻抗分析仪的信号输入输出端相互连接。本发明具有实施简便、成本低廉，可靠性高以及易于实现入侵行为判断及分类识别等优点。

1.  一种新型电栅栏隔离系统，包括由相对地面以静止方式竖立且被固定的围栏支柱和受围栏支柱承载的导电纬线构成的电栅栏围栏；其特征在于：还包括数字模拟开关、阻抗分析仪和计算机；相邻两围栏支柱共同被若干段导电纬线同时环绕且相邻两段导电纬线互不接触，每同一段导电纬线至少环绕相邻两围栏支柱一圈，每同一段环绕相邻两围栏支柱的导电纬线其两端作为电信号输出级连接数字模拟开关的信号输入端，数字模拟开关的信号输入输出端分别连接计算机的信号输入输出端和阻抗分析仪的信号输入输出端，计算机的输入输出端的信号输入输出端与阻抗分析仪的信号输入输出端相互连接；数字模拟开关将从导电纬线输出的阻抗模拟信号转换成数字信号并将数字信号同时输出给计算机和阻抗分析仪，阻抗分析仪对由数字模拟开关输出的数字信号进行检测和分析并将对此数字信号所作出的分析信息输出给计算机，计算机对由数字模拟开关所输出的该分析信息进行判断。

2.  根据权利要求1所述的新型电栅栏隔离系统，其特征是：导电纬线为刺铁丝或刀片刺绳。

新型电栅栏隔离系统
技术领域
本发明属于自动化警戒探测系统结构的改进，对周界围栏特别是新型电栅栏隔离系统。
背景技术
随着社会进步和科学技术的飞速发展，传统的“人防+物防、人物联动”的周界警戒模式已经无法满足关键区域（军事基地、监狱、重点保护地域等）的周界安防需求。将周界警戒技术与传统物理隔离技术有机结合，从而实现“人、物、技合一，技物防御为主，人防为辅”的综合安防技术是目前应用研究热点。其中，物理隔离理念与技术安防措施的有机结合是应用研究的关键点。目前，这种结合绝大多数任然停留在简单物理叠加阶段，例如在栅栏纬线周边缠绕探测传感器（光纤、声波等）等。存在系统复杂，应用环境适相对严苛，综合成本较高，施工相对困难等缺点。脉冲电子围栏是结合相对紧密的安防技术，但由于技术原理本身的原因也存在诸多缺点，例如，对佩戴绝缘手套的攀爬翻越行为既不能有效阻吓也不能探测预警，由于通过电击威慑入侵者，虽然设计指标上在人体理论可接受范围内，但随着系统服役时间的延长，在某些无人驻守关键区域任然可能产生电晕入侵者得不到及时救治从而导致人员伤亡的意外事故发生。
基于刺绳的周界围栏是目前应用最为成功也是最为广泛的周界物理隔离理念，能够对入侵行为形成非常有效的威慑与阻吓作用。刺绳于19世纪70年代由Glidden发明成功，其基本结构一直延续至今天，围绕刺绳已经产生超过570项的发明发明，因此刺绳也被称为“改变世界面貌”的发明之一。由于刺绳造型独特，不易触摸，因此能够达到极佳的震慑及阻吓效果，且产品运输简捷，安装施工便利，目前已经广泛应用与于园林防护、高速公路、厂区、矿区、监狱、军事禁区等周界隔离防护场合。但是刺绳围栏仅有物理阻隔与恫吓功能，并不具备入侵行为探测功能，因此无法实现实时的周界入侵与破坏行为的实时报警，具有较强的局限性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型电栅栏隔离系统，实现了周界隔离与周界预警技术的有机结合，具有实施简便、成本低廉，系统功能丰富，安全性好，可靠性高以及易于实现入侵行为判断及分类识别等优点。
本发明的目的是这样实现的：一种新型电栅栏隔离系统，包括由相对地面以静止方式竖立且被固定的围栏支柱和受围栏支柱承载的导电纬线构成的电栅栏围栏；还包括数字模拟开关、阻抗分析仪和计算机；相邻两围栏支柱共同被若干段导电纬线同时环绕且相邻两段导电纬线互不接触，每同一段导电纬线至少环绕相邻两围栏支柱一圈，每同一段环绕相邻两围栏支柱的导电纬线其两端作为电信号输出级连接数字模拟开关的信号输入端，数字模拟开关的信号输入输出端分别连接计算机的信号输入输出端和阻抗分析仪的信号输入输出端，计算机的输入输出端的信号输入输出端与阻抗分析仪的信号输入输出端相互连接；数字模拟开关将从导电纬线输出的阻抗模拟信号转换成数字信号并将数字信号同时输出给计算机和阻抗分析仪，阻抗分析仪对由数字模拟开关输出的数字信号进行检测和分析并将对此数字信号所作出的分析信息输出给计算机，计算机对由数字模拟开关所输出的该分析信息进行判断。
本发明提出了一种全新的基于刺绳纬线环的周界警戒与隔离理念，该理念直接利用现有隔离栅栏刺绳纬线为探测传感器探测外部入侵破坏行为，并通过分析栅栏纬线单位时间内的阻抗变化来实现外部入侵行为的定性与分类识别。兼具刺绳围栏的物理隔离及对入侵行为的威慑阻吓真正实现了周界物理隔离与周界警戒技术的完美结合。
本发明所涉及内容由电栅栏围栏（围栏单元）、阻抗分析仪、数字模拟开关以及决策计算机组成。电栅栏围栏（围栏单元）的物理结构由支柱、纬线环与其他辅助配件等组成。支柱实现栅栏垂直地面方向的物理支撑以及纬线环与地面水平方向的拉伸绷紧。多个纬线环水平分布构成隔离网，纬线环数量及相互间距由现场实际设计需求确定，每根纬线环由单根纬线在两根栅栏支柱之间实现单圈缠绕（依据实际应用情况也可多圈缠绕），在一侧留出两个探测端点用于链接外部电气系统实现纬线环的实时阻抗变化分析。其他辅助配件用于实现栅栏支柱与纬线环的有效固联形成完整的栅栏单元，包含绝缘子、固联件等。其中纬线采用刺铁丝或者刀片刺绳，具有对外界入侵行为的隔离和阻吓作用，纬线还作为外界入侵行为的传感探测器使用。立柱用于围栏固定及纬线支撑，相邻立柱距离及高度依据实际应用情况设计。阻抗分析仪用于探测每根纬线的阻抗（电阻、容抗及感抗）变化情况。并将适时数据上传到决策计算机平台。决策计算机根据阻抗分析仪的纬线分析结果判断是否有入侵破坏行为发生，其中判断理念为纬线在单位时间内的阻抗变化，单位时间以及数值阈值由实际现场应用情况自学习或外部设定。
本发明的优点：本发明真正实现了周界隔离与周界预警技术的有机结合，具有实施简便、成本低廉，可靠性高以及易于实现入侵行为判断及分类识别等优点。本发明的核心技术点：1、以刺绳作为传感器的探测入侵行为周界警戒理念。2、纬线传感器由刺绳单圈或多圈缠绕构成，既作为物理隔离材料，也作为探测传感器。3、采用阻抗分析法作为判断入侵行为探测与分类的依据。本发明的次要技术点：1、系统由电栅栏围栏（围栏单元）、阻抗分析仪、数字模拟开关以及决策计算机组四个部分组成。2、采用归一化阻抗变化信息作为判断入侵行为的特征量。本发明实现了周界隔离与周界预警技术的有机结合，具有实施简便、成本低廉，系统功能丰富，安全性好，可靠性高以及易于实现入侵行为判断及分类识别等优点。
附图说明
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明的总体结构示意图；
图2为本发明电栅栏的结构示意图；
图3有关本发明工作原理的归一化阻抗信息随时间分布的曲线分布示意图；
图4有关本发明工作原理的对应不同入侵行为的刺绳传感器阻抗归一化曲线分布示意图。
具体实施方式
一种新型电栅栏隔离系统，如图1、图2所示，包括由相对地面以静止方式竖立且被固定的围栏支柱和受围栏支柱承载的导电纬线构成的电栅栏围栏；还包括数字模拟开关、阻抗分析仪和计算机；相邻两围栏支柱共同被若干段导电纬线同时环绕且相邻两段导电纬线互不接触，每同一段导电纬线至少环绕相邻两围栏支柱一圈，每同一段环绕相邻两围栏支柱的导电纬线其两端作为电信号输出级连接数字模拟开关的信号输入端，数字模拟开关的信号输入输出端分别连接计算机的信号输入输出端和阻抗分析仪的信号输入输出端，计算机的输入输出端的信号输入输出端与阻抗分析仪的信号输入输出端相互连接；数字模拟开关将从导电纬线输出的阻抗模拟信号转换成数字信号并将数字信号同时输出给计算机和阻抗分析仪，阻抗分析仪对由数字模拟开关输出的数字信号进行检测和分析并将对此数字信号所作出的分析信息输出给计算机，计算机对由数字模拟开关所输出的该分析信息进行判断。
本发明利用的工作原理简介：常见的周界物理隔离设施以基于金属丝网的隔离栅栏为主，具有有效的阻隔延缓外部入侵行为功能。传统的隔离栅栏以铁丝作为纬线，目前采用刺绳（刺铁丝）作为纬线的周界隔离栅栏应用越来越广泛，为应用方便可靠且抗腐蚀，纬线表面还经常电镀处理。然而，无论哪种材质，都改变不了纬线为金属导体的实质。基于阻抗变化分析的电子围栏周界警戒与隔离技术就是以传统隔离栅栏为基础，利用其纬线作为外部入侵行为的探测器，通过实时分析纬线探测器的阻抗变化来对实现外部入侵行为的定性与分类识别，使其在保留传统栅栏网的周界隔离功能的同时实现了周界警戒功能，二者有机结合、技物合一。基于阻抗变化率的周界警戒技术利用纬线的导体特征，以其为外界入侵行为的探测器，通过对纬线环在单位时间内的阻抗变化进行研究分析，从而判断出周界是否遭受到外界入侵。当电栅栏遭遇外部破坏、碾压、攀爬、短路搭接等入侵行为时，纬线环的电阻、电感及电容量将发生改变，从而导致阻抗发生变化，通过定量监测研究相关纬线环传感器的阻抗变化可实现外界入侵行为的实时预警（即定性监测）。并且通过研究不同的入侵行为导致的纬线环传感器阻抗变化模式的差异（例如，破坏行为导致纬线环传感器阻抗的突变断路并不可恢复，而攀爬行为导致纬线环传感器阻抗一定时间段内的波动且可恢复等），可以实现对不同入侵行为的分类识别。由于对外界入侵行为额定性与分类识别是基于阻抗变化模式的判断，因此，为便于直观快速反应纬线环传感器的阻抗信息变化，以初始阻抗为基底归一化阻抗信息作为最终研究对象，其为阻抗信息随时间变化函数与初始阻抗的比值。通过研究纬线探测器归一化阻抗(Zai)信息随时间(t)变化模式来对外部入侵行为进行定性与分类识别。归一化阻抗信息变化图如图3所示，其分布曲线包含前安全稳定区、后安全稳定区及入侵扰动区三部分，未有入侵行为发生时，曲线位于前安全稳定区，当发生外部入侵破坏行为时，传感器的阻抗(Zai)信息发生变化，归一化阻抗信息曲线进入入侵扰动区，入侵行为结束时，曲线进入后安全区，结合整个曲线变化过程可得阻抗变化模式，从而形成对外部入侵行为的定性探测与分类识别。
本发明对传统的栅栏纬线结构进行了一定的修改（包含基本结构及纬线选型），形成基本的栅栏单元，从而使其更加便于对纬线进行阻抗分析以及最大化周界警戒与隔离功能，而实际的周界隔离与警戒围栏由一定数量的栅栏单元串联组合而成。隔离栅栏基本单元的物理结构由支柱、纬线环与其他辅助配件等组成。支柱实现栅栏垂直地面方向的物理支撑以及纬线环与地面水平方向的拉伸绷紧。多个纬线环水平分布构成隔离网，纬线环数量及相互间距由现场实际设计需求确定，每根纬线环由单根纬线在两根栅栏支柱之间实现单圈缠绕（依据实际应用情况也可多圈缠绕），如图2所示，在一侧留出两个探测端点(A1、B1………An、Bn)用于链接外部电气系统实现纬线环的实时阻抗变化分析。其他辅助配件用于实现栅栏支柱与纬线环的有效固联形成完整的栅栏单元，包含绝缘子、固联件等。
图3为有关本发明工作原理的归一化阻抗信息随时间分布的曲线分布示意图，如图3所示，其分布曲线包含前安全稳定区、后安全稳定区及入侵扰动区三部分，未有入侵行为发生时，曲线位于前安全稳定区，当发生外部入侵破坏行为时，传感器的阻抗信息发生变化，归一化阻抗信息曲线进入入侵扰动区，入侵行为结束时，曲线进入后安全区，结合整个曲线变化过程可得阻抗变化模式，从而形成对外部入侵行为的定性探测与分类识别。
图4为有关本发明工作原理的其外部受不同入侵行为激励后刺绳传感器阻抗归一化曲线分布示意图。