1.2目前边境监控技术分析

从 70 年代至今，各个国家都在不断的完善边境监控的建立和发展，其监控方式除了采用定期巡逻，重要区域建立篱笆墙以外，大部分地区开始建设雷达、可见光、热成像等监控措施。由于各个国家科技实力的不同所采用的边境监控技术也不相同，国外主要采用飞机巡逻或卫星监控为主，国内目前主要采用人工瞭望或卫星遥感为主。     

1.2.1国外通见边境监控技术

1)美国国防部高级研究规划局在互联网无人值守地面传感器规划中设立自动 边境监视子系统，美国政府为了阻止来自墨西哥的人员偷渡及毒品走私，在美-墨边境建立了一条 100Km 的屏障，主要使用震动传感器、声响传感器、红外传感器、雷达及光学探测设备。在不到 3 年的时间里利用这项技术抓获 3 万多名入侵者。

2)以色列 Trans Secrity 公司研制了围栏边界监视系统和可以埋地的设备。

3)印度为了防止巴基斯坦极端分子越过边界进入印度境内进行破坏行动，从美国购买地面传感器系统，监视印巴边境。

国外的技术有的虽然可靠，但需要借助高空卫星，且施工太复杂；有的技术方案基础实施投资太大，多达几十万美元，投入成本过高，这些难以满足我国边境监测的实际需要。

 1.2.2国内通常边境监控技术

1)地面巡护

主要是通过边防战士定期在边境巡逻、战士站岗、潜伏等方式执行边防安全。地面巡护的缺点：

(1)巡护面积小、视野狭窄、人力资源消耗大，常因地形地势崎岖、森林茂密、野兽、雨雪天气等恶劣的环境而出现监控死角，非战斗减员等情况；

(2)在交通不便、人烟稀少的偏远山区，无法进行地面巡护，需用各种交通工具费用及人员工资费用，只能用视频监测方法来弥补。

2)瞭望台监测

主要是通过瞭望台来观测边界附近的各种情况，确定入侵时间发生的地点，报告入侵情况，然后根据瞭望员对于当地地形的了解进行交叉定位，推算出入侵的大致经纬度信息。

瞭望台边防监控技术的优点：

(1)覆盖面较大、效果较好。瞭望台边防监控技术的缺点：

(2)雷雨、大雾等天气情况下无法上塔观察，无法及时观测到雷电天气出现的入侵情况；

(3)瞭望是一种依靠了望员的经验来观测的方法，准确率低，误差大；

(4)野外环境使得瞭望员人身安全受雷电、野生动物、恶劣天气情况等威胁；

(5)它的观察效果受地形地势的限制，覆盖面小，有死角和空白，观察不到。

3)卫星遥感

主要是利用极轨气象卫星、陆地资源卫星、地球静止卫星、低轨卫星探测边防情况。发现入侵人员之后，实时监测入侵人员的情况，及时提供入侵人员相关信息，用遥感手段制作边防监测。

卫星遥感边防监控技术的优点：

(1)探测范围广、搜集数据快、能得到连续性资料，反映入侵人员的动态变化，而且收集资料不受地形条件的影响，影像真切。

卫星遥感边防监控技术的缺点：

(2)对小目标监测效果不理想，不能及时发现离散目标。

(3)从卫星过境到核查通知边防队伍时间过长，延误战士拦截时机。

 1.3边境监控雷达设计方案

边境入侵具有突发性、随机性等特点，利用普通的瞭望塔人工监控技术无法解决大范围的边境安防监视。因此，一种全新的边防安全监控技术的开发与实现势在必行。

为满足新时期国防安全管理信息化建设遇到的各种需求，郑州三和视讯技术股份有限公司适时推出“边境监控雷达预警与追踪系统”全面解决方案。该系统是一套应用雷达侦测技术、光电技术、电子技术、高精度机械设计技术、图像处理技术、计算机视觉技术、模式识别技术等开发的智能视频监控系统，能够对边境入侵情况实现自动识别与追踪。

2.该系统主要分为硬件子系统、软件子系统:

硬件子系统主要包括：

雷达目标侦测系统、视频采集子系统、图像识别子系统、网络传输子系统、云台控制子系统、防雷子系统、系统安全保护子系统以及中心分析子系统。

软件子系统分为两大部分：

(1)雷达驱动及雷达信息处理系统，包括移动物体监测系统、地理位置标记系统、被侦测物体信息处理系统、入侵信息平台发布子系统；

（2）双光谱图像采集追踪系统，包括可见光图像采集和热成像红外图像采集系统、目标信息接收系统、人脸识别系统、车牌识别系统以及云台控制追踪系统。两大部分系统能够互相有机连接，实现数据通讯。

首先，雷达侦测系统监测边境实时情况，当雷达发现目标时，采集目标相关信息组成目标信息包；其次，通过网络传输子系统将当前目标信息包发送给双光谱追踪系统；然后，双光谱追踪系统对目标信息包进行解析、分析并将角度信息发送给云台，控制云台对目标进行跟踪并根据距离调整镜头焦距，并将解析到的其他信息（如：速度、运动方向、方位角等）同步显示在视频画面，根据图像分析进行人脸识别或车牌号识别，同时发出报警信息，提示观察人员部署边防战士对目标进行驱赶、抓捕等。

与目前国内的边防监控系统相比，我们开发的边境监控雷达预警与追踪系统有如下特点：

硬件子系统的优点：

(1) 采用型边境监控雷达，雷达能够实现对半径 15Km 范围，移动人员、车辆、船只等目标的全天候探测。具有 IP66 的高防护等级，可以用于边境/海岸监视、重要场所安防以及战场侦察等领域的应用。

(2）采用野外重载数字云台，具有实时回显位置信息功能，同时配备电动三可变长焦距镜头和低照度高清晰摄像机，可以通过专用操作键盘或监控软件控制云台和镜头；

(3)监控指挥屏幕墙可以实时显示前端采集点的图像，所有视频图像进行全程录像存储，并可以对以往的历史图像进行查询和回放；

(4)查询简便性：采用时间流设计，可由时间、日期、前端采集点完成资料检索；

(5)微波/网路传输模式，方便与其他边防中心及其他边防部署相关部门连接；

(6)电源系统：适合多种供电方式供给在全天候的环境下,保证系统不间断供电；

(7)防雷接地系统：系统要有安全的防雷接地保障措施,确保系统能够安全运行；

(8)通过合理设置的监测点,实现目标区域边境线的监视范围达到 95%以上。从上面硬件子系统的优点可以看出：该硬件子系统能确保前段设备稳定工作，

同时对前段视频进行实时回传，为软件子系统的图像采集提供了安全保证。软件子系统的优点：

(1)通过雷达扫描和双光谱图像采集技术的结合，可实现边防可疑人人员、车辆等移动物体的识别报警，识别准确率达到 99%以上；

(2)实时追踪功能：利用雷达扫描信息结合当前地理信息，能够准确的发现并跟随目标，实现目标的不间断跟踪功能；

(3)人脸识别功能：人脸识别系统根据图像采集处理系统反馈的信息进行人脸识别，并与数据库信息比对，实现目标分类（己方人员、敌方已知人员、未知人员等）并针对目标进行报警。

(4)车牌识别功能：车牌识别系统根据图像采集处理系统反馈的信息进行车牌号识别提取功能，实现目标分类（己方车辆、敌方已知车辆、未知车辆等），并针对目标进行报警。

(5)实时报警功能：发现可疑目标时，软件会进行自动报警功能，提示观察人员， 并将目标的相关信息与视频画面同步显示，便于边防指挥部进行边防部署。

(6)热成像功能： 如此相像画面与可见光进行互补，在光照不足的情况下（如：夜晚）采集目标区域红外图像，弥补可见光在该情况下的不足。

本系统是一套集雷达侦测、图像采集、人脸识别、车牌号识别、自动控制、目标追踪以及短信自动发布入侵信息为一体的较为完备的边境监控雷达预警与追踪系统。

边境监控雷达预警与追踪系统采用当前先进、成熟的技术，在充分参考我国各地边境监控监测预警以及应急指挥的各种手段下，同时结合当地边防工作的实际情况，以较少的投资，实现边防安全的自动监控、入侵预警、信息通信和应急指挥等， 极大地消除边境监控盲区，大大缩短可以人员的发现时间，提高综合防控能力、改善边防监控基础设施。

通过认真研究和论证，本项目建设基础条件较好，组织保障有力，建设方案和技术路线可行，建设规模适宜，资金投入适当，后期运行费用少，效益明显。对及时发现边防可疑情况、传递信息、迅速展开抓捕工作，将非法入境人员降到最低限度，有效控制境外人员的非法入境，是促进国防事业向现代化、信息化、标准化迈进的有力保证。

边境监控雷达预警与追踪系统，是一套将智能监控、资源管理、应急预案、指挥决策等功能模块无缝融合，整合了地理信息、大型集中监控技术、无线通讯传输技术的综合性边防联网智能监控系统。

3. 系统功能简介：

边境监控雷达预警与追踪系统主要由硬件系统和软件系统组成。

 3.1硬件系统简介

硬件系统主要包括：雷达目标侦测系统、视频采集子系统、图像识别子系统、网络传输子系统、云台控制子系统、防雷子系统、系统安全保护子系统以及中心分析子系统。

 3.1.1雷达目标侦测系统

1)具有全天候、全天时、多种地形条件下的连续侦察的能力；

2)能够实现大范围（全方位、半径 15Km）的运动目标检测，相对于光学设备具有良好的观察范围；

3)能够对地面/海面、低空的移动目标精确定位，可提取目标的多维信息（角度、速度、距离等）；

4)具有全方位侦察、指定扇区监视以及连续跟踪等多种工作模式，可构建光电侦察定位系统引导光学设备工作；

5)具有地图标绘、闯入告警、故障自动检测、以及数据记录/回放等功能；

6)采用标准网络接口，可实现多光电雷达设备组网工作。

 3.1.2可见光成像子系统

可见光成像子系统主要包括：摄像机和镜头。由于室外监控环境比较恶劣，导致成像模糊不清(普通摄像机无法在低照度下成像，普通镜头在水雾较大时无法成像)，为了能够适应于野外恶劣的环境，我们采用低照度摄像机与多栅格透雾镜头相结合，解决低照度成像模糊和山区水雾较大成像不清晰等问题。

与普通监控摄像机相比，低照度摄像机有如下优点，如表3-1所示。

表3-1 摄像机对比结果

普通监控镜头相比，多栅格透雾镜头有如下优点，如表3-2所示。

表3-2 镜头对比结果

3.1.3      红外热成像子系统

3.1.4云台控制子系统

边防监控系统前端采集部分建立在高山上，野外条件恶劣，对云台的各项指标有严格的要求。例如：机械传动部分具有良好的抗风性能，山上雷电较多，云台自身要有避雷功能，云台要抗腐蚀，云台担负着定位功能，机械加工精度要求较高。

重型数字万向云台数字云台与市面上普通云台的比较如表 3-3 所示： 

表3-3 云台对比结果

重型数字万向云台能够返回精确角度与地理信息系统相结合实现精确定位，同时指令系统丰富，不仅能够对镜头进行调焦、变倍，而且能够对镜头进行预置位控制，这样大大地增强了该系统地监控范围。

3.1.5网络传输子系统

网络传输子系统有两种方案：有线传输和无线传输。有线传输方案主要包括：视频服务器、光端机以及光纤。无线传输方案主要包括：视频服务器以及无线传输设备。

视频服务器是由一个或多个模拟视频输入口、图像数字处理器、压缩芯片和一个具有网络连接功能的服务器构成。主要作用将输入的模拟视频信号数字化处理后，以数字信号的模式传送至网络上，从而实现远程实时监控的目的。同时视频服务器还支持 RS232 透明通道传输方式，支持双向传输，不仅能够将云台的控制命令传向前端，而且能将前端视频和云台状态信息经行回传。

光端机是将多个 E1(一种中继线路的数据传输标准，通常速率为 2.048Mbps，此标准为中国和欧洲采用)信号变成光信号并传输的设备(它的作用主要就是实现电- 光和光-电转换)，它的主要作用是在光通信系统中将光信号和电信号互相转换的一种设备，对需要传输的信号不进行任何压缩。光端机分为光发射机和光接收机，光发射机是接受电信号，转换成在光纤中传输的光信号，而光接受机是将接收到的光信号转换为电信号输出。

无线传输设备采用以色列奥维通网桥，它是目前国际上性价比比较高的数字无线传输设备，技术也比较成熟。

无线网桥所用数据通信：

VLAN 支持：Based on 802.1q；

安全：联合协议 ESSIDWEP 128，AES，对用户地址和协议的 IP 层；

过滤：管理的接入控制和 IP 地址过滤；

多 层 次 的 管 理 ： 通 过      Telnet 采 用 基 于 SNMP 的 管 理 工 具 配 置 可 以

upload/download；远程管理通过有线局域网, 无线链路；

管理进入保护：a.层此的口令；b.程配置进入方向的可指定(只从以太网, 只从无线链路或从两个方向)；c.可以指定可以管理的电脑的IP地址；

IP参数的分配：可以手动或自动(DHCP 客户端)；软件的升级和配置的上下传

FTP/TFTP下载；

SNMP代理：SNMP V1 Client，MIB II，Bridge MIB，Private BreezeNET B MIB。

中心分析子系统一般采用普通的PC机，如果监控点较多时，则为了保证软件系统的效率则需采用服务器。

本系统最少需要2台计算机：第一台计算机执行雷达侦测系统；第二台计算机双光谱跟踪系统系统；

该系统对于PC机或服务器的要求：内存4G以上，操作系统采用windows 7 64位系统，具有独立显卡和独立IP地址。

 3.1.7防雷子系统

边防工程已室外工程为主，由于山区地形条件很复杂，且距离监控中心距离遥远，给设备维修带来极大的不便，然而室外设备极易遭受雷击，因此该系统的防雷工作就显得非常重要。

防雷子系统设计原则是：1)首先考虑人身安全；2) 保护设备及被保护对象不受损坏。

      1)前端监控点防雷

前端防雷分为微波系统防雷和电源防雷。微波系统防雷主要是在雷达的天线和网桥的发射机和天线之间串接避雷器，以避免来自天线的雷击，起到保护微波发射机的目的。电源防雷主要是为了避免电源线引入的浪涌袭击。根据我们的经验，野外监控和微波系统对于雷击最为薄弱的环节还是系统的电源，因此作好电源防雷是相当重要的。

电源防雷的关键是作好接地，而边境监控雷达往往置于高山之上，接地很难作好，所以要根据具体地形，因地制宜。最为基本的做法是，在建设安装支架或铁塔时，同时作一个埋地的铁丝网结构，大约直径为 10 米左右，该铁丝网的形状类似蜘蛛网形式，埋地深度大约为 1 米左右，如果条件允许，可以进一步买一些木炭，提高导电率。

      2)监控中心防雷
      监控中心防雷主要包括：①机房建筑的防雷；②防静电。
      ①机房建筑的防雷
      由于机房通信和供电电缆多从室外引入机房，易遭受雷电的侵袭，机房的建筑防雷设计尤其重要，而在通常的站区建筑设计中往往忽视这一点，机房的建筑防雷除应有效地保护建筑自身的安全之外，也应为设备的防雷及工作接地打下良好的基础，机电工程多采用联合接地方式，系统设备接地都是与建筑接地连接在一起的。建筑防雷设计施工完成后应提供准确的系统接地网或接地环带的位置和布设图，避免设备接地网与建筑接地网冲突。由于联合接地的特殊要求，机电工程中禁止直接使用建筑接地线和电源接地线作为系统设备的地线。 因此，我们在楼下单独做接地极，作为机房的接地和防雷。
       ②防静电
       计算机房的防静电技术，是属于机房安全于防护范畴的一部分。由于种种原因而产生的静电，是发生最频繁，最难消除的危害之一。静电不仅会对计算机运行出现随机故障，而且 还会导致某些元器件，如 cmos、mos 电路，双级性电路等的击穿和毁坏。此外，还会影响操作人员和维护人员的正常的工作和身心健康。静电引起的问题不仅硬件人员很难查出，有时还会是软件人员误认为是软件故障，从而造成工作混乱。此外，静电通过人体对计算机或其他设备放电时(即所谓的打火)当能量达到一定程度，也会给人以触电的感觉，造成操作系统作维护人员的精神负担，影响工作效率。如何防止静电的危害，不仅涉及计算机的设计，而且与计算机房的结

构和环境条件有很大的关系。在建设和管理计算机房时，分析静电对计算机的影响，研究其故障特性，找出产生静电的根源，制定减少以至消除静电的措施，始终是一个重要课题。

我们采用新耐久防静电贴面以及其他材料，使用先进设备和精密模卡具加工而成，产品抗静电性能稳定长久，机械性能优良，几何尺寸精，互换性能好，阻燃，防潮，防腐，体感舒适，色调新颖美观，各项技术指标均达到或超过《计算机机房活动地板技术条件》的要求。

 3.1.8系统安全保护子系统

系统安全保护子系统主要包括UPS电源和电源控制板。其中UPS电源保证在系统突然断电的情况下，对设备进行正常关闭，以保证系统安全，同时UPS电源还有稳压的作用，减小因为电源杂波造成的电压干扰；电源控制板的作用是使得用户在后端能够通过控制指令实现对前端系统的正常关闭和打开。

UPS电源我们采用美国山特UPS电源，该公司的产品性价比较高，性能比较稳定，表3-4为山特K500和山特K750的设备参数，用户可以根据实际需要进行选择：

表3-4 山特K500和山特K750的设备参数

上述硬件系统具有明显的优势，使得软件系统的良好运行，以保证边境监控雷达预警与追踪系统较高的识别准确率(99%以上)以及精确定位，从而使可疑对象能够在“最早”的时间被发现，及时处理。

3.2软件系统简介

软件系统主要包括：雷达侦测子系统、双光谱视频采集子系统、双光谱追随子系统、可见光人脸识别子系统、越界报警子系统、车牌识别子系统等。

 3.2.1雷达侦测子系统

雷达侦测子系统能够通过雷达扫描发现目标区域的移动目标，检测出目标的详细信息，并以数据报的形式发送给双光谱追随系统，器数据流程如下： 

图 3-8

如图 3-8 是雷达侦测子系统的软件界面，该软件的功能主要有：1)全天候 24 小时自动扫描；2)可疑目标自动上传/手动上传；3)可疑目标报警；4)软件、硬件运行状态显示；5)功能控制面板；6)扫描区域显示；7)扫描结果显示及地图叠加显示等功能；

1）  自动扫描：软件启动，设定好目标区域、扫描方式、量程、上报方式等信息，开启雷  达天线使能，开始扫描；

2）  可疑目标上传：自动上传模式：发现目标，系统自动上传目标的信息包到数据处理中  心；手动上传模式：人工选择上传目标，可跳过已确定的目标防止已处理目标重复上  传；

3）  可疑目标报警：在目标区域，发现可疑目标，执行本地报警系统；

4）  软/硬件运行状态显示：实时监测雷达运行状态，并显示在雷达侦测系统界面；

5）  功能控制面板：包含显示控制功能、天线控制功能、警戒区功能、使能开关功能等；

6）  扫描区域显示：显示相对雷达零度方向的扫描区域（含量程）；

7）  扫描结果叠加地图显示：将扫描结果和雷达扫描区域地图相叠加，直观显示目标所在  位置的地理信息。

双光谱跟随子系统接收目标的位置信息，控制云台转动到相应的位置，并根据距离信息调整镜头焦距，将画面调整到合适的位置。

3.2.3双光谱视频采集子系统

双光谱视频采集系统通过响应雷达侦测系统获取目标区域的视频信息；数据流程如下：

3.2.4可见光人脸识别子系统

可见光人脸识别子系统通过对视频采集子系统采集到的视频信号进行，处理识别目标区域人员的脸部图像，匹配目标信息；对可疑人员、未识别人员、危险人员（敌方单位、通缉单位等）进行报警处理，提示边防人员进行边防部署。

      3.2.5越界报警子系统

在双光谱图像处理系统中结合边境区域信息，划定电子边界线，发现(即将)越过边界线的目标时，系统执行声光报警，通知边防指挥做出及时准确的做出边防部署。

3.2.6车牌识别子系统

车牌识别子系统通过双光谱图像处理系统识别目标区域车辆的信息，提取目标车辆的车牌信息，匹配数据库车辆登记信息，对未识别、无牌照、敌方单位等车辆进行报警处理。

在实际应用中边境监控雷达预警与追踪系统可将检测到的目标信息进行自动发送给边防部署部门，使其在目标越过边界之前进行相应处理，有效的保护国家安全。

通过上述系统功能概述，我们可以看出，该系统是一套功能和技术较完善的边境监控雷达预警与追踪系统。

 第四章 系统优势

我们开发的边境监控雷达预警与追踪系统是一套非常实用的边境安防系统，该系统有如下的技术亮点：

(1)该系统利用雷达扫描与双光谱相结合的方式，能够更直观的反映发现目标的详细信息（位置、速度、图像等），即使在夜晚，也能够采集到目标的热成像信息；

(2)该系统具有灵敏的响应速度，能够在发现目标的同时调度双光谱采集系统，实时采集目标图像信息；

(3)该系统覆盖范围：最大作用距离：行走人员 9km(V>0.5m/s，RCS=0.5m2)，移动车辆/船只 15km(V>2m/s，RCS=10m2)，最小作用距离：75m，方位覆盖：0~360°( 周扫、扇扫、凝视 )，方位机械扫描速率：6°/s、12°18°/s(可选)，精度误差：距离≤60m，方位≤0.5°

(4)该系统能够智能识别目标区域的人员、车辆等物体的详细信息，及时反馈给边防部署指挥管理部门。

(5)该系统能够将目标的实际信息通过智能短信平台在最短的时间内发送给边防部署部门，以便其组织布防；

(6)该系统采用先进的硬件设备：型边境监控雷达、低照度摄像机、多栅格透雾镜头、重型数字云台、奥维通网桥等，保证了硬件设备的稳定性和可靠性。

 5.1设计依据 

 在设计、施工、验收、维护时，我方将严格执行以下规范：（略）

我们在设计方案时以我国边境的实际情况出发，以边境监控雷达预警与追踪系统结构配置的合理性、科学性和经济性为原则，同时严格掌握以下原则进行设计：

规范性原则

本系统是一个严谨的综合性系统，在系统的设计与施工过程中应严格执行各方面的标准与规范，并遵从各项技术规定，做好系统的标准化设计与施工。各配套设备的性能和技术要求稳定可靠，所有的器材应符合国家标准和行业规范。

先进性原则

无论是软件配置，还是硬件选型，力求做到技术先进，安全可靠防范严密。兼容性原则

即系统设计合理，无论是硬件的匹配，还是系统与特定环境的适应性，都要求有很好的兼容性。硬件方面，要求将来系统升级时对既有硬件设备能上下兼容，节省投资。

前瞻性原则

即系统的设计能充分考虑边防监控指挥系统的发展需要，能充分适应科技的快速进步，对系统的扩展性预留可持续发展的接口和技术空间。

易用性原则

系统在设计时能充分考虑边防监控指挥系统的特点和管理人员的操作习惯，运行过程简单易行，人工操作易学易用，监控管理快捷高效，应急指挥科学可行。能做到开机即可工作，通电即可运行的程度。

 （由于篇幅限制，本文为简要文，索取更为详细方案，请留言）