CC BY
44
ПРИМЕНЕНИЕ ВЕРОЯТНОСТНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПЛЕКСА ТЕХНИЧЕСКИХ
СРЕДСТВ В СИСТЕМЕ ОХРАНЫ, СИНТЕЗИРОВАННОЙ ПО ПРИНЦИПУ «СИСТЕМА РАСПОЗНАВАНИЯ + СИСТЕМА
РЕАГИРОВАНИЯ»
APPLICATION OF PROBABILISTIC INDICATORS
FOR EVALUATING THE EFFICIENCY OF THE COMPLEX OF TECHNICAL FACILITIES IN THE SYSTEM OF PROTECTION SYNTHESIZED BY THE PRINCIPLE "RECOGNITION SYSTEM +
RESPONSE SYSTEM"
Рассматривается показатель качества комплекса технических средств с позиции объекта информационной системы. Предложена математическая модель данного показателя. Показана возможность применения вероятностных показателей для оценки эффективности комплекса технических средств.
The indicator of the quality of the complex of technical means from the position of the object of the information system is considered. A mathematical model of this indicator is proposed. The possibility of using probabilistic indicators for evaluating the effectiveness of a complex of technical means is shown.
Введение. В настоящее время, в условиях террористической напряженности, пе-риметровая система охраны является важным фактором безопасности при охране объектов различной инфраструктуры: нефтеперерабатывающих предприятий, аэропортов, военных складов и т.д. При этом использование технических средств охраны направлено на решение задачи обнаружения объекта (нарушителя) и выдачи сигнала «Тревога». При поступлении сигнала тревоги с охраняемого объекта на пульт централизо-
ванной охраны (ПЦО) оперативный дежурный (оператор), используя линии связи, обязан направить на данный объект группу задержания, которая должна решить задачу по нейтрализации нарушителя. Следует отметить, что процесс принятия управленческих решений характеризуется двумя факторами: ограниченным временем и качеством выносимых управленческих решений. Вместе с тем следует отметить, что решение данной задачи происходит в условиях различного рода помех, как искусственного, так и естественного происхождения, например создаваемых биологическими объектами (животными и пр.). Это затрудняет оперативному дежурному (ОД) пульта централизованной охраны принятие адекватных мер, направленных на решение поставленной задачи, связанной с предотвращением ущерба с противоправной стороны или его существенного снижения [1].
Современные подходы при построении системы охраны объектов требуют использования на рубежах охраны датчиков (извещателей), которые наряду с решением задач по обнаружению объектов должны определять их принадлежность к определенным классам. Решение данной задачи возможно в полной мере реализовать в автоматизированных системах охраны комбинированного типа.
Поэтому перспективным направлением развития технических средств наряду с обнаружением объекта является решение задачи их классификации, то есть создание системы по принципу «система распознавания + система реагирования», которой свойствен ряд особенностей, влияющих, в частности, на процесс оценки эффективности. В этом случае возникает задача, связанная с оценкой эффективности систем охраны данного класса. При этом следует понимать, что эффективность — это способность системы охраны противостоять несанкционированным действиям нарушителя в рамках рассматриваемых угроз (сценариев развития ситуации). В условиях ограниченных ресурсных затрат эффективность будет зависеть от возможности применения, с одной стороны, комплекса технических средств (КТС), а с другой — сил реагирования.
В настоящее время подход к оценке показателей эффективности систем охраны комбинированного типа целесообразно рассматривать с позиций представления их несколькими подсистемами, включающими в себя КТС охраны и сил реагирования. В этом случае показатели эффективности могут быть представлены следующей группой:
- показатели, характеризующие КТС охраны;
- показатели, характеризующие человеческий фактор.
Следует отметить, что вопросы эффективности, учитывающие своевременность и качество выполняемой задачи в системе охраны рассматриваемого типа, связанные с использованием КТС, особенностью которого являются извещатели комбинированного типа, где наряду с обнаружением объекта решается задача их классификации, не рассматривались.
Это потребовало уточнения частных, обобщённых и комплексных показателей с учётом применения КТС в процессе выполняемой задачи.
Цель работы: применение вероятностных показателей для КТС в системе охраны типа «система распознавания + система реагирования» и формулировка задачи оптимизации при ограниченных ресурсных затратах.
Постановка задачи. Систему охраны, синтезированную по принципу «система распознавания + система реагирования», целесообразно рассматривать в рамках теории конфликтологии. Пусть имеются две стороны конфликта: А — противоправная сторона
(нарушитель), Б — сторона, создающая систему охраны по принципу «система распознавания + система реагирования» с временем, затрачиваемым на выполнение задачи с использованием ]-го варианта построения системы охраны,^ ^ =1N). Сторона А представлена ьм нарушителем с фиксированным временем, затрачиваемым им до достижения объекта защиты ^ 0=1,.. М).
Методика. В известной литературе рассматриваются различные методологические подходы (методы) к оценке эффективности, к которым можно, в частности, отнести:
- детерминистический подход;
- метод многокритериальности;
- метод логическо-вероятностного моделирования;
- метод вероятностно-временного анализа.
В [2] показано, что применительно к вышеуказанной системе эффективность, характеризуемая показателем временного ресурса, с учетом введенных ранее индексов может быть оценена в соответствии с выражением
Здесь: t1 — время на получение оценок информативных параметров; £г — время на принятие решения о классе объекта; — время задержки при передаче информации по линии: «извещатель — ПЦО — ОД — группа задержания» соответственно при использовании физической (по проводам) или радиоканальной связи; — время реагирования оперативного дежурного; £2 — время выхода группы задержания (сил реагирования) из караульного помещения; £3 — время движения группы задержания от караульного помещения до объекта охраны.
Следует отметить, что рассматриваемая система охраны объекта является информационной автоматизированной системой, следовательно, элементы, входящие в подсистемы, могут быть представлены информационными элементами (ИЭ). Применительно к КТС под ИЭ будем понимать простейшие элементы охраны, отражающие источники (каналы) информации. В этом случае оценка эффективности ИЭ может быть охарактеризована набором показателей качества.
Вместе с тем оценка эффективности системы охраны является многофакторной задачей. Поэтому в интересах оценки эффективности системы охраны, рассмотренной в [2], следует прежде всего структурировать систему частных показателей, а далее их свести в комплексный показатель эффективности, являющийся показателем более высокого уровня. Данный подход предполагает представление показателей в виде «дерева» показателя эффективности КТС систем охраны (рисунок), которая может быть представлена, например, тремя уровнями.
Приведенные на рисунке обозначения имеют следующий смысл:
Кд — обобщающий показатель эффективности за счет применения датчиков охраны, решающих задачу по типу «обнаружение — распознавание» объектов;
Клс — обобщающий показатель эффективности за счет применения линий связи (проводных или радиосвязи);
Кэктс — комплексный показатель эффективности структуры КТС.
Анализ публикаций свидетельствует о том, что выбор показателей эффективности определяется в основном набором требований, предъявляемых к радиотехническим средствам [3—6]. При оценке эффективности технических устройств важное значение
80
имеет определение цели их функционального предназначения. Исходя из целевого предназначения, могут быть применены одна или несколько характеристик (показателей), используя которые можно производить сопоставительный анализ различных вариантов построения КТС и находить оптимальные варианты.
0-й уровень
К
эктс
1-й уровень
2-й уровень
К
К
лс
Показатели эффективности КТС (датчики) (линии связи) «Дерево» показателей эффективности КТС
Следует заметить, что применительно к рассматриваемой задаче с учетом «дерева» показателей в условиях формального описания эффективность КТС как объекта информационной автоматизированной системы охраны может быть представлена в виде векторного показателя
(2)
где ^ — показатель эффективности, учитывающий своевременность и качество при формировании информационного сигнала извещателями системы охраны; ^ — показатель эффективности, учитывающий своевременность и надёжность выдачи информации по каналам связи.
Учитывая принцип построения извещателя комбинированного типа [2] показатель эффективности может быть представлен в виде
где — показатель эффективности, характеризующий качество обнаружения объекта извещателями; 22д — показатель эффективности, характеризующий надежность и своевременность вынесения решения о классе объекта извещателями.
Показатель применительно к радиотехнической системе, основанной на методе активной радиолокации, при котором факт обнаружения сигнала, отраженного от объекта, находящегося в зоне видимости, носит случайный характер, может быть представлен вероятностью обнаружения Ро . При этом оценка данного параметра на практике, как правило, не вызывает затруднений.
Следует заметить, что при получении информации в системе охраны типа «система распознавания + система реагирования» оперируют с портретами объектов, ко-
торые содержат ряд информативных признаков, оценивание которых позволяет производить классификацию объектов за определенное время зависящее от применяемого алгоритма. Для оценки информативных признаков, содержащихся в портретах, в устройствах классификации используют различные методы, среди которых важное место отводится как оптимальным, так и квазиоптимальным методам, построенным на основе средств вычислительной техники в условиях максимально допустимых финансовых затрат. При этом величина £р отождествляет временные затраты на оценку информативных признаков выполнения решающего правила и является случайной [3].
Поэтому величина показателя 22Д, характеризующая своевременность вынесения решения о классе объекта извещателями, может быть представлена вероятностью выполнения Рв, а для ее оценки могут быть использованы подходы, рассмотренные в работе [3].
В радиотехнических средствах оценивание информативных признаков, используемых при распознавании объектов, как правило, осуществляется на фоне мешающих воздействий, в частности флюктуационных шумов, что свидетельствует о вероятностном характере процесса классификации и характеризуется величиной вероятности правильной классификации Рпр . Вместе с тем на практике при оценке эффективности в
условиях многоальтернативной классификации объектов оперируют величиной вероятности ошибок классификации Рош, которые могут быть представлены элементами матрицы вероятностей правильных и ошибочных решений
Р
Р Р Р11 Р12
РР Р21 Р22
РР
Р
1к
Р
2к
Р
(4)
к1 к2 кк
Здесь диагональные элементы ( р, / = ] ) — вероятности правильного распознавания, а недиагональные ( р, ^ ф ] ) — вероятности ошибок распознавания, к — количество классов, подлежащих распознаванию.
При этом с учётом выражения (4) величина вероятности ошибки классификации
1 к
определяется в виде Рош = 1--^ р .
к 1=1
Поэтому комплексный показатель, учитывающий достоверность, надежность и своевременность обработки информации извещателями комбинированного типа в аналитическом виде, с учетом выражения (3) может быть представлен как
=Р0(\-РОШ)РВ .
(5)
Применительно к рассматриваемой задаче показатель ^ характеризуется надёжностью и своевременностью выдачи информации в каналах связи по линии «из-вещатель — ПЦО — ОД — группа задержания».
Учитывая принцип построения канала связи в рассматриваемой системе охраны, показатель эффективности ^ может быть представлен в виде
где Тю — показатель эффективности, характеризующий надежность канала связи; Т2С — показатель эффективности, характеризующий своевременность выдачи информации по каналам связи.
Надежность свидетельствует об исправности канала связи на линии «извещатель
— ПЦО — ОД — группа задержания» и может характеризоваться вероятностью того, что канал связи не нарушен (исправен) Ркс. Оценка данной вероятности, а следовательно, показателя 2ю на практике затруднений не вызывает.
Оценка показателя Ъгс основывается на том факте, что суммарное время передачи информации должно осуществляться в течение времени tлc (время, затрачиваемое информационной системой), не превышающего нормативное время tQ, отвечающего требованиям руководящих документов.
С формальной точки зрения это соответствует выполнению условия
*лс < Го ■ (7)
При этом необходимо учитывать тот факт, что суммарное время передачи информации по линии «извещатель — ПЦО — ОД — группа задержания» включает две составляющие времён, зависящих от используемой линии связи: физической (по проводам) или радиоканальной соответственно. Величина £лс включает две компоненты: ¿С1 — время, затрачиваемое системой при передаче информации по линии «извещатель
— ПЦО», и ?С2 — время, затрачиваемое системой при передаче информации по линии «ОД — группа задержания». Причем в общем случае ¿С1 и ?С2 — это случайные величины и, следовательно, время tлc, равное их комбинации 1и, = /б| — случайная величина.
Следовательно, выполнение условия (7) является случайным событием. Исходя из этого, в качестве показателя Т2С может выступать вероятность, характеризующая своевременность выдачи информации по каналам связи:
= Р{<ЛС < 'с ) • (8)
Учитывая сходство представления показателя Т2С в виде выражения (8) и функции распределения вероятности ¥ = Р(х < у), возможно ввести характеристику вероятности выполнения Р$с и записать её в следующем виде:
где Рт (у) - функция плотности распределения вероятности случайной величины
Учитывая, что величина tлc представляет собой композицию двух случайных величин, функцию плотности распределения в соответствии с [7] можно представить в виде свертки соответствующих плотностей вероятностей:
где ?!(■), Р2(-) — плотности распределения случайных величин и I,,-, соответственно.
Используя законы распределения случайных величин 1СХ и Iможно с помощью
известн^гх методов получить аналитические выражения для оценки показателя (9). Однако данная постановка задачи может являться предметом дальнейших исследований.
С учетом вышеизложенного векторный показатель эффективности КТС запишется в виде
К = р0 ■ (1 - рош) ■ рв, рКС ■ р;С. (10)
Используя мультипликативный подход к объединению обобщающих показателей, показатель эффективности КТС системы охраны можно получить из (10) в аналитическом виде и представить его как
Щ = р0 - (1
Рош ) РВ ' РкС
(П)
В этом случае наилучшая структура КТС с точки зрения выполнения поставлен-
ТЭКС ' ]] ■
ных задач определяется из соотношения вида
(а)^ = агдтах Zт (<%) Е П
при ограничениях вида £р + tлc < £огр ,
со„
(12)
О = {сэъа2,..., £УП}, т = \,...п.
В выражении (12) индекс п определяет количество извещателей и средств связи соп входящих в состав КТС, соответствующих максимально допустимым временным затратам £огр при условии ограниченных финансовых затрат.
Заключение. Таким образом, предложенный подход к оценке «технического фактора» в системе охраны, синтезированной по принципу «система распознавания + система реагирования» с применением вероятностных показателей, позволяет провести анализ устройств КТС с позиции элемента автоматизированной информационной системы и оценить их эффективность при использовании по прямому предназначению. Данный подход позволяет осуществлять оценку наилучшего КТС в рамках выполнения поставленных задач с учетом ограниченных ресурсных затрат.
ЛИТЕРАТУРА
1. Организация деятельности подразделений вневедомственной охраны : курс лекций / С. А. Винокуров [и др.]. Ч. 1. — Воронеж : Воронежский институт МВД России, 2010. — 171 с.
2. Лазарев И. В. Об оценке эффективности системы охраны объекта, синтезированной по принципу «система распознавания + система реагирования», в условиях ресурсных ограничений // Вестник Воронежского института МВД России. — 2016.— № 1. — С. 44—51.
3. Лазарев И. В. Применение вероятностных показателей для оценки эффективности устройств классификации // Вестник Воронежского института МВД России. — 2015. — № 4. — С. 130—134.
4. Дубов Ю. А., Травкин С. И. Многокритериальные модели формирования и выбора вариантов систем. — М.: Наука, 1986. — 294 с.
5. Орлов Ф. Ф. Технико-экономическая эффективность сложных радиоэлектронных систем. — М. : Сов. радио, 1980. — 280 с.
6. Булгаков О. М., Лазарев И. В. Метод синтеза структур микропроцессорных устройств классификации воздушных объектов по критерию «эффективность — интегрированные затраты» в условиях параметрической априорной неопределенности // Вестник Воронежского института МВД России. — 2010.— № 2. — С. 109—114.
7. Тихонов В. И. Статистическая радиотехника. — М. : Сов. радио. — 1966. — 678 с.
REFERENCES
1. Organizatsiya deyatelnosti podrazdeleniy vnevedomstvennoy ohranyi: kurs lektsiy / S. A. Vinokurov [i dr.]. Ch. 1. — Voronezh : Voronezhskiy institut MVD Rossii, 2010. — 171 s.
2. Lazarev I. V. Ob otsenke effektivnosti sistemyi ohranyi ob'ekta sintezirovannoy po printsipu «sistema raspoznavaniya sistema reagirovaniya», v usloviyah resursnyih ogranicheniy // Vestnik Voronezhskogo instituta MVD Rossii. — 2016.— # 1. — S. 44—51.
3. Lazarev I. V. Primenenie veroyatnostnyih pokazateley dlya otsenki effektivnosti ustroystv klassifikatsii // Vestnik Voronezhskogo instituta MVD Rossii. — 2015. — # 4. — S. 130—134.
4. Dubov Yu. A., Travkin S. I. Mnogokriterialnyie modeli formirovaniya i vyibora variantov sistem. — M.: Nauka, 1986. — 294 s.
5. Orlov F. F. Tehniko-ekonomicheskaya effektivnost slozhnyih radioelektronnyih sistem. — M. : Sov. radio, 1980. — 280 s.
6. Bulgakov O. M., Lazarev I. V. Metod sinteza struktur mikroprotsessornyih ustroystv klassifikatsii vozdushnyih ob'ektov po kriteriyu «effektivnost — integrirovannyie zatratyi» v usloviyah parametricheskoy apriornoy neopredelennosti // Vestnik Voronezhskogo instituta MVD Rossii. — 2010.— # 2. — S. 109—114.
7. Tihonov V. I. Statisticheskaya radiotehnika. — M.: Sov. radio. — 1966. — 678 s
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ
Лазарев Иван Владимирович. Доцент кафедры радиотехники и электроники, кандидат технических наук, доцент.
Воронежский институт МВД России. E-mail: vorhmscl @ comch.ru
Россия, 394065, г.Воронеж, проспект Патриотов, 53. Тел. (473) 200-52-50.
Lazarev Ivan Vladimirovich. Associate Professor of the chair of Radio Engineering and Electronics. Candidate of Technical Sciences, Associate Professor.
Voronezh Institute of the Ministry of the Interior of Russia.
Work address: Russia, 394065, Voronezh, Prospect Patriotov, 53. Tel: (473) 200-52-50. Ключевые слова: устройство охраны; критерий; показатель. Key words: protection of the device; criterion; indicator. УДК 396.621
