CC BY
305
УДК 621.317
A.А. Бронников, канд. техн. наук, доц. (Россия, Москва, СНПО «Элерон»),
B.В. Котов, д-р техн. наук, проф., (4872) 33-23 32, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
Д.С. Никитенков, асп.,
[email protected] (Россия, Москва, СНПО «Элерон»)
ПЕРИМЕТРОВАЯ ПАССИВНАЯ СЕЙСМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОХРАНЫ ОБЪЕКТА
На основе анализа существующих систем охраны объектов предложена структура периметровой сейсмической системы обнаружения, отличающаяся переносом функций предварительной обработки регистрируемых сигналов непосредственно в датчики.
Ключевые слова: сейсмический датчик, система обнаружения, объектовая безопасность.
Своевременное и безошибочное обнаружение несанкционированного вторжения нарушителей или транспортной техники на территорию охраняемого объекта является важным элементом обеспечения устойчивости функционирования практически любого предприятия или учреждения. Решение этой задачи может осуществляться различными способами, отличающимися как особенностями технической реализации, так стоимостью, надёжностью и т. п.
Одним из перспективных направлений создания систем объектовой безопасности является разработка периметровых сейсмических систем обнаружения. Подобные системы строятся на базе сейсмических датчиков, под которыми в дальнейшем будем понимать любые сенсоры, работающие с сигналами, так или иначе относящимися к колебаниям в земной коре или её деформации, вызванными перемещением объектов нарушения. В качестве их основных достоинств можно указать высокую максируемость технического средства и сложность обнаружения ввиду пассивного принципа действия (отсутствие электромагнитного излучения в окружающую среду).
Обычный принцип построения подобных устройств подразумевает наличие чувствительного элемента, аналоговых цепей и цифровых блоков обработки сигналов и включается в мониторинговую и управляющую систему более высокого уровня.
В качестве чувствительного элемента для подобных пассивных систем используют геофоны, пьезоэлектрические сейсмоприемники, трибоэлектрические кабели, гидравлические датчики, сейсмоприемники, основанные на механических принципах, датчики магнитного поля (магнитометрические средства обнаружения), оптоволоконные кабели и др.
В нормальных условиях в первом приближении физика процесса описывается расчетной моделью для вязко-пластической деформации грунта, согласно которой при движении человека возникает поле механических напряжений в соответствии с формулой Ж. Буссенеска:
3 Р а а Я = Т—2с08 Р ,
2 пЯ 2
где а я - радиальное напряжение в грунте; Р - сосредоточенная сила (масса человека); Я - расстояние от точки приложения силы до чувствительного элемента; в - угол между вертикалью в точке приложения силы и направлением на чувствительный элемент.
Для контроля протяженных периметров датчики обычно размещают под поверхностью грунта с расположением, подразумевающим и-кратное перекрытие и покрытие определенной зоны обнаружения - это может быть, например, и-рядное размещение (частные случаи - однорядное, в шахматном порядке, образуя чувствительную решетку и т.д.). Возможен и гораздо менее распространенный вариант с установкой отдельностоящих датчиков.
Анализ научно-технической литературы [1-3] позволяет разбить существующие периметровые системы на классы в зависимости от типа используемых средств обнаружения (рис. 1):
- точечные системы, использующие сейсмоприёмники с круговой зоной чувствительности;
- распределенные системы на основе точечных преобразователей, использующие сейсмоприёмники с круговой зоной чувствительности;
- распределённые системы на основе протяжённых преобразователей, использующие сейсмоприёмники типа чувствительных кабелей.
Рис. 1. Типы сейсмических средств обнаружения
223
Рассмотрим несколько примеров устройств первого типа и их кратких характеристик.
Сейсмическая система охраны СТИ-103 производства фирмы «Сейфгардз Текнолоджи» (США), с геофонными датчиками, устанавливаемыми в бетон, асфальт или грязь, состоит из блока процессора с возможностью подключения до 25 датчиков на линию. В этом варианте приходится применять две линии датчиков для отстройки от помех и оценки сейсмического фона.
Система «Псикон» - разработка фирмы «Г еоквип Лимитед» (Великобритания), обладает особенностью в виде процедуры обучения, проводимой непосредственно на рубежах защиты. Анонсированное использование особой обработки сигналов и обучаемость не позволяет, однако, получить сколь-нибудь выдающиеся характеристики, обеспечивая лишь обычную работоспособность.
Разведывательно-сигнализационный комплекс «Радиобарьер» -разработка фирмы ООО «Полюс-СТ» (Россия), использует ряд датчиков, работающих на различных физических принципах. Использование варьирующегося радиуса обнаружения в условиях сейсмошумов влечет за собой необходимость проведения дополнительных организационных мер для восстановления обнаружительной способности во время штатной работы.
Сейсмическое средство обнаружения «Годограф-СМ-С-1» производства фирмы «НИКИРЭТ» (Россия), представляет из себя совокупность блока электронного и сейсмочувствительных элементов и обладает недостатками в виде функционирования не на всех видах грунтов и достаточно большой потребляемой мощности.
Сейсмической устройство периметровой охраны УПО-06Ф1 «ДОЗОР» производства ОАО «Приборный завод «Тензор» (Россия), требует прокладки геофонов, соединенных электрическим кабелем в два ряда на определенном расстоянии друг от друга, но обеспечивает возможность создания достаточно протяженных (до 10 км) рубежей охраны объектов.
К устройствам второго типа относятся изделия фирм «СаусВест Микровейв» (США), ОАО «НПК «Дедал» (Россия), «ГПС систем» (Россия) такие как «Интерпид Микротрэк», «ДУПЛЕТ-Р», «Амулет-М». Основной их недостаток - широкая зона обнаружения и относительно низкая помехоустойчивость, в комплексе с отсутствием возможности локализации места вторжения и определением чувствительности по самому «тонкому» месту.
Использование сейсмических сигналов имеет свои особенности, добавляющие к разрабатываемым системам определенные требования. Так считается, что сейсмические средства универсальны для обнаружения любых классов объектов, передвигающихся по поверхности земли. Ограничения, однако, налагаются на область применения, например, в болотистом грунте, в песке, в зоне строительства, при определенных климатических
условиях (глубокий снег). Сюда относятся также и проблемы в виде изменчивости грунта на протяженности всего периметра, особенности местности (в виде близкорасположенной растительности), воздействия от животных (селективность), воздействия погодных условий (гром, ветер) и практической невозможности точной настройки в случае создания большой распределенной системы.
Таким образом, основными направлениями совершенствования систем рассматриваемого класса в настоящее время являются дальнейшая миниатюризация устройств, реализация продвинутых сетевых возможностей, максимальное снижение энергопотребления, исследование альтернативных источников электропитания (для избавления от кабельного хозяйства, например) и совершенствование алгоритмов обработки входных сигналов.
Предлагаемый вариант построения сейсмической системы обнаружения (рис. 2) представляет собой распределённую сеть интеллектуальных сейсмоприемников, каждый из которых, помимо чувствительного элемента, содержит средства первичной обработки регистрируемых сигналов. Принципиальным отличием от существующих является децентрализация функций обработки сигналов и принятия решения, при которой задачи сигнальной обработки решаются на уровне встроенных в датчики микроконтроллеров, а конечное принятие решения и выдача информации -в электронном блоке, собирающем и обрабатывающем информацию со всех подключенных устройств. Это должно позволить более эффективно локализовывать зону воздействия, снизить чувствительности к помехам и, в целом, привести к упрощению конструкции.
Рис. 2. Структура предлагаемой сейсмической системы обнаружения
В датчике (обозначен Дг), показанном на рисунке, функцию регистрации сейсмосигналов и преобразование механических колебаний окружающей среды в электрический сигнал реализует чувствительный элемент (ЧЭ). Его сигнал последовательно усиливается входным (ВУ) и регули-
руемым (РУ) усилителями. Микроконтроллер (МК) обеспечивает аналогоцифровое преобразование сигнала, накопление дискретных значений во внутренней памяти (Пм), их предварительную цифровую обработку и адаптивную локальную настройку параметров датчика.
Схема сопряжения (СС) обеспечивает подключение отдельного датчика к системной магистрали (СМ), которая, в свою очередь, объединяет всю совокупность датчиков, охватывающих периметр контролируемого объекта, в единую сеть. К этой же магистрали подключается блок постобработки и принятия решения, выполняющий функции супервизора данной распределённой системы.
Предложенная структура системы обнаружения позволяет преодолеть имеющиеся недостатки сейсмических систем и обеспечивает возможность отслеживания и идентификации вторжения группы нарушителей, избавление от транспортных помех, снимает необходимость чрезмерно тонкой настройки, упрощает решение задачи увеличения протяженности системы. Всё это, в свою очередь, позволит расширить область применения без повышения конечной стоимости и усложнения работы с системой для конечного пользователя.
Список литературы
1. Звежинский С.С. Периметровые маскируемые сейсмические
средства обнаружения. Режим доступа: URL.:
http://www.dedal.ru/publication/texts/zvezhinsky-sejsmicheskie1.pdf.
2. Иванов В.Э. Периметровые пассивные стационарные сейсмические средства обнаружения: сравнительный анализ зарубежных и отечественных изделий // Проблемы объектовой охраны: сб. науч. труд. Вып. 4. Пенза: Информационно-издательский центр ПГУ, 2004. С. 58-68.
3. Козинный А.В. Нарушителя выдаст колебание грунта // Безопасность-Достоверность-Информация. СПб. №4 (67). 2006. С. 74-77.
A. Bronnikov, V. Kotov, D. Nikitenkov
Passive perimeter seismic detection system for intrusion protection
Based on analysis of available intrusion protection systems a structure of perimeter seismic detection system is offered. The difference of the structure consists in carrying over functions of signal preprocessing directly into sensors.
Получено 07.04.09
