В рубрику "Охранная и охранно-пожарная сигнализация, периметральные системы" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Б.С. Введенский
Эксперт, канд. физ.-мат. наук
Внешняя граница объекта является наилучшим местом дляраннего обнаружения вторжения. Принцип действия любой периметральной охранной системы основан на том, что на внешней границе нарушитель создает определенные физические возмущения, которые можно зарегистрировать специальными датчиками. Остановимся на некоторых тенденциях их развития
Современные технологии и новые возможности
Применение более мощных и экономичных микропроцессоров позволяет создавать новые сенсоры и системы обработки сигналов, которые становятся все более интеллектуальными и "коммуникабельными", способными выполнять новые функции.
Примером современного интеллектуального датчика может служить двухпозиционная радиолучевая система ERMO482X, выпускаемая итальянской фирмой CIAS (рис. 1). От своего аналогового прототипа ERMO482 новый датчик отличается системой цифровой обработки сигналов, которая хранит в памяти типовые образы вторжения и выдает сигнал тревоги только при совпадении регистрируемого образа с одним из типовых. В датчике ERMO482X можно программными средствами сформировать чувствительную зону с поперечным сечением не в виде круга, а в виде вертикально ориентированного эллипса, что позволяет отстраиваться от влияния предметов, расположенных на краях чувствительной зоны. Во встроенной памяти датчика хранятся 100 аналоговых (изменения уровня сигнала, температура воздуха, напряжение питания) и 256 цифровых событий (сигналы тревоги, изменения параметров системы и др.). Для настройки датчиков используется компьютер и специальная программа MWATEST.
Микропроцессорная обработка сигналов применяется и в современных оптических многолучевых датчиках. Английская компания Integrated Design Ltd. выпускает многолучевые датчики серии Rayonet. В стойках высотой 1,8 м располагаются 8 или 12 оптических модулей (модели Rayonet 1000 и Rayonet 2000 соответственно), что позволяет перекрыть каждую зону охраны 4 или 6 лучами. Параллельный анализ сигналов перекрытия лучей в каждом из приемных модулей позволяет определить типовые сигналы, характерные для различных типов вторжения (ползущий, идущий или бегущий человек), а также примерные параметры нарушителя (размер, форма, скорость движения). Микропроцессор хранит типовые сигналы в памяти, позволяя выделить реальное нарушение границы на фоне помех (птиц, животных, падающих листьев и т.п.). Через порт RS-485 каждая стойка подключена к управляющему компьютеру, с помощью которого проводится сбор сигналов "Тревога", "Обучение", а также диагностика и настройка датчиков.
Встроенные процессоры позволяют реализовывать гибкие алгоритмы работы датчиков и некоторые новые функции. Так, например, в однопозиционных радиолучевых датчиках серии TMPS-21000 американской фирмы Perimeter Products, Inc. можно программным способом регулировать протяженность чувствительной зоны в переделах от 22 до 78 м, что позволяет оптимизировать конфигурацию зоны охраны и отстраиваться от внешних помех, например от проходящего невдалеке транспорта. Датчики серии TMPS-21000 имеют также функции автоматической юстировки на местности. Для самоохраны в датчик встроен маломощный радар с радиусом действия 4 м.
Некоторые современные периметральные датчики позволяют не только сигнализировать о пересечении рубежа, но и сообщать оператору о том, в каком направлении движется нарушитель. Например, радиолучевые датчики серии SDI-XL-MW-DIR фирмы Protection Technologies, Inc. (США) можно установить в один из трех режимов регистрации объекта.
Определить направление движения нарушителя могут и современные пассивные ИК-датчики для периметров: ARK9130 фирмы Arkonia (Великобритания) или IR 473 / IR 483 фирмы ASIM (Швейцария).
Проблема локализации вторжения
Обычно протяженность отдельной зоны охраны периметра составляет от нескольких десятков метров (пассивные и лучевые ИК-датчики, однопозиционные радиолучевые датчики) до нескольких сот метров (системы с кабельными сенсорами, двухпозиционные радиолучевые датчики и др.). Поэтому определение места вторжения с точностью до 10–30 м без установки дополнительного оборудования позволило бы существенно повысить эффективность охранной системы. Разработчики пытаются решить эту проблему разными способами.
Швейцарская компания ASIM Technologies Ltd. выпускает датчик типа IR 423 (рис. 2а), имеющий зону чувствительности длиной до 150 м. Чувствительная зона датчика разделена на три участка (рис. 2б): ближний (1,4–18 м от датчика), средний (18–50 м) и дальний
(50–150 м). Сигналы с них регистрируются отдельными сегментами трехканального дифференциального пироэлектрического приемника, что позволяет не только регистрировать нарушителя, но и примерно определять положение. Датчик имеет встроенную память тревожных событий; для его настройки и тестирования используется портативный тестер или персональный компьютер.
Разработка английской компании Radiovisor, получившая название Lunar, базируется на многолучевых ИК-датчиках серии Perimbar с дальностью до 150 м. Система Lunar позволяет локализовать место вторжения в пределах зоны охраны (рис. 3). Каждый из приемных блоков регистрирует сигналы от всех передающих блоков излучающей стойки. Принимаемые сигналы подвергают матричному преобразованию, чтобы вычислить расстояние от стойки датчика до регистрируемого объекта и показать на компьютерном мониторе место вторжения. Последовательный анализ матричных сигналов позволяет вывести на компьютерный дисплей также примерный графический профиль объекта, пересекающего лучевой барьер (рис. 3) Разрешение изображения довольно невысоко, но позволяет отличить, например, человека от лошади или автомобиля.
Одним из примеров решения задачи локализации вторжения является система Intrepid фирмы Southwest Microwave (США). Экранированный сенсорный кабель серии MicroPoint с парой подвижных проводников представляет собой двухпроводную линию, в которой при деформациях ограды возникает локальная нестационарная неоднородность. Посылаемый в двухпроводную линию зондирующий электрический импульс отражается от этой неоднородности, а время задержки регистрируется анализатором (рис. 4), позволяющим определить место вторжения с точностью до 3 м.
Австралийская компания Future Fibre Technologies (FFT) создала периметральную охранную систему Secure Fence с волоконно-оптическим сенсором. Зондирующие лазерные импульсы пропускаются через оптическое волокно, прикрепленное к ограде. Для анализа сигналов, отраженных от нестационарных неоднородностей, используется оптическая рефлектометрия с временным мультиплексированием (технология OTDR), традиционная для диагностики волоконно-оптических коммуникационных сетей. Точность определения места вторжения составляет ±50 м при длине периметра до 60 км.
Централизованные и сетевые системы для протяженных периметров
При построении многозонных систем для крупных объектов проектировщики и инсталляторы часто сталкиваются с трудностями организации кабельных магистралей для питания охранных приборов на периметре и передачи сигналов тревоги на пост охраны. Если количество зон составляет несколько десятков, то кабельные коммуникации по стоимости уже могут быть сравнимы со стоимостью охранного оборудования.
Снизить затраты можно за счет использования систем с централизованной обработкой сигналов. Например, в комплексе CentrAlert английской фирмы Geoquip в качестве протяженных сенсоров используются микрофонные кабели. Преимущество системы перед традиционными "распределенными" состоит в том, что на ограде монтируется только сенсорный кабель, а электронные блоки обработки сосредоточены на посту охраны. Экономия на соединительных кабелях достигается за счет подключения только одной витой пары к каждой зоне, так как на центральный процессор подаются необработанные звуковые сигналы от зонных сенсоров. Другая особенность системы – возможность адаптивной обработки сигналов с корреляционной компенсацией шумов от соседних зон. Такая архитектура позволяет организовать систему емкостью примерно до 64 зон. Ограничением систем с централизованной архитектурой является максимальное расстояние, на которое можно передавать сигналы сенсоров. Оно определяется потерями в соединительных кабелях и на практике не превышает 2,5–3 км.
Итальянская компания GPS Standard разработала специализированную коммуникационную сеть Multiplex2000, предназначенную для интеграции различного периметрального охранного оборудования. К центральному контроллеру подключаются две шины данных типа СОМ115, способные образовывать два отдельных коммуникационных луча длиной по 5 км или единое кольцо протяженностью 10 км. К центральному процессору можно подключить до 64 периферийных процессоров, к каждому из которых, в свою очередь, подключается до 64 зон охраны. Используемый специальный протокол позволяет не только получать сигналы тревоги, но и проводить дистанционную диагностику и настройку охранного оборудования.
Кардинальное решение задачи охраны больших периметров возможно при применении сетевых коммуникационных технологий. Одни компании разрабатывают для этого свои собственные протоколы обмена данными, максимально ориентированные на конкретные приложения, другие используют стандартизованные протоколы, которые обеспечивают практически все задачи передачи данных с широко доступными компонентами для построения сетей и развитым программным обеспечением.
По последнему пути пошла израильская компания Magal, построившая систему MagNet для контроля и управления распределенными охранными комплексами. В сеть можно включать большое число периметральных датчиков и другого охранного оборудования (видеокамер, дискретных сенсоров и т.п.).
Сетевой комплекс StarNeT 1000 канадской корпорации Senstar-Stellar разработан для охраны протяженных периметров, оборудованных вибрационно-чувствительными, радиолучевыми или радиоволновыми системами. Связь между центральным постом и локальными станциями сбора данных обеспечивается по сети TCP/IP, а между локальными станциями и охранными датчиками – по специальной сети Crossfire. К локальным станциям подключается до 128 зон охраны, что позволяет создавать системы практически неограниченной емкости.
Использование периметральных охранных систем для защиты трубопроводов
Задача защиты нефтепроводов и газопроводов от несанкционированного вторжения актуальна во всем мире. Как показывает практика, для решения этой задачи применимы периметральные охранные технологии.
В 1998 г. австралийская компания Future Fibre Technologies выпустила на рынок первую версию охранной системы SecurePipe, которая использовала волоконно-оптический кабель в качестве обрывного датчика. Для определения точки обрыва использовался стандартный метод оптической рефлектометрии. Система была смонтирована на 110-километровом нефтепроводе диаметром 60 см в Индонезии и через несколько месяцев после запуска дала сигнал тревоги с указанием места обрыва с точностью 100 м. Причиной повреждения был оползень почвы.
В следующих поколениях системы SecurePipe для обнаружения вторжения использовался более совершенный интерферометрический метод, чувствительный к механическим напряжениям в оптических кабелях, что позволило обнаруживать попытки вскрытия почвы или трубопровода, не связанные с обрывом сенсора. При механических воздействиях оптические волоконные кабели дают отклик в диапазоне частот от 1 Гц
до 1 МГц, хотя для практических целей в системе используется полоса 200 Гц – 10 кГц. Магистральные трубопроводы обычно прокладывают под землей, поэтому сенсорный кабель размещают над трубопроводом, на глубине 30–90 см под землей. Ширина чувствительной зоны составляет примерно 6 м. Система обнаруживает вскрытие земли мотыгой или падение на землю предмета массой 15–25 кг. Точность обнаружения вторжения составляет 150 м при максимальной длине отдельной зоны охраны не менее 50 км.
Недавняя разработка компании Senstar-Stellar под названием PipeGuard предназначена специально для охраны нефтепроводов и представляет собой совокупность автономных сенсорных модулей, монтируемых над охраняемым трубопроводом на глубине 50–80 см. Каждый сенсорный блок содержит 4 геофонных сейсмических датчика, сигналы которых обрабатываются местным анализатором (рис. 5). В одном корпусе с анализатором размещается приемопередатчик сигналов тревоги и батареи питания. На фото (рис. 6) показаны компоненты сенсорного модуля системы – геофоны, электронный блок, антенна приемопередатчика и устройство автотестирования.
Метод обработки сигналов индивидуальных геофонов позволил обеспечить диаграмму чувствительности сенсорного модуля в виде двух узких лепестков, ориентированных вдоль линии трубопровода. Протяженность чувствительной зоны сенсора – 150 м в обоих направлениях, что позволяет располагать сенсорные блоки на расстоянии до 300 м друг от друга. Сигналы тревоги от отдельного сенсорного модуля передаются на два соседних модуля, а те, в свою очередь, последовательно передают их дальше, до ближайшей региональной станции контроля и управления, которые располагаются на расстояниях до 20 км друг от друга. Система обнаруживает вскрытие грунта с помощью лопаты, мотыги, бурильной установки и не реагирует на нетревожные факторы. Анализатор сигналов обучается непосредственно на месте установки и позволяет классифицировать тип вторжения. Устройство автотестирования представляет собой генератор импульсных акустических сигналов. С его помощью можно проверить работоспособность сенсорного модуля, а также измерить скорость распространения сейсмических сигналов, которая зависит от параметров почвы (плотности, температуры, влажности и др.). Результаты автотестирования учитываются анализатором при обработке сигналов. Сенсорный модуль PipeGuard питается от специальных литиевых батарей емкостью около 20 А/ч. Срок службы батарей зависит от интенсивности работы модуля и в среднем составляет не менее одного года.
Интерес к охране подземных трубопроводов проявляют и российские предприятия, специализирующиеся на разработке систем для охраны периметров. Очевидно, что для решения указанной задачи можно использовать опыт создания систем, предназначенных для обнаружения подкопов. В качестве датчиков предлагается использовать трибоэлектрические или вибрационно-чувствительные кабели, которые можно укладывать в грунт над защищаемым трубопроводом. По оценкам разработчиков, длина отдельной зоны охраны может составлять до 500 м. Однако для промышленного использования предлагаемых систем на трубопроводах потребуется проведение тщательных испытаний датчиков и систем сбора данных в различных климатических и погодных условиях.
Интенсивное внедрение цифровых методов обработки сигналов позволяет создавать интеллектуальные периметральные охранные системы с такими функциями, как распознавание типовых сигналов вторжения, локализация нарушителя в пределах зоны охраны, дистанционная диагностика датчиков, настройка датчиков и др.
Защита границ протяженных объектов требует разработки сетевых охранных комплексов. Применение стандартизованных коммуникационных протоколов обеспечивает возможности интеграции различных видов охранного оборудования и упрощает построение кабельной инфраструктуры.
Технологии охраны периметров могут применяться для защиты трубопроводов от несанкционированного вторжения. Однако для практического применения потребуется серьезная работа по адаптации этих систем к климатическим условиям.
Опубликовано: Каталог "ОПС. Охранная и охранно-пожарная сигнализация. Периметральные системы"-2004
Посещений: 13439
Автор
| |||
В рубрику "Охранная и охранно-пожарная сигнализация, периметральные системы" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
