项目概述
一、项目背景
本方案是为长距离油气管道沿线所设计的智能入侵防范系统。
目前油气管道覆盖我国大部分地区总长度已超过3.9万公里，天然气、原油和成品油（参考以下分布图）。
近年来，管道打孔盗油、挖掘偷走油气管道进行买卖获利的案件时有发生，不但影响正常运输油气生产，且造成环境污染至管道泄漏。长途油气管道具有高温、高压、易燃和易爆的特点，一旦发生泄漏将引起重大事故，严重的威胁着人们的生命和财产安全。现有的管道安全检测方法仅能在泄漏事故发生后，被动检测到泄漏点，再进行查看，不能提前预防避免损失。因此实现对威胁管道安全破坏行为准确的预警监测，将具有极大的效益帮助。
油气是我国重要的能源组成部分，油气运输中的沿线管道应得到实时监控与信息采集预警防范等重要保护，以便及时发现，及时制止，防止偷盗破坏事件的发生。
二、项目需求
在油气管道沿线安装AI智能化油气管道沿线入侵防范系统，并部署预警报警平台。该油气管道沿线入侵防范系统能有效的监测到人员挖掘、钻探等破坏行为。
以震动探测形式为主的传统安防系统为提高探测范围，往往牺牲系统误报率，系统过于敏感，误报频发，让安保人员产生疲倦懈怠，放松安全警惕性而造成安防系统一定程度的失效。油气管道沿线入侵安防系统由于距离较长范围大环境负杂要求整体性能更稳定、更可靠，即在保证对入侵目标有效探测基础上，能够减少自然环境和其它干扰源的影响，尽可能降低系统的误报率。
三、 建设目标
油气管道沿线智能IA预警报警系统建设的总体目标是：物理防护和可靠的智能技术防护相结合，构建探测、阻止和复核为一体的油气管道沿线防入侵安全防范系统，系统采用统一的平台和接口，实现全天候、全天时实时入侵报警监控和防范人为破坏功能。
技术介绍
一、油气管道沿线防护技术现状
传统的油气管道沿线入侵安防解决方案是：振动电/光纤、受本身技术特点和环境条件等因素所限，都存在着一些不足，有以下几点：
油气管道沿线至今有些地方完全没有入侵保护系统，只是靠阀门压力波变化找到泄漏点，需要泄漏一段时间之后才会发现泄漏点，盗窃份子如果是专业人员钻孔自己加阀控制压力，甚至要在很多天之后才会发现管道已经大量泄漏，已经造成经济损失了，因此不能起到防止破坏事件的发生。
振动电缆报警属于电缆传感，传感部分是有源的，系统功耗很大；单位距离成本高，在需要进行长距离监测的情况下，系统造价高昂。且传感器单元的寿命较短，长时间连续使用，维护成本较高。干扰源多（如电磁干扰、信号干扰、串扰等），容易发生误报，而灵敏度的下降又漏报率上升，且不能听见真实声音进行判断。
振动光缆多以防区型布局，监控距离受限于光结构的稳定性，多应用于短距离的重点区域类防护，在油气管道沿线入侵探测应用受限于信号提取的准确度，难以兼顾长距离和低误报率等指标，不能听见真实声音进行判断。
二、三维声敏预警报警系统
三维声敏预警报警系统是新一代声音监控复核系统，该系统以地下声敏传感器为主要探测手段，运用现代信号处理技术，信号分析技术，实现了空间、地面及地下入侵行为判断，移动目标区域定位，形成三维监控功能。
本系统可实时探测半径30米内清晰语音，半径60米内地上挖掘声音，60米内地下探测挖掘撬凿声音、部分语音，200-300米车辆声音，500米以上爆破声音，高空500米内低慢小无人机的声音，进行预警报警。
本系统创新提出地下拾音、集群监听、声控预警、声控报警和声音复核的理念，构建了AI声音特征库，对前端采集到的声音信号进行AI声音识别，屏蔽现场容易引起误报的声音：如动物叫声、打雷声、鸣笛声，汽车火车路过等等。
本系统结合AI管理平台和世纪之星云，实现数据共享和数据融合的智能操作和统一管理，是一种无死区、无漏报、误报率很低的不受环境地理限制的报警监控解决方案，适用于多种安全技术防范场景，对入侵目标的声音进行真实提取、还原并准确定位。
1. 产品性能和技术优势
▲技术先进性
三维声敏预警报警系统是我中心独立自主研发创新在安防行业内的一款声音监控安全防范技术产品，获多项我国发明专利，已通过公安部的检测。目前，在清东陵、清西陵、元上都等世界文化遗产及上百个我国重点文物保护单位已成功应用。
该系统可广泛应用于文博、要地边境、军营园区、石油化工、平安城市以及其他有安防需求的重要场所。非常适合长距离、大范围的周界安防应用。
该系统具有智能化行为模式判别，可根据客户需求定制不同的报警需求响应，系统可排除汽车、火车、风雨雷电、飞鸟、小动物等各种干扰因素对真实入侵发出预警或实时报警。
该系统在布设后，AI系统会继续不断学习现场的环境，丰富声音库，从而做到越用越聪明。
▲专业灵敏度高
本系统地下声敏传感器是一种地埋式拾音器，利用固体传音原理、腔体谐振技术（ZL.201318001351.0;CN201320723644.4)及压电技术，首先将声音用物理方法进行加强放大(CN201920287860.6)，通过机电转换后进行二次放大(CN202010565636.6;CN202110666061.1),并以数字信号方式传输。
△ 脚步声音探测:探测范围半径10-15米。
△ 语音可拾取边界范围:语音声源的声强60-70dB（A），语音可听懂度（80％左右），探测范围半径30米。
△ 地上挖掘探测范围:挖掘声源的声强55-65dB（A），地上挖掘探测范围半径40-60米。
△ 地下挖掘探测范围:挖掘声源的声强55-65dB（A），地下挖掘探测范围半径40-60米。
△ 车辆声音探测:半径200-250米。
△ 无人机探测：可清晰分辨地面以上500米高空低慢小无人机的声音。（国内独占）
△ 爆破探测范围:爆破探测范围半径500米。
（以上数据均通过公安部检测）
▲AI声音智能分析
声音监控明显的技术难题是噪音处理，特别是野外自然界的噪音抑制。
本系统的噪音信号处理与分析是依靠目前国际前沿技术，小波分析和神经网络技术对入侵声音信号（报警信号）和自然声音（噪声）进行特征提取及识别。
由于入侵行为的声音信号是复杂而多变的，系统很难学习与判断，而自然界噪音信号特征基本是固定的，用AI智能分析技术将其滤除后，系统的误报警会大幅度下降。当环境噪音较大时，系统自动衰减输入信号以避免频繁预警。当出现环境共模噪音时（如雷、雨、爆竹）系统通过分析、处理以后自动抑制，可以显著降低误报率。
报警门限自适应调整技术,当环境噪音较大时，报警基础门限依据区域内全部探测器的采样均值、通过特定的计算方法自动调整，可以显著降低误报率。
该项技术的发明和使用使得音频预警报警功能在技术防范领域首先实现。
▲隐蔽性
传感器隐蔽埋于地下，并可进行水下敷设，不受地形、环境限制。自然环境的声音不受干扰，可以长距离敷设，地面无痕迹与周围环境融为一体。整套系统为被动探测技术能耗低使用寿命可长达十年，且可听见真实声音，模拟真耳听力，精准防区目标，从而减少安保人员因误报产生的疲怠感。
▲入侵目标定位和移动跟踪
利用声达时间差算法，并结合已知传感器阵列的空间位置，实现入侵目标的定位。实时获取目标声源点的方向和距离，得到目标移动路线，实现对入侵目标的移动跟踪。
▲各种入侵行为均可实时有效监控
地面踩踏、走动和攀爬，地下挖掘和钻探，空中无人机飞越，擅入布防区域均能实时有效预警报警。
▲云平台
系统根据用户实际功能需求，硬软件结合，由世纪之星云平台或AI管理服务器进行管理，布设灵活方便。
三、国内外相关技术发展现状及趋势对比
1. 国内外现状及未来趋势
音视频监控是安全防范系统的重要组成部分，它是一种防范能力较强的综合系统，直观、准确、及时和信息丰富是其突出的特点。传统的监控系统在很多场合都没有声音，人们只能看到无声的图像，音频监控并未能得到很好的推广。音频监控作为安防行业迅速发展的一个分支，近年应用点在不断扩大。
2. 国内外水平对比
音频监控系统由拾音器、播放器、录音设备等构成，而核心是拾音器。
目前安防拾音器头部品牌，如国外的博世、霍尼韦尔，国内的海康、大华、快鱼、世邦等厂商的拾音器均是空间型拾音器，它通过接收在空气中传播的声音信号拾取声音。在室内应用效果好，但在室外应用时，空间拾音器受风干扰，产生强大的风噪，使得拾音器无法获取有效声音信号，具有很大的局限性。
设计方案
一、系统构架
1.本系统项目基本结构分以下两种：
1. 标准项目结构图：
2. 小型项目结构图：
案例设计：
以全长10公里的油气管道沿线为例，每个地下声敏传感器防护半径40米，需要125个。每64个地下声敏传感器为一组，各配备2台音频分析服务器，如果距离更长，可以增加音频分析服务器数量和传感器数量，对于长距离敷设能够很好的适应，信号通过光缆一起传回油气管理中心。
系统图：
2. 系统组成
三维声敏预警报警复核系统由以下几部分组成：地下声敏传感器、八通道音频网络传输终端（音频网络编解码器）、音频分析服务器、AI控制主机。
2.2.1 地下声敏传感器
地下声敏传感器（型号DSG-2）采集地上、地下、空中音频范围的全方位信号，并将模拟音频信号经数字化处理调制后，转换为光信号，由光端机发送（发射光端机内置），发送的光信号通过光口（FC）与光纤（单模）连接传输。
特点：适用于隐蔽安防工程的入侵探测。
主要技术参数
l 电源电压：AC15V±10% 工作电流：≤90mA
l 频率：谐振频率1KHz±0.2KHz；调制频率200KHz±2KHz
l 接口：光端机接口(内置，波长1310nm FC 口，通过单模跳线连接)
l 光输出功率：≥-10dbm
l 输出幅值：接收声强为 60dB(A)时,输出幅值应＞1. Vp＿p.
l 噪声输出 ：当环境噪音为 30 dB(A)时，噪音输出应 ＜100mVp＿p.
l 电磁兼容：符合GB/T 17626中 2-2006、3-2006、4-2008中的相关规定
l 埋设深度:顶端距离地面20-1250px
l 传输距离：20km
l 环境温度：-40℃～ +85℃ 相对湿度：100% 防水、防腐蚀。
l 外壳防护等级：IP68等级。
2.2.2 八通道音频网络传输终端（编码）
八通道音频网络传输终端（编码），可通过局域网/互联网实时传输音频数据，包含8路光纤接口，1路互联网接口。
主要技术参数
l 电压：DC12V
l 网络接口：RJ45接口
l 传输协议：RTMP
l 采样率：48K
l 带宽：20hz~6.5Khz（-3db）
l 输入信号≤3.8V（增益设置最小）
l 输入信号≥1mv
l 失真度：0.1%
l 信噪比：70db
l 温度：-25~85℃
l 湿度：≤95%RH（无凝结）
2.2.3 音频分析服务器
音频分析服务器内置深度学习算法模型，建立声音特征库，将经常引起误报的声音（如过车、火车、飞机、狗叫、打雷、鸣笛）等等入库，同时也可采集现场声音训练入库。报警方式为噪音过滤模式，用户可根据现场需求将声音特征库里的一个或多个声音类型设定为不报警的声音类型。如设定过车、打雷、鸣笛声音不触发报警，则识别出以上声音时不触发报警，其他声音进行报警。分析结果上传至AI控制主机。
主要技术参数（标准版）
l 音频分析能力：16/64/128路
l 处理器：64位多核处理器*2
l 内存：32G/64G
l 硬盘容量：4T/6T/8T/10T
l 网口：千兆
l 网络协议：TCP/IP
l 额定功耗≤550W
l 工作温度5℃～40℃
l 尺寸（宽X高X深）443（宽）*87.6（高）*670mm（深）
2.2.4 AI控制主机
分析服务器分析出声音类型后，将信息上传至AI控制主机，报警主机进行报警显示，同时报警主机可实现实时点播、声音回放、报警提示、电子地图显示、记录查询、断线提示、系统管理、系统设置等功能。
2.2.5 世纪之星综合管理平台
1）主界面
包含树形分区展示设备列表、采用不同颜色显示设备状态（在线:绿色、离线:灰色、报警:红色）、以及在地图显示设备的位置和状态等。
2）电平显示（默认关闭）
单击主页面右侧“电平详情”按钮，可弹出电平显示框，查看所有设备的实时电平状态信息。
3）设备详情
右键点击设备列表中的设备名称或电子地图中的设备图标，单击设备详 情，可查看设备详情。
4）声音点播
右键点击设备列表中的设备名称并点击开始播放，可实时播放该设备现场拾取的声音（实时点播声音可基于所预置的降噪模型进行实时降噪）。
5）录音回放
右键点击设备列表中的设备名称并点击录音回放，可选择时间段进行播放或者暂停该设备在所选时间段的录音文件，并且基于所构建的预警学习模型对所触发预警录音段进行智能截取和分类，以便准确及时的掌握现场详情。
6）报警提示
当设备报警时，在设备列表中以红色形式展示不同报警图标，并且在电子地图该设备图标会自动显示红色闪动报警提示，同步支持外接声光 报警设备，可根据设定自动弹框显示设备信息及报警声音类型、自动播 放报警设备现场声音。
7）报警解除
点击报警弹框可进行报警解除，需输入解除密码，且填写处理意见。
8）报警中心
报警中心具有实时报警信息、已处理报警信息、报警发送(报警协议、指令或短信)记录功能，支持导出及打印，不可删除及修改。
9）报表分析
报表分析具有报警数量统计（超过达到一定报警数量会以不同颜色展 示）、设备信息统计功能，支持导出及打印，不可删除及修改。
10）系统日志
对系统的所有操作进行自动记录，并生成系统日志，支持导出及打印， 不可删除及修改。
3. 系统连接图
