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城軌交通中的安防系統
來源:西安市地下鐵道有限責任公司 中鐵二院工程集團有限責任公司     作者:常毅 趙南英     發布時間:2013年03月28日

隨著國民經濟和生活水平的提高,城軌(城市軌道)交通建設受到很大重視,建設規模在不斷擴大,建設速度也在加快推進,隨之而來人們對城軌交通的軟硬件技術水平的要求也在逐步提高與完善。城軌交通的軟件意指城軌的運營管理模式與服務水平,它的硬件意指區間隧道、車站建筑與裝修、以及城軌配套的各個相關機電系統設施。在城軌交通硬件的建設中,近年來新增的安防系統已成為城軌交通運營需求的重要系統之一,是城軌交通正常運營的安全保障設施,因此本文就安防系統在城軌中的設計做系統介紹和說明。

一、安防系統介紹

城軌安防系統的主要架構由視頻監控子系統、周界防范報警子系統和系統網管組成,范圍主要涉及城軌交通的車輛段和停車場。

1.1 視頻監控子系統

1.1.1 系統功能

1)周界監視功能

通過在車輛段及停車場內周界、重要場地、咽喉區等設置攝像機,實施對車輛段及停車場圍墻周界、段內道路、各單體建筑出入口進行24小時監控。安防值班員通過視頻控制臺實現對本段(場)的視頻監視操作,具體實現以下功能:

(1).本控制臺對所設置顯示器上的顯示圖像,編程設置自動循環監視模式(可對全部及已設置的固定組合監視區域進行自動循環監視)。

(2).本控制臺利用控制軟件對車輛段及停車場內任意攝像機進行選擇和確認,并進行人工單選監視。

(3).本控制臺可實現對設置在車輛段及停車場內的任意一體化球形攝像機進行PTZ遙控。

2)生產監視功能

通過對車輛段/停車場的運用庫、檢修庫、聯合車庫、物資庫等車間作業區設置攝像機,進行實時監視,從而能隨時查看生產情況。

車輛段及停車場運用庫值班室設置監視器,能夠監視段場內運用庫、檢修庫、聯合車庫、物資總庫以及段場咽喉區等的生產作業情況。值班員可選擇生產監視區內的任一攝像機的圖像在監視器上顯示,既可設置各種組合自動循環切換,也可由值班員手動切換。

1.1.2 應用技術

A、模擬視頻監視技術(矩陣互連方案)

它是一種基于視頻切換矩陣的模擬視頻解決方案,從前端視頻采集設備(攝像機)、視頻分配、視頻傳輸、視頻切換控制及監視顯示設備均為模擬設備。其中最主要的設備是模擬視頻切換矩陣,監控值班員通過控制視頻矩陣的輸出選擇所需要的圖像進行監視。

B、數字視頻監視技術(全數字方案,攝像機除外)

數字視頻監視系統是一種基于計算機技術、視頻采集技術和數字壓縮處理技術為一體的智能化數字監視系統。在設備機房設置數字視頻編碼設備,所有前端的攝像機采集的模擬視頻信號均接入視頻編碼器。監控值班員利用監控軟件,以軟解碼的方式即可在控制臺上完成車站一級的監視。

數字視頻監視技術具有組網簡單、規模不受限制,系統變化更靈活,易于存儲圖像處理,還便于其它系統(如綜合監控實現聯動等優點,目前在地鐵監視系統上已大多采用此監視技術。

1.2 周界防范報警子系統:

1.2.1 系統功能

1)基本功能:

(1).阻止與威懾:周界系統應能清楚明了地標示出的防區邊界及范圍,防止輕易進入。

(2).探測:當入侵情況確實發生時,室外周界探測系統能夠對發生的非法入侵提供早期告警。

(3).延遲:探測處理器應具備合理的延遲,在入侵者接近禁觸物體的延遲時間做出正確的分析。

(4).分析:報警信息被處理識別是否為有效報警。

(5).響應:以分析為基礎,采取適當的行動。

2)報警聯動功能

報警主機接收周界探測設備上傳的報警信息后,以電子地圖的方式顯示報警位置。與此同時,報警聯動控制器通過報警主機發出的報警信息后,觸發聯動視頻監控系統以對報警位置進行確認和記錄。

(1).根據聯動控制要求向視頻監控系統及其它報警系統發出控制指令。

(2).視頻監控系統收到控制指令后切換矩陣,控制攝像機指向報警位置。

(3).視頻監視器接收和顯示報警位置的圖像。

(4).存儲報警時段的圖像,需要時回放視頻錄像。

(5).生成告警系統的報警記錄報表。

(6).保存和查詢告警系統的報警記錄。

采用電子地圖方式顯示車輛段及停車場的周界設備探測情況,當出現狀態變化或設備故障時,能在屏幕上準確、實時地顯示。顯示終端能夠根據周界探測設備狀態或故障等級不同而顯示不同畫面、發出聲音及給出報警信號,值班員即可通過專用操作器控制攝像機、門禁終端設備、緊急告警器等。

1.2.2 技術指標

——探測概率(PD)

PD以百分比表示,即探測器在防區探測到出入侵者的概率。

——漏報(VD)

漏報意味著探測器對入侵行為沒有進行報警。

——錯報率(FAR)

錯報是指由不明原因引發的錯誤報警。

——誤報率(NAR)

誤報是指非入侵事件引發的錯誤報警,誤報率的大小依賴于技術、實際應用和場地條件。根據不同場所的安全需求,選擇可接受的探測誤報率。

在實際應用中,因任何周界報警設備都不可能達到零誤報率,故需要借助視頻監視設備遠端監控探測器對入侵行為的現場實況,以提高周界報警系統的可靠性和準確性,實現所監視區域(如車輛段及停車場)智能化、多方位、全天候的現代化先進管理,以確保地鐵生產基地安全、有序地作業生產,從而保障地鐵部門的正常運營。

1.2.3 應用技術

1)埋地電纜

這一類型的探測器在預埋的收發兩根泄漏同軸電纜周圍產生電磁場,形成一個橢圓形的電磁場探測區(在于地面及地下),探測器使用VHF波段,根據入侵者和車輛的數量、速度和傳導率等的特性進行綜合分析探測,從而使電子電路觸發報警。此探測器可以排除小動物活動的影響以及環境影響,探測范圍大,應用外圍廣,可以安裝在沙石、泥土、沙礫、凍土、瀝青及混凝土等多種類型的地面上。

在防區內流動的地表水和移動的金屬物體會引起誤報。此類探測器在現有的探測技術中,漏報率最低。

設備特點屬于主動型、隱蔽型(埋入式)、依附地形、立體覆蓋探測,投資較高,軌道交通中無應用實例。

2)圍欄探測

圍欄探測器有多種形式,包括振動感知(顫動),音頻感知以及光纖感知,實物有振動電纜和振動光纜類型,所有這類探測器都安裝在圍欄架構上,一旦外界有切割、攀爬或提拉圍欄的企圖,不可避免地會引起圍欄的震動,這種振動傳遞給綁定在圍欄上的震動探頭,震動探頭檢測出震動后就會觸發報警。

音頻感知型和光纖感知型成本較低但誤報率較高;而振動感知型的成本雖高但誤報率較低。這種探測設備的必要條件是物體需與圍欄有良好的接觸。

設備特點屬于被動型、可見型、依附柔性圍欄(軟圍欄,如鐵絲網等)、覆蓋單個平面防區,投資較高,軌道交通中有應用實例。

3)紅外對射

紅外對射探測器由紅外發射機和接收機兩部分組成,相對安裝在要防區的周界兩端,開機后紅外發射機發出紅外線束,與它相對的紅外接收機收到紅外線束后立即處于警戒狀態,當有人從這中間通過,阻斷了紅外線束即發出報警信號。

在防區,一般應用多光束元件(雙束或四束)來降低小動物和鳥類引起的誤報。如果要達到垂直高度的探測覆蓋,可以將幾個元件堆疊置于防護罩中。

紅外對射探測器的探測率受到天氣條件的影響,如大雪、暴雨、霧、揚沙、動物、鳥群、空中飛揚的碎片和落葉、物體光亮表面的反光等,要降低偵測距離,還會引起誤報。

設備特點屬于主動型、可見型、瞄準線型、獨立式,覆蓋單個平面防區,投資較低,軌道交通中有應用實例。

4)電子圍欄(通電柵欄

電子圍欄由一組平行絕緣電纜組成,當入侵者碰觸電纜時,會受到電擊。與此同時,警報被觸發。電纜可以安裝在圍欄上,也可以獨立裝配。在特殊應用場合(例如監獄)電擊可以設置為致命的。這一系統有很強的威懾作用,但無法阻攔有經驗的入侵者,關鍵是它可能不在所有場合下都能得到合法使用。

這種技術的誤報較高且誤報一般是由于動物或鳥類偶然碰觸柵欄,或雨、雪、閃電等原因造成的。

設備特點屬于被動型、可見、依附鋼性圍欄(硬圍欄,如金屬欄桿等)和獨立式、覆蓋單個平面防區。投資較低,軌道交通中有應用實例。

5)張力鋼絲

張力鋼絲探測器將周界屏障技術與探測器結合在一起。一組平行拉緊的鋼絲連接各個探測器。這些探測器可以是接點閉合開關,壓電探測器或應變量規。探測器通過偵測外界的切割、攀爬、分離鋼絲的企圖來探測入侵。這些鋼絲(可帶刺)可以安裝在現有的圍欄結架上,也可以安裝在獨立式立柱上。

在所有探測技術中,張力鋼絲的誤報率最低。置時一般結合混凝土工事,防止打通地道避開探測。鋼絲的張力每年需要檢測一次。這種技術應用時要考慮一種漏報,因為探測區較低的防護有被跨越的可能性。

設備特點屬于被動型、可見、依附圍欄型、覆蓋單個平面防區。投資較高,軌道交通中無應用實例。

此外還有微波、壓感探測、磁場探測、地面震動等周界探測技術,不過這些設備裝置不適合于城軌交通的安裝環境。

周界防范報警系統的效果好壞,關鍵在于選擇適合實際情況的探測技術,即根據地鐵的實際場地特性選擇各類周界報警裝置,同時管理控制好誤報/錯報率,努力使系統處于一個良好的工作狀態。

1.3 系統網管

在車輛段及停車場安防設備室分別設置1套系統網管設備(包括安防系統網管服務器及各種軟件等)。

1.3.1 系統功能

網絡管理服務器通過管理軟件對本系統所有設備參數進行配置和集中在線管理,完成自動檢測、遙控檢測、故障定位、故障報警及遠端維護等,出現故障時能夠發出聲音報警。包括:攝象機和存儲設備的IP設置、圖像輸出端口設置、視頻數據碼流設置、視頻組播組設置、模擬信號(亮度、對比度、色調)設置,優先權限設置的管理等,可實現以下基本功能:

1) 配置管理功能

對系統中各種設備屬性、參數及界面信息進行配置,具體有以下形式:

——對車輛段(及停車場)攝像機順序切換或組合切換等實時監控和錄像功能的設置;

——對監視器的數量設置;

——對攝像機和監視器字符的設置;

——對用戶密碼和控制優先級設置。

2)日志管理功能

對操作、故障報警、存儲報警等各類日志進行管理,收集相關信息。

3)故障管理功能

監測車輛段及停車場視頻監視系統各種設備的運行狀態,實現系統自動檢測、遙控檢測、故障分類、故障定位、故障記錄等功能,車輛段及停車場視頻設備的故障報警、設備輸出參數應能通過點擊該操作平臺上在網管監視器上看到。系統出現故障時,網管系統應能夠發出聲光報警。

4)系統管理功能

與系統選用的切換矩陣控制設備配套使用,所有視頻切換及系統各控制功能能在網管實時監視。監視過程用文件方式記錄并保存,該文件可查看、打印。

網絡管理用戶登錄網管系統時,系統提示輸入密碼,并核檢其正確性,通過后用戶才可登錄,否則給出提示信息。

5)時鐘同步功能

安防系統可接收時鐘系統所發來的標準時間信號,使該系統的定時設備同步于標準時間信號。

1.3.2 網管平臺

(1) 系統網管軟件采用模塊化結構,支持分級分域的管理方式,用戶界面,直觀、簡單、易操作。

(2) 系統網管配置防病毒軟件,具有防火墻功能,有效防止黑客攻擊和入侵,實時防護、自動升級。

(3) 系統網管有自愈能力,當意外掉電、網絡中斷等故障排除后,系統可自動恢復到故障發生前的狀態繼續運行。

(4) 系統具備良好的可擴展性和開放性,可根據監控范圍的擴大實現系統的平滑擴容。

1.3.3 存儲系統管理

 (1) 配備錄像存儲管理中心軟件,對車站、車輛段及停車場所有錄像存儲設備的工作狀態在網管終端上顯示。

(2) 網管軟件應有如下功能:控制車站、車輛段及停車場錄像狀態的開啟和停止;提供錄像存儲設備的各種故障報警信息等;可實現錄像存儲設備的死機告警,開啟實時錄像、開啟移動偵測錄像、提高錄像畫質等。

二、安防系統運用

2.1 硬性圍欄結構的安防系統

例舉西安地鐵1#的安防系統模式。西安地鐵1#車輛段及停車場的圍欄為鋼管立柱+鋼管橫豎檔,屬于硬結構圍欄設施,周界報警系統采用的是主動紅外對射探測器報警方式設備。

西安地鐵1#在車輛段及停車場設置安防系統,主要由視頻監視、周界防范報警、系統網管及系統電源等部分組成,負責車輛段及停車場內的人身財產安全和生產基地的防盜、防破壞監控管理。根據地鐵運營的需求,監視范圍設為車輛段周邊、段內關鍵點(如出入口)、運用庫、檢修庫、物資總庫等,停車場的周邊、場內關鍵點(如出入口)、運用庫等。

2.1.1 系統構成

1)視頻監視部分:

包括車輛段及停車場周邊及段場內設置的各類攝像機、室外監視紅外燈,安防設備室及控制室設置的視頻機柜、視頻交換機、視頻存儲設備及監視器、控制器等相關設備。

2)周界防范報警部分:

包括車輛段及停車場周邊設置的周界防范報警設備,即周界紅外對射探測器、報警主機和設備連線。

3)系統網管及系統電源部分

包括在車輛段及停車場安防設備室設置的安防系統網管設備(包括連線)和UPS電源設備(包括蓄電池組及電源連線)。

2.1.2 系統構成圖 

附圖—1 西咸車輛段安防系統構成圖

2.2 軟性圍欄結構的安防系統

例舉廣州地鐵5#的安防系統模式。廣州地鐵5#車輛段的圍欄為鋼管立柱+金屬擴展網,屬于軟結構圍欄設施,周界報警系統采用的是振動電纜(圍欄探測)設備。

廣州地鐵5#在車輛段設置安防系統,主要由視頻監視、周界防范報警以及UPS電源部分聯合組成,用于負責車輛段段內的人身財產安全和生產基地的防盜、防破壞監控管理,通過該系統設備的設置,以實現車輛段的智能化、多方位、全天候的現代化先進管理,以確保地鐵車輛段正常、有序地作業生產。監視范圍設定為車輛段周邊、段內關鍵點(如岔群、出入口)等。

2.2.1 系統構成

1)視頻監視部分:

包括車輛段周邊及段內關鍵點設置的攝像機,安防監控室設置的視頻機柜、視頻矩陣、硬盤錄像機、視頻監視器和操作臺等設備。

2)周界防范報警部分:

包括在車輛段周界需要設防區段設置的振動感應電纜、振動的感應器(室外前端處理單元)和振動電纜連接器(室外串接單元),安防監控室設置周界防范報警中心終端接收處理單元、周界報警聯動控制器和系統管理等。

3)系統電源部分

包括在車輛段安防監控室設置的安防系統UPS電源設備(包括蓄電池組及電源連線)。

2.2.2 系統構成圖

附圖—1魚珠車輛段安防系統構成圖

參考文獻

1,GB 50348-2004 安全防范工程技術規范[S]. 北京:中國計劃出版社,2004。                              

2,GB 50394-2007 入侵報警系統工程設計規范[S]. 北京:中國計劃出版社,2007。 

3,GB 50395-2007 視頻安防監控系統工程設計規范[S]. 北京:中國計劃出版社,2007。

4,中鐵二院工程集團有限責任公司 西安地鐵1號線安防系統招標文件[G],西安 2011。

5,美國西南微波周界報警系統介紹說明,2003。

 
 
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