摘要：振動光纜能夠?qū)崟r監(jiān)測LNG廠區(qū)邊界的任何振動或震動。這些振動可能來自于非法入侵者的行為，如試圖越過邊界圍墻或其他未經(jīng)授權(quán)的活動。振動光纜能夠敏銳地捕捉到這些細(xì)微的變化，并立即啟動報警系統(tǒng)。振動光纜作為LNG廠區(qū)邊界報警的重要部分，提供了高效、敏感和實(shí)時的監(jiān)測手段，幫助防范潛在威脅，保障廠區(qū)的安全運(yùn)行，該文就此進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：振動光纜；LGN廠區(qū)；周界報警

doi：10.3969/J.ISSN.162-7274.2024.07.061

中圖分類號：TN 818 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編碼：1672-7274（2024）07-0-03

The Application of Vibration Optical Cable in the Perimeter Alarm of LNG Plant Area

ZHUANG Lixian

（CNOOC Information Technology Co.， Ltd.， Shenzhen 518000， China）

Abstract： Vibration optical cables can monitor any vibration or vibration at the boundary of the LNG plant area in real time. These vibrations may come from the actions of illegal intruders， such as attempting to cross boundary walls or other unauthorized activities. The vibrating optical cable can sensitively capture these subtle changes and immediately activate the alarm system. As an important part of the LNG plant boundary alarm， vibration optical cables provide efficient， sensitive， and real-time monitoring methods to help prevent potential threats and ensure the safe operation of the plant. This article conducts research on this topic.

Keywords： vibration optical cable; LGN factory area; perimeter alarm

1 研究背景

液化天然氣（LNG）因其易燃易爆的特性，決定了其安全管理中的重要性。通常情況下，LNG廠區(qū)往往建立在人口稀疏的地方，這樣的選擇是基于對潛在安全風(fēng)險的考量，同時也是為了降低潛在的人員傷亡和財產(chǎn)損失。因此，LNG廠區(qū)的周界防范成為管理者極為重視的一項安全措施。LNG廠區(qū)的周界防范涉及多方面的安全措施和防范機(jī)制。首先是建立嚴(yán)密的安全圍墻和監(jiān)控系統(tǒng)，確保廠區(qū)的邊界得到有效的隔離和管控。這可能包括高墻、柵欄、安全門等物理障礙，以及監(jiān)控攝像頭、紅外線探測器、入侵報警系統(tǒng)等現(xiàn)代化安防設(shè)備的配置。通過多重層面的安全措施和周到的管理，最大限度地降低潛在的安全風(fēng)險，確保人員和財產(chǎn)的安全。

振動光纜不受雷電、電磁干擾以及無線電頻率的影響。這種抗干擾性使得系統(tǒng)在復(fù)雜多變的環(huán)境中能夠持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，保持高度可靠性。其次，振動光纜周界報警系統(tǒng)具備高探測率和低誤報率的特點(diǎn)。系統(tǒng)對于周邊環(huán)境的入侵或異常振動有高度敏感性，能夠快速準(zhǔn)確地識別潛在威脅，同時避免誤報，確保對真正異常情況的快速響應(yīng)。不論是在高溫、低溫、高濕度或者其他極端條件下，振動光纜周界報警系統(tǒng)都能保持良好的工作狀態(tài)。振動光纜周界報警系統(tǒng)的故障率較低，這意味著系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行而無需頻繁的維修。為此，本文對振動光纜在LNG廠區(qū)周界報警中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

2 振動光纜工作原理

振動光纜系統(tǒng)是一種基于光學(xué)原理的安全監(jiān)測系統(tǒng)，其基本原理涉及光纖傳感技術(shù)和光學(xué)信號處理。這種系統(tǒng)由一根或多根光纖組成，通過利用光信號在光纖中傳播的特性來監(jiān)測外部環(huán)境的振動情況。這種光纖一般分為兩部分：感應(yīng)纖和接收纖。感應(yīng)纖內(nèi)部包含著光纖的核心和包層，而接收纖則負(fù)責(zé)接收和解析傳感纖傳來的信號。當(dāng)系統(tǒng)工作時，光纖內(nèi)部傳輸?shù)墓庑盘枙艿酵獠凯h(huán)境的振動影響。這些振動會導(dǎo)致光纖內(nèi)部的折射率發(fā)生變化，進(jìn)而改變光信號的傳輸路徑或頻率。這樣的變化會被感應(yīng)纖捕捉到，并轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的光學(xué)信號。這些變化后的光學(xué)信號會通過接收纖傳輸?shù)较到y(tǒng)的接收端，接收端內(nèi)部的光學(xué)傳感器會解析這些信號的變化。系統(tǒng)會對接收到的光學(xué)信號進(jìn)行處理，根據(jù)振動對光信號的影響來識別外部環(huán)境的振動類型、強(qiáng)度和方向[1]。其基本原理如圖1所示。

圖1 振動光纜工作原理

在基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，可以組成振動光纜系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 振動光纜基本結(jié)構(gòu)

如圖2所示，振動光纜系統(tǒng)可以分為前端和后端兩個主要部分。前端包括通信光纜、傳感光纜、防區(qū)控制器和光終端。而后端則由防區(qū)型主機(jī)、繼電器聯(lián)動模塊、工控機(jī)和相應(yīng)的軟件組成。每個組件都在系統(tǒng)的運(yùn)行中扮演著特定的角色。前端的通信光纜負(fù)責(zé)將傳感器采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)內(nèi)部。這些通信光纜不僅僅傳輸光學(xué)信號，還可能承載著其他控制和數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。傳感光纜則是系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)感知外部環(huán)境的振動情況，并將這些信號轉(zhuǎn)換成光學(xué)信號傳送到系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行進(jìn)一步處理。防區(qū)控制器在前端起到連接和控制傳感光纜的作用，確保光學(xué)信號的有效采集和傳輸。光終端則是將傳感器捕獲的信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的裝置。后端的防區(qū)型主機(jī)是系統(tǒng)的核心控制單元，負(fù)責(zé)接收、解析和處理從前端傳來的信號。繼電器聯(lián)動模塊則根據(jù)主機(jī)的指令，控制著系統(tǒng)的響應(yīng)動作，比如觸發(fā)警報或激活其他安全機(jī)制。工控機(jī)作為數(shù)據(jù)處理和存儲的中心，對傳感器采集的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，并能提供操作界面供人員交互使用。系統(tǒng)所需的軟件包括對數(shù)據(jù)的處理、分析、存儲以及對系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控和管理等功能。這些前端和后端的組件構(gòu)成了一個完整的振動光纜系統(tǒng)，通過各個部分的協(xié)調(diào)配合，能夠?qū)崿F(xiàn)對周邊環(huán)境振動的精準(zhǔn)監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集、處理和響應(yīng)，確保了對潛在威脅的及時感知和快速響應(yīng)[2]。

3 基于振動光纜的LNG廠區(qū)周界報警系統(tǒng)架構(gòu)

LNG（液化天然氣）廠區(qū)的設(shè)計需要多方面的安全防護(hù)措施，包括防止入侵、防盜和防止破壞等。首先，針對廠區(qū)安全，多層防護(hù)是至關(guān)重要的。這包括物理防范措施，如圍墻、柵欄、安全門、道路隔離等，用以限制未經(jīng)授權(quán)人員或車輛的進(jìn)入。此外，還可以采用智能監(jiān)視和監(jiān)控系統(tǒng)，如閉路電視（CCTV）監(jiān)控、紅外線傳感器、智能報警設(shè)備等，對周界和重要區(qū)域進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和預(yù)警。其次，針對易燃易爆性質(zhì)，智能化的系統(tǒng)結(jié)合監(jiān)視監(jiān)控與周界報警是必不可少的。這種智能系統(tǒng)結(jié)合了人防和技防，能夠?qū)崿F(xiàn)對廠區(qū)內(nèi)外環(huán)境的全面監(jiān)測。周界報警系統(tǒng)可以通過振動光纜、紅外傳感器或其他感應(yīng)裝置，對廠區(qū)周邊進(jìn)行高效監(jiān)控，一旦檢測到任何異常情況，能夠快速觸發(fā)警報，以及時應(yīng)對潛在的威脅。此外，針對燃?xì)鈴S區(qū)的特殊需求，應(yīng)考慮采用氣體檢測系統(tǒng)，實(shí)時監(jiān)測氣體泄漏情況，及時發(fā)出警報并采取應(yīng)對措施，以最大限度地保護(hù)人員和設(shè)施安全?？傮w而言，對于LNG廠區(qū)，從物理防范到智能化監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，通過多手段的綜合應(yīng)用，可以提高廠區(qū)安全防范級別，降低風(fēng)險，確保人員和設(shè)施的安全。其物理結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 振動光纜LNG廠區(qū)周界報警系統(tǒng)物理架構(gòu)

如圖3所示，該系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)包含了多個關(guān)鍵組件，每個組件都在確保儲罐區(qū)域安全方面發(fā)揮著重要作用。首先，光學(xué)振動感應(yīng)系統(tǒng)是系統(tǒng)的核心部分，它利用光學(xué)原理來感知并轉(zhuǎn)換外部環(huán)境的振動情況。感應(yīng)光纜作為傳感器的載體，被布設(shè)在儲罐區(qū)域的圍墻上，持續(xù)地監(jiān)測著壓力、振動等情況。這種系統(tǒng)具有高靈敏度和實(shí)時性，一旦檢測到任何異?；顒?，即刻發(fā)出預(yù)警信號。警報信號觸發(fā)后，與視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動，監(jiān)控攝像頭立即對可能受到入侵的區(qū)域進(jìn)行監(jiān)視。同時，系統(tǒng)利用預(yù)先設(shè)置在場區(qū)的交換機(jī)傳輸信號，或者通過光纜傳輸信號以覆蓋較長距離，確保警報信息快速、穩(wěn)定地傳送至監(jiān)控中心的以太網(wǎng)系統(tǒng)。在監(jiān)控中心，安全人員可立即收到警報信息，并通過全面監(jiān)控平臺展示的實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行快速、精準(zhǔn)的決策。系統(tǒng)不僅僅提供了實(shí)時監(jiān)控和預(yù)警功能，還是一套集成了技防和人防的智能化安全系統(tǒng)。它的設(shè)計不僅僅是為了應(yīng)對入侵，也考慮了各種可能的安全威脅，包括盜竊、破壞等。通過多重防線和全面監(jiān)控平臺的配合，系統(tǒng)能夠及時發(fā)現(xiàn)、定位并響應(yīng)任何潛在威脅，最大限度地保障了儲罐區(qū)域的安全運(yùn)行。這種系統(tǒng)設(shè)計的核心目標(biāo)是確保在高風(fēng)險環(huán)境下，能夠迅速、有效地應(yīng)對各種潛在威脅，保護(hù)儲罐區(qū)域的安全穩(wěn)定[3]。根據(jù)LGN廠區(qū)的特點(diǎn)，系統(tǒng)的基本基本架構(gòu)如圖4所示。

圖4 振動光纜LNG廠區(qū)周界預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

振動光纖周界報警系統(tǒng)是由多個關(guān)鍵組件構(gòu)成的，包括探測端和通信端，以及管理端。探測端包括多防區(qū)報警信號采集處理設(shè)備、防區(qū)分割包、終端盒和振動光纜。通信端可以采用第三方485總線模塊或局域網(wǎng)絡(luò)。管理端則包括周界報警系統(tǒng)軟件、第三方標(biāo)準(zhǔn)報警主機(jī)平臺和大型集成系統(tǒng)平臺。周界報警系統(tǒng)的主要功能在于有效地探測和識別非法入侵。它具備在各種環(huán)境、氣候和地貌特征下工作的能力，并能可靠地應(yīng)對各種突發(fā)狀況。一旦發(fā)生警情，系統(tǒng)會利用先進(jìn)的特征分析技術(shù)對入侵信號進(jìn)行分析。

報警信號采集處理設(shè)備在振動光纖周界報警系統(tǒng)中扮演著核心角色，其主要職責(zé)是捕獲振動傳感光纜因外部力量振動而產(chǎn)生的光信號，并對這些信號進(jìn)行精確的分析和處理。這一設(shè)備能夠提取信號的特征值，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸將這些數(shù)據(jù)傳送至工控機(jī)，以供進(jìn)一步的深入分析和處理。設(shè)備內(nèi)部采用了模塊化設(shè)計，這樣的設(shè)計使得維護(hù)工作變得更加簡單和方便。模塊化結(jié)構(gòu)使得設(shè)備內(nèi)部各組件可以相對獨(dú)立地運(yùn)作和維護(hù)，當(dāng)需要維修或更換某一模塊時，可以迅速而精確地進(jìn)行操作，不會影響到整體系統(tǒng)的運(yùn)行。針對工作環(huán)境中可能存在的極端寒冷情形，報警信號采集處理設(shè)備內(nèi)部還配備了自加熱模塊。這個模塊的作用是確保采集器內(nèi)部的溫度能夠保持在一個恒定的水平。在低溫環(huán)境下，這樣的設(shè)施可以防止設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)結(jié)冰導(dǎo)致性能受損，保障了設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。

同時，通過第三代環(huán)境智能模式分析技術(shù)，系統(tǒng)能夠過濾和屏蔽誤報信號，降低系統(tǒng)的誤報率。此外，系統(tǒng)還能夠迅速將報警信號傳輸?shù)娇刂浦行模⒂|發(fā)報警信號。它能夠與現(xiàn)場的攝像機(jī)、廣播和照明等設(shè)備聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場情況的多方位監(jiān)控和處理。這種系統(tǒng)不僅能夠發(fā)出警報，還能夠在探測到入侵情況時立即采取行動，提高了周界區(qū)域的安全保障水平，為建立周全的安全防護(hù)提供了重要支持。

4 結(jié)束語

振動光纜能夠?qū)崟r監(jiān)測LNG廠區(qū)邊界的任何振動或震動。這些振動可能來自于非法入侵者的行為，如試圖越過邊界圍墻或其他未經(jīng)授權(quán)的活動。振動光纜能夠敏銳地捕捉到這些細(xì)微的變化，并立即啟動報警系統(tǒng)。振動光纜作為LNG廠區(qū)邊界報警系統(tǒng)的重要組成，提供了高效、敏感和實(shí)時的監(jiān)測手段，可幫助防范潛在威脅，保障LNG廠區(qū)的安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉志偉，尚盈，王晨．基于多維空間數(shù)據(jù)融合算法的分布式光纖振動管道泄漏監(jiān)測技術(shù)[J]．激光與光電子學(xué)進(jìn)展，2023，3（9）：93-96．

[2] 張均偉，藍(lán)波，黃嘉庚．基于分布式光纖傳感的光纜防外破監(jiān)測研究[J]．光通信研究，2022，1（5）：5-10．

[3] 牟越．分布式光纖振動傳感系統(tǒng)在長輸管道防挖掘破壞的應(yīng)用[J]．石化技術(shù)，2022，29（10）：192-193．