О возможности выявления подкопов через внешний контур защиты объекта информатизации по тепловым излучениям Текст научной статьи по специальности «Математика»

РАЗДЕЛ III

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

УДК 696

О ВОЗМОЖНОСТИ ВЫЯВЛЕНИЯ ПОДКОПОВ ЧЕРЕЗ ВНЕШНИЙ КОНТУР ЗАЩИТЫ ОБЪЕКТА ИНФОРМАТИЗАЦИИ ПО ТЕПЛОВЫМ ИЗЛУЧЕНИЯМ

Б.Н. Епифанцев, В.В. Курносов

Аннотация. Рассмотрена возможность обнаружения подкопов через внешний контур защиты объекта информатизации по тепловым снимкам в различных районах мира.

Ключевые слова: тепловой контроль.

Введение

В последние годы все чаще регистрируются случаи проникновения нарушителей через внешний контур защиты объекта информатизации. Современные технологии и средства позволяют быстро и бесшумно создавать подземные подкопы. В тоже время есть проблемы их обнаружения особенно в части обеспечения оперативности [1]. Температурные поля, формирующиеся на земной поверхности, отражают неоднородности структуры поверхностного слоя почво-грунтов

Рис. 1. Геометрия задачи при оценке

или искусственных покрытий. Представляется целесообразным оценить возможность использования этого эффекта для создания оперативного метода выявления локальных неоднородностей под слоем грунта. Провести оценку такой возможности позволяет технология вычислительного эксперимента.

Геометрия исследуемой задачи приведена на рис. 1. Разность температур в точках А и Б есть демаскирующий сигнал. Задачу можно решать аналитическим и численным методом.

Б

температурного сигнала от подкопа

В первом случаи рассматриваются две области: полуограниченное тело (точка А) и полуограниченный слой воздуха, отделенный от атмосферы пластиной толщиной d. Граничные условия в обоих случаях одинаковы: так называемые эквивалентные граничные условия третьего рода, характеризующие обмен энергией подстилающей поверхности с окружающей средой.

- к ) - Яп (0 - Яр ) - qk ^) - Яи (/) -

дх

- Яс()-Яе(), (1)

где 2 -коэффициент теплопроводности,

Яп - плотность теплового потока, нагревающего твёрдое тело,

qk - плотность теплового потока от воздуха к телу,

qp - плотность радиационного потока, падающего из окружающей среды,

qu- плотность собственного излучения тела в окружающую среду,

qo = rтqp- отраженный поверхностью массива поток,

гт - интегральный коэффициент отражения поверхности,

qe - затраты тепла на испарение, г - время,

Т - температура.

Плоскость конвективного теплового потока qk в соответствии с законом Ньютона-Рихмана

qk = ак(тв -тп) определяется температурами воздуха (Тв), поверхности (Тп),коэффициент теплоотдачи ак , учтем

а

а

= 6,16 + 3,6 •ив при ив =(0 - 5) = 7,56 V’78 при и =(5 - 30)

м • с

М • с

Радиационный поток qр включает поток солнечного излучения и противоизлучения

атмосферы qaт (г).

цаТ (г )=а 0 • тв4 М-(°>6+),

где Тв(г,И) - температура воздуха на высоте И = 2м, е(г) - упругость водяного пара, а° -

постоянная Больцмана.

Собственное излучение поверхности тела в окружающую среду определяется уравнением Стефана-Больцмана

qu(г ) = ™ 0т п4 (г), где е - степень черноты поверхности объекта контроля (е < 1) затрат тепла на испарение

qe(г )= 0 ,4 Le(вы + вь 2) •

•(ае1 • Тп (г)- ае2 - е(г))

Le =696 Втчкг -1 - скрытая теплота испарения, вы, вь 2, ае1, ае 2 - коэффициенты.

Уравнение теплопроводности для полуо-граниченного массива

д 2Т (х, г) = 1 дТ (х, г)

дх2 а дг

при граничном условии (1) и Т (х = да) = Т0 имеет решение

(3)

в(х, г) = т(х, г) - Т0 =

1 т

= ТГ Т^ • <’у■ (к, Y),

™ V=0

у (к, у) = {- exp(к2 + 2К • у) ег/с (к + У)+

к

2*

+ Т(- 2к)8^ eгfc У }

5=0

К = Ж 4~гв , В = V а / 2 , У = х(г4а~г) \

N = 5,45 • е + ак, ак определен в (2) а - коэффициент температуропроводности.

Функция (к, У) характеризует теплои-

нерционные свойства полуограниченного тела. Предлагается приближенное выражение

(к ,0) =

И

к

2у

0,348 0,09587

- + -

(2)

0,7478

(1 + 0,47к)3

+

1 + 0,47к (1 + 0,47к)

Т(- Ж)5А

5=0

А 0 = 1, Ае = 0,5643, А3 = — А3

е е е 25

Погрешность аппроксимации у, (к ,0) по указанной формуле менее 210-4,

Для определения температуры в точке Б (рисунок 1) требуется найти решение системы уравнений

а'д)=д9>(х-г), Ч < х < 0;

дх

дг

а 2 д 202 (х,г) дв2 (х,г)

з2

'2и ”2 дх2

дг

, х > 0;

в1 (х = -йх - 0, 0 ) = в2 (х = 0 - да) = 0;

дбх (0,г) дв2 (0,г)

Ал---------------= А*-------------

дх

дх

в2 (х = да, г) = 0, в2 = (0,г) = в1 (0,г);

А1дв1 (- , г)

2

т

дх

Решение (4) имеет вид

2

у=0

е,(х, I ) = £ V к.(к,, У,)+

У=0

+

б, - '

б, +1

У

(к 1, у,)

б1 =

Л'у! а 2

^2 V °1

к 1 =(N',/07 / Д)

V = А1 + Х V = А1 - Х

*1 = /----- , I А = .

(4)

а1, Д -коэффициенты температуро- и теплопроводности маскирующего слоя.

Разность решений (3) и (4) определяет отклик (аномалию) температуры на появление

неоднородности в грунте (под покрытием) на глубине d.

Численное решение задачи теплопроводности для геометрии на рисунке 1 не имеет особенностей. И если размер полости превышает толщину маскирующего слоя ^получаемые решения аналитическим и численным методом различаются не более чем на 10%.

Результаты расчетов сигнала

АТ = в(х = А, I) - в1 (х = Б, I) для нескольких широт приведены на рисунке 2. Наихудшая вы-являемость подкопа характерна для экваториального пояса (г. Конго). Причина- слабое изменение температуры в течение суток (день - 27°, ночь - 20°). Для г. Афины такой период по выставленным данным в Internet составила ~13°.

Рис. 2. Поведение сигнала от подкопа на глубине 0,3м от поверхности для различных географических зон: 1 - в окрестности г. Конго (Африка), 2 - в окрестности г.Афины (Греция),

3 - в окрестности г. Претория

Усиление скорости ветра (см. кривую 1 с 13 до 16ч) сглаживает контраст «объект-фон». При переходе в зону резкоконтинентального климата уровень сигнала достигает нескольких градусов.

Заключение

Подкопы (как любые неоднородности под поверхностным слоем почво-грунтов, асфальта, бетона) видны в тепловом диапазоне волн в течение определенных отрезков времени, длительность и местоположения которых в основном зависят от погодных условий.

Продолжительность интервалов «видно-сти» под поверхностных включений уменьшается при смещении с юга на север по не линейному закону: в начале медленно, затем с большим темпом. На широтах более 60° при-

менение теплового метода для решения обозначенных задач не целесообразно.

С ростом глубины залегания подкопа сигнал ЛТ(1) резко уменьшается. Поэтому следует принять базовое условие: тепловой метод выявления скрытых неоднородностей пригоден для обнаружения воздушных полостей, инородных включений под бетонными и асфальто-бетонными покрытиями.

Установить интервалы «видности» искомых неоднородностей в интересующих областях земной поверхности позволяет разработанная программа, учитывающая изменение сигнала ЛТ(1) от метеоусловий и вида интересующей неоднородности типа почво-грунтов.

Библиографический список

1. Неразрушающий контроль: Справочник: В 8 т. Под. общ. ред. В.В. Клюева. Т.8: В 2 кн. Кн2: Антитеррористическая и криминалистическая диагностика.- М.: Машиностроение, 2005.- 790с.

2. Епифанцев Б.Н., Кривошеин А.Д. Тепло-визионная диагностика ограждающих конструкций зданий и сооружений: проблемы, перспективы/ Епифанцев Б.Н, Кривошеин А.Д.// Вестник Омск СибАДИ,- 2008-7,с.13

On the possibility of identifying undermining through the outer contour of the object of protection of information on thermal radiation

B.N. Epifantcev, V.V. Kurnosov

The possibility of detection undermining through the outer contour of the object of protec-

tion of information on the thermal images in various parts of the world.

Епифанцев Борис Николаевич - д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Информационная безопасность» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований - информационная безопасность. Имеет более 200 опубликованных работ. e-mail: epifancev_bn @ sibadi.org.

Курносов Виктор Викторович - студент кафедры «Информационная безопасность» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований - информационная безопасность. e-mail: [email protected].

Статья поступила 23.09.2010 г.

УДК 004.67

ИССЛЕДОВАНИЕ НАИБОЛЕЕ ИНФОРМАТИВНЫХ АНАТОМИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ ЛИЦА ЧЕЛОВЕКА И ИХ ФОРМАЛИЗАЦИЯ 1

М.А. Калинин

Аннотация. Исследования, описанные в данной статье, относится к идентификации человека по двумерному изображению его лица. В статье рассматривается поиск наиболее информативных признаков лица человека, которые в последствии будут использованы системой идентификации личности по изображению, и формализация этих признаков. В ходе исследования достигнуты результаты, приемлемые для применения на практике.

Ключевые слова: биометрия, распознавание, идентификация, лицо.

Введение

При идентификации человека по видеоизображению возникает проблема определения наиболее информативных признаков лица человека и представления их в виде, требуемом для дальнейшей работы. В данной работе описано определение наиболее информативных анатомических параметров на лице человека и алгоритм их формализации, инвариантный относительно расстояния от лица до камеры и освещения лица.

Постановка задачи

Выделение анатомических участков производится из снимка лица человека, который

является двумерным массивом данных, где каждая точка представляет собой квантованный цветовой спектр и адресуется координатами.

На основании алгоритма, который позволяет выделять контрольные точки (глаза) на лице человека с определенной точностью [1], необходимо выделить и формализовать наиболее информативный участок лица человека.

Выделение информативного участка

При помощи экспертного опроса был выделен наиболее информативный признак на лице человека, включающий в себя брови, глаза, глазные впадины и переносицу (рис. 1).

1 Работа выполнена в рамках целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009 - 2013 годы»