本发明专利技术公开了一种长距离周界安防定位与监控的装置和方法，所述装置包括光源模块、传感模块、探测模块、数据采集与处理模块以及无人机视频信息采集模块。同时还公开了一种应用于该装置的定位与监控方法，包括如下步骤：探测并采集信号，判断光信号的偏振状态，执行偏振控制算法，执行入侵行为判定，获取入侵信息，使用无人机采集入侵点视频。本发明专利技术将分布式光纤扰动传感技术与无人机视频监控技术进行合理的结合，同时使用偏振控制算法，入侵点定位算法和模式识别算法，适用于长距离野外环境的周界安防；同时充分利用无人机视频监控系统的优点，实现了入侵点及其周边区域的实时全方位视频监控。
【技术实现步骤摘要】
一种长距离周界安防定位与监控装置及其方法
本专利技术属于周界安防领域，特别涉及一种基于分布式光纤扰动传感与无人机联动的长距离周界安防定位与监控装置及其方法。
技术介绍
周界安防又称入侵监测、围栏监测。传统周界安防主要是指物理防范如围墙、栅栏、铁丝网等，现代周界安防主要是指利用入侵探测器替代人为巡逻的高技术含量的系统，常见的有电子脉冲/张力围栏、激光器/红外线对射系统、高墙上的电网以及微波雷达等等。但是这几种现代周界安防技术普遍存在防范距离有限、抗电磁干扰能力差、灵敏度较低、电力依赖性较高等特点，而国境线、石油输油管线和通信主干光缆等长距离周界安防场合，需要防范的距离长，并处于野外环境，由于难以供电或者因其输送物资的特殊性不能进行供电，因此不适用上述的这几种周界安全防范技术。分布式光纤扰动传感系统采用无源光波干涉技术实现对传感光缆上的扰动点进行探测，系统具有电力依赖性比较低、抗电磁干扰能力比较强以及环境耐受性和抗腐蚀性比较好等优良特性，可以在缺少有源器件、电磁环境复杂的野外环境下实现长距离周界安全防范，但是也存在影响光纤扰动传感系统的定位精度的因素，如光源线宽的展宽、单模光纤的双折射效应以及周围环境的相位噪声等。刘琨等人的《多防区光纤周界安防系统及入侵快速判定算法》(光电子·激光,2015,26(02):288-294)公开了一种基于每帧信号的过门限率、一组信号的报警帧个数和一组信号最大值和最小值的比值差异系数3个特征参量的入侵快速判定算法，降低了系统由于外界轻微扰动、风、雨等环境因素导致的误报，提高了系统的准确性和实时性。李鹏程等人的《基于FPGA的分布式光纤传感系统偏振控制研究》(中国激光,2018,45(05):229-235.)公开了一种基于改进的和声搜索(IHS)算法的偏振控制算法，该算法能够在短时间内调整系统偏振态，有效地改善了系统中的偏振退化和偏振相位漂移现象。CN208459615A公开了一种基于分布式光纤传感器的周界安防系统，以传感光纤作为传感介质，将各传感模块与监控中心连接，但该安防系统适于短距离安防监控，无法克服长距离带来的定位误差对系统效能的影响。CN109326070A公开了一种周界安防系统及其监测方法，其利用应力与振动效应的转换以及光纤对振动感应的探测提供了一种无源监测系统。但其仍适用于短距离安防。CN107277443A公开了一种大范围周边安全监控方法和系统，其通过建立入侵特征库，采集数据并进行入侵数据对比进行分析判断。虽然可以采取偏振控制和改进定位算法等一系列措施来提高系统的定位精度但仍然没办法完美解决长距离监控场景下定位误差所带来的问题，同时分布式光纤扰动传感系统只能对入侵行为进行入侵点定位和模式识别，无法实现对入侵点周围区域进行实时全方位的视频监控。现有的分布式光纤扰动与视频联动的周界安全监控系统，虽然可以在一定程度上弥补分布式光纤扰动传感系统长距离情况下定位误差对系统效能的影响，并且可以实现对入侵点的视频监控，但是该系统需要一整套的视频监控系统与其配套，成本较高，并且维护起来非常不便，还容易受到人为破坏，另外视频监控系统的灵活度不高，摄像机只能按照预先设置好的旋转角度进行旋转，无法实现对入侵点及其周边区域的全方位视频监控，存在监控盲区。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述
技术介绍
存在的缺陷，提供一种分布式光纤扰动传感系统与无人机视频监控系统结合起来的长距离周界安防定位与监控的装置及方法，本专利技术将分布式光纤扰动传感技术与无人机视频监控技术进行合理的结合，并融合偏振控制算法、入侵点定位算法、模式识别算法，适用于长距离野外环境的周界安防。本专利技术通过偏振控制算法解决长距离周界安防存在的偏振退化和相位漂移问题，通过入侵点定位算法和模式识别算法能够实现对非法入侵行为进行入侵位置定位、入侵模式识别，通过与无人机视频监控系统进行联动实现了入侵点及其周边区域的实时全方位视频监控。一种长距离周界安防定位与监控装置，包括光源模块、传感模块、探测模块、数据采集与处理模块以及无人机视频信息采集模块。其中：光源模块：包括窄线宽激光器和可调节衰减器，其中所述窄线宽激光器用于为所述传感模块提供稳定的窄线宽光信号，所述可调节衰减器用于衰减所述光源模块输出的光功率从而实现所述光源模块和所述传感模块之间的光功率匹配。传感模块：包括扰动信号传感光路和偏振控制组件；所述扰动信号传感光路包括耦合器构建的光纤双马赫-曾德干涉仪，用于探测传感链路上的扰动信号；所谓偏振控制组件包括设置在所述光纤双马赫-曾德干涉仪两臂上的偏振控制器和相位调制器，用于对光信号进行偏振控制。探测模块：用于探测传感模块输出的两路干涉光信号并将其转换成电压信号。数据采集与处理模块：用于采集探测模块输出的连续电压模拟信号将其离散量化为数字信号，判断信号的偏振状态，如果计算得到的信号反馈值大于预设值，使用传感模块对该光信号进行偏振控制，直至信号反馈值不大于预设值时，执行入侵行为判定，使用入侵点定位算法和入侵模式识别算法对采集的数字信号进行处理，得到入侵点的入侵信息，然后发送入侵信息至客户端。无人机视频信息采集模块：包括无人机，视频信息采集模块，电传模块和图传模块。接收到客户端的指令后，指示无人机飞向出现入侵行为的目标区域。无人机抵达发生入侵行为的目标区域后利用其搭载的视频信息采集模块对入侵点及其周围区域进行实时全方位的视频采集，并通过所述无人机视频信息采集模块的图传模块将视频信号实时传送至客户端。进一步的，所述入侵点的入侵信息包括侵点的位置坐标和入侵行为模式。本专利技术还提供一种应用于上述定位与监控装置的一种长距离周界安防定位与监控方法，包括：S1：探测并采集信号：持续探测传感模块输出的光信号并将其转换成电压信号，利用数据采集与处理模块从探测模块中采集一帧信号并离散量化为数字信号；S2：判断光信号的偏振状态：判断计算得到的信号反馈值是否大于预设值，如果信号反馈值大于预设值，执行步骤S3，否则执行步骤S4；S3：执行偏振控制算法，使用所述偏振控制器和所述相位调制器对光信号进行偏振控制，直至得到的信号反馈值不大于预设值，返回步骤S1；S4：执行入侵行为判定：使用入侵快速判定算法对采集到的信号进行分析，判断是否有入侵行为；如果判定所述信号不是入侵信号，返回步骤S1；如果判定为入侵信号，对采集到的信号执行入侵点定位算法和入侵模式识别算法；S5：计算入侵点的位置坐标和入侵行为模式信息，并传送至客户端；S6：接收客户端的指令，指示所述无人机飞向所述入侵点的位置坐标，在所述无人机抵达所述入侵点的位置坐标后，利用其搭载的视频信息采集模块对入侵点及其周围区域进行实时全方位的视频采集，并通过所述无人机视频信息采集模块的图传模块将视频信号实时传送至客户端。进一步的，步骤S2中的所述预设值为0.02。进一步的，在步骤S2“判断计算得到的信号反馈值是否大于预设值”中，所述信号反馈值的计算采用的公式如下：<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种长距离周界安防定位与监控的装置，包括光源模块、传感模块、探测模块、数据采集与处理模块以及无人机视频信息采集模块，其特征在于：/n光源模块：包括窄线宽激光器和可调节衰减器，其中所述窄线宽激光器用于为所述传感模块提供稳定的窄线宽光信号，所述可调节衰减器用于衰减所述光源模块输出的光功率从而实现所述光源模块和所述传感模块之间的光功率匹配；/n传感模块：包括扰动信号传感光路和偏振控制组件；所述扰动信号传感光路包括耦合器构建的光纤双马赫-曾德干涉仪，用于探测传感链路上的扰动信号；所谓偏振控制组件包括设置在所述光纤双马赫-曾德干涉仪两臂上的偏振控制器和相位调制器，用于对光信号进行偏振控制；/n探测模块：用于探测传感模块输出的两路干涉光信号并将其转换成电压信号；/n数据采集与处理模块：用于采集探测模块输出的连续电压模拟信号将其离散量化为数字信号，判断信号的偏振状态，如果计算得到的信号反馈值大于预设值，使用传感模块对该光信号进行偏振控制，直至信号反馈值不大于预设值时，执行入侵行为判定，使用入侵点定位算法和入侵模式识别算法对采集的数字信号进行处理，得到入侵点的入侵信息，然后发送入侵信息至客户端；/n无人机视频信息采集模块：包括无人机，视频信息采集模块，电传模块和图传模块；/n接收到客户端的指令后，指示无人机飞向出现入侵行为的目标区域，无人机抵达发生入侵行为的目标区域后利用其搭载的视频信息采集模块对入侵点及其周围区域进行实时全方位的视频采集，并通过所述无人机视频信息采集模块的图传模块将视频信号实时传送至客户端。/n...
【技术特征摘要】
1.一种长距离周界安防定位与监控的装置，包括光源模块、传感模块、探测模块、数据采集与处理模块以及无人机视频信息采集模块，其特征在于：
光源模块：包括窄线宽激光器和可调节衰减器，其中所述窄线宽激光器用于为所述传感模块提供稳定的窄线宽光信号，所述可调节衰减器用于衰减所述光源模块输出的光功率从而实现所述光源模块和所述传感模块之间的光功率匹配；
传感模块：包括扰动信号传感光路和偏振控制组件；所述扰动信号传感光路包括耦合器构建的光纤双马赫-曾德干涉仪，用于探测传感链路上的扰动信号；所谓偏振控制组件包括设置在所述光纤双马赫-曾德干涉仪两臂上的偏振控制器和相位调制器，用于对光信号进行偏振控制；
探测模块：用于探测传感模块输出的两路干涉光信号并将其转换成电压信号；
数据采集与处理模块：用于采集探测模块输出的连续电压模拟信号将其离散量化为数字信号，判断信号的偏振状态，如果计算得到的信号反馈值大于预设值，使用传感模块对该光信号进行偏振控制，直至信号反馈值不大于预设值时，执行入侵行为判定，使用入侵点定位算法和入侵模式识别算法对采集的数字信号进行处理，得到入侵点的入侵信息，然后发送入侵信息至客户端；
无人机视频信息采集模块：包括无人机，视频信息采集模块，电传模块和图传模块；
接收到客户端的指令后，指示无人机飞向出现入侵行为的目标区域，无人机抵达发生入侵行为的目标区域后利用其搭载的视频信息采集模块对入侵点及其周围区域进行实时全方位的视频采集，并通过所述无人机视频信息采集模块的图传模块将视频信号实时传送至客户端。
2.根据权项1所述的长距离周界安防定位与监控的装置，其特征在于，所述入侵点的入侵信息包括侵点的位置坐标和入侵行为模式。
【专利技术属性】
技术研发人员：刘琨，刘铁根，江俊峰，徐中原，张立旺，马鹏飞，李鹏程，丁振扬，孙振世，安建昌，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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