一、项目背景
本方案是为古文化遗址和古墓葬保护设计的智能入侵防范系统。（参考如下图）
我国是一个具有5000年历史传承的文明古国，悠长的历史造就了大量的文物，有可移动文物和不可移动文物之分，这些文物具备历史、文化、艺术、研究等特性使其价值不可估量，所以文物安全保护工作显得尤为重要。目前对田野、地下文物的保护因缺乏技术手段至我国珍贵文物流失损坏无法复原，造成极大的社会影响和价值损失。
长久以来，随着社会经济的发展，各地区文物“收藏热”、“投资热”不断升温，在巨大利益驱动下盗掘、盗挖，盗窃、走私文物违法犯罪活动也有所增多。由于地下遗存文物价值高，导致其被盗、挖的危险性进一步加大，也成为偷盗分子窥视的对象之一。虽然我国在不可移动文物保护方面做了大量工作，但由于其分布在野外，属于开放性区域，四周多数为农田，紧邻村庄，不法人员对地下遗存文物进行盗挖，因此必须对该种行为采取防护措施。
近年来，震惊全 国的“安阳殷墟特大文物盗窃案”“杭州钱镠王陵盗窃案”等，均是在安装了视频监控的情况下，犯罪分子采用挖掘地道的形式进行作案。
因此古文化遗址和古墓葬安防难度关键就是对地下入侵行为的准确监控和复核，同时要兼备抗破坏性和隐蔽性。
本方案根据《GB50348-2018》《GB16571-2012》的要求，结合三防合一，建立一套有效的入侵安全防范系统，促进国家文物保护工作健康发展。
二、项目需求
需在古文化遗址和古墓葬范围安装一套智能入侵防范系统，及时防范外界非法入侵，并部署预警报警平台。该入侵防范系统能有效的监测到语音、人走动、撬、挖、凿、锯、砸及地下挖掘等动作发出的声音入侵行为（《GB16571-2016》中明确要求可探测），根据防护目标特点、防护范围、地理位置、地形、结构、布局要求的不同，设置与周边环境相协调的防护措施。
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，让安保人员产生疲怠感，放松安全警惕性而造成安防系统一定程度上的失效。
入侵安防系统环境变化多样造成干扰误报率高，所以要求整体性能更稳定、更可靠，即在保证对入侵目标准确有效的探测基础上，又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
智能入侵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入侵安防系统，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、文博防护技术现状
多年来，传统的古墓葬和古文化遗址安防解决方案都是视频图像，视频图像无法看到听到地下的挖掘钻探；（红外对射、微波对射、振动电/光纤、电子围栏、电网、雷达等）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：
红外等传统技术，防护等级较低，对于蓄意侵入者而言，容易跨越或规避，同时易受地形条件的高低、曲折、转弯、折弯等环境限制，而且不适合恶劣气候，容易受高温、低温、强光、灰尘、雨、雪、雾、霜等自然气候的影响，误报率高；
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；
电子围栏、电网等方案又有一定伤害性。上述方案可监测的距离较短，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。
振动光缆采用震动就报警的逻辑原则，且只可获得震动信号，从原理上无法解决误报问题。
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20米内清晰语音声音，40米内地上挖掘声音，40米内地下探测挖掘撬凿声音、部分语音、地面范围内的真实声音，高空500米内无人机的声音，进行预警报警。
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、下雨、汽车火车，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在安防行业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：
以多防护区古墓群为例，每个地下声敏传感器防护半径40米，总计需要24个（会以重点部位不同来布局防区和传感器数量）。配备1台音频分析服务器，信号通过光缆传回监控中心。
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
