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入侵探測

中國安防行業網
2011年07月07日
關鍵字:入侵 探測
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  入侵探測是個由來以久的話題,指的是外界物體(人、車或其他物體)不經允許擅自進入規定區域時,通過某種途徑或方式進行阻止或提醒監管人員注意。那么入侵探測有些什么樣的形式,目前所使用的入侵探測技術又有哪些?本文將對這一技術進行一個初略的探討。

  從探測的目標來區分,入侵探測通常可分為區域入侵探測和周界入侵探測,前者是指對某一目標區域進行有效監測,發現侵入該區域的入侵行為時產生報警,提醒監管人員注意,而周界入侵探測則通常指對某一線狀邊界(如重要區域的圍墻)進行監測,當發現有非法通過該邊界的行為時產生報警。由于區域入侵探測需要同時顧及一個整體的平面,具有一定的難度,因此實際應用中往往多采用周界入侵探測來代替區域入侵探測,即在目標區域的邊界上使用周界入侵探測,并假設進入目標區域的行為首先會觸動周界入侵報警(在絕大部分情況下這一假設都是成立的),以實現對目標區域的監測保護,但這一假設在某些特殊情況下也是并不成立的,這一點在稍后將有所提及。

  再來看看入侵探測的技術手段,由于大部分情況下使用的都是周界入侵報警形式,因此在此我們還是以周界入侵探測為例來說明一下目前市場上使用的一些技術。

  首先,目前市場上最為常用的入侵探測器莫過于紅外對射探測器。隨便在一些重要的區域轉一轉,往往都能發現圍墻或護欄上端都會有一些黑色的盒子,特別是在拐角處,這便是紅外對射探測器。紅外對射探測器設備通常成對出現,一個發一個收,互相對應,安裝時收發裝置需要互相對準,以便接收盒能夠接收到由發送盒發送的紅外射線,它的工作原理是阻斷式報警,當有人翻過圍墻或護欄時必然會經過紅外射線所途經的區域,阻斷射線,從而產生報警。紅外對射探測器具有技術成熟、成本低、不受環境光照影響、抗風性好、抗震動性較好等特點,在霧、雨、雪等氣候條件下也能保持較好的性能。其缺陷在于設備易老化,使用壽命短等方面,同時,對于安裝在墻上或護欄上的紅外對射探測器來說,由于鳥類在墻頭上的停留也往往會阻斷射線從而產生誤報警(通常也稱為虛警)。此外,紅外對射探測器還有一個特點,即其作為報警觸發感應頭的紅外對射線只能直線傳播,因此如果某一區域的周界是一個不規則多邊形,則只能是一條直線邊安裝一對探測器,這樣會導致成本的增加,如果周界是一條弧形的曲線,則更難以決定使用多少對探測器以及應該安裝在何處了。

  震動電纜是另一種常見的入侵探測器。它采用的是一根特殊的電纜,這根電纜能感應到外界觸碰而產生的震動,并電纜內電流的變化,從而觸發報警。與紅外對射探測器相類似的是,它同樣作為一種周界入侵報警裝置也通常安裝在圍墻或護欄的上方,當有人翻越周界時觸動震動電纜便會觸發報警感應。震動電纜的使用壽命相對于紅外對射探測器來說較長一些,而且對于風、霧、雨、雪、溫度等外界環境條件有很好的適應性,但同樣容易被鳥類等動物造成誤觸發。同時,由于震動電纜內隨時通有電流,因此耗電量相對略高些,而且也會在電纜周圍形成電場。

  與震動電纜相類似的是泄露電纜,其工作原理不同但使用方式卻類似。泄露電纜感應的并不是電纜所受的觸摸震動,而是由于觸摸而造成的電容效應,形成電流波動,從而觸發報警機制。泄露電纜的使用壽命也較長,同時對于風、霧、雨、雪等氣候條件以及溫度、濕度等適應性也較強,而對于動物引起的虛警則性能較差。

  震動電纜和泄露電纜同屬于感應電纜,與紅外對射報警器相比成本較高一些,但可以適應較為復雜的多邊形或弧形邊界。

  激光對射探測器的報警原理與紅外對射探測完全一致,同樣也是采用阻斷式報警機能,但成本更高一些,設備工作穩定性也更好一些,然而也是屬于直線阻斷報警,多邊形周界同樣存在成本增加的問題。

  微波墻也是一種入侵探測報警裝置,從字面上的意義來分析,是采用微波作為感應媒。對于這種裝置,筆者接觸較少,并不十分熟悉,其使用功能特點也并沒有較深入的了解,在此且暫時不提。

  還有一種物理入侵探測器,稱為周界防范圍欄,其設備制成圍欄形式,擺放在目標邊界的周圍,它具有整體圍欄被破壞時斷線報警功能,同時有人攀爬、翻越時也具有受力開路報警性能,對于各類天氣氣候也有較強的適應性。

  從2005年起,一種基于視頻運動分析檢測技術的入侵探測器技術開始在我國出現,但基本上都是屬于國外的品牌或產品,暫時還沒有國內的成熟技術所轉化出的產品。但國內有很多研究單位或機構都對此技術進行了研究,并取得了很好的研究成果,相信不久的將來,以國內的視頻運動分析檢測技術為核心的入侵探測產品便可以出現在市場上。

  所謂視頻運動分析檢測技術是指采用計算機對監控視頻信號進行分析,提取目標檢測區域內活動物體的活動特征與活動信息,并與預先規定的報警規則相比較,當發現異常行為時(如不允許侵入的區域出現了侵入行為),則自動產生報警信號,提醒監管人員查看。

  由于需要監測的目標區域往往本身就配備了監控攝像頭,因此視頻運動分析檢測技術無需再加裝其他任何形式的報警感應媒,而只需直接利用監控視頻進行分析即可。

  基于視頻運動分析檢測技術的入侵探測器技術是一種新的入侵探測技術,具有使用方便,監測面廣,設備簡單等特點,同時它與其他技術相比還具有一些十分有潛力的優勢(后文還將提到),因此逐漸受到人們的關注。

  以上提到的是一些目前市場上常見的周界入侵探測技術,有些技術成熟,成本低,有些技術先進但仍有待進一步研究發展。對于區域入侵探測技術而言,前文提到過,往往在目標區域的周界線上設置周界入侵探測設備,以實現入侵的探測。然而,使用周界入侵探測方式來代替區域入侵探測畢竟還有一定的缺陷。以最為常用的紅外對射探測器來舉例,紅外對射探測器通常安裝在圍墻或護欄的上方,無論是一條還是多條紅外對射線,其探測的高度往往都在一米之內,如果圍墻為3米高,則其探測的范圍在于墻頭(3米)向上至4米的區域范圍,這是建立在有人員想翻越圍墻侵入院內時必須要爬越圍墻,必然要通過3-4米高度范圍這一假定基礎之上的。這對于90%以上的情況下來說確實如此,但如果入侵人員采用其他設備或方式(如人體彈跳器)能越過高于4米的高度,則紅外對射探測器便已無法探測到該入侵人員的入侵。更為極端的例子,假設入侵人員從直升機上采用繩梯方式進入院內,則根本無需翻越圍墻,此時再用周界入侵探測來代替區域入侵探測便是不可行的了。

  因此,人們也考慮到一些簡單的區域入侵探測技術,其一為壓力或溫度感應報警,即探測目標區域內的地面受力或溫度,如果有人入侵則會引起該區域內的壓力變化或溫度變化,從而觸發報警。有時也把密布的紅外對射或激光對射探測器組合起來,使任何進入該目標區域的入侵者都會不可避免地觸動這些密布的對射探測裝置中的一個或幾個而產生報警,從而實現對于區域的入侵探測。然而,采用壓力、溫度或其他方面的感應報警都會有很高的成本,而使用密布對射探測裝置來完成區域入侵檢測不但成本增加,而且對于這些探測裝置的安裝位置的設計也有很高的要求,以求達到不會遺漏的目的。相對于這些缺陷來說,基于視頻運動分析檢測技術的入侵探測器技術便具有了很大的優勢。首先,視頻運動分析檢測技術的核心是對于監控視頻的分析,這種分析不但可以針對于某一條線以實現周界入侵探測,也可以針對某一區域進行分析以實現區域入侵探測,其區別僅在于算法的改變,而對于物理設備來說沒有任何不同,因此在不改變系統成本的情況下,它既可以作為周界入侵探測技術,也可以作為區域入侵探測技術。其次,視頻運動分析檢測技術分析的是視頻信號中的目標區域范圍,只要有入侵者出現在視野范圍之內,不論從哪個方向出現,無論是從圍墻外使用彈跳器跳入的,還是直升飛機上下來的,甚至于是挖了個地洞從地下鉆出來的,只要入侵者在監控視野內露了面,都會觸動報警機制產生報警,這種報警方式杜絕了任何形式的“繞開探測器”的行為,可實現無遺漏報警。

  其三,無論是紅外對射裝置或激光對射裝置,還是震動電纜、周界防護圍欄之類,都會有很明顯的入侵探測設備設立在監測地點,而視頻運動分析檢測技術僅需要對監控視頻進行分析,攝像頭又可以安裝在十分隱秘的地方,因此可以實現隱蔽探測,遠程探測,隱蔽性極強,自然也就減少了設備被破壞的危險。

  第四:在視頻運動分析檢測技術中,需要分析的目標區域只要在視野范圍之內,在視頻中能夠看到即可,其他沒有什么別的要求,因此不論這個目標區域是大是小,是方是圓,是矩形周界還是多邊形周界,都沒有任何區別,這一點與前面提到的紅外對射探測器大不相同,舉個例子來說,同樣使用周界入侵檢測,如果一個區域的圍墻原來是四邊形,因為某一原因改成了不規則的七邊形,則對于紅外對射探測器來說,不但這些探測器需要重新安裝,而且還須重新增加三對探測器,以實現每一直線邊有一對探測器完成探測。但對于視頻運動分析檢測技術來說,無論圍墻怎么改變,只需在視頻上重新畫一下目標監測區域的周界即可,無須增加任何成本,而且修改也非常容易,也許只是一分鐘的時間就解決了。

  雖然視頻運動分析檢測技術具有很多的優點,但作為一種新技術,仍然有許多不盡如人意之處,其中最為突出的是對于環境光照的適應性,目前市場上出現的視頻運動分析檢測產品在環境光照適應性上雖已達到較好的性能,能在很多應用場合表面出較強的魯棒性,已可以作為一種入侵探測產品走進市場,但仍需要進一步的研究和發展。隨著圖像處理技術、視頻處理技術、模式識別技術等核心算法技術的研究發展,隨著計算機處理能力的不斷提高,這一技術也將慢慢走向成熟。

  從入侵探測技術的市場上來看,隨著監控技術的進一步發展,監控領域也越來越擴大,可以說在許多土木建設、工程項目中,監控已成為“標配”,無處不在的監控遍布我們生活的每一個角落。

  與此同時,對于入侵探測技術的需求也越來越大。監控系統發展了,攝像頭越來越多,監管人員不可能隨時盯著每一個攝像頭,這就需要采用一種自動報警的技術代替監控人員對目標區域或目標周界實現監測,一旦發現入侵則及時報警,提醒監管人員注意,以加強安全防范。

  目前來說,紅外對射、激光對射、震動電纜等入侵探測技術是較為成熟的技術,應用也非常廣泛,并且在短時間內仍將是市場的主流。但隨著基于視頻運動分析檢測技術的入侵探測技術的發展,這一新的技術將越來越受到人們的關注,其應用也會越來越廣,適應性也會越來越強,也必將成為未來入侵探測技術市場的主角。

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