Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Волоконно-оптические технологии в системах видеонаблюдения и охраны периметра

В рубрику "Охранная и охранно-пожарная сигнализация, периметральные системы" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

В.И. Щербина
К.т.н., старший научный сотрудник

Ю.А. Русанов
К.ф.-м. наук

Волоконно-оптические технологии в системах видеонаблюдения и охраны периметра

Сегодня волоконная внедряется в системы охраны объектов с протяженными многокилометровыми периметрами, с высоким уровнем электромагнитных помех техногенного и природного происхождения. Для подобных объектов характерно использование волоконной оптики в системах охранного телевидения в комплексе с применением периметральных волоконно-оптических систем охранной сигнализации. В настоящей статье рассматривается комплексное применение волоконно-оптических технологий в системах охраны

Преимущества ВОЛС

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) по сравнению с обычными кабельными линиями обладают иными параметрами и потребительскими свойствами (табл. 1).

Преимущества волоконно-оптических средств передачи сигналов, помимо высококачественной передачи сигналов, состоят в большой дальности передачи без ретрансляторов, нечувствительности к электрическим, магнитным и электромагнитным помехам и грозовым разрядам, отсутствии излучения в пространство. Они отличаются высокой надежностью, большим сроком службы (оптическое волокно не окисляется) и неприхотливостью в эксплуатации. При оценке стоимости волоконно-оптических каналов связи по сравнению с каналами с использованием медных линий в системах замкнутого телевидения и охраны периметра при прочих равных условиях следует учитывать не только стоимость передатчиков, приемников и кабелей, но и стоимость других составляющих каналов связи, в том числе:

  • стоимость промежуточных ретрансляторов для передачи сигналов по медным кабелям с должным качеством;
  • стоимость источников питания к ретрансляторам, включая стоимость погодозащитных кожухов для источников питания и стоимость питающих линий;
  • стоимость средств заземления оборудования для защиты от поражения электрическим током и защиты от помех;
  • стоимость защиты оборудования от атмосферного электричества;
  • стоимость закладных металлических труб или экранирующих лотков, препятствующих несанкционированному съему информации с кабелей.

Расчеты показывают, что в диапазоне длин соединительных линий от 100 м до 1 км стоимость каналов связи с использованием витой пары почти вдвое (1,85-1,95) ниже стоимости каналов с использованием волоконно-оптических линий. При увеличении длин линий до 1,5 км стоимость этих каналов почти уравнивается, правда, без гарантии сохранения качества сигнала в случае применения витой пары даже в отсутствие внешних помех, в то время как применение оптоволоконной линии обеспечивает качественный сигнал, независимый от внешних воздействий. Следует отметить, что стоимость волоконно-оптических камерных каналов с использованием оборудования отечественного производства в три-пять раз меньше стоимости аналогичных каналов иностранных производителей, а качество передачи сигналов и надежность оборудования для этих каналов одинаковы.

Рекомендуемые области применения ВОЛС

В охранных системах волоконно-оптические линии связи не имеют альтернативы в случаях:

  • передачи телевизионных и иных сигналов по кабелю на большие расстояния (от 1,5 до 10 км);
  • прокладки линий передач ТВ и служебных сигналов открытым способом (воздушной линией, в лотках, по оградам, стенам зданий и т.п.) при наличии источников помех (радиопередатчики, линии электропередач, электростанции, трансформаторные подстанции, электромеханизмы и агрегаты, транспорт и энергоемкое оборудование, бытовая техника);
  • прокладки линий в местности с высокой грозовой активностью;
  • необходимости в защите информации от несанкционированного доступа.


Основные принципы применения оптоволокна в системах охраны периметра

Оптическое волокно - основа любого волоконно-оптического кабеля. Состоит оно из внутреннего слоя с высоким показателем преломления (сердечника), наружного слоя с низким показателем преломления и защитной оболочки (рис. 1).

Свет распространяется во внутреннем слое, претерпевая полное внутреннее отражение на границе слоев. В одномодовых волокнах (рис. 2, а) с тонким (7-9 мкм) сердечником реализуется режим распространения одной моды (одного типа световой волны).

Многомодовые волокна (рис. 2, б) с сердечником большего размера (50 мкм и более) дают возможность использовать многие типы световых волн, поскольку возможны различные оптические пути (1, 2, 3). В терминах лучевой оптики это означает возможность отражения луча под различными углами на границе раздела внутреннего и наружного слоев. Для передачи сигналов по магистральным линиям связи на расстояния от нескольких десятков до сотен километров используют одномодовые волокна. При передаче сигналов на расстояние до 10 км могут быть использованы многомодовые волокна.

Типовая схема волоконно-оптической линии связи содержит (рис. 3, а):

  • передатчик 1 с полупроводниковым лазером для цифровой (как правило) передачи данных в одномодовых линиях или светоизлучающий диод для передачи в многомодовых линиях;
  • кабель 2 с несколькими (до 64) оптическими волокнами;
  • фотоприемник 3 - преобразователь света в электрический сигнал.

Сенсорные свойства оптического волокна обусловлены тем, что структура световой волны в волокне чрезвычайно восприимчива к внешним воздействиям, которые могут модулировать амплитуду, фазу, модовый состав или поляризацию волны. В волоконнооптических сенсорных системах происходит анализ этих характеристик и получение в результате демодуляции и обработки сигнала данных о воздействии на оптическое волокно или на несущую среду, с которой оптическое волокно жестко связано.

Конструкций волоконно-оптических сенсорных систем в настоящее время известно достаточно много. Наиболее распространены системы, эксплуатирующие модульный принцип, то есть состоящие из типовых структурных единиц, выполняющих функции связи и оповещения. Такая единица (модуль) содержит (рис. 3, б):

  • лазерный передатчик;
  • нечувствительный к воздействию волоконно-оптический кабель (кабель связи),
  • волоконно-оптический сенсорный кабель;
  • фотоприемник - преобразователь света в электрический сигнал.

Как видно из рис. 3, а и 3, б, формальные структуры линии связи и сенсорного устройства полностью совпадают. Благодаря этому все основные технологические операции по монтажу волоконно-оптических систем передачи данных и волоконно-оптических сенсорных систем оказываются одинаковыми. Для их реализации используют стандартные решения, материалы и инструменты, широко представленные на мировом и отечественном рынках.


Волоконно-оптические технологии в системе охранного телевизионного наблюдения

Типовая система охранного телевизионного наблюдения (рис. 4) содержит: набор телевизионных камер 6, камерные каналы, состоящие из передатчиков 1, линий передачи 2, 3, 4 и приемников телевизионных сигналов 5, а также оборудование коммутации, обработки, хранения телевизионных сигналов 7 и устройства отображения 8. Муфты 3 служат для выделения из волоконно-оптического кабеля 4 отдельных оптических волокон 2 с целью их подключения к передатчикам и приемникам. Оптические волокна соединяют либо с помощью оптических разъемных соединителей, либо путем сварки волокон встык.

Волоконно-оптические технологии в системе охранной сигнализации периметра

Схема волоконно-оптической системы охранной сигнализации периметра показана на рис. 5. В каждой зоне охраны к ограждению жестко крепится сенсорное волокно, формирующее вдоль зоны охраны своеобразную петлю 2с. Оптический сигнал от передатчика 1 через петлю сенсора передается на приемник 5. Волоконно-оптические линии передачи сигналов 2, 3, 4 образуются так же, как и в системе охранного телевидения. В случае попытки преодоления ограды нарушителем в ней возникают вибрации, которые по конструкциям ограждения передаются сенсорному кабелю и вызывают деформации оптического волокна. Это приводит к модуляции параметров световых волн и изменению режимов их распространения. В системе обработки 9, содержащей элементы искусственного (обучаемого) интеллекта, в режиме реального времени происходит выделение в принимаемом сигнале классификационных признаков воздействия на охраняемое ограждение. В случае распознавания признаков вторжения формируется сигнал тревоги, который отображается на индикаторах 10 или поступает в другие охранные системы.

Интегрированная система охраны периметра

Цели любой охранной системы состоят в раннем обнаружении опасного события, локализации его места, времени и характера, сигнализации, инициировании мер, препятствующих развитию угрозы, документировании и представлении материалов для профилактики подобных событий в будущем. Этих целей можно добиться лишь комбинацией или интеграцией систем, основанных на различных физических принципах. Так, удачным решением является объединение системы охранной сигнализации периметра и системы охранного телевизионного наблюдения.

На рис. 6 показано интегрирование этих двух систем с использованием однородных или общих элементов - волоконно-оптических кабелей. На каждую зону охраны периметра приходится несколько зон телевизионного наблюдения.

При контакте нарушителя с оградой в одной из зон в системе охраны периметра формируется сигнал тревоги, поступающий в систему телевизионного наблюдения и на пульт охраны, чтобы привлечь внимание оператора. Сигнал переводит телевизионную систему в режим записи изображений в реальном времени от тех камер, которые обслуживают потревоженную зону периметра. Одновременно эти изображения появляются на главных видеомониторах, что позволяет оператору ясно видеть развитие события в реальном времени и предпринять адекватные действия. Наличие буферной памяти в системе телевизионного наблюдения позволяет зафиксировать на носителе записи событие не после появления сигнала тревоги, а с более раннего момента времени, еще до контакта нарушителя с оградой. Записанный сигнал (вместе с номером камеры, датой, временем и другой служебной информацией) используется для последующего анализа события с целью разработки профилактических мероприятий. В отдельных случаях он может быть использован как доказательство в суде.


Монтаж волоконно-оптической системы - это просто

Волоконно-оптический кабель прочен, легок, гибок, и его легко прокладывать всеми известными способами (в закладных трубах, лотках, вдоль несущих конструкций, по воздуху, в земле).

Несмотря на множество преимуществ применения ВОЛС, настороженное отношение монтажников к освоению перспективных средств связи все еще существует, и естественная боязнь нового здесь ни при чем. Главная, может быть, причина этих опасений заключается в отсутствии информированности о порядке технологических операций и о необходимых для монтажа волоконно-оптических кабелей в полевых условиях инструментах и приборах.

На самом деле при монтаже любой волоконно-оптической системы на объекте происходит следующее.

Операция 1. Укладка и крепление кабеля

Оптический кабель разматывают и укладывают либо в грунт, либо в лотки или в трубы или прикрепляют хомутами или стяжками к конструкции ограждения согласно проекту.

Операция 2. Соединение волоконно-оптических кабелей между собой

Соединение оптических кабелей при монтаже в полевых условиях в настоящее время осуществляют с помощью специальной сварки. При сварке с применением любого современного аппарата процесс полностью автоматизирован и монтажнику надо всего лишь подготовить кабель к сварке. Существуют наборы инструментов для разделки кабеля, но можно обойтись просто перочинным ножом и бокорезами. Затем уже оголенное оптическое волокно с помощью специального приспособления ("стриппера") очищают от лака и ломают точно поперек особым скалывателем. (Лет 10 назад в России умельцы очищали волокно лезвием бритвы, а скалывали кусочком победита.) Подготовленные таким образом концы волокон закладывают в аппарат. Процедуру сварки можно контролировать на экране ЖК-дисплея: нажимаем кнопку и... сварка завершена. Аппарат откажется сваривать неочищенное, грязное или не правильно сколотое волокно. Обычная пайка медных проводов требует куда более серьезных профессиональных навыков.

Операция 3. Защита соединенных сваркой оптических волокон и разделанного кабеля

Для защиты используются муфты - герметизируемые емкости, предназначенные для укладки оголенных волокон и закрепления сваренных стыков, а также для закрепления силовых элементов кабелей. Инструкция по монтажу, как правило, прилагается - достаточно уметь читать, чтобы научиться монтировать муфты на профессиональном уровне. По завершении монтажа муфту закрывают и крепят или укладывают в землю в зависимости от способа прокладки.

Операция 4. Разделка волоконно-оптического кабеля в помещении охраны и сварка с монтажными кабелями

Монтажные кабели заранее оснащаются оптическим разъемом с одного конца для стыковки между собой или с аппаратурным разъемом. Процессы разделки и сварки происходят аналогично операции 3, с тем лишь отличием, что сваренные стыки помещают не в муфту, а в железный ящик, называемый кроссом.

Набор необходимых инструментов, включая специальные салфетки и спирт, можно приобрести в различных фирмах. Авторам статьи из собственной практики известно, что все необходимые элементы, в том числе муфты и специнструменты, обычно входят в комплект поставки периметральных волоконно-оптических систем охран-ной сигнализации. Сварочный аппарат стоит порядка 10-15 тыс. у.е., но аппарат б/у, ресурса которого хватит на всю жизнь (менять приходится только электроды), стоит около 5 тыс. у.е. Все цены и номенклатура изделий широко представлены в сети Интернет


Заключение

Оптическое волокно как среда распространения электромагнитных сигналов имеет множество преимуществ перед медными кабелями и постепенно вытесняет их из традиционных сфер применения.

Волоконно-оптические технологии интенсивно внедряются в системы безопасности как для передачи сигналов на большие расстояния, так и в качестве распределенных сенсорных датчиков вибраций.

Активному внедрению этих технологий в нашей стране и за рубежом способствует наличие на мировом и отечественном рынках широкого спектра волоконно-оптических кабелей, электронной аппаратуры и инструментов для разделки/монтажа волоконно-оптических кабелей в полевых условиях, не требующих высокой квалификации монтажников. К безальтернативным случаям применения волоконно-оптических технологий в сфере средств безопасности относятся случаи защиты объектов с протяженными периметрами, объектов со сложной электромагнитной обстановкой, объектов в зонах с повышенной грозовой активностью.

Волоконно-оптические средства легко интегрируются друг с другом, что увеличивает степень защищенности объектов от угроз.

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #4, 2004
Посещений: 16756

  Автор

Щербина В. И.

Щербина В. И.

К.т.н., старший научный сотрудник

Всего статей:  4

  Автор

Русанов Ю. А.

Русанов Ю. А.

К.ф.-м. наук

Всего статей:  6

В рубрику "Охранная и охранно-пожарная сигнализация, периметральные системы" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций