Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Технические средства охраны периметров объектов

В рубрику "Охранная и охранно-пожарная сигнализация, периметральные системы" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Технические средства охраны периметров объектов

Современное состояние и пути развития Часть 2

С.С. Звежинский
Ведущий научный сотрудник ФГУП "Дедал"

Мы продолжаем публиковать аналитические материалы, посвященные средствам охраны периметра объектов в одноименной рубрике раздела "ОПС, пожарная безопасность". В этом номере представляем вниманию читателей вторую часть статьи С.С. Звежинского. Напомним, в первой части материала (журнал "Системы безопасности" № 1-2008) речь шла о текущем состоянии отечественного рынка периметральных систем, традиционных решениях и новых технологиях

Эффектвность: оценки и критерии

Общепринято, что двумя основными тактическим характеристиками СО являются вероятность обнаружения нарушителя Р0 и вероятность ложных Рл тревог. Последняя величина, на всем массиве по-меховых источников и длительного (не менее года) времени функционирования, обусловливает величину средней наработки на ложную тревогу Тл, которая более адекватно характеризует СО. Другими значимыми тактико-техническими характеристиками (ТТХ) являются: длина 30, способность правильно распознавать дополнительные характеристики нарушителей (например, направление движения, скорость) и проводить их классификацию (например, "одиночный" или "группа"), а также потребляемая электрическая мощность, масса и габаритные размеры, ремонтопригодность.

Важная качественная характеристика - способность СО противостоять ухищренным способам преодоления 30 ("обход"), однако в России эта характеристика "не прижилась". А жаль, ведь она в определенной степени характеризует модель нарушителя - ту область terra incognitta, которую, по словам известного специалиста, можно описать так: "Для таких нарушителей периметровая сигнализация прозрачна, с ними надо договариваться в офисе".

Так что же характеризует величина Р0, которая прописывается в технических условиях на изделие? Как правило, один наилучший (из десятков менее подходящих) роботизированный сценарий вторжения. Но нарушитель - не робот. Не желательные, а реальные величины Р0 и Тл в совокупности должны определять сигнализационную надежность средства обнаружения.

Как показывает теория и практика, в общем случае увеличение чувствительности (уменьшение порога обнаружения) приводит к увеличению первой величины и уменьшению второй. Здесь и "зарыта собака", которая зачастую является предметом спекуляций. Если за рубежом подтвержденная (другую не приводят) средняя наработка СО (с длиной 30 порядка 200 м) на ложную тревогу в 350 ч является хорошей, а 720 ч-очень хорошей, то у нашего производителя сплошь и рядом встречается наработка в 1 500...3000 ч на изделиес длиной 30 до 500 м. Иногда складывается впечатление, что отечественные и западные потребители живут на разных планетах: у них - ветер, дождь, град, гроза и пр. (все то, что так или иначе вызывает ложные тревоги), а у нас-тихая пустыня без растительности, животных и птиц.

Понятно, что для любой сложной технической системы (в том числе для средств обнаружения), рассматриваемой в комплексе характеристик (функциональных, экономических, энергетических, экологических и пр.), справедливо правило: если что-то прибудет, то обязательно что-то убудет. Вот сколько "прибудет и убудет", и что нужно для потребителя - это и есть предмет оптимизационной процедуры при создании нового изделия. Поэтому поиск в определении оптимального порога чувствительности являлся до последнего времени одним из важнейших этапов разработки и пусконаладки СО. Последние достижения зарубежных производителей заставляют взглянуть на этот вопрос с другой стороны - а нельзя ли существенно снизить влияние выбора чувствительности (порога) за счет внедрения самонастраивающихся и обучаемых систем и алгоритмов обработки?

Как нам представляется, эта тенденция развития современной техники ТСО очень важна - человеческий фактор настройки минимизируется, а вместе с ним во многом устраняются упомянутые выше коллизии. Однако само по себе внедрение "умных" алгоритмов бессмысленно, оно должно сопровождаться существенным увеличением потока независимой сигнальной информации с рубежа охраны. То есть современные СО должны быть предельно информативны, иметь несколько элементарных обнаружителей (или каналов обнаружения), давать как можно больше исходной информации с рубежа охраны, чтобы затем можно было, подключив технический (а иногда и человеческий) интеллект, резко повысить эффективность системы охраны. Это, по сути, и реализуется в описанных выше образцах новой зарубежной техники.

Интеграция различных технологий

В идеале необходимо иметь на рубеже относительно простое средство верификации сигнала тревоги, например телекамеру. Мешает прямому ее использованию недостаточная чувствительность - для ночного пасмурного неба освещенность объекта (не путать с матрицей) может составлять 105 лк, что более чем на порядок меньше чувствительности самых современных изделий. В идеале дальность видимости телекамеры должна соответствовать длине 30 современных СО, а это типично для отрезка в 200-300 м, что накладывает существенные ограничения на разрешающую способность, особенно в сумерки. Задачу передачи изображения на далекие расстояния (десятки км для территориально-распределенных объектов, государственной границы) также никто не снимал.

Несколько лет назад в разговоре с М. Руцковым о перспективах теленаблюдения и видеодетектирования на периметре я был настроен весьма пессимистично, прежде всего, из-за таких казавшихся неразрешимых проблем, как: наблюдение в ночных условиях, неудовлетворительная работа алгоритмов видеодетектирования в плохих погодных условиях, отсутствие отличительных видовых признаков нарушителей (люди, животные и т.п.), коммуникационные трудности. Но годы идут, и вот появляются технические решения, которые вызывают сдержанный оптимизм. Как общую тенденцию можно отметить все более широкое использование комбинированных систем, которые конструктивно объединяют несколько чувствительных элементов, базирующихся на различных физических принципах.

К таким системам можно отнести мобильную радиоканальную систему наблюдения "день/ночь" MSS-1500 корпорации Magal (Израиль). "Изюминкой" системы является то, что днем работает CCD-камера (0,8 Мпкс) с трансфокатором, а ночью -тепловизионная камера (производства фирмы Flir) с разрешением 320x240 пкс на основе микроболометрической матрицы из аморфного кремния/оксида ванадия (диапазон длин волн 8-12 мкм). Тепловизор в гораздо меньшей степени чувствителен к неблагоприятным климатическим условиям. Система обеспечивает обнаружение цели на расстоянии -1,5 км и распознавание цели на расстоянии около 500 м. Встроенный направленный микрофон улучшает распознавание движения целей, которое осуществляется автоматической компьютеризированной системой, расположенной в центре управления. Поле зрения сканируется как по горизонтали, так и по вертикали. Видеоизображение передается по закрытому радиоканалу Wi-Fi 2,4 ГГц (криптокод 128 бит) на расстояние до 2 км (с возможностью ретрансляции).

Один из простейших способов увеличения информативности СО -расширение диапазона регистрируемых частот или выделение нескольких диапазонов, связанных с относительно независимыми моделями нарушителей - имеет очевидные недостатки Более сложный (но и более эффективный) путь -создание комбинированных СО, сочетающих в себе несколько различных принципов обнаружения, или многозонных СО, которые отслеживают траекторию либо другие дополнительные информационные параметры возможного нарушителя. Еще более сложный способ - применение методов искусственного интеллекта, самообучения средств на базе анализа исходных входных сигналов. При этом, как показывает практика, уже недостаточно одного выходного сигнала типа "тревога"; требуется обилие дополнительных сигналов - "предтревога", "направление", "скорость", "классификация" и пр.

Пример нового изделия с повышенной информативностью - двухпозиционное радиолучевое СО Model 320SL (Southwest Microwave), в котором используются 2 приемопередаточных модуля, работающих в двух частотных диапазонах: К (24,1 ГГц) и X (10,5 ГГц), формирующих две несовпадающие зоны обнаружения. Нижняя "узкая" зона (высота установки К-модуля около 0,4 м) предназначена исключительно для обнаружения медленно ползущего нарушителя, устраняя важнейший недостаток всех ранних образцов-аналогов. Верхний X-модуль (высота установки 0,9 м) обеспечивает "широкую" 30, надежно обнаруживая ходьбу, бег и прыжки.

К высокоинформативным изделиям можно отнести комбинированные СО серии Piramid (фирма Protech, США). Устройство объединяет по логике "И'однопозиционный допплеровский СВЧ-датчик (частота 10,5 ГГц) и пассивный ИК-обнаружитель (тепловой контраст цели не более 1 °С). Допплеровский обнаружитель имеет два приемных канала, что позволяет практически исключить такие типичные источники ложных срабатываний, как вибрации, колебания листвы при ветре и пр. Радиотехническая 30 имеет вид сектора дальностью 15 м и с максимальной шириной 12 м и практически совпадает с зоной ИК-обнаружения (обеспечивается двойным температурно-сбалансированным пироэлектрическим элементом). Интеллектуальный алгоритм обработки сигналов, реализованный на базе мощного микропроцессора (типа MSP430), обусловливает эффективную отстройку от птиц и мелких животных. Для верификации сигналов тревоги выпускается версия датчика, снабженная встроенной видеокамерой. На фото 1 показан еще один вариант устройства серии Piramid, имеющий функцию определения направления движения нарушителя. Такой вариант устройства используется для охраны вышек, башен, лестниц и т.п.

Отметим, что аналогичные по назначению комбинированные (СВЧ+ ИК) датчики выпускает фирма Arkonia (Великобритания). Так, автономная быстроразворачиваемая система Hornet объединяет пассивный ИК-датчик ARK9133 и однопозиционный СВЧ-датчик (фото 2). Комбинированный датчик снабжен радиоканалом сигналов тревоги. Система может дополняться видеокамерой, передающей отдельные стоп-кадры формата JPEG по GSM-каналу.

Интерес представляет и новая высокоинформативная быстроразворачиваемая система обнаружения MPS-41 50/RL (Magal). В состав системы входят размещенные на несколькихтрехопорных штативах двухпозиционные радиолучевые приемопередатчики (дальность действия до 180 м), пассивные ИК-защитные "зонтики" диаметром 3 м (сдвоенный пироэлектрик), солнечные батареи и радиопередатчики сигналов тревоги. Система позволяет создавать 30 любой конфигурации. Причем "мертвые зоны", характерные для двухпозиционных СВЧ-датчиков (вблизи стоек), надежно прикрываются ИК-обнаружителями.

Комбинирование радиочастотного и ИК-активного принципов обнаружения применяется в системе Pythagoras (CIAS, Италия) с длиной 30 до 100 м. Кроме двухпозиционного СВЧ-датчика и нескольких двухлучевых ИК-датчиков каждая стойка системы снабжена миниатюрным СВЧ-допплеровским датчиком, перекрывающим "мертвые зоны" радиолучевых датчиков (см. фото 3). Отличительной особенностью системы является интеллектуальная обработка сигналов в радиолучевом канале. Здесь использованы методы так называемой "нечеткой логики", позволяющие сравнивать реальный регистрируемый сигнал с типовыми моделями поведения нарушителя, хранящимися в памяти устройства. Такое устройство "тройной" технологии позволяет резко увеличить информативность сигналов тревоги и, следовательно, значительно повысить сигнализационную надежность СО.

Так что же делать?

Таким образом, повышение информативности СО становится основным направлением развития зарубежной техники периметровой охранной сигнализации. Для этого, как показывает опыт, крайне желательно (при серьезных разработках -необходимо!) построение математической модели сигналообразования и проверка ее адекватности. Желательным является также построение математических моделей наиболее значимых помех с целью определения и "фиксации" априорных сведений о процессе обнаружения. Анализ сигналов, втом числе с применением методов математического моделирования, можно считать законченным, если найдены признаки, по которым можно достоверно распознать полезный сигнал на фоне всех значимых помех.

Если улучшение характеристик активных СО достигается (втом числе повышением мощности излучения, применением квазиоптимальных методов приема и обработки сигнала и т.д., то есть технологическим путем), то в пассивных СО фактически остается один способ - повышение информативности. Однако само по себе повышение информативности не приводит к нужному результату, оно должно сопровождаться увеличением априорной информации (достоверного знания) об объектах процесса обнаружения.

Улучшение тактико-технических характеристик средств обнаружения реально, если регистрация повышенного входного потока информации накладывается на сложную или "тонкую" структуру правил алгоритма обработки, вырабатываемую с учетом максимального знания о процессе обнаружения. В нем участвуют 3 типа объектов/источников информации: окружающее физическое поле - среда образования и распространения сигналов, объекты обнаружения (нарушители) и объекты "нетревожного" характера (помеховые явления и факторы). Их характеристики устанавливаются лишь с некоторой достоверностью, и чем она выше, тем при прочих равных условиях можно точнее распознавать соответствующие сигналы и порождающие их объекты.

По-видимому, косновным путям развития, направленным на повышение общей эффективности систем охраны периметров, можно отнести:

  1. разработку более информативных физических и математических моделей нарушителей и значимых помеховых факторов;
  2. разработку и конфигурирование ЧЭ с большей информативностью;
  3. разработку методов и способов извлечения большей информации о нарушителе в 30;
  4. разработку методов и способов уменьшения действия помех в 30;
  5. применение квазипассивных радиотехнических методов для получения дополнительной информации.

Решение перечисленных задач требует создания эффективных чувствительных элементов с высоким соотношением сигнал/шум. Кроме того, следует разработать математические модели и оптимальные алгоритмы обработки сигналов, учитывающие как типовые модели поведения нарушителя, так и различные факторы атмосферного воздействия. Для повышения информативности необходимо сочетать несколько различных физических принципов обнаружения и использовать возможности самообучения и адаптации охранных систем.

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #2, 2008
Посещений: 13309

  Автор

Звежинский С.С.

Звежинский С.С.

Ведущий научный сотрудник ФГУП "Дедал"

Всего статей:  2

В рубрику "Охранная и охранно-пожарная сигнализация, периметральные системы" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций