Тактико-технический анализ физических принципов обнаружения нарушителя Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

ОХРАНА ТРУДА И ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

УДК 65.011.56

В.А. Николаев1; Д.А. Прошутинский1; С.Г. Анюхин1, e-mail: maegrom@mail.ru 1 ФКУ «НИЦ «Охрана» Росгвардии (Москва, Россия).

Тактико-технический анализ физических принципов обнаружения нарушителя

В статье представлены аспекты проведения тактико-технического анализа целесообразности применения чувствительных элементов, использующих различные физические принципы обнаружения при выборе системы защиты объекта или разработке комбинированного комплекса. Под чувствительными элементами понимаются автоматические датчики-сенсоры, использующие в работе различные технологические принципы: инфракрасное излучение, радиоволны, сейсмические колебания, оптоволоконную передачу сигнала и др. Под комбинированным комплексом понимается интегрирование периметровых средств обнаружения в охранные телевизионные системы со встроенной видеоаналитикой. Авторами статьи предложена новая (расширяющая традиционное деление рассматриваемых приборов на активные и пассивные) классификация периметровых средств обнаружения проникновения, учитывающая дальность обнаружения нарушителя, количество каналов оповещения, объемность, линейность и рельефность зоны обнаружения, маскировку, способ монтажа, климатическое исполнение, типы сенсоров и их чувствительность, логику обработки сигнала, помехоустойчивость, ресурс работы и другие факторы. Такая классификация считается более информативной для проектировщиков охранных систем, позволяя подойти к формированию рубежей охраны периметра более рационально и с позиции наибольшей эффективности. Авторами статьи также оцениваются перспективы внедрения так называемых обучаемых охранных систем, использующих принципы и технологии искусственного интеллекта. Опыт и предложения, которыми делятся в статье специалисты Росгвардии, представляют значительную ценность для охранных структурных подразделений нефтегазовых компаний, обеспечивающих безопасность производственных объектов.

Ключевые слова: защита периметров объектов, периметровые средства обнаружения проникновения, чувствительный элемент, комбинированный извещатель.

V.A. Nikolaev1; D.A. Proshutinsky1; S.G. Ahhyukhin1, e-mail: maegrom@mail.ru

1 Federal State Institution "Research Center "Security" of the Federal National Guard Troops Service of the Russian Federation (Moscow, Russia).

Tactical and Technical Analysis of Physical Principles of Intruder Detection

The article presents the aspects of carrying out tactical and technical analysis of the applicability of sensitive elements using different physical principles of detection when selecting the object protection system or developing a combined complex. The sensitive elements are the automatic sensors using various technological principles: infrared radiation, radio waves, seismic transients, fiber-optic signal transmission, etc. The combined complex is the integration of perimeter detection devices into the security television systems with built-in video analytics.

The authors proposed a new classification of perimeter intrusion detection devices, that extending the traditional division of the considered devices into active and passive and taking into account the detection range of intruder, the number of warning channels, and also the volume, linear, and relief of the detection zone. Moreover, it takes into account masking, installation method, climatic modification, types of sensors and their sensitivity, signal processing logic, noise stability, operational life, and other factors. This classification is considered to be more informative for security system designers. It allows forming the perimeter security boundaries more rationally and with the most efficiency. The authors also estimate the prospects of introduction of so-called taught security systems using the principles and technology of artificial intelligence. The experience and proposals shared by the specialists

52

№ 11 ноябрь 2017 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ

of the Federal National Guard Troops Service of the Russian Federation in the article are of considerable value for the security departments of oil and gas companies ensuring the safety of production facilities.

Keywords: perimeter security of objects, perimeter intrusion detection devices, sensor, combined detector.

Пример комбинированно-совмещенного периметрового средства обнаружения проникновения Example of the combined perimeter intrusion detection device

Периметровые средства обнаружения проникновения (ПСОП) предназначены для выявления вторжения различных видов нарушителей (людей, техники) в охраняемую зону обнаружения (ЗО) по характерным возмущениям, которые регистрируются преобразователем физической величины или чувствительным элементом (ЧЭ). Сигналы с ЧЭ поступают в блок обработки сигналов, который отфильтровывает помехи, вызванные нарушителем, от помех, обусловленных источниками природного и техногенного происхождения (гроза, ветер и дождь, растительность, животные и птицы, транспорт, линии электропередач и др.). Блок обработки сигналов в случае превышения заданного порогового уровня активности в охраняемой зоне генерирует сигнал тревоги, поступающий на автономный или централизованный пульт охраны. По сравнению с техническими средствами обнаружения (ТСО), предназначенными для охраны помещений, к ПСОП предъявляются намного более жесткие требования по климатическому исполнению, защите оболочки, устойчивости к помеховым факторам, которые на улице намного тяжелее контролировать, а также к протяженности и конфигурации зоны обнаружения. Помимо этого ПСОП должны обладать максимально высокой чувствительностью, обеспечивающей возможность обнаружения нарушителя при попытке проникновения, иметь низкую вероятность ложных срабатываний и соответствовать рельефу местности и, при наличии, типу ограждения. Этими причинами обусловливаются высокая стоимость ПСОП и ограниченность использования тех или иных принципов обнаружения. Функционал ПСОП базируется на различных физических принципах и отли-

чается использованием чувствительных элементов (сенсоров) различных типов и конструкций. Такое многообразие объясняется необходимостью обеспечения охраны периметров различных конфигураций, выполненных с применением различных видов ограждений, а также необходимостью организации различного числа рубежей охраны. На одном объекте могут одновременно применяться разные типы ПСОП. Тактико-технический анализ физических принципов обнаружения следует проводить при разработке новых ПСОП, в первую очередь комбинированных или совмещенных, а также при выборе средств обнаружения для решения задачи по охране конкретного объекта или адаптации существующих на рынке ПСОП под специфику объекта. Для осуществления тактико-технического анализа средств обнаружения следует классифицировать ПСОП по ряду параметров:

• по ресурсу работы - стационарные, предназначенные для длительной непрерывной работы (с ресурсом, как правило, не менее восьми лет), и бы-строразворачиваемые, предназначенные для временного сигнализационного блокирования рубежей на время;

• по используемой логике обработки сигнала - обладающие изначально определенными критериями обнаружения нарушителя или обучаемые, в том числе использующие алгоритмы искусственного интеллекта. Следует отметить, что тенденции развития роботизированных систем показывают перспективность данного подхода;

• по принципу обнаружения или их сочетанию, а также количеству каналов обнаружения (КО). В соответствии с этим средства обнаружения могут быть комбинированными (или комбинированно-совмещенными) и одноканальными (или совмещенными). При этом КО ПСОП извещателей состоит либо из протяжен-

Ссылка для цитирования (for citation):

Николаев В.А., Прошутинский Д.А., Анюхин С.Г. Тактико-технический анализ физических принципов обнаружения нарушителя // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2017. № 11. С. 52-56.

Nikolaev V.A., Proshutinsky D.A., Ahhyukhin S.G. Tactical and Technical Analysis of Physical Principles of Intruder Detection (In Russ.). Territorija "NEFTEGAS" = Oil and Gas Territory, 2017, No. 11, P. 52-56.

Таблица 1. Классификация каналов обнаружения периметровых средств обнаружения проникновения по форме зоны обнаружения Table 1. Classification of perimeter detection channels for intrusion detection by the form of the detection zone

Форма зоны обнаружения Form of the detection zone Физические принципы каналов обнаружения периметровых средств обнаружения проникновения Physical principles of detection channels of the perimeter intrusion detection devices Локализация места проникновения (помехи) Localization of the intrusion place (interfering signal)

Объемная Volume • Пассивные оптико-электронные (passive fiber-optic); • радиоволновые однопозиционные и двухпозиционные с объемной зоной обнаружения (radio wave single- and double-positional with a volume detection zone); • радиолокационные системы (radar systems) • Не требуется (not required); • не требуется (not required); • локализация нарушителя, определение направления движения (localization of the intruder, determination of the motion direction)

Линейная, в том числе Linear, including • Волоконно-оптические на основе анализа излучения Рэлея (fiber-optic based on Rayleigh radiation analysis); • волоконно-оптические на основе анализа искажений в передаваемом сигнале (fiber-optic based on the analysis of distortions in the transmitted signal); • контактные (обрыв или короткое замыкание) (contact (disconnection or short circuit)) • С точностью 5 м (with accuracy of 5 m); • отсутствует (локализация с точностью до выведенного чувствительного элемента) (is absent (localization with accuracy up to the out sensitive element)); • отсутствует (is absent)

• пунктирная (dashed) • Сейсмические с чувствительными элементами в виде «сейсмокосы», с гидравлическими датчиками давления и т. д. (seismic with sensitive elements in the form of "seismic streamer", with hydraulic pressure sensors, etc.); • вибрационная с пьезоэлектрическими точечными чувствительными элементами (vibrational with piezoelectric point sensitive elements) • Присутствует, геолокация (is present, geolocation) • присутствует, с точностью до точечного чувствительного элемента (is present, with accuracy up to the point sensitive element)

• линейная (linear) • Сейсмические трибоэлектрические (seismic triboelectric); • вибрационные с трибоэлектрическим чувствительным элементом, магнитодинамическим микрофонным кабелем, пьезоэлектрическим микрофонным кабелем (vibrational with triboelectric sensitive element, magnetodynamic microphone cable, and piezoelectric microphone cable) Отсутствует Is absent

Линейно-объемная Linear and volume • Радиоволновые на основе линии вытекающей волны (radio wave based on the leaky wave line); • проводноволновые (wire-wave); • индуктивные (inductive); • емкостные (capacitive); • магнитометрические (magnetometric) Отсутствует Is absent

Объемно-лучевая Volume and radial • Пассивные оптико-электронные (passive optical-electronic); • радиоволновые одно-, двух- и многопозиционные (radio wave single-, double- and multi-positional); • инфракрасные двухпозиционные (infrared double-positional) • Не требуется (not required); • отсутствует, с точностью до участка для многопозиционных (is absent, with the accuracy up to the part for multi-positional); • отсутствует (is absent)

ного чувствительного элемента, либо из комплекта датчиков. Системы, интегрирующие охранную сигнализацию, и охранные телевизионные системы со встроенной видеоаналитикой следует рассматривать как комбинированные. Чувствительные элементы КО ПСОП могут быть классифицированы на маскируемые или немаскируемые при установке. Маскируемые затрудняют идентификацию самого средства обнаружения и его ЗО. Немаскируемые (видимые), как правило, характеризуются более простым, а следовательно, менее дорогостоящим способом монтажа. Последние тенденции позволяют говорить о снижении влияния данного фактора:

ЧЭ и блоки ПСОП маскируются под светильники и встраиваются в ограждение, что затрудняет применение подобной классификации при тактико-техническом анализе.

В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВИДА ЗО ПСОП МОГУТ ИМЕТЬ:

• объемную ЗО;

• линейную ЗО, в том числе:

- ЗО, повторяющую рельеф местности;

- ЗО, распространяющуюся вдоль рубежа по лучу.

В технической литературе КО ПСОП традиционно классифицируются по регистрируемому физическому параметру или физическому принципу, положен-

ному в основу действия. Даная «классическая» схема предполагает деление извещателей на пассивные и активные -формирующие среду в ЗО или лишь считывающие изменения среды. Более информативной для проектировщиков является классификация КО ПСОП на чувствительные к фиксируемым ЧЭ воздействиям или к возмущениям формируемого поля.

Например, хотя волоконно-оптические извещатели и являются активными, тем не менее протяженный чувствительный элемент позволяет обнаруживать нарушителя только при механических воздействиях последнего, в том числе опосредованных.

Таблица 2. Классификация каналов обнаружения периметровых средств обнаружения проникновения по назначению Table 2. Classification of channels of the perimeter intrusion detection devices by for penetration detection by application

Назначение периметровых средств обнаружения проникновения Application of the perimeter intrusion detection device Использование каналов обнаружения Using detection channels

Защита огражденного периметра Protection of the fenced perimeter • Волоконно-оптические на основе излучения Рэлея или анализа искажений в передаваемом сигнале (fiber-optic based on RayLeigh radiation or analysis of distortions in the transmitted signal); • контактные (обрыв или короткое замыкание) (contact (disconnection or short circuit)); • вибрационная с пьезоэлектрическими точечными чувствительными элементами (vibrational with piezoelectric point sensitive elements); • сейсмические трибоэлектрические (seismic triboeLectric); • сейсмические с чувствительными элементами в виде «сейсмокосы», с гидравлическими датчиками давления и т. д. (seismic with sensitive elements in the form of "seismic streamer", with hydraulic pressure sensors, etc.); • вибрационные с трибоэлектрическим чувствительным элементом, магнитодинамическим микрофонным кабелем, пьезоэлектрическим микрофонным кабелем (vibrational with triboeLectric sensitive element, magnetodynamic microphone cable, and piezoelectric microphone cable); • на основе линии вытекающей волны (based on the Learky wave line); • проводноволновые (wire-wave); • индуктивные (inductive); • емкостные (capacitive); • магнитометрические (magnetometric); • пассивные оптико-электронные (passive optical-electronic); • радиоволновые одно-, двух- и многопозиционные (radio wave single-, double- and multi-positional); • радиолокационные системы (radar systems); • инфракрасные двухпозиционные (infrared double-positional)

Защита неогражденного периметра Protection of an unfenced perimeter • Волоконно-оптические на основе излучения Рэлея или анализа искажений в передаваемом сигнале (fiber-optic based on RayLeigh radiation or analysis of distortions in the transmitted signal); • контактные (обрыв или короткое замыкание) (contact (disconnection or short circuit)); • инфракрасные двухпозиционные (infrared doubLe-positionaL); • сейсмические с чувствительными элементами в виде «сейсмокосы», с гидравлическими датчиками давления и т. д. (seismic with sensitive elements in the form of "seismic streamer", with hydraulic pressure sensors, etc.); • сейсмические трибоэлектрические (seismic triboeLectric); • пассивные оптико-электронные (passive opticaL-eLectronic); • радиоволновые одно-, двух- и многопозиционные (radio wave singLe-, doubLe- and muLti-positionaL); • радиолокационные системы (radar systems); • магнитометрические (magnetometric)

Защита небольшой площадки Protection of a small area • Радиоволновые однопозиционные и двухпозиционные с объемной зоной обнаружения (radio wave singLe- and doubLe-positionaL with voLume detection zone); • пассивные оптико-электронные (passive opticaL-eLectronic)

В связи с этим для анализа преимуществ ПСОП следует говорить о различиях в отношении зоны охраны и каналов обнаружения. Именно введение такой вспомогательной классификации позволит разумно подойти к формированию рубежей охраны периметра.

В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВИДА ЗО КО ПСОП МОГУТ ИМЕТЬ:

• объемную ЗО;

• линейную ЗО, в том числе:

- пунктирную ЗО;

- линейную ЗО;

• объемно-лучевую ЗО;

• линейно-объемную ЗО. Отдельно стоит отметить инфракрасные однопозиционные пассивные из-вещатели,прекрасно зарекомендо-

вавшие себя по соотношению «цена/ качество» при использовании для охраны помещений, но не воспринимающие механических колебаний, возникающих при действиях нарушителя, и не создающие активную среду, которая неминуемо нарушителем будет возмущена. Подобные извещатели, что подробно описано в [1], обладают низкой устойчивостью к внешним воздействующим факторам, что в большинстве случаев приводит к ложным срабатываниям и/или недостаточной чувствительности ПСОП.

Следующим параметром для тактико-технического анализа ПСОП являются возможности КО по локализации места проникновения:

• с точностью до участка;

• с точностью до точки или точечного ЧЭ при пунктирной зоне обнаружения. Именно данный параметр определяет естественные ограничения протяженности чувствительного элемента. Недостаточная локализация места проникновения не позволяет обнаружить следы нарушителя, причины ложных срабатываний, ограничивает интеграцию с телевизионными охранными системами.

В табл. 1 приведена классификация КО ПСОП по форме ЗО и возможности локализации проникновения. Из приведенной классификации мы видим, что представление о структуре рубежа охраны различается с точки зрения сотрудника безопасности и раз-

работчика. Там, где сотрудник охраны увидит линейную зону обнаружения, разработчик может увидеть, к примеру, пунктирную.

Следующей важной особенностью КО ПСОП является возможность применения для обнаружения преодоления ограждения. Соответственно, на основе выбора набора КО ПСОП для решения конкретной задачи - защиты огражденного или неогражденного периметра объекта, небольшой площадки на территории - можно формировать комбинированное ПСОП. При этом следует учитывать, что ЗО многих КО ПСОП при использовании для защиты ограждения выходит за пределы охраняемого периметра. Далеко не всегда при этом возможна установка предупредительного ограждения. Все виды ПСОП в разной степени чувствительны как к видам вторжения, так и к источникам помех, что обусловливает их дифференцированную эффективность при разных условиях применения. Проблема выбора заключается в том, что декларируемые важнейшие ТТХ пе-риметровых ПСОП редко в полной мере соответствуют практике применения на реальном объекте.

Рассмотрим задачи, которые могут решать некоторые распространенные ПСОП.

Подход к обеспечению надежной, эффективной и устойчивой работы ПСОП должен быть основан на взаимосвязанном анализе:

• базовых положений периметровой охраны, включающих анализ потенциальных угроз, оценку вероятных на-

правлений проникновения на объект, обеспечение главных функций: обнаружение вероятного нарушителя, в том числе подготовленного, его задержка (заграждение), оценка ситуации (подтверждение события) и реагирование сил охраны, а также обеспечение технического обслуживания и регламента;

• эффективности затрат на построение периметровой охранной системы;

• сравнительной помехоустойчивости различных видов и типов ПСОП к наиболее вероятным и значимым для ПСОП помехам природного, техногенного и антропогенного характера, присущих объекту, в том числе с учетом специфических особенностей объекта: ландшафта, климата, наличия источников индустриальных помех, растительности на рубеже,популяции и миграции животных, наличия или возможности установки заграждения по периметру и др.

Без проработки указанных факторов конечная эффективность охраны периметра может оказаться недостаточной, несмотря на высокие заявленные тактико-технические характеристики (ТТХ) ПСОП. При этом сигнализационную надежность ПСОП определяют обнару-жительная способность, оцениваемая вероятностью обнаружения Р0, и помехоустойчивость, оцениваемая средней наработкой на ложную тревогу Тлс (обратная величина - скорость ложных тревог). Величины Р0 и Тлс можно рассматривать как основные ТТХ ПСОП, к другим важным характеристикам можно отнести длину блокируемого рубежа, стоимость, надежность, а также уязви-

мость ПСОП к нестандартным способам преодоления - попыткам «обхода». Как показывает практика, использование одного типа КО ПСОП для блокирования периметров объектов для большинства случаев является неудовлетворительным. Необходимо комплексирование ПСОП с различными физическими принципами обнаружения. При этом система защиты периметра должна быть оптимизирована в соответствии с соотношением «эффективность/стоимость», где под эффективностью могут пониматься возможные потери, устраняемые системой периметровой ОС, а стоимость включает не только цену оборудования, но и затраты на проектирование, инженерную подготовку местности, монтаж, техническое обслуживание, а также, опосредованно, срок службы системы. В общем случае для организации подобной защиты следует использовать КО, которые могут обслуживать монолитную ЗО ПСОП. Для этого они должны:

• иметь сходное предназначение;

• иметь разную физику обнаружения нарушителя;

• сочетать (желательно) линейную или пунктирную с объемно-лучевой или линейно-объемной ЗО КО ПСОП.

К примеру, на рисунке изображена установка емкостного и трибоэлектриче-ского КО ПСОП. Они предназначены для защиты ограждений, обладают разной физикой обнаружения нарушителя, линейно-объемной и линейной ЗО. Практические испытания подобной комбинации показали минимальное количество помех, действующих на оба канала обнаружения одновременно.

References:

1. R 78.36.036-2013. Method Book for the Selection and Use of Passive Fiber-Optic Infrared Detectors [Electronic resource]. Access mode: http:// files.stroyinf.ru/Index2/1/4293768/4293768117.htm (Access date: November 28, 2017). (In Russian)

2. Kozinny A., Kosarev A., Matveev V. The Ground Vibration Will Extradite the Intruder. Seismic Detection Devices for the Protection of Geografically Distributed Objects. Bezopasnost'. Dostovernost'. Informatsiya = Safety. Reliability. Information, 2006, No. 67, P. 74-77. (In Russian)

3. Zvezhinsky S.S., Dukhan E.I. The Intruder Detection Device as a Complex Technical Information System. T-Comm: Telekommunikatsii i Transport = T-Comm: Telecommunications and Transport, 2013, Vol. 7, No. 10, P. 48-50. (In Russian)

Литература:

1. Р 78.36.036-2013. Методическое пособие по выбору и применению пассивных оптико-электронных инфракрасных извещателей [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://files.stroyinf.rU/Index2/1/4293768/4293768117.htm (дата обращения: 28.11.2017).

2. Козинный А., Косарев А., Матвеев В. Нарушителя выдаст колебание грунта. Сейсмические средства обнаружения для охраны территориально распределенных объектов // Безопасность. Достоверность. Информация. 2006. № 67. С. 74-77.

3. Звежинский С.С., Духан Е.И. Средство обнаружения нарушителей как сложная техническая информационная система // Т-Сотт: телекоммуникации и транспорт. 2013. Т. 7. № 10. С. 48-50.