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监狱内周界预警系统解决方案

2014/11/6 11:05:00   广州天网安防科技有限公司   邱亮南  关键字:监狱,周界预警,解决方案  浏览量:

导读:此系列产品采用数字通讯原理对于红外射束进行编码调制,形成多光束、严密的隐形防范,采用同步通讯、自适应强度调节及自适应变换频率等多项专有技术,具有最低的误报率;采用优质材料/器件和专用工艺,能在室外各类严酷环境中长期、稳定工作。

    一、前言
  2011年5月8日,一个身高不足1.6米、被马未都称为“土贼”的山东农民石柏魁,闯入了“插翅难飞”、被誉为“世界五大宫之首”的故宫。在偷窃了保守估计价值几千万、陈列于斋宫临时展出的香港两依藏博物馆7件展品之后,又翻越紫禁城城墙逃离作案现场,一时间舆论哗然。被誉为“京城第一保卫处”故宫博物馆保卫部门更是被推到风口浪尖。完善周界防范系统成为他们的燃眉之急,而如何选择合适有效的入侵探测器更成为当时最为棘手难题。这是因为,除了周界防范系统所必须的严密性要求之外,紫禁城特殊的应用环境对防范系统提出了更多限制性要求:
  (一)大量的干扰目标。不停飞来过往的鸟类:既有翼展超过60cm的大乌鸦;也有三、五成群的鸽子、喜鹊;亦有几十只一伙的麻雀;这些干扰目标均会随时触发“遮挡式微波入侵探测器”/“泄漏电缆”等探测装置报警。
  (二)恶劣的气象环境。早晨的太阳对高耸的城墙顶部形成“直射”,激光入侵探测器因阳光“直射效应”误报频繁;城墙墙体受日晒高温时突降短时暴雨,雨水降到城墙上形成大量蒸汽,亦导致激光入侵探测器误报警;城墙墙体受日晒高温,夜晚热能向空间散发时遇到风吹而不断聚散,形成“影子效应”触发“遮挡式微波入侵探测器”报警。
  (三)高于地面约20m的城墙是雷击的目标。由此而对探测器防雷能力有更加严格的要求。
  在几经选择光纤振动探测器、激光探测器、脉冲电子围栏、传统型红外对射等产品试用结果均不理想的情况下,故宫博物院安保部门想到了成功应用于2008年北京奥运会200km周界防范产品--广州天网安防科技有限公司生产的智能型远距离红外线幕墙。经过对奥运会总包商--中国航天科工集团某总体设计大楼实地应用(应用期为2008年9月至2011年9月)效果考察,以及在故宫博物院紫禁城周界4个月的实装试用,我公司拥有独有技术专利生产的智能型远距离红外线幕墙最终成为故宫博物院紫禁城周界防范系统的前端探测装置。
  2011年7月至今的使用,该产品完全满足用户需求。
  二、当前监狱的几种常用周界报警产品对比与评价
  当前监狱常用的几种周界探测产品有:传统型红外对射、遮挡式微波入侵探测器--俗称遮挡式微波入侵探测器、泄漏电缆、智能型远距离红外线幕墙。这些产品的工作原理、探测介质特性均不相同,其相互间的比较只能采用与监狱应用需求关联性最大的几个关键要素。

表1监狱常用入侵探测器主要应用因素比较

  比较表1可以看出:在监狱应用最关键评价指标--漏报警因素影响方面,各类产品中仅有我公司拥有独有技术专利生产的智能型远距离红外线幕墙相对符合要求;而误报警因素影响方面,智能型远距离红外线幕墙也最具优势。
  (一)各类探测器漏报警要素分析
  1、探测响应时间极限值制约
  表1中可以看到由于传统型红外对射、遮挡式微波入侵探测器、泄漏电缆存在高速或低速探测响应时间的极限值,当目标以超出探测极限值以外的速度通过探测区域,均不会触发报警。
  2、传统型红外对射由于射束的信号特性引起漏报警
  传统型红外对射采用红外射束之间没有信号特征的旧技术,不仅防范界面狭窄,而且产品密集安装时,由于使用要求发射余量大,探测区域中散布了大量相同特性的红外射束,在产品间产生互相干扰(形成多条红外射束的通道),导致密集安装时漏报警的发生率极高。(该产品潜在互相“替代的风险”,当然在监狱的具体环境中不存在这种操作的可能。)
  3、传统型红外对射由于产品结构特点引起的漏报警
  通过对传统型红外对射产品外部造型观察,可以判断其红外射束防范的位置,以跨越或者从红外射束间空隙钻过;直接攀爬层叠安装产品的支架;等多种方式均可以轻易避过红外射束防范区域。
  (二)误报警要素分析
  1、遮挡式微波入侵探测器和泄漏电缆误报警要素分析
  (1)这两类产品的探测区域大且不确定(随天气及其它条件变化而变化),在其探测区域内或者附近活动的非越界的目标也会触发报警。需要纠正的一个流行且错误的观点“防范区域越大,越具有预警优势。”其实正确的观点是“防范区域越大,误报警的机会就越多;而防范区域越小、且探测区域稳定不变,误报警的概率低。”
  (2)遮挡式微波入侵探测器、泄漏电缆探测介质特性与雷电、通讯装置、大功率电气装置运行、电线内的电流变化等引发的电磁场属性相同,由此也会增加干扰因素;
  (3)遮挡式微波入侵探测器、泄漏电缆探测介质对于移动的能量体敏感。大体积或者大集群的小体积鸟类飞行;水管内的水流;空气中热能气流等,也是其干扰因素。
  2、传统型红外对射误报警要素分析
  传统型红外对射在监狱应用时误报警因素:由于传统型红外对射的红外射束之间没有信号特征区别,同类产品的射束干扰,也会引起误报警;某些厂家使用价格低廉的ABS材料外壳,在阳光照射下迅速光学老化,形成射束强度急剧衰减。
  三、智能型远距离红外线幕墙监狱周界防范应用的适用性分析
  无漏报警的探测器--智能型远距离红外线幕墙
  (一种完全不同于红外对射的新型主动红外入侵探测器)

  (一)产品概述
  智能型远距离红外线幕墙是广州天网安防科技有限公司运用多项自主发明专利:ZL99117200.0红外线防盗网,ZL200610033099.0红外线防盗网的智能调节方法,ZL201010162291.6一种红外线防盗装置及其自动变换调制频率的方法;多项实用新型专利:ZL200610033099.0一种红外线防盗网,ZL200520065885.X红外线防盗网装置;及多种类技术秘诀等自主知识产权研发的、最适用于监狱内周界防范的新型主动红外入侵探测系列产品。
  此系列产品采用数字通讯原理对于红外射束进行编码调制,形成多光束、严密的隐形防范,当物体阻断任意相邻两根射束≥20ms(相当于国际级短跑运动员冲刺速度)时,即可触发输出报警信号;是无漏报警的入侵探测装置。该系列产品于2005年获得国家强制性认证证书并连续多年获得认证维持;在获得国家强制性认证的同类产品中,是证书中唯一具有使用距离60米、100米覆盖的系列产品。由于该系列产品采用同步通讯、自适应强度调节及自适应变换频率等多项专有技术,具有最低的误报率;采用优质材料/器件和专用工艺,能在室外各类严酷环境中长期、稳定工作。
  (二)产品特点
  1、产品具有最严密且隐蔽的防范特性。
  多根红外射束构成高约2m的防范界面,其任意相邻两束红外射束只要被阻断20ms,立即输出报警信号;人力可能实现的奔跑、跳跃、贴地爬行、飞身等行为在穿越防范界面时,必然触发报警。
  产品采用圆柱性外观,从外形上无法看出具体防范部位,从而无法避让;产品表面光滑,人力无法攀爬翻越。
  是“无漏报警且误报警率极低的新型主动红外入侵探测器。”
  2、禁区边界明确且探测介质隐蔽
  沿警戒线安装的黑色柱体和画在地面的黄色警戒线目标明确,但是采用940nm波长的红外线编码调制射束却无法被人的视觉感受;
  3、防止误报警和精确的越界报警特性
  只有在任意相邻的2根红外线射束被同时阻断规定时间才产生报警,不会由于飞鸟、昆虫等飞过引发误报警;在红外线射束附近从事正常活动的人员/物体的活动均不会触发报警,特别适用于院落面积狭小的特定环境使用,具有占用监狱最小地面面积的优点;
  4、产品外形与结构特性
  产品采用优质的进口PC外壳,具有抗御阳光长时间暴晒引起的光学老化、抗御暴力击打等功能;同时还具有防止在押服刑人员撞击自残的功能。坚实而质轻的铝型材支架,可以抗御人力推拉、撞击,防止产品被拆卸用作为与管教人员对抗的武器,或作为攀爬围墙的支撑物;
  5、产品环境适应特性
  产品的生产过程设置了严格的环境考核:执行国家标准“最大射束距离应该是制造厂规定使用距离的6倍以上”的规定,产品可以在雨、雾、霾、强烈气流(风、水蒸气)、强烈阳光、沙尘等恶劣环境正常工作;元器件选型/产品设计定型的板极半成品,都经受超过国家标准规定的考核条件,恒温湿热:温度85±2℃、湿度RH(98±2)%;高压静电:8KV接触放电;产品样机安装在室外长期监测;
  6、探测介质安全特性
  红外线射束对于人体无伤害性;
  7、产品应用特性
  红外线射束无形的防范,不像线、网等实体障碍型入侵探测器既对于在押服刑人员产生被围困的观感,又阻挡正常活动(如进入禁区内清洁环境卫生或草坪养护等)。该产品符合人性化的应用要求的同时,对于管理方面的影响最小;
  8、产品应用弱点与适应性
  产品属于主动红外入侵探测器,其弱点是当安装使用环境中有植物生长,阻断红外线射束时,会引发误报警。而由于监狱内必须保证视野良好,经常利用在押服刑人员清理/修剪植物,所以可以确保红外线幕墙产品使用环境。
  也有使用单位建议:沿此类产品防区采用敷设水泥砂浆硬化地面,严防植物生长。
  (三)产品主要技术参数

  (四)监狱内周界预警系统方案设计与工程预算参考
  1、内周界预警探测器最佳布设位置。
  国家住建部/发改委2010年共同颁发《监狱建设标准》(建标139--2010)规定:(中度戒备监狱)在围墙内侧5m、外侧10m处均为警戒隔离带,隔离带内应无障碍。围墙内侧5m、外侧10m处均应设一道不低于4m高的防攀爬金属隔离网,网上均应设监控、报警装置。
  对于《监狱建设标准》规定的“网上均应设监控、报警装置。”正确解读是:在防攀爬金属隔离网的前部或直接在其上面设置入侵探测器,以达到外逃的在押服刑人员尚未接触或者接触防攀爬金属隔离网时,立即发出报警信号并联动视频监控装置。2011年豫北监狱发生的,在押服刑人员先攀爬上4m高的防攀爬金属隔离网,再以抛绳到高墙电网的方式越狱的反面案例,说明了应该执行《监狱建设标准》规定,把入侵探测器设置在位于防攀爬金属隔离网之前,以充分发挥物理防范的迟滞作用。
  2、构造具有威慑力的监狱内周界预警系统
  (1)采用无漏报警、且严格越界报警/肉眼无法观察到防范部位的智能型远距离红外线幕墙为前端探测装置;
  (2)与视频监控设备联动配置,一旦触发报警信号,立即开始录像并将触发报警现场的图像显示在值班室大频幕上;
  (3)配合监狱管理方“一旦越过黑色柱体形成的防线,即以越狱论处。予以扣分乃至加刑严厉处罚。”的规定。
  根据广东、陕西、四川等省监狱管理部门的实际应用经验,以上三点配合的技术方案在完成交付后,组织部分在押服刑人员体验防范严密性。由参与体验者对本系统防范效果的描述,使企图外逃者不敢逾越该预警防线--构成具有威慑力的监狱内周界预警系统。
  3、内周界预警系统配置与功能描述

图2监狱内周界预警系统红外线幕墙配置图

  (1)预警内周界预警功能框图

图3监狱内周界预警系统构成框图


  (2)监狱内周界预警功能描述
  在防攀爬金属隔离网内约0.3-0.5m处,间隔60m/100m安装8光束智能型远距离红外线幕墙构成封闭的隐形严密防范(其中大门防区夜间布防),具有移动侦测功能的摄像机直接安装在红外线幕墙顶部,形成“追尾配置”,摄像机底部的视频盲区由其后方的摄像机“追尾观察”,确保整个周界禁区不存在视频盲区(图2);摄像机位于警戒线直接观察,其移动侦测区域边沿设定为与红外线幕墙的探测界面重合,此种设置可以避免监狱区域内靠近警戒线正常行动人员引发的误报警;岗楼内安装LED防区显示板,岗楼底部安装声光报警装置。
  越界人员在接近防攀爬金属隔离网的过程中,必然触发智能型远距离红外线幕墙报警、移动侦测同时响应并形成锁定追踪,值班人员根据提示观察大屏幕时,通过观察锁定区,迅速判断越界目标属性(人员或者小动物);以及依据追踪轨迹,准确指挥抓捕;宽动态、低照度摄像机拍摄的D1存储图像作为对在押服刑人员越狱行为处理的证据;报警信号同时联动岗楼内部的LED防区显示板,以发出闪光的LED显示报警防区位置同时发出报警提示音,为值班武警显示报警防区;报警信号还联动设置在岗楼底部声光报警装置,对外逃人员予以警示。
  智能型远距离红外线幕墙8束间隔约20cm的红外脉冲编码射束构成了高度为1.6米隐形的、无缝隙墙式严密防范,企图外逃的在押服刑人员而言,该探测器构成一道隐形无法逾越的墙式防范。以任何人力可以实现的方式越过该防范界面时,智能型远距离红外线幕墙必然立即输出报警信号,使得值班人员立即依据该信号联动的场图像复核实施定位与围捕;使得防攀爬金属隔离网、高墙、高压电网等物理防范的迟滞作用得以充分发挥。
  4、内周界预警系统参考配置清单
  5、监狱内周界预警红外线幕栏配置
  针对于监狱近年来在周界设置防攀爬金属隔离网,我们提出了一种技术防范与物理防范紧密结合的新应用模式--红外线幕栏与防攀爬金属隔离网一体化构造方案。
  此方案具有更严密的防范和预警效果;形成防止人员和小动物引发误报警的配置;对于监狱空间占用最小;由于不采用PC筒支架,设备的采购及运输费用也相应减少。是一种更优化的监狱周界预警防范应用解决方案。

图4监狱内周界预警系统红外线幕栏配置图