Моделирование функциональной эффективности системы охраны периметра территориально распределенного объекта Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

: !;

ЗВЕЖИНСКИИ1 Станислав Сигизмундович, профессор, доктор технических наук ИВАНОВ2 Владимир Анатольевич, кандидат технических наук, доцент ПАРФЕНЦЕВ3 Игорь Валерьевич, кандидат технических наук

jrm

щжвЕ , ■ і

пи

МОДЕЛИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ ОХРАНЫ

ШИ

ПЕРИМЕТРА ТЕРРИТОРИАЛЬНО РАСПРЕДЕЛЕННОГО ОБЪЕКТА

Предложен подход к оценке функциональной эффективности системы охраны периметра протяженного объекта. Он основан на оценке плотности вероятности нарушений и дестабилизирующих факторов местности.

Ключевые слова: функциональная эффективность системы охраны, плотность вероятности нарушений

The approach to estimation of perimeter intrusion detection system functional effectiveness of extended object is offered. It is based on estimation of intrusion probability density and district destabilizing factors.

Keywords: functional effectiveness of protection system, intrusion probability density

Периметровая система охранной сигнализации (СОС) объекта состоит из средств обнаружения (СО), объединенных радиоканальной или проводной системой сбора и обработки информации в единое отображаемое информационное поле. Моделирование СОС позволяет выявить слабые места и оценить ее функциональную эффективность, проводить обучение проектантов, специалистов, студентов и др. навыкам и умениям построения СОС, давая объективную оценку их знаниям.

Для построения замкнутых объектовых систем охраны существуют проверенные на практике методы и способы, обеспечивающие выбор предпочтительных технических решений, обладающих высокой функциональной эффективностью [1, 2]. Для оценки эффективности СОС территориально распределенных объектов, например,

государственной границы, пока не выработано соответствующих подходов. Это обусловлено спецификой объектов с большим периметром (протяженностью вплоть до сотен километров), которые должны учитываться при построении современной территориально распределенной системы охраны (ТРСО). Специфика таких объектов заключается в следующем.

А. Прогнозируемая плотность нарушений линии периметра весьма неравномерна. Сплошное сигнализационное прикрытие, требующее максимального количества СО, хотя и обеспечивает максимально возможную вероятность обнаружения типовых нарушителей, явно проигрывает в стоимости оборудования, технического обслуживания и, что самое главное, в наработке на ложную тревогу всей системы. Это (при интенсивности ложных тревог более

критической и в условиях типичного дефицита личного состава) резко уменьшает эффективность всей ТРСО вследствие того, что тревоги, в том числе и истинные, перестают расследоваться или обслуживаться. Экспертная оценка максимального уровня средней интенсивности ложных тревог составляет 4...12 в сутки, что равносильно критической (минимально возможной) средней наработке на ложную тревогу:

Т^мин = 4 ± 2 ч. (1)

Практически для ТРСО «хорошей» наработкой является величина Тто > 24 ч.

Б. Средства обнаружения должны устанавливаться (сосредотачиваться), прежде всего, там, где плотность нарушений предполагается максимальной, например, вблизи транс-

1 — ОАО НПК «Дедал», ведущий научный сотрудник.

2 - Калининградский пограничный институт, г. Калининград, профессор;

3 — ФГУП «15 ЦНИИИ МО РФ им.Д.М. Карбышева», начальник отдела.

граничных транспортных магистралей. И, наоборот, где в силу физикогеографических или иных условий прогнозируется минимальный поток нарушителей (например, болота, склоны гор), применение СО должно быть сведено к прогнозируемому минимуму.

В. Маскируемые быстроразвертываемые СО (многократного применения) обладают тактическим преимуществом «невидимости» рубежа охраны. Видимые стационарно установленные СО могут стать предметом исследования потенциальных нарушителей в целях выявления слабых мест или «дыр», и через некоторое время их эффективность обнаружения снижается. Однако там, где прогнозируется долговременная повышенная плотность нарушений (например, рядом с пунктами пропуска), установка стационарных СО, имеющих в целом лучшие ТТХ, оправдана. Оптимальная ТРСО должна включать и стационарные, и мобильные средства, развертываемые в том числе и по оперативной обстановке (изменению модели нарушителя).

Г. Условия функционирования каждого СО должны выбираться исходя из ограничений, накладываемых на его физический принцип действия. Например, если двухпозиционное ра-диолучевое СО планируется применять на неровном участке местности,

то можно заведомо прогнозировать его низкую функциональную эффективность. Ее могут существенно снижать природно-климатические и физико-географические условия (ФГУ), например, склон горы, глубокий снег, талые воды.

Д. Различные типы нарушителей в различной степени подготовлены к преодолению сигнализационного рубежа, в зависимости от обстоятельств (например, политической обстановки) их процентный состав может изменяться [3]. Следовательно, способы и средства должны варьироваться так, чтобы обеспечить максимальную эффективность обнаружения и задержания. Предлагаемая методика оценки эффективности модели СОС в составе ТРСО в целом учитывает вышеуказанные условия. Она позволяет развить у обучаемых (например, проектантов) навыки по оптимизации системы в зависимости от складывающихся условий функционирования и моделей нарушителя. Методика сводится к принятию и исполнению нижеследующих допущений и положений.

I. На участке охраняемого периметра (в общем случае незамкнутого) протяженностью Ь прогнозируется (моделируется) априорная нормированная плотность нарушений /(в). Она определяется исходя из известной статистики зарегистрированных нарушений, вли-

яния ФГУ, промышленной и дорожной инфраструктуры, наличия населенных пунктов и пр. Условие нормировки имеет вид:

Ь

| / фск = 1 (2)

0

Возможный вид функции /(в) на участке периметра показан на рис. 1. Функция /(в) локально-максимальна вблизи дорог (троп) и населенных пунктов, минимальна в местах затрудненного передвижения (болота, хребты гор, переправы через реки). Она может задаваться в виде табличных значений при разбиении общей протяженности рубежа Ь на п смежных отрезков шириной Ьк, где она может считаться относительно постоянной. При этом величина

зк +Ьк

Рк = | / (3 ) Ж “ 1к ■ /к (3)

зк

характеризует вероятность появления нарушителя на к-м участке рубежа, который начинается с координаты вк и заканчивается координатой вк+ Ьк. В табл. 1 дана типовая плотность нарушений для участка ответственности пограничного отделения (ПО) протяженностью около 30 км (п = 7).

II. Естественная логика продвижения потенциальных нарушителей вдоль и вблизи дорог, троп, перевалов и по другим благоприятным маршрутам неприменима в двух случаях:

проселочная

дорога

шоссе

тропа тропа

проселочная дорога

тропа

линия периметра

о

Рис. 1. Типовой вид нормированной плотности нарушений

методы

Таблица 1. Типовая плотность нарушений на участке ответственности ПО

Характеристика k участков ПО, где плотность нарушений постоянна Примечание

Прилегающий участок местности Проcел. дорога Тропа Лес Шоссе Поле Болото Просел. дорога Лесостепь, рек и гор нет

Ширина участка, Ьк, км Ь, =0,06 Ь2 =0,016 Ьз= 10 Ь4 =0,16 СО II II Ь7 =0,06 сь со II II

Нормализованная плотность нарушений, Ц1к) - 4, 1/км 2 3 0,01 1,5 0,02 0,005 0,1 1/30

Вероятность появления нарушителя на участке, = и /к 0,12 0,05 0,1 0,24 0,36 0,01 0,12 Е4 = 1

1) осведомленных (о системе охраны) нарушителей, которые перемещаются строго по специальной карте с отметками установки СО и сил охраны (дозоры, «секреты» и пр.), сопровождаются проводниками (в том числе из местного населения) или коррумпированными сотрудниками силовых ведомств;

2) специальных сил сопредельной страны или террористов, тактика которых не поддается рациональному

осмыслению и чаще всего является «инверсной» - путь выбирается там, где он наиболее затруднен, но зато вероятность обнаружения или боес-толкновения сведена до минимума (например, по болоту, дну глубоких оврагов, крутым склонам гор, через хребты).

Обнаружение осведомленных нарушителей возможно при применении автономных быстроразвертываемых СО (малозаметных, лучше маскируемых),

устанавливаемых временно по оперативной обстановке. Обнаружение «нестандартных» нарушителей второго типа хотя и возможно (для этого необходимы только пассивные маскируемые СО - сейсмические, магнитометрические, обрывные), но затруднено, поскольку в таких ФГУ (болота, склоны гор, овраги и пр.) функциональная работоспособность средств снижается (у сейсмических - в наибольшей степени). При рассмотрении действий таких

Рис. 2. Вид нормированной плотности «нестандартных» нарушителей

нарушителей возможно моделирование функции /(в) по «инверсной» логике, как показано на рис. 2.

III. Допускается, что на некотором расстоянии 5 << Ь от линии охраняемого периметра, где расположены средства обнаружения, нормированная плотность нарушений не изменяется и соответствует /(в).

IV. У сил охраны (например, на ПО) имеются г = 1...Ы СО, каждое из них характеризуется набором 4-х основных показателей (прописываемых в эксплуатационной и другой документации):

1) вероятность обнаружения Р01 обычного (неподготовленного, неосведомленного) нарушителя;

2) средняя наработка Тг на ложную тревогу (срабатывание) для типовых условий функционирования;

3) длина 1*1 зоны обнаружения (ЗО), пересечение которой нарушителем вызывает сигнал тревоги с вероятностью Рт;

4) ограничения на область применения, которые, как правило, выражаются в списке допустимых удалений от либо интенсивности различных помеховых факторов, например, удаление СО от высоковольтной ЛЭП, допустимые высоты снежного покрова, травы и пр.

На ПО имеется также у = 1,2...т технических средств наблюдения (телекамеры, тепловизоры, РЛС), которые в режиме автоматического обнаружения (детектор движения) могут быть установлены на рубеже прикрытия. Их основными характеристиками также могут являться Р0 и Тл, причем для большинства практических случаев можно принять Р0 « 0,7...0,8 и Тл « 20.40 ч. В режиме визуального наблюдения оператором характеристики технических средств наблюдения существенно лучше: Р0« 0,9.0,95, Тл « 200.300 ч.

V. Вероятность обнаружения и наработка на ложную тревогу СО — основные ТТХ, которые в совокупности определяют сигнализационную надежность любого изделия. Их произведение может характеризовать функциональную эффективность средства обнаружения. При прочих равных условиях увеличение длины ЗО отдельных СО увеличивает экономическую эффективность сигнализационного прикрытия участка периметра длиной

Ь =

VI. В первом приближении принимается, что все N СО, размещенные на сигнализационном рубеже в различных местах (как правило, несмежных), функционируют независимо друг от друга. При этом интенсивности ложных тревог отдельных СО суммируются так, что среднее время Тт наработки на ложную тревогу СОС ТРСО составляет (в часах):

1 N 1

T

1Е

i=1

(4)

1

N 1

xf

i=1 J-л!

При оценке эффективности СОС целесообразно нормировать Тт по отношению к базовой величине Тт0 = 24 ч:

J £ 24

Из (4) следует, что увеличение длины ЗО СО до некоторого предела (определяемого собственными шумами) оправдано и с точки зрения помехоустойчивости СОС, состоящей из большого числа рядом расположенных СО и блокирующей сплошной рубеж. В большинстве практических случаев средняя интенсивность ложных тревог отдельного СО1 пропорциональна Ь//2, например, вследствие нарастания собственного резистивного шума или эффекта суммирования дисперсий большого числа независимых источников помех (вибрационные СО).

Пусть первоначальная конфигурация СОС, формируемой из N1 СО с равной длиной Ь1, была заменена на новую конфигурацию N2, Ь2 тех же СО при условии: N1L1 = N2L2, Ь2 > Ь1. Из (4) нетрудно получить, что выигрыш в помехоустойчивости новой системы составит

Кк = 0 характеризуют условия, в которых работоспособность данного г-го типа СО невозможна. Значение Кк (чем меньше, тем хуже) могут быть определены методом экспертных оценок, как это представлено в [4].

Качество функционирования заданного типа СО зависит от изменяющихся условий вдоль линии периметра

- функции KK(s) (рис. 1), для задания этой может использоваться цифровая карта местности. Например, если весь рубеж лесостепной местности блокируется одинаковыми сейсмическими СО, то на участках болот и леса их качество функционирования существенно меньше, чем на открытых участках. В первом приближении можно считать, что в пределах одной ЗО (не более 500 м) коэффициент качества не изменяется, т.е. Кк = const для выбранного г.

VIII. Ухудшение вероятности обнаружения подготовленных и осведомленных нарушителей характеризуется коэффициентом надежности г-го СО:

Кн = 0.1,

(6)

41 V ^1

VII. Ухудшение сигнализационной

надежности любого г-го типа СО при влиянии ФГУ и промышленных условий функционирования, отличных от идеальных, характеризуется коэффициентом качества функционирования

(5)

который зависит от квалификации 1,2.] классов нарушителей, степени их осведомленности, а также типа преодолеваемого СО. Для маскируемых средств коэффициент надежности больше, чем для видимых; для объемной ЗО он выше, чем для плоской (контактной) зоны, - их труднее преодолеть. Для описания классов «стандартных» нарушителей достаточно 4-х значений] [3]:

1) неквалифицированный или случайный, для него К1н = 1;

2) малоквалифицированный, знакомый с общими принципами сигнализации; для этого класса можно принять К2н = 0,6.0,95 в зависимости от типа СО;

3) квалифицированный, который по внешним признакам может выявить физический принцип действия СО и предпринять усилия по «обходу»; для него оценка надежности составляет К3н = 0,1...0,9 в зависимости от типа СО;

4) высококвалифицированный, который по признакам наличия человеческой деятельности (например, спланированный рельеф, заграждение с кабелем) или контролю электромагнитного поля может выявить

или

Кк = 0.10

Таблица 2. Оценка знаний обучаемых при изучении построения СОС в составе ТРСО

Диапазон изменения ФЭs / ФЭ1макс Оценка

0,8...1,0 «5», отлично

0,6...0,799 «4», хорошо

0,4.0,599 «3», удовлетворительно

0,2...0,З99 «2», неудовлетворительно

менее 0,2 «1», крайне неудовлетворительно

вид (тип) СО и предпринять усилия по «обходу» ЗО (в т.ч. используя специальные приспособления), уменьшению, «маскированию» полезных сигналов; для него можно принять К4н = 0,01.0,8 в зависимости от типа СО.

Первоначально предполагается, что участок пересекают неквалифицированные нарушители, для которых коэффициент надежности СО примерно равен 1. Эта ситуация характерна, например, для первого этапа обустройства необорудованной ранее границы, где основную часть нарушителей составляют нелегальные мигранты, мелкие контрабандисты, родственники местных жителей и пр. При этом информация о месте расположения и физических принципах действия новых применяемых СО в течение некоторого времени не будет известна даже квалифицированным нарушителям. При дальнейшем развитии ситуации поддержание требуемого уровня сигнализационной надежности должно обеспечиваться применением дополнительных быстроразвертываемых маскируемых СО по оперативной обстановке, а также модернизацией стационарных средств, созданием второго рубежа охраны.

IX. Все г = 1,2..^ СО устанавливаются вдоль участка периметра без перекрытия друг друга. При этом вероятность обнаружения Р1 нарушителя на г-м участке (длиной Ц) в условиях идеального функционирования С!О составляет:

Р. = Ро• • J / (■.. ds = Р)• • J f (s) ds . (7)

где в, - начальная координата участка. Если на участке ві.в+Ьі последовательно вглубь установлено два средства обнаружения СО^ и СОк, которые создают независимые рубежи охраны

(т.е. построены на разных физических принципах), то вероятность обнаружения нарушителя по сравнению с (7) увеличивается:

Р. = (Р0] + (1 - Р0. ) . рп)- | /(*)-&. (8)

и

Суммарная вероятность обнаружения нарушителей СОС в наилучших условиях функционирования составит:

гг=2^ =2^-//и*1 (9)

і=1

i=l

Li

X. Коэффициент качества функционирования СО влияет, прежде всего, на его обнаружительную способность. Поэтому в «неидеальных» условиях суммарную вероятность обнаружения нарушителей можно оценить как:

N Т£к N тгк

ро = X ро • т^о =Е ро, • 7^- • J /(*)•* • (10)

Величина Р0 характеризует эффективность обнаружения нарушителя СОС:

Эобн = Р0.

XI. Функциональная эффективность СОС на участке периметра оценивается по мультипликативной формуле, отражающей суммарные эффективности обнаружения нарушителя и помехоустойчивости:

ФЭ = эобИ • эЛ=р0 ■т =

N КК

Е Р • ^ ■ J f (s)ds ■

Е І ■ 24

і= І лі

,(11)

при условии (1):

T =

1Е

1

< 4 ч.

2^ т

i=1 1лі

Если условие не выполняется, то считается ФЭТ = 0.

XII. В СОС могут входить технические средства наблюдения (СН), тогда в (11) изменяется верхний предел суммирования и формула приобретает вид:

N+т кк

фэ = р -т = У р—

Е 0 Е У т 10

■ | №№ ■ и+тА----------- ■ (12)

"У тт ■24

I=1 1д1

где г = 1.N, N+1,...N+m, - общее количество технических средств охраны на участке.

XIII. Числовые данные, полученные по (11) или (12) для задаваемых наборов {/(в), СО1, СЦ и ФГУ}, служат основанием для оценки функциональной эффективности модели СОС в составе ТРСО (чем выше, тем лучше). Эти же числовые характеристики могут служить основанием для проверки знаний обучаемых основам построения ТРСО, изложенным выше.

С этой целью для заданной совокупности {/(в), СО1, СЦ и ФГУ} с помощью ЭВМ моделируются различные способы установки СО (и СН) и определяется наилучшее, которому соответствует максимальная функциональная эффективность ФЭ1макс. Такой результат может быть получен, например, методом генетического алгоритма.

Оценка знаний испытуемого, который при моделировании показал результат ФЭ1, может оцениваться по величине ФЭ1/ФЭ1макс, как показано в табл. 2

Литература

1. Гарсия М. Проектирование и оценка систем, физической защиты. - М.: Мир - АСТ, 2002. — 386 с.

2. Магауенов Р.Г. Системы, охранной сигнализации: основы, теории и принципы. построения. - М.: Горячая линия - Телеком, 2004. — 367 с.

3. Звежинский С.С. О сигнализационной надежности периметровых средств обнаружения / БДИ, 2004.

- № 2. - С. 32 - 38.

4. Звежинский С.С., Иванов В.А. Классификации и информационно-измерительные модели средств обнаружения. / Специальная техника, 2007.

- № 6. - С. 26 - 33.