道防破坏光纤预警系统软件扩展设想
1、 基于Optellios FP1100的光纤预警检测系统
1.1、 光纤传感预警系统简介
随着光通信技术的发展，光通信中的一些技术逐渐为传感领域中的应用提供了技术平台，基于光的传感技术就是其中之一。以光通信技术为基础的光纤传感器正成为传感器研究领域中的又一大热点。与传统的电传感器相比，光纤传感器在传感网络应用中具有非常明显的技术优势。
由于光纤对被感测信息用波长编码，而波长是一种绝对参量，它不受光源功率波动以及光纤弯曲等因素引起的系统损耗的影响，因而光纤传感器具有非常好的可靠性和稳定性；
目前基于这一技术的应用已经普及到各个领域，如电子围栏，管道监控和光缆监控等，可用于大范围的区域保安。
1.2. 光纤传感技术在输油（气）管道上的应用
油气管道由于其铺设的地理因素，超长的传输距离，频频遭遇非法侵入，打孔盗油事件屡有发生，对世界各国都造成过巨大的经济损失和环境污染，所以目前迫切需要一种可以提前预警并可以精确定位的检测系统。目前，国际上开始采用光纤传感技术和数据采集、分析装置，专门为油气管道研制了光纤管道安全防御系统，该系统不间断、实时地采集来自管道周边 1－10 米范围内、对管道构成威胁的行为所产生的各类震动，位移，监测管道运行状况，并可以利用已有的通讯方式构成通信网络，实现一个实时性、可精确定位的防止第三方干扰的检测系统。该类系统已经成功地应用于美国 New York Gas Group 和印度尼西亚的 Gulf Resources Ltd 的长输管道上，取得了理想的效果。
1.3. 美国Optellios公司的FP1100产品的优势特点
光纤传感技术虽然在国际上已成功运用到输油（气）管道的防破坏领域，但在国内，对此项技术的研究目前还停留在光栅光纤传感技术的阶段，虽然在不少应用领域也取得了很好的效果，但由于光栅光纤传感技术自身的局限性使其在管道运输领域的应用受到严重制约。而引进自美国Optellios公司的FP1100系列产品，利用现有的与管道同沟铺设的普通通讯光缆来作为传感器是 其技术的优势所在，其核心技术在于利用光干涉议的原理检测出震动引起的光信号的相位和光强的变化。同时严格地控制相干光的偏振，减小由于相干光偏振态失配而引起的反向光信号的光强特性漂移。从而确保高精度的定位探测。
FP1100 Fiber PatrolTM 系统提供的是目前世界上最先进的应用于围界报警或防破坏入侵检测的光纤传感技术。与其他系统相比，FP1100 的独特之处在于其对入侵地点的精确定位：定位精度一般在三十米以内。通过系统提供的入侵地点的GPS座标，可以联动CCTV监控或派遣人员到达现场。同时，无源全光纤传感技术使FP1100在不需任何户外中继器、信号处理器或其他有源器件的情况下，提供达100公里周长范围入侵破坏的监控报警。Fiber Patrol 的尖端专利技术保证了其高灵敏性和可靠性，能够瞬间对入侵地点进行精确定位，从而使报警系统能够做到迅速准确地采取对抗措施。
2. 建立预警检测系统软件扩展应用平台的必要性与可行性
2.1. 管道防破坏工作面临的严峻形势
长期以来，管道运输业为维护油气管道的完整性和防止第三方破坏投入了巨大的人力和财力，但是管道保护的形势却显得日趋急迫。对此各级政府和社会各界也非常关注，从专项立法到具体防范、舆论宣传、专项治理等方面都做了大量的工作，然而专门针对油气管道的破坏、对输送介质的偷盗行为依然经常发生。目前这种局面的产生，在一定程度上是由于技术防范的滞后，我们不能在管道被破坏之前发现和检测到这种危害，而原有的检测技术大多只能在管道已破坏，输送介质已经损失的事后才能发现。这种事后检测技术属于 " 亡羊补牢 " ，不能避免损失的发生，因此可以说在管道的安防方面，管道运营商处于十分被动的地位。如果有一种技术能够在对管道造成破坏之前，提前检测出破坏行为的威胁并及时告警，给业主留有足够的时间来制止破坏行为的话，就会给管道运输业扭转当前被动局面，减少损失带来希望。所以能够迅速准确定位入侵破坏行为前兆的高灵敏度光纤传感技术的开发和充分利用给管道安全防范带来了新的希望，应该是我们加强技术引进与配套研发的方向。
2.2. 对于预警报告信息的后台控制与处理
有了高灵敏度的光纤预警检测系统，面对源源不断传来的报警信息，我们普通的值班人员由于外语水平所限，无法熟练使用，如何甄别误报、虚报？不能做详细的报警事件记录分析，无法根据预警数据快速查明事发地点，怎样高效的协调相关人员和部门，对犯罪行为取证，以何种手段处理突发事件？这些问题在国际先进预警检测技术走进国门的同时，仍然困扰着广大石油管道工作者。所以，对于预警检测系统的后台管理控制，与预警信息智能化处理的配套软件研发已是摆在我们眼前的一个重要课题。
2.3. 多种监控手段的综合使用与联动
目前，随着技术的发展，尤其是网络技术、计算机处理能力和数字化存储技术的迅速提高以及各种实用信息处理方法的完善，远距离、高精度的视频监控，灵活高效的数字录像备份，功能强大的GIS电子地图定位系统以及无线数据传输手段已经广泛应用于各种场合下的安全防范体系。同样，管道防破坏预警防范系统也可以利用前端光纤检测系统提供的软件接口，依托计算机网络连接，在后台构建自己的软件扩展应用平台，将前面提到的多种安防信息系统有机整合为一体，通过系统间的联动控制和信息共享，成倍提升寻常防护工作的成效，从而解决上文所说的各种问题。
2.4. FP1100系统的软件扩展能力
Optellios FP1100光纤预警检测系统本身提供基于TCP/IP的远程控制管理模式（FPSI），操作软件运行于微软XP系统下，对于预警信息的输出，使用了国际通行的标准XML文本格式，非常便于Windows环境下的网络数据交换和第三方通讯接口开发。在这样的前提下，我们可以使用最少的工作量来完成后台软件扩展应用平台与前端预警检测系统之间数据接口的开发工作，而将精力投入到软件扩展应用平台本身的功能以及平台与其他系统的集成联动开发上去。
3. 软件扩展应用平台设计描述
设想中的软件扩展应用平台是对光纤预警检测信息的网络化综合管理平台，采用开放式架构和先进的系统集成技术对光纤预警检测信息与其他相关系统进行数据集成、集中管理、联动处理，通过平台的综合联动控制提升整个预警分析与处理工作的功能和效率，从而为石油管道防破坏工作提供一个高效的、有机融合的安全防范软件应用平台。
3.1. 设计原则
先进性：先进的集成技术、广泛的兼容性，系统基于微软.NET架构，融合DCOM技术，采用消息队列传递子系统运行状态和设备数据，用通用的跨平台的XML作为数据表达，可以通过先进的SOA（面向服务的体系结构）和第三方系统实现业务集成。
开放性和兼容性：采用开放的平台，基于标准的TCP/IP协议，提供标准数据接口、网络接口和应用软件接口，使其易与其他系统实现接口连接，并支持第三方应用产品的开发和使用。
实用性：针对管道防破坏预警的特殊环境、管理体制及实际应用情况的需求进行功能配置和联动设置，提供预警事件动态分析机制，最大程度保证预警信息的准确甄别、及时有效的处理。
集成性：平台将提供多种联动措施的通用软件接口，方便与现有的各种监控手段集成为一个有机整体提供给用户，充分发挥系统资源潜力，实现信息、资源和任务的综合共享与全局一体化的综合管理
集中管理、分布式应用：由于今后光纤预警检测的前端设备可能包含多台，沿管线途径地域分布广阔，采用统一的中央平台进行集中式管理，通过客户端进行分布式监控。为减少安装和维护成本，采用成熟可靠的C/S架构。
可操控性：安全防范工作是技防与人防的统一，先进的技术系统必须通过人的掌握才能真正发挥作用。输油管线的超远距离分布也带来了可操控性的难题，软件扩展平台期望通过先进的集成技术和计算机网络技术，将各种资源和手段通过统一的操作界面提供给业务人员使用与控制，屏蔽了各子系统的复杂性和多样性，通过流程的自动化简化操作。
模块化：系统严格按照模块化结构方式开发，以满足通用性和可替换性。采用模块化设计，分布实施的战略。
3.2. 结构设计
3.2.1. 总体描述
本软件平台将是光纤预警检测系统采集的预警信息的数据存储、管理核心，是进行远程系统控制、配置的载体，同时可完成预警信息的分析、甄别、自动选择应对处理策略，提交全面详细的预警及处理报告，并提供与CCTV监控系统、数字录像系统、GIS电子地图系统、SMS短信报警系统和其他第三方安全防范系统等的数据交换及联动接口服务。
平台支持OPC、DDE、NetAPI、Socket、Modbus、ODBC、Corba、RMI等业界标准的规范和协议，在网络层进行软件集成。
整个平台由预警信息管理数据库PC服务器、报警事件控制处理PC服务器、接口网关服务器、多媒体工作站及相关软件等组成。今后，在完成初步架构和基本功能模块测试通过后，可在多台服务器上部署，通过群集提供更高的性能和容错性。下图为系统架构的网络拓扑结构示意：
平台采用高效可靠的Client/Server的架构，基于TCP/IP技术，提供了一个独立的开放的集成平台，此平台独立于预警检测系统和其他辅助安防系统，针对输油（气）管道特定需求进行界面开发以满足用户要求。作为一个通用的预警信息扩展应用软件平台，其业务逻辑层次如下图所示：
下面对各逻辑层次进行描述：
3.2.2. 逻辑处理层
逻辑处理层是整个软件扩展应用平台的核心，它对来自于接口通讯层的数据作及时的处理，完成全局联动和计划任务，同时在各子系统间、综合应用层中的相关应用与子系统间构建起沟通的桥梁。
这是整个系统的核心部分。主要作用是：
封装了数据处理逻辑，对光纤预警检测系统采集的预警信息数据进行动态分析，分级别、类别存储至数据库。同时接收用户发送来的控制信息，作相应处理后再分别发送给相应的网关接口，由网关接口通知相关系统完成相应处理。
根据事先制定的预警处理预案，当判别各种级别的报警事件发生时，自动产生详细的预警报告，提示调用相应处理流程，联动相关系统的其他设备。执行跨系统的计划任务。
3.2.3. 综合应用层
综合应用层是用户与平台之间的沟通渠道，具体由多媒体工作站上运行的软件平台客户端做为其功能体现的窗口。包含的综合应用包括：光纤预警检测设备本身的远程控制图形化界面，预警信息综合处理，获得预警后调用CCTV实时视频监控功能，对于报警地点的数字录像的控制，检索，管线地理位置的GPS定位信息管理和GIS系统数据共享处理，预警信息SMS自动报送管理，与其他第三方安全防范系统数据接口配置等。
3.2.4. 接口通讯层
接口通讯层在相关系统设备层与数据逻辑处理层间构筑起标准化数据交换通道，屏蔽不同系统之间通讯的协议细节：
对子系统采集的数据做标准化编码，为上层提供数据
将上层发送的指令进行解码转化成子系统格式，指挥子系统动作
接口通讯层针对不同的系统，不同的接口协议和规范提供不同的间接口模块，通过和相关系统的管理系统进行通讯完成对其的联动控制和信息调用，接口模块一般不直接和相关系统的设备直接通讯，而是通过相关系统的管理系统完成，从而避免侵入性，保证子系统的安全稳定地运行。接口全部采用标准化的通信协议，完成对不同厂家的产品的通信连接。因为不同系统的通讯协议、通讯方式各不相同，目前并没有统一的标准。接口模块处理不同系统的通讯协议，为上层提供统一的设备消息，屏蔽了和不同系统之间通讯的协议细节。接口模块支持多种通讯方式：RS232/RS485串行口方式、OPC、DDE、NetAPI、Socket、Modbus、ODBC、JDBC、JMS、Corba、RMI，对于非标准地协议，可以针对子系统提供的协议或SDK进行定制开发。
3.2.5. 相关系统层
相关系统层是独立于软件扩展应用平台的各种辅助安全防范系统的集合：
CCTV视频监控系统，DVR或数字视频录像系统，GIS电子地图系统，SMS短信发送系统等等。
通过本软件扩展应用平台，所有的相关系统有机融合在一起，为用户提供协调一致的整体服务。
3.3. 技术特性
本平台系统具备了以下技术特性
1) 整个平台使用独立的数据库系统:保证了预警信息的安全性和跨系统可操作性，为异构系统的集成提供强有力的数据支持。
2) 系统可设置多客户端工作模式:使用TCP/IP网络机制，支持SNMP协议，可实现客户端软件的远程登录操控，适应输油（气）管线的远距离预警管理。今后通过附加的权限管理服务，还可实现分级别、分区域的多层次管理控制能力。为客户提供高级别的可伸缩性和关键业务应用程序。
3) 支持设备本身的故障监视功能，有效避免设备故障引起的误报警、虚报警等现象，方便快速排除安全防范缺口，减轻工作人员负担，保证正常的系统运行。
4) 系统具备和支持多种接口、通讯协议和标准：用于工业过程控制的OPC协议、开放式数据库互联访问标准ODBC、串口RS232/422/485Modbus、Socket，应用于网络管理方面开放的通讯标准SNMP协议、Corba等
5) 系统支持轻型目录访问协议LDAP和Active Directory 服务接口（ADSI），可以和Active Directory、Novell NDS集成。
6) 系统可够提供API，能够与第三方设备进行集成：系统提供2种API:(1)基于TCP/IP协议的SDK； (2)基于Microsoft .Net框架的集成环境。
3.4. 功能模块
3.4.1. 本地化远程控制图形界面
由于Optellios FP1100光纤预警检测系统的硬件设备引进自美国的最新技术，在拥有先进性的同时，其管理软件不可避免的存在本土化不足的缺陷。通过此软件扩展应用平台的搭建，我们可将其硬件管理配置软件彻底中文化、图形化，并加以优化，整合为我们应用平台客户端部分的一个功能模块，提供给用户，大大提高系统的易用性与通用性。
在此用户可对前端光纤预警检测设备的各项参数进行逐一设置，包括：
