泄漏电缆周界入侵信号检测方法及仿真研究

基于CNN的泄漏电缆入侵检测定位算法随着社会的发展和技术的不断更新，人们对于电力系统的安全性能要求也越来越高。

在电力系统中，泄漏电缆入侵是一种十分危险的情况，一旦发生可能会导致严重的事故，危害人们的生命财产安全。

如何及时准确地检测和定位电缆泄漏入侵成为了一个迫切解决的问题。

本文将介绍一种基于卷积神经网络（CNN）的泄漏电缆入侵检测定位算法，以提高电力系统的安全性能和保障人们的生命财产安全。

一、泄漏电缆入侵检测方法传统的电缆泄漏入侵检测主要采用传感器技术，通过安装各种传感器设备来实现对电缆系统的监测。

但是这种方法存在着不足，比如传感器的灵敏度和准确性可能不够高，同时需要大量的人力物力进行监测和维护，成本较高。

随着深度学习技术的发展，基于图像识别和处理的方法逐渐被引入到泄漏电缆入侵检测领域中。

二、基于CNN的泄漏电缆入侵检测定位算法基于CNN的泄漏电缆入侵检测定位算法包括两个步骤：图像处理和深度学习模型训练。

通过摄像头或红外线摄像头获取电缆系统的图像，并对这些图像进行预处理，包括图像去噪、边缘检测、图像分割等操作，以提高图像数据的质量和准确性。

然后，将处理后的图像数据作为输入，利用卷积神经网络进行训练，以实现对泄漏电缆入侵的检测和定位。

在训练过程中，通过大量的电缆系统图像数据来训练CNN模型，使其学习到电缆系统正常状态和泄漏入侵状态的特征，从而能够在未知数据上进行准确的检测和定位。

对于检测到的泄漏入侵，可以通过算法给出泄漏入侵的位置信息，以帮助工作人员及时进行处理和维修。

该算法的优势在于：通过深度学习技术可以提高对电缆系统图像数据的处理和分析效率，实现对泄漏入侵的自动检测和定位；卷积神经网络能够从大量的数据中学习并提取特征，从而在未知数据上进行准确的泄漏入侵检测；该算法减少了对传感器设备的依赖，降低了监测和维护的成本。

三、实验结果与分析为了验证基于CNN的泄漏电缆入侵检测定位算法的有效性，我们进行了一系列的实验。

固界入侵报警系统漏泄电缆技艰探讨■文/王刚焦作铁路电缆有限责任公司随着国民经济的快速发展和科学技术的曰益进步，各个国家对边境线、高铁沿线、机场、军事 基地、监狱、博物馆等区域的安全问题越来越重视。

“十三五”以来，中国铁路基础设施建设投资 每年都在8000亿元以上，基本形成了“八纵八横”的高铁网络，使更多的中国人进入了“高铁时代”。

这五年来，中国高铁成为“抢手货”，作为中国的一张亮丽名片，也由此驶向更多“一带一路”沿 线国家。

高铁运营里程的快速增长对周界安防的需求越来越大，但现有的安防设备难以满足需求，部分高铁沿线存在较大隐患，非法入侵和穿越时有发生，对高铁的稳定安全运行造成严重威胁，为此铁路部□也在积极采取措施，解决高铁沿线的周界安防问题。

一、背景介绍目前应用于这些区域的周界入侵报警系统 主要有：红外探测报警、电子围栏报警、微波 雷达报警、视频监控、光纤振动探测等。

这些 周界安防报警系统普遍存在着隐蔽性差、易受 雨雪天气、地形及地质环境的影响、漏报率和 误报率高的缺陷。

近年来，随着漏泄电缆技术 在各个领域的广泛应用，基于漏泄电缆的周界入侵报警定位技术也很好地解决了上述周界安防报警技术存在的问题。

基于漏泄电缆的周界入侵报警定位技术是主要随着军事、高铁沿线安防的迫切需求而逐步发展起来的一种新型的周界入侵报警探测技术。

它通过间距1~ 1.5m的两根平行埋地敷设的漏泄电缆进行电磁波信号的发射与接收，在埋地漏泄电缆的周围产生一个无形的雷202104 --■/(»达探测场，一旦入侵者进入探测场该系统就会发出 警报，并指示出入侵者的精确位置。

对于基于漏泄 电缆的周界入侵报警探测系统而言，提高入侵报警 定位的精度、减小漏报或误报率等性能优化至关重 要，除了报警探测器硬件设计和信号处理技术外， 漏泄电缆性能的好坏也非常重要，它直接影响到周 界入侵报警探测系统信号是否能被探测器捕获和信 号得到进一步处理，以及捕获后的信号受外界环境 (如：土壤潮湿程度、砂石、雨雪等影响程度）。

基于CNN的泄漏电缆入侵检测定位算法泄漏电缆入侵是指未授权的人员或外界势力通过非法手段进入电缆通道，窃取或干扰其中的数据或能源。

为了保护电缆通道的安全，需要开发有效的入侵检测和定位算法。

当前，卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN）在图像识别、目标检测等领域已经取得了很大的成功。

可以应用CNN来构建泄漏电缆入侵检测定位算法。

获取电缆通道的图像数据。

可以利用摄像头等设备对电缆通道进行实时监控，将图像数据收集下来。

可以将泄漏电缆入侵问题看作是目标检测问题，将入侵者作为目标进行检测。

对图像数据进行预处理。

可以对图像进行灰度化处理，降低计算复杂度。

还可以进行图像增强处理，提升图像质量，增强入侵者的特征。

然后，构建CNN模型进行特征提取和分类。

通过多个卷积层和池化层，提取图像中的特征。

可以设计卷积核来捕捉入侵者的特定特征，如颜色、形状等。

然后，通过全连接层进行分类，判断图像中是否存在入侵者。

接着，对检测到的入侵图像进行定位。

可以使用滑动窗口的方法，在图像中不同位置进行检测，找到入侵者所在的位置。

也可以利用物体检测算法，如YOLO算法等，直接定位入侵者的位置。

评估算法的性能。

可以使用真实的入侵数据进行测试，计算算法的准确率、召回率等指标。

根据评估结果，优化算法的参数和结构，提高算法的性能和稳定性。

基于CNN的泄漏电缆入侵检测定位算法是一种有效的解决方案。

通过应用CNN模型，可以有效地提取图像特征，实现对入侵者的检测和定位。

这种算法在保护电缆通道安全方面具有重要的应用价值。

泄漏电缆在周界报警装置中的应用泄漏电缆的特性设计了一种可以对指定区域进行监视的装置它适用于对大范围或地形复杂的区域。

进行周界防范该种周界报警装置是将感应电缆埋地安装利用其电磁场形成一堵无形的围墙随时警戒区域的周界。

电缆参数搭建了报警装置的实验电路当有人通过泄漏同轴电缆时可以检测到信号的变化同时验证了泄漏同轴电缆应用于周界防越报警的可行性。

随着社会的发展公共设施的安全防盗问题越来越被人们所重视。

如何加强油井、博物馆等场所的防盗是近年来的一个热门话题，随之而来的各种报警装置应运而生，周界报警装置作为一种有效的防盗方案得到了广泛的应用。

美国等西方国家使用泄漏电缆进行周界报警已经有三十多年的历史。

这种报警装置使用的基本方法是将一段作为发射源的泄漏电缆浅埋于地下距其以内并行。

埋设另一根泄漏电缆作为信号的接收装置，当有人跨越处于工作状态的发射源电缆时引起了电磁场变化而触发报警装置从而实现对同轴电缆所包围的区域的实时监控。

泄漏电缆主要应用于通讯系统人们用其导引电磁波在隧道等复杂地段传送电磁波信号本文主要采用泄漏同轴电缆作为感应器件分析、设计了一种周界报警装置。

装置的结构和原理泄漏电缆的工作原理当有人跨越泄漏同轴电缆正上方区域时报警装置也同时被启动并将报警信号送至中央控制室。

在铺设电缆时由于检测的有效距离有限因而可以采用电缆重叠铺设的方法。

为使两个主机之问不出现空位两组电缆应有一部分重叠为丁防止电缆所形成的“电磁墙”，在重叠区因有多重电磁波而在无入侵信号下也变化剧烈发射的两根泄漏同轴电缆之间的距离要大于且工作的主频率应相互错开围周界报警装置。

泄漏电缆是一种在传送电磁波的同轴电缆外铜皮上打上些小孔的电缆。

目的是使电磁信号既能够经由电缆内部发射至外部又可以经由外部送到内部根据所开小孔不同。

可以分为辐射型、耦合型和漏泄型三种辐射型电缆的外导体所开小呈周期排列辐射，形式类似于朝着电缆轴向的一系列磁性。

偶极子的辐射且所有槽孔都符合相位叠加原理典型间距为所传送电磁波信号的半波长。

周界入侵报警产品振动光纤、泄漏电缆特点及运用产品运用在重要建筑物的效果图脉冲电子围栏图振动光纤图泄漏电缆图产品特点●电绝缘。

光纤本身是电绝缘的，敏感元件也是电绝缘材料制作，具有良好的电绝缘性能，适用于高压供电系统。

●抗电磁场干扰。

这是光纤测量及其光纤传感器的及其独特的性能特征，因此光纤传感器特别适用于高压大电流、强磁场噪声、强辐射等恶劣环境中、能解决许多传统传感器无法解决的问题。

●非侵入性。

传感头可以做成电绝缘的，而且其体积可以做的很小，因此，它对电磁场是非入侵式的。

●高灵敏度。

利用光作为信息载体的光纤传感器的灵敏度很高，它是某些精密测量和控制的必不可少的工具。

●重量轻、体积小、外形可变。

重量轻、体积小是光纤本身固有的特性，而光纤柔软可绕的特性，则可用它构成外形各异尺寸不同的传感探头。

●动态范围大。

光纤传感器的载体是光，其频率高，传感器频带范围很宽，动态范围很大。

针对不同行业重要建筑物对安装周界入侵报警产品的要求。

北京三安古德科技发展有限公司做出了以下几种方案泄漏电缆周界入侵报警设备在天然气行业的运用目前,应用在已建天然气管道站场周界的安防技术如激光对射、微波对射、振动电缆等均存在着误报率高、防爆区内安装复杂、阶梯段状围墙无法实现防范无死角等缺陷。

中国石油西气东输管道公司启动了振动光光纤周界入侵报警系统试点项目。

选取不同地区的5 座天然气站场进行了振动光纤技术测试。

结合典型天然气站场围栏的形式,对振动光缆在各种形式围栏上的安装工艺进行了论述,做到布防无死角,防范无漏洞。

试验数据表明:振动光纤、泄漏电缆技术比其他安防技术误报率低、安装便捷,适用于各种形式的围栏, 可实现无死角的防范;振动光纤周界入侵报警设备在世博会的运用使用周界报警设备振动光纤、泄漏电缆的重要场所如世博会运用周界报警设备的原因：2010上海世博会园区核心区域陆地边界总长约为12公里，为了有效防范来自陆地边界非法入侵造成的安全风险，需要构建集实时监控及报警为一体的世博园区陆地电子围栏系统。

泄漏电缆周界入侵信号检测方法及仿真研究摘要：周界入侵防盗报警系统而言，提高入侵信号的检测率既是难点问题也是热点问题。

目前所应用的泄漏电缆周界入侵探测报警系统，都是将入侵信号视为平稳随机信号，采用 FFT 法来处理。

然而，在自然界中存在的信号大都是非平稳随机信号，其特点是非平稳，统计量是时变函数，周界入侵信号也是如此。

因此，以傅里叶变换为基础的分析方法无法获得许多关键信息，难以满足实际应用，必须研究更先进的信号处理方法来解决这个难题。

本文分析了泄漏电缆周界入侵信号检测方法及仿真。

关键词：泄漏电缆；周界入侵；信号检测近年来，周界入侵防盗报警已经成为政府机要部门、银行、监狱、厂矿、公司等机构安全防范的重要组成部分。

在基于各种原理的周界入侵防盗报警系统中，泄漏电缆周界入侵防盗报警系统具有漏报率最低、隐蔽性高、受环境影响小、适应各种地理条件等特点，已经成为目前应用最广、发展前景十分良好的一种技术和产品。

一、泄漏电缆周界入侵信号的特点产生周界入侵信号的因素一般有两种: 人为因素和非人为因素。

人为因素产生的信号又分为主动意识行为和蓄意行为，主动意识行为主要有人的行走、跑、跳、开车、匍匐等行为。

蓄意行为主要有蓄意磁干扰、引诱入侵等。

非人为因素产生的信号主要有猫、狗、兔子等动物的入侵和风雨雷电等自然条件的影响等等。

无论是人的行为还是自然界对系统的影响，信号往往是非平稳的，其统计量是时变函数。

二、泄漏电缆周界入侵信号检测方法时频分析的基本思想就是设计时间和频率的联合函数，利用它可以同时描述信号在不同时间和频率的能量密度和强度。

时频分析能将频谱随时间的演变关系明确地表示出来，能更加清晰地分析时变函数，更符合实际应用的需要。

目前，典型的时频分析方法主要有三种。

1.短时傅里叶变换。

短时傅里叶变换将非平稳信号假定为分段平稳的，通过采用一个滑动窗截取信号，一次次地对截得的信号进行傅里叶变换，从而得到任意时刻信号的频谱。

短时傅里叶变换虽然可以描述一局部时间段上的频率信息，但是其时频域的分辨率不随时间和频率的变化而变化。

振动光纤、泄漏电缆在周界入侵系统中的运用随着社会的不断进步，经济的快速发展及生活质量的不断提高。

人们的安全防范要求也在不断增高，因而周界入侵报警系统成为人们安全防范的首要防线。

目前在周界防护监控报警应用系统中，主要采用的系统有振动光纤、泄漏电缆、脉冲电子围栏、刀片电子围、红外对射，激光对射、报警主机。

针对传统的周界入侵报警产品如红外对射、激光对射、报警主机等安装复杂、设备隐蔽性差、误报率高等缺点。

针对以上问题，利用现代的脉冲/刀片电子围栏、振动光纤、泄漏电缆优势，研发的周界入侵报警系统能满足现代社会各种场所。

它具有室外无源、传感区域任意定址、可以野外敷设、抗电磁干扰强、能抗雷击电闪等优点。

在当代，基于光纤光栅传感技术的监测、测量已经应用于很多领域，如煤矿、油库、石油管道、桥梁等敏感设施。

所以基于振动光纤的光纤光栅传感技术周界入侵报警系统的研发具有重要意义。

通过分析比较，找出它们的优缺点后，研发了一种基于光纤光栅振动传感器的周界入侵报警系统。

它有效弥补了以前防入侵报警系统的不足，能实施全天候报警，具有高抗扰性，能实现科学定址，并且室外无源，能满足现在周界入侵报警系统的要求。

随着社会的不断进步、经济的发展和生活质量的提高，人们的安全防范需求也在不断增长，传统的周界防范手段，如：红外对射、激光对射等，已经不能保障人们生命财产的安全。

因此，研究适应时代的周界入侵报警技术具有重要意义。

将传统的周界防范的物理管理办法上升到智能化，从而有效提高周界入侵的效率。

目前，市面上主要有红外线对射器、激光对射、微波探测器、振动光纤、泄漏电缆、等多种周界防入侵设备。

这些传感器主要缺点是受气候干扰大，误报、漏报率高等缺点。

虽然光纤干涉型的出现克服了上述缺点，但由于其原理，不能对入侵报警的位置进行精确定位。

而以光纤栅传感技术为基础的振动光纤、泄漏电缆、电子围栏的周界入侵报警系统不仅保留了光纤振动传感器的抗电磁干扰、传输速度快、距离远等优点，还克服了其它产品不能精确定位的缺点。

泄漏电缆周界入侵防范系统典型技术方案
单电缆方案
最早期出现的泄漏电缆应用于周界入侵防范系统的技术方案仅采用单根泄
漏电缆。

在电缆始端接入无线电发信机，另一端接入受信机即构成最简单系统。

发信机在泄漏电缆周围形成的漏泄场首先与入侵者本体发生耦合，再次耦合回复到泄漏电缆并传输抵达受信机。

此方案中的入侵信号需经两次耦合再经传输抵达检测端，其检测灵敏度极低，实用价值不高，初期实验只能捕获仅距泄漏电缆10 公分左右且目标巨大的入侵目标。

双电缆方案
采用两根泄漏电缆平行敷设，在第一根电缆的一端接入发信机激励馈体，
在第二根电缆的一端接入受信机检测处理入侵信息特征，即构成双电缆系统。

两根电缆一发一收，只存在一次耦合，只需检测识别入侵者本体在漏泄场中对既有信号的影响即可捕获入侵目标。

此方案与单电缆方案相比，检测灵敏度大大提高，已可满足实际应用需要，而大部份泄漏电缆周界入侵检测系统均采用双电缆方案。

在某些场合，为了横向拓宽入侵检测区域的宽度或辨别入侵行为的方向，
也可在双电缆方案基础上再布置一根或多根相平行敷设的泄漏电缆，变相衍生为多电缆方案。

脉冲波方案
在单电缆方案基础上，发信机输出时序脉冲波，受信机完成发射脉冲和具
有入侵信息特征的反射脉冲两者之间的时间延迟识别检测，并据以判定入侵位置即构成脉冲波方案。

脉冲波方案具有下列特点：
.脉冲波方案提高了单电缆基本方案的实用性；。