古文化遗址和古墓葬三维声敏预警报警系统
第一章 项目概述
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国家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最关键的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。古墓葬安防系统由于距离长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，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。
第二章 技术介绍
一、三维声敏预警报警系统
三维声敏预警报警系统是最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。
本系统首次提出地下拾音、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安防云，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。
2.1.1产品性能和技术优势
三维声敏预警报警系统是我中心独立自主研发的一款在安防行业内领先的声音监控安全防范技术产品，获多项国家发明专利，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国家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。
△ 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。
△ 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）
▲AI声音智能分析
声音监控最大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最前沿的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。
二、国内外相关技术发展现状及趋势对比
2.2.1 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。
2.2.2 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、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。同时地面的任何行为，如挖掘，脚步，空间拾音器是无法获取的，更不要说地下的行为。
一、系统构架
基本结构概述：系统由前端传感器（感知）、音频分析服务（计算）、综合管理服务（交互）三部分组成，前端传感器支持有线或无线传输，音频分析服务支持实体服务器或世纪之星智能云，综合管理服务器支持支持PC、手持/平板、落地终端等多种方式，多端共享。
3.1.1.1 本系统项目基本结构分以下几种：
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。
3.2.1 有线版地下声敏传感器
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。
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20-50cm
l 传输距离：20km
l 环境温度：-40℃～ +85℃ 相对湿度：100% 防水、防腐蚀。
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 输入最大信号：3.8V（增益设置最小）
l 输入最小信号：1mv
l 失真度：0.1%
l 信噪比：70db
l 温度：-25~85℃
l 湿度：最大95%RH（无凝结）
3.2.3 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）
3.2.4 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。
3.2.5 世纪之星综合管理客户端
综合管理客户端客户端内置于综合管理服务器（AI控制主机）中，对系统进行统一管理、设置及交互。具体功能如下：
1）主界面
用户可以在地图上查看该用户下所有设备标注的地图显示，地图上设备在线状态（在线、离线、报警），实时报警信息显示，实时报警列表信息和AI工作状态信息列表显示，报警详情，报警类型，防区报警相关数据的统计分析，报警数量按月统计的图表等功能。
2）设备详情
在地图上会实时显示出该用户所有设备点位，点击该设备点，会弹出相应窗口显示出该设备的基本信息，基本信息的内容包括：设备名称，设备状态（在线/离线），设备标识号，点码，区码，防区分组，所属防区，报警类型，报警时间，报警详情等。
3）声音点播
点击地图上设备点弹出窗口，点击弹出窗口中的实时侦听按钮，即可实时播放该设备周围环境的真实声音，当点击右上角的
可关闭当前的操作。
4）录音回放
点击地图上设备点弹出窗口，点击弹出窗口中的历史回放的按钮，选择需要回放的时间段，并点击播放按钮，即可自动播放该时间段内历史声音的回放，当点击停止按钮或右上角的可关闭当前的操作。
5）报警提示
当设备触发报警后，该设备标注点会在地图上进行实时报警信息的显示（可设置声光提示和报警弹框等条件）。
6）报警解除
当设备触发报警后，地图上点击设备标注点所弹出窗口中，点击解除报警的按钮，要求在解除报警详情的窗口中输入解除密码（默认自动填充），处理意见（自动加载默认内容）并点击解除报警按钮，即可解除当前的报警信息，其中解除报警的详细信息包括：设备名称，设备状态，设备标识号，防区分组，所属防区，报警类型，报警时间，报警详情，解除数量，解除密码（默认自动填充），处理意见（自动加载默认内容）。
7）历史报警信息
点击主界面下方“警情处置”按钮，选择历史报警信息（报警中心），列表内容包括：设备名称，报警时间，报警详情，报警类型，触发报警绑定，屏蔽报警绑定，防区分组，所属防区，发送状态（给串口发送解除报警指令的状态：已解除，解除失败），处理状态（已处理），处理时间，处理意见。
8）历史报警信息查询
历史报警信息支持按照设备名称和时间段进行查询。
三、系统连接图
