1.1  前言
      當前，隨著國家經濟的飛速發展，高樓大廈、鐵路、高速路等也在大量建設中，隨著國家出臺相關政策要求安全建設、人民也對施工建設過程中的天井、挖地基后還未回填的水坑、易墜物的區域等等這些重要區域的安全防范越來越重視，采取了許多措施來保護各區域的安全。為了防止閑雜人員闖入這些區域，引發人員傷亡的不安全因素，需要將這些區域四周加裝防穿越報警設備。本方案擬借助于成熟穩定的太陽能無線紅外對射器作為前端探測源，以方便快捷的互聯網作為數據傳輸通道，通過現場聲光報警、手機APP及中心電子地圖等多種形式通知相關人員，以達到提醒、勸戒、阻止和管理的目的。

1.2 設計依據
1)《安全防范工程程序與要求》（GA/T75-94）；
2)《民用建筑電氣設計規范》（JGJ/T16-92）；
3)《工業企業通信設計規范》（GBJ42-81）；
4)《主動紅外入侵探測器》（GB10408.4-89）；
5)《安防防范系統驗收規則》（GA308-2001）；
6)《安全防范系統通用圖形符號》（GA/T74-94）；
7)《防盜報警控制器通用技術條件》（GB12663-90）；
8)《中華人民共和國公共安全行業標準》（GA38-92）；

1.3 設計原則
1）先進性
      本系統設計中采用了目前世界上先進的太陽能全無線主動紅外對射裝置和智能型無線報警主機，按照國際上成熟的系統結構進行工程安裝。
2）擴展性
      整個系統的設計滿足目前工程所需的各方面實際要求，同時也充分考慮到以后系統升級擴展的需要，如在其他區域增加探頭、報警系統與視頻監控系統聯動防范、利用網絡平臺實現多系統遠程操控等，我們為系統都留有足夠的擴展空間。
3）安全性和可靠性
      系統設備均選用技術先進、性能可靠的成熟產品，所有這些設備的技術參數均符合國家有關標準的規定。其中太陽能全無線主動紅外對射是采用成熟的太陽能光伏電池技術和已廣泛應用的調頻跳頻無線信號傳輸技術，結合主動式紅外對射原理，所研制出來的新一代周界入侵探測器。與有線的紅外對射、紅外光柵、紅外護欄、紅外光墻相比，太陽能全無線對射具有誤報率低、抗干擾性好、環境適應能力強等特點，并且可有效地防止有線報警系統因雷擊導致的全系統癱瘓。
4）實用性和經濟性
      整個系統簡單實用，用戶操作、安裝、維護都比較簡單，完全滿足用戶的實際需要，最大限度的為用戶節約投資，同時也符合國家對節能環保的產業發展需要。

1.4 系統設計思路
      本系統主要由太陽能供電系統、現場報警系統、中間傳輸部分、移動接警端和工地管理處接警中心五個部分組成。系統拓撲圖如下所示。我們分別介紹如下：
1）太陽能供電系統主要由太陽能電池板、控制器和蓄電池三部分組成。
      其主要作用是為現場報警設備中的錄音報警喇叭和網絡報警主機提供24小時不間斷供電（如果工地現場可取電，這部分可以直接省略）。選擇多大功率的太陽能供電系統，首先需要計算出供給設備的功率大小，并預留足夠的余量空間。錄音報警喇叭和LED警示牌正常情況下為斷開狀態，功耗為0，只有產生非法入侵事件時才啟動工作。我們平均每天按照觸發30次，每次聲響時間為2分鐘計算，這樣一天的報警工作時間為1小時。而網絡報警主機正常待機電流為100mA，報警電流為300mA，同樣按照一天報警1小時，待機23小時計算，總功耗約為32W。如果錄音報警喇叭的標稱功率為10W，LED警示牌為8W，再加上報警主機一起，三者每天的總功耗為50W，折合成每小時則為2W左右。為了給系統供電留出足夠的余量，我們可以按照50倍的標準來配置，也就是選配100W左右的多晶硅太陽能電池板，12V50A的太陽能控制器和12V-50Ah鉛酸蓄電池。這樣即便連續10天左右的陰雨天環境下也能穩定可靠的工作。
2）每個現場報警系統主要由1組或多組的多光束太陽能全無線紅外對射、1臺網絡報警主機、1個高音報警喇叭和1個控制繼電器組成，而一個智慧工地的安防系統可能會有多個現場報警系統。
      太陽能全無線紅外對射是一款采用成熟的太陽能光伏電池技術和抗干擾抗誤報的調頻跳頻無線信號傳輸技術，結合主動式紅外對射探測器所研制出來的新一代探測器。他與有線紅外對射、紅外光柵、有源警號燈、被動紅外探測器、有線煙感、燃氣探測器相比，在安裝維護方面具有極大的便利性，并且可有效地防止因雷擊造成的系統癱瘓，同時也比較節能環保。
      該產品自帶了獨立的太陽能供電和蓄電系統，無需外界提供電源線即可在連續一年陰雨天環境下持續穩定的工作。一旦偵測到有非法入侵，內置的無線發送裝置將啟動，報警事件以抗干擾性強的FSK調頻+跳頻方式發送到網絡報警主機。網絡報警主機收到警情后一方面啟動控制器讓高音報警喇叭和LED警示牌閉合導通，發出“嗚嗚---，回去，退回去，不能闖入”的循環語音；另一方面同步啟動GPRS網絡模塊向后端通訊，報告相關警情。同時為了方便施工人員不定期進出，可給他們配置若干個主機遙控器（最多4個）方便布撤防操作。需要強調的是，由于主機采用了GPRS流量的組網方式，因此每臺主機需要插入一張開通了物聯網的卡才能實現與后端的通訊，一般每月產生的通訊流量不超過50MB。
3）中間傳輸主要由移動數據網絡方式組網，主機端、手機端和中心端三者的網絡通訊都是以服務器作為中間樞紐來實現的（如下圖所示）。當然，客戶無需自建服務器，系統依托阿里云和騰訊云雙服務自動熱切換，保障整套系統運轉的穩定性。

4）在移動接警端的手機上安裝好APP軟件或綁定微信公眾號即可上線與對應主機通訊，實現布防、撤防、接收報警等操作。
      一旦前端有報警事件發生，手機APP或微信將第一時間拉響報警聲，及時彈出軟件的主界面，直觀顯示報警防區及備注信息，并存入歷史記錄。如果前端安裝了視頻監控，手機端也可點擊視頻按鈕查看現場情況進行復核（目前APP可兼容海康螢石和大華樂橙）。
5）工地管理處接警中心主要由一臺能正常上網的PC機和一個西門子短信模塊組成。
      PC機上安裝系統接警中心管理軟件，選擇中轉模式與服務器相連，可實現對最多一百萬臺報警主機的綜合管理，如有需要，還可實現百度地圖、報警后視頻聯動等功能。當前端某一通道口的報警主機發生報警事件時，警情將第一時間投射到后端的管理平臺，并以精準電子地圖配合文字描述的形式直觀顯示報警點位。主界面上顯示了各個報警主機的相關狀態，如主機是否在線，撤防還是布防，有沒有警情上報，主機或下面的對射是否有異常（如設備欠壓、對射失效、是否強拆），主機當前的GPRS信號強度是多少等等，若主機點位較多，我們可以實施分組管理，一鍵布防或對某個主機單獨撤防。短信模塊以232串口與PC機相連，他的主要作用有兩個：一方面保障接警中心在網絡異常時能接收前端主機發出的報警短信，不至于警情丟失，另一方面可以選擇性的給未安裝APP軟件或者軟件處于關閉狀態的相關人員轉發報警短信，做到警情不延誤。
 
1.5 系統組成
1.5.1 太陽能供電系統
 
  本系統不做詳細闡述，由用戶自行選購。具體參數如下：
1）太陽能電池板：100W多晶硅電池板（含固定支架、配件等）；
2）太陽能控制器：12V50A，具有過充保護、低壓保護、反流保護、短路保護等；
3）太陽能蓄電池：12V50A，鉛酸蓄電池，光伏儲能專用。

1.5.2 現場報警系統

1、紅外對射部分
1）工作原理
      每組對射探頭均由一個發送端（F端）和一個接收端（S端）組成。 發射端發射經調制后的紅外線，紅外線構成了探頭的保護區域（圖 1 ）。如果有人企圖跨越被保護區域，則兩條紅外線被同時遮擋，接收端輸出報警信號，觸發報警主機報警（圖 2 ）。如果有飛禽（如小鳥、鴿子）飛過被保護區域（圖 3 ），由于其體積小，速度快于被保護區域，則發射端認為正常，不向報警主機報警。
      本方案推薦的太陽能全無線紅外對射發射出八束肉眼看不見的經過調制的紅外線，與之對準放置一個紅外接收端，紅外線光束構成了一道人眼看不見的封鎖線。當有人穿越時，同時完全阻擋2束以上紅外線時，接收端收不到紅外光波，接收端產生無線報警信號并發送到轉接設備。紅外線探測器有較高的抗干擾能力，大霧、暴雨、光擾、自由落體、小動物穿越或無線干擾等一系列外界因素都能有效規避，降低誤報。

2）紅外對射產品介紹

產品名稱：八光束太陽能全無線光墻
產品型號：HB-T001R8

產品特點及功能
一、太陽能供電，無需外接電源線；
二、調頻信號報警，無需外接信號線；
三、調頻信號報警，解決了無線信號容易被干擾和誤收誤報的問題；
四、采用數據編碼方式，做到6萬對對射不重碼；
五、抗強光干擾，并有干擾提示；
六、具有故障自檢，并向主機報告的功能；
七、具有安裝后因刮風等原因造成偏移并向主機報告的功能；

 技術參數
·工作電壓：3.3V
·儲電類型：可充電磷酸鐵鋰電池
·電池容量：發送端500mA，接收端1000mA
·靜態工作電流：發送端≤0.75mA，接收端≤0.75mA
·紅外光頻率：38KHz
·紅外光波長：940nm±20nm
·紅外距離：實用距離100米
·紅外光束數：8光束
·無線發射頻率：調頻433MHz
·無線發射距離：開闊地測試500米
·太陽能電板輸出電流：1800Lx光照情況下≥2mA(注：普通雨天戶外光照度約2000LX)
·工作環境適應溫度：-30℃～70℃
·24小時最大觸警次數：≤200次
·外型尺寸：1090×84×45（mm）

3）安裝效果圖
    
2、報警主機部分

產品名稱：網絡報警主機
產品型號：HB-5050

功能簡介
◆多網互聯，用戶可通過移動數據網絡實時監控和操控報警主機。
◆ 99個無線可編程防區，并可任意定義防區屬性。
◆支持安定寶網絡通訊協議。
◆交流供電和備用鉛酸蓄電池（選配）雙電源不間斷供電。
◆提供兩組12V直流輸出，作為控制其他設備使用（如啟動警號，警燈、警示牌和用于聯動等）。
◆支持多種布防方式, 多種警示聲音可選。
◆具有強制拆除、破壞后緊急報警功能。
◆支持手機APP應用，可通過手機APP接收報警并對主機進行操作。

技術參數

3、其他配件設備
1）錄音報警喇叭：DC12V戶外報警喇叭，功率小于10W，可錄音時間大于20秒以上，接通電源后可循環播放；
2）LED警示牌：DC12V LED可編輯警示牌，功率小于10W，接通電源即可交替閃爍；
3）控制模塊：廠家配套提供。

1.5.3 移動接警端
移動端分為手機APP及微信公眾號，APP支持兩臺手機同時登陸，微信公眾號支持多個微信同時接警（不超過10個）。
1、手機APP功能介紹
1）在網絡狀態下支持手機APP軟件接警，可遠程“全局布防”、“半布防”、“撤防”、“SOS”緊急求助、“本端消音”、“視頻查看”、歷史記錄查詢和主機參數設置等功能；在斷網狀態下也可依靠短信通道，實現正常報警信息接收，撤布防指令下達（僅針對GPRS類型的報警主機）；
     

2）探頭學碼、遙控器學碼統一由APP軟件完成，并可添加防區備注信息和修改防區屬性；
  
3）可查詢99條歷史記錄（如報警記錄、布撤防記錄或上線斷線記錄等），軟件升級不丟失；

4）添加和修改軟件參數時設有密碼保護，增強系統安全性；
     
2、微信操作界面
支持接警、反向撤布防、可記錄1000條歷史記錄（如報警記錄、布撤防記錄或上線斷線記錄等）、一個微信號可綁定多臺主機，管理多臺主機、最多支持50個微信號同時管理一個主機。                 1.5.4 高鐵站接警中心
1、短信模塊

產品品牌：西門子
產品型號：JYC311A
1）產品概述
      本產品依托中國移動公司的短信平臺實現數據無線通信，克服了傳統無線通訊方式通訊距離短、性能不穩定的缺點，為用戶提供高速、永遠在線、透明數據傳輸的虛擬專用數據通信網絡。真正實現無縫覆蓋，并且沒有距離限制，實現全國漫游。廣泛用于電力自動化、工業監控、交通管理、氣象、金融、環境監測、煤礦、油田、證券等行業。利用GPRS網絡平臺實現數據的透明傳輸，同時考慮到各個應用部們的組網方面的需要，在網絡的組網形式上具有很大的靈活性。通信的中心可以是手機也可以是專用短信收發設備。
2）產品特點
?工業級低功耗、高性能嵌入式處理器，可以可靠處理協議和大量數據。工業級品質保證、性能穩定可靠
?內嵌短信處理協議棧、數據透明傳輸，數據終端永遠在線
?內嵌看門狗、繼電器斷電管理、不死機、掉線自動恢復，終端的維護工作幾乎為零
?支持完全透明的數據傳送模式
?多種工作模式可供選擇，靈活方便。
?抗干擾設計，即便在硬件被死鎖，普通看門狗無法服務處理器和通信模塊的情況下仍然可以可靠的自動恢復到正常狀態的功能。
?標準工業RS232接口
?設備運行指示、網絡連接顯示
?提供用戶設置軟件、開放接口
?工業鋁合金外殼、抗干擾、堅固耐用、安裝方便
?多種波特率可以設置 
?多種工作模式，可自由設置和轉換 
?軟件可以通過串口進行升級 
3）終端原理組成
?DTU 由下列幾部分組成：
?32位 ARM 處理器。
?Siemens 公司的高性能工業級GPRS模塊MC37I
?繼電器斷電路

4）技術參數
?支持音頻，短消息。
?支持通話和緊急呼叫
?支持全速率，增強全速率和半速率
?支持中文英文短消息
?支持雙音多頻
?支持G3傳真
?支持完全的AT命令
?編碼方案：CS1－CS4
?符合SMG3 bis技術規范

接口：
?天線接口：50Ω SMA（陰頭）
?SIM 卡：3V/5V，自動檢測
?接收靈敏度：-104dbm
?發射功率：CLASS4 (2W)/GSM(900)
?CLASS1(1W)/GSM(1800)
?RS-232/串口數據接口
?串口速率1200～115200bps可選
供電電源
?供電：標準DC12V/ 1A
?可調電壓范圍：DC6V～DC36V
?工作電流：待機時電流：22mA，發射時峰值電流：220 mA
環境參數
?工作溫度：-35℃--+55℃ 
?存儲溫度：-40℃--+85℃
?相對濕度：95%（無凝結）

2、接警中心管理軟件                                                        
1、軟件概述
   接警中心管理軟件運行在Windows環境下，通過網絡通訊云平臺，采用IP網絡方式和專業高速通訊協議進行數據傳輸和處理，具有報警響應時間短、系統容量大、可靠性高、數據安全、擴充性強、施工簡單、操作方便、建設投資少等特點，實現了對多用戶報警主機信息的接收和管理，實時存儲歷史記錄，并支持文檔導出打印。
2、功能介紹
（1）軟件主界面與狀態顯示

主界面中，每個按鈕表示一臺前端“報警主機”。選中該圖標鼠標右鍵，可實現對該用戶的遠程布防，遠程撤防，遠程緊急報警等功能。   

（2）多屏顯示報警事件：對任何一類突發警情都能實現三屏同步顯示：第一屏顯示該警情精準的百度地圖，迅速鎖定出警路線；第二屏顯示該警情的點位分布圖和詳實的用戶信息；第三屏顯示警情現場的視頻畫面，復核報警事件的有效性。

（3）系統以阿里云和騰訊云雙服務器做后臺支持，一主用，一備用雙服務器協同運行機制，保障了數據傳輸的安全性和可靠性。
                     

（4）支持多級聯動接警： 警情發生后，用戶手機APP上第一時間接收報警信息，并查看相應視頻畫面視為一級接警；物業值班中心電腦屏幕上同時彈出報警點位分布圖，并調取對應監控圖像視為二級接警；安保服務中心同步分屏顯示百度地圖，點位分布圖和監控圖像視為三級接警。
                
（5）不同警情不同的提示：針對各類警情（如盜警、火警、水警、SOS緊急求助、燃氣泄漏等），系統可通過不同的報警語音，不同的報警圖標進行直觀提示，讓操作者一目了然。
    

（6）完整的用戶資料信息：報警用戶的名稱、地址、平面圖、視頻圖、聯系人、聯系電話、備用電話以及報警時間、報警位置、報警次數、客戶布撤防狀態、客戶設備工作是否正常等信息。
                 

（7）監控視頻、截圖存儲功能：報警時聯動的監控視頻一旦被彈出，系統將自動啟動錄像、截圖功能，并實時存儲。
            

（8）分權限管理：平臺共設有超級管理員、管理員和操作員三種權限管理，增強系統的安全性。
                 
（9）強大的數據備份和恢復功能：重要的數據庫資料如客戶資料、電子地圖、報警信息等系統將實時備份，一旦系統遭到雷擊或其他不可抗拒力量破壞能及時恢復，保障了系統的安全性。

1.6 系統優勢及特點
·太陽能供電，無需外接電源線；無線信號報警，無需外接信號線，真正的全無線對射。
·安裝不用鋪管布線，維護不用查線，節省管線等材料費，減少工程量降低安裝維護成本。
·弱光型充電方式，無需太陽直射，連續陰雨天也能把光線轉化為電能，供對射正常使用。
·太陽光干擾時能自動屏蔽，不誤報，主機有強光干擾提示。
·大功率無線信號發送，具有較強的抗干擾能力。
·完備的防衛能力：入侵者無法以快速跳躍、匍伏或其它動作通過隱形紅外防衛射束網的防范范圍。
·良好的抗干擾特性：當昆蟲或小動物等通過紅外防衛射束網時，由于不能完全遮斷紅外防衛射束,所以不會產生誤報警。
·嚴密的防破壞能力：當紅外對射被破壞或撬砸時，報警信號輸出電路將自動輸出無線報警信號。
·可全天侯工作：紅外對射探測器具有抗不良天氣環境干擾能力。

1.7 對本方案的部分補充說明
針對用戶在技術要求中提出的某些疑問做如下解答：
1、疑問：太陽能供電雖然解決了現場接電困難，但系統估計沒有欠壓等報警功能。
    答：太陽能無線報警系統在研發之初就充分考慮欠壓告警功能。這里的欠壓告警主要包含兩個方面：一是對射器本身的欠壓告警功能。通常情況下，隨著采光環境的變化和使用情況的不同，對射內置的磷酸鐵鋰電池電壓會在3.0V—3.3V的正常區間內浮動，而一旦電池電壓低至3.0V以下時，將自動向主機反饋欠壓告警，如果繼續低至2.8V時對射器將停止工作；二是主機也有欠壓告警功能。主機正常的工作電壓為DC12V—15V，而如果檢測到輸入電壓低至10V時，主機將會向中心發出欠壓告警指令。

2、疑問：每個工地的接警中心沒有直觀的電子地圖顯示。
     答：接警中心平臺顯示直觀的電子地圖是軟件一項基本的也是最重要的功能。用戶事先可以將高鐵站的整體平面圖導入系統中，然后在平面圖上自由擺放設備安裝位置，配上設備圖標和相關備注文字。報警后，系統將自動彈出相應的電子地圖畫面，并以紅色交替閃爍的形式告知具體的報警點位。

3、疑問：太陽能供電涉及到現場布線的施工、安裝太陽路板、蓄電池等安裝工程。
     答：由于現場不能取電，加裝額外的太陽能供電系統在所難免。

4、疑問：無視頻監控配合，從接報警出警到現場有一定的滯后，當有誤報發生時確以準確判斷。
     答：這套系統是可以實現報警防區與視頻監控的聯動功能的，只要事前做好相應的數據關聯，就能實現當某防區報警后在數秒內彈出對應的監控畫面，并在后臺自動保存視頻錄像，便于對產生的誤報警進行準確判斷。

1.8 系統配置
      根據客戶要求，結合實際的安裝環境、邊界防范長度及整體工程預算，現將該系統按照每邊長不超過100米防范距離計算，具體配置統計如下：

2、接警中心配置：