Классификация чувствительных элементов средств обнаружения кратко
Обновлено: 02.07.2024
С давних времен человек был вынужден защищать территорию своей жизнедеятельности. Пытаясь компенсировать свою физическую слабость, и заполучить преимущество перед возможной угрозой, человек придумывал различные способы сигнализации (звуковая, дымовая, световая и т.д.) о надвигающейся угрозе, и строил инженерные сооружения (вал, ров, крепостные стены и т.д.) для сдерживания угрозы. Несмотря на все применяемые меры, безопасность, тем не менее, осуществляет сам человек. Таким образом, основной задачей систем охраны периметра стала предупреждение о проникновении и сдерживание нарушителя на время достаточное для реагирования.
Определившись с забором и перечнем технических систем подходящим к нему, можно выбирать, что подойдет конкретно Вам. Для этого нужно учесть факторы, которые могут вносить помехи, например проходящие рядом высоковольтные линии электропередач, железнодорожное полотно, автомагистрали и др. Что бы наиболее полно понимать влияние помех на различные извещатели, нужно знать их физические принципы обнаружения.
На сегодняшний день можно выделить пять основных принципов обнаружения используемых в периметровых извещателях, это радиоволновые, оптико-электронные, емкостные, индуктивные и магнитометрические и вибрационные извещатели. Рассмотрим по порядку разные типы периметровых извещателей построенных на этих принципах обнаружения.
Принцип действия амплитудно-модуляционного лучевого извещателя (Рис.1 а) основан на изменении напряженности прямой (падающей) ЭМВ в точку приема при вторжении нарушителя в лучевую зону обнаружения. Средства такого вида обычно размещают на грунте по линии периметра, над ограждением, на стенах и крышах зданий. Для их размещения требуется прямая видимость от приемника до передатчика, отсутствие растительности (в технических характеристиках обычно указывается уровень травы в сантиметрах), не допускается искривлений рельефа, а в силу слабой чувствительности в непосредственной близости приемника и передатчика, следует перекрывать зоны обнаружения соседних участков. При этом необходимо позаботится о частотном или временном разделении соседних каналов, а в случаи высокой отражающей способности подстилающей поверхности, например в непосредственной близости от водной глади, требуется синхронизировать несколько соседних участков. Вероятность обнаружения может быть снижена при сильном тумане, дожде, снеге, но слабо зависит от ветра, перепада температуры. Источниками помех могут служить проходящие в непосредственной близости ЛЭП, автомагистрали, железные дороги, наличие небольших передвигающихся объектов (ветви деревьев и кустов, кошки, собаки, птицы). Следует так же отметить сложности юстировки многих извещателей данного типа.
При более сложном рельефе целесообразней использовать извещатели амплитудно-модуляционные в проводно-радиоволновом варианте (Рис.1.б). Их принцип действия основан на фиксации изменения напряженности ЭМП в объемной зоне обнаружения, сформированной вокруг чувствительного элемента, состоящего из двух параллельно расположенных изолированных проводов, при вторжении нарушителя в зону обнаружения. Данные провода следует размещать на диэлектрических консолях. Относительно низкая цена кабельной продукции для антенной системы увеличивает ремонтопригодность. Желательно избегать подземных и наземных коммуникаций, которые могут снизить вероятность обнаружения и/или увеличить количество ложных срабатываний. Такая проводная антенна позволяет существенно снизить зависимость от природно-климатических и метеоусловий, но обладает низкой маскируемостью. Источниками помех могут служить проходящие в непосредственной близости ЛЭП, автомагистрали, железные дороги, наличие небольших передвигающихся объектов (кошки, собаки).
Существуют и другие варианты радиоволновых извещателей, но они либо схожи по своему строению, либо в большей степени предназначены для обнаружения нарушителя внутри помещения.
Во вторичной обмотке будет сформирован разностный первичный сигнал, свидетельствующий о возникновении тревожной ситуации. Практические же схемы чувствительного элемента могут быть еще сложнее, что бы повысить помехозащищенность. Требования к монтажу, достоинства, недостатки и источники возможных помех очень схожи с описанными для емкостных систем.
Оптоволоконный извещатель предполагает использование в качестве чувствительного элемента протяженный специализированный оптоволоконный кабель (длиной до 3000 м). Он жестко крепится к элементам ограждения. По этому кабелю распространяется световое (инфракрасное) излучение. Способы регистрации вибрации в оптоволокне обусловлены тем, что структура световой волны в волокне чрезвычайно восприимчива к внешним воздействиям. Изменения геометрических размеров и формы кабеля, воздействие вибрации могут вызывать модуляцию амплитуды, фазы, модового состава или поляризации световой волны. В результате анализа и обработки этих характеристик сигнала возможно выделение изменения в виде электрического полезного сигнала, свидетельствующего о возникновении тревожной ситуации. В зависимости от того, какое именно изменение в характеристиках светового сигнала мы анализируем, разделяют метод регистрации межмодовой интерференции, эффект изменения распределения излучения, принцип двухлучевой интерферометрии. Несомненным достоинством оптоволоконных средств является отсутствие дополнительных электрических линий вдоль охраняемого периметра, а его протяженность может достигать 60 км с точностью определения местоположения нарушения до 150 м.
Конечно, рассмотренные типы охранных извещателей не охватывают в полном объеме весь рынок периметровых систем, и существуют, к примеру, еще и гидроакустические, для охраны рубежей в водной среде, электромагнитомеханические извещатели, а учитывая не совершенность любого из рассмотренного извещателя активно разрабатываются и используются комбинированные извещатели, объединяющие в себе несколько физических принципов обнаружения. Говоря о любом из рассмотренных извещателе, можно так же судить о его качестве (вероятности обнаружения и помехозащищенности) по используемой элементной базе для выделения полезного сигнала, алгоритмам фильтрации и многим другим аспектам, однако многие производители не афишируют подобные технические характеристики.
Периметровые технические средства обнаружения.
Многообразие типов и промышленных образцов периметровых технических средств обнаружения ставит перед руководством объекта и служб безопасности вопрос их правильного выбора на основании предъявляемых к обеспечению безопасности требований и условий на конкретном объекте. Часто подрядчик, осуществляющий проектирование и монтаж систем охраны, склонен предлагать только известные ему типы и образцы ТСО. Но не всегда предлагаемые средства могут соответствовать требованиям руководства объекта, исходя из моделей угроз нарушителей. Поэтому руководителям необходимо иметь полную информацию об этих средствах. ПериметровыеТСО базируются на самых разных физических принципах и типах чувствительных элементов (ЧЭ), воспринимающих воздействие нарушителей при пересечении их чувствительных зон (43). Они могут относиться к одному из двух основных видов. При выборе периметровых ТСО необходимо принимать во внимание:
• тактику защиты периметра;
• условия в периметровой зоне объекта:
• способы возможных действий учитываемых категорий нарушителей;
• финансовые возможности заказчика.
1. Тактика защиты периметра
Тактика защиты периметра может быть открытой и скрытной.
Открытая тактика предполагает отсутствие специальных мер по скрытности размещения ТСО. При этом используются средства, имеющие характерные визуально распознаваемые чувствительные элементы. Для заградитель ных ТСО – это специальные конструкции полотна или козырька ограждения, закрепленные на полотне ограждения или козырька, кабели и датчики, соединительные коробки. Для других ТСО – это характерные стойки приемопередатчиков, система проводов и т.д. При открытой тактике защиты потенциальный нарушитель видит, что периметр хорошо укреплен, и может отказаться от подготовки и выполнения своей акции. "Целеустремленный" же нарушитель, естественно, будет пытаться обойти чувствительные зоны ТСО. Скрытная тактика требует применения ТСО, у которых чувствительные элементы либо открыто не видны, либо замаскированы под местные предметы. Наибольшую скрытность обеспечивают пассивные ТСО без характерных излучений в пространство, которые могут быть обнаружены специальными приборами. Конечно, при выборе данной тактики следует учитывать сложность обеспечения скрытности ТСО на периметре, связанную с большей, как правило, стоимостью скрытных ТСО и с дополнительными, часто весьма существенными, затратами на маскировку ТСО. а также с необходимостью принятия организационных и других мер для исключения утечки информации от персонала объекта, которая сведет на нет все меры по скрытности ТСО.
Табл.1.Типы периметровых ТСО
Физический принцип действия
Тип чувствительного элемента
Воспринимаемое воздействие нарушителей
Натянутые проволочные нити с концевыми датчиками положения и (или) натяжения, в опорах ограждения, стойках и проч.
Раздвижение нитей, их обрыв или перекусывание
Система встроенных, натянутых междуопорами или приклеенных на полотно ограждения проводов или микропроводов
1. Кабельные датчики вибраций, закрепляемые на полотне ограждения (трибоэлектрические, оптоволоконные, магнитострикционные и др.)
Колебания полотна ограждения при перелезании или проделывании отверстия
2. Система соединенных в косу и закрепленных на полотне ограждения точечных датчиков вибраций (ртутные переключатели, электромагнитные, пьезоэлектрические и др.)
3. Система проводов, образующая чувствительный к вибрации и перемещению проводов в магнитном поле земли элемент
1. Декоративный металлический козырек на ограждении
Изменение емкости антенной системы ЧЭ, изолированного от земли, при приближении к ней или касании нарушителя
2. Сетчатый козырек
3. Козырек из натянутых проводов
4. Специальное сетчатое полотно ограждения
Система натянутых между опорами ограждения проводов, образующих индуктивную петлю
Изменение индуктивности петли ЧЭ при раздвижении, обрыве или разрезании проводов
Разнесенные передатчик и приемник СВЧ-излучения
Изменение уровня принимаемого приемником сигнала из-за движения нарушителя между передатчиком и приемником
Специальная система параллельных проводов, по которым осуществляется приемопередача излучения в определенном диапазоне волн
Изменение уровня принимаемого сигнала из-за движения нарушителя вблизи от системы проводов
Специальная система проводов, образующая чувствительный к изменению магнитного поля при перемещении через нее металлических предметов элемент
Изменение уровня магнитометрического сигнала нашходеЧЭприперемещении вблизи ЧЭ нарушителей
1. Соединенная в косы система сейсмических (геофонных) датчиков (электродинамических, пьезоэлектрических и др.), установленная в грунте
Сейсмические колебания почвы, вызываемые человеком при движении
2. Чувствительные к сейсмическим колебаниям почвы кабельные датчики (шланговые с незамерзающей жидкостью, электретные, оптоволоконные, магнитострикционные и др.)
Линии вытекающей волны
Система передающих и приемных коаксиальных кабелей со специальной системой отверстий в экранирующей внешней оплетке, установленная вгрунтеилинаограждении.стеиеит.п.
Изменения электромагнитного поля в системе кабелей ЧЭ, вызываемые человеком при пересечении рубежа
Разнесенные передатчик (передатчики) и приемник (приемники), формирующие луч излучения а инфракрасном диапазоне
Прерывание лучей, вызванное появлением человека
ИК (инфракрас-ный) пассивный
Приемник или система приемников теплового (ИК) излучения
Изменение уровня сигнала на приемнике вследствие теплового контраста человека, двигающегося в полезрения приемника
Изменения в изображении, формируемом телекамерой, при движении человека в поле зрения
Здесь: 3 – типы ТСО только с исполнением заградительного вида; НЗ – типы ТСО только с исполнением незаградительного вида; З/НЗ – типы ТСО с исполнением как заградительного, так и незаградительного вида.
2. Условия установки ТСО в периметровой зоне.
Различают две группы условий установки ТСО в периметровой зоне:
1) условия, определяющие возможность установки определенных типов и образцов ТСО:
2) условия, влияющие на устойчивость ТСО к ложным тревогам. Первая группа условий характеризуется:
•наличием или возможностью сооружения внешнего капитального ограждения объекта:
•наличием или возможностью выделения отчужденной зоны размещения ТСО на периметре объекта и допустимой шириной такой зоны;
•конфигурацией периметровой зоны: количеством и размерами прямолинейных участков;
• рельефом местности на участках периметра: наличием и величиной уклонов и не ровностей, возможностью планировки и выравнивания участков;
•наличием в периметровой зоне растительности: деревьев, кустарников и высокой травы (с данными о плотности и высоте растительности), возможностью ее удаления полностью или частично, а также организацией периодических работ по расчистке зоны.
Здесь специально не рассматриваются очевидные аспекты учета ограничений на климатическое исполнение образцов ТСО, которые существенны для объектов, размещенных в особых климатических зонах. Эти условия при выборе ТСО носят характер первичных ограничений. Факторы и характеризующие их данные удобно представлять в виде таблиц с графами "Условие" и "Характеристики", причем в одну таблицу занести данные, обобщенные для всей периметровой зоны объекта, в другую данные по каждому из участков периметра. Вторая группа условий характеризуется:
• возможной частотой проявления ветровых возмущений, средней и максимальной скоростью ветра и его порывов, преобладающими направлениями ветров;
•возможной частотой появления дождя, снега и их средней и максимальной интенсивностью;
• возможной частотой появления густых туманов;
• наличием в окрестности объекта и возможностью появления в периметровой зоне: крупных животных (коровы, лося), средних животных (крупной собаки, кабана), мелких животных (лисы, зайца), а также частотой таких появлений;
•наличием в районе объекта и возможной частотой появления и пролета в периметровой зоне ТСО мелких и средних птиц;
•наличием вблизи периметровой зоны источников сейсмических возмущений: работающих механизмов, автомобильных и железных дорог и проч.;
•наличием вблизи периметровой зоны источников электромагнитных помех: линий электропередач, мощных радиостанций, электроустановок и проч.
Наличие внешнего капитального ограждения создает возможность использования в качестве первого внешнего рубежа защиты заградительного ТСО. При этом необходимо уточнить тип имеющегося или возможного для сооружения на периметре объекта ограждения: кирпичное, из бетонных плит или кольчужной сетки. Учитывая, что посторонние люди имеют свободный доступ к внешнему ограждению и могут воздействовать на него без цели его преодоления, вызывая ложные срабатывания ТСО, целесообразно использовать на внешнем ограждении ТСО с козырьковыми вариантами ЧЭ. При этом доступ случайных лиц к ЧЭ должен быть затруднен. Возможен вариант использования ТСО, блокирующего внутреннюю зону сразу за ограждением.
Применение внешнего капитального ограждения, не оснащенного ТСО, с точки зрения охраны не имеет большого смысла, так как позволяет нарушителю сколь угодно долго готовить и осуществлять преодоление физического барьера с применением любых подручных и специальных средств и способов.
3. Элементы блокирования и задержки нарушителей.
Вообще все физические барьеры можно подразделить на элементы блокирования и элементы задержки нарушителей. Элементом блокирования является барьер, исключающий проникновение нарушителей рассматриваемых ниже категорий. Например, стационарные противотаранные заграждения типа бетонных блоков исключают возможность преодоления его нарушителями на транспортных средствах. Капитальная стена здания, помещения исключает возможность проникновения нарушителей, не использующих способы и средства разрушения стен. Ограждение периметра является элементом задержки нарушителя, поэтому он должен быть оборудован средством обнаружения, иначе ограждение будет играть только роль обозначения границы объекта и преграды для посторонних лиц и животных. Пассивные внешние ограждения требуют дополнительных затрат, поэтому целесообразны в основном на особо важных объектах. По результатам анализа внешнего ограждения и периметровой зоны возможного размещения ТСО определяются варианты периметрового комплекса ТСО: необходимое количество рубежей обнаружения, виды и типы ТСО для каждого рубежа.
4. Модели нарушителя.
Способы возможных действий учитываемых категорий нарушителей определяются в модели нарушителя, которая должна формироваться для каждого объекта. Такие модели разрабатываются специалистами службы безопасности, привлекающей при необходимости представителей МВД и ФСБ, и обязательно должны утверждаться руководителями объекта или вышестоящей по подчиненности организации. В модели определяются:
• цели, которые могут преследовать нарушители каждой категории:
• характер их осведомленности:
Кроме того, в модели должен быть определен максимально полный перечень возможных вариантов способов действий нарушителей на каждом этапе совершения акции. в том числе и способы преодоления рубежей периметровых ТСО, при которых должны обнаруживаться нарушители.
5. Функциональные характеристики периметровых ТСО.
Основными функциональными характеристиками периметровых ТСО являются надежность обнаружения нарушителей и устойчивость к ложным тревогам (ЛТ). Именно по функциональным критериям следует в первую очередь осуществлять сравнение и выбор типов и образцов ТСО. Количественные показатели для функциональных критериев – это вероятность обнару жения нарушителей и частота ложных тревог. Показатели вероятности обнаружения и частоты ложных тревог находятся в прямой зависимости: повышение вероятности обнаружения конкретного образца ТСО достигается снижением порога обнаружения полезных сигналов на фоне помех, что приводит к повышению частоты ложных тревог. И наоборот, снижение частоты ложных тревог приводит к уменьшению вероятности обнаружения. Как показали исследования и практика, на вероятность обнаружения нарушителей конкретным типом ТСО влияет в первую очередь способ его преодоления нарушителями, а на частоту ложных тревог ТСО – вид возмущающего внешнего фактора, оказывающего воздействие на ЧЭ и формирование помехового сигнала. Добиться улучшения этих показателей или одного из них при фиксированном значении другого потенциально можно реализацией сложных алгоритмов обработки сигналов, осуществляющих распознавание полезных сигналов на фоне помех (анализ тонкой структуры сигналов). С одной стороны, многовариантность нарушителей и характера их действий при преодолении ТСО, а следовательно, и форм полезных сигналов на выходе ЧЭ, с другой – не менее огромное разнообразие и нерегулярность помеховых воздействий на ЧЭ как природного, так и искусственного проис хождения делают проблему создания ТСО с двумя высокими функциональными показателями весьма сложной. На сегодня решение этой проблемы для конкретных типов ТСО остается предметом исследований и разработок.
Выбор ТСО может осуществляться поэтапно: на 1-м этапе – по типам ТСО и на 2-м этапе по образцам ТСО, имеющимся на рынке. В данной статье рассматривается процедура выбора по типам ТСО как методический пример. Аналогичная процедура может использоваться и для выбора по образцам. Выбор по типам предполагает справедливость принятия допущения, что вероятность обнаружения нарушителей для определенного типа ТСО связана с видом способа преодоления ТСО нарушителем, а частота ложных тревог – с видом возмущающего внешнего фактора. Такое допущение, в частности, используется в широко применяемых за рубежом компьютерных моделях анализа уязвимости объектов.
7. Потенциалы обнаружения нарушителей и ложных тревог.
Для выбора подходящих для объекта типов ТСО удобно использовать качественные балльные оценки показателей надежности обнаружения и устойчивости к ложным тревогам, которые назовем соответственно потенциалом обнаружения и потенциалом ложных тревог. Для надежности обнаружения используем следующие градации вероятности обнаружения:
• 5 – очень высокая (на уровне 0,98 и выше):
• 4 – высокая (на уровне 0,95):
• 3 – средняя (на уровне 0,9):
• 2 – ниже средней (на уровне 0,7-0,8);
•1 – низкая (ниже 0,7).
Аналогичные градации используются и для частоты ложных тревог (без уточнения конкретных уровней):
Техническое средство охраны - это базовое понятие, обозначающее аппаратуру, используемую в составе комплексов технических средств, применяемых для охраны объектов от несанкционированного проникновения.
Техническое средство охраны - это вид техники, предназначенный для использования силами охраны с целью повышения эффективности обнаружения нарушителя и обеспечения контроля доступа на объект охраны.
Исторически сложилось несколько подходов к решению проблем классификации ТСО. Нами будет рассмотрен подход, который можно характеризовать как обобщенный, не провоцирующий полемики на предмет большей или меньшей корректности тех или иных подходов, ибо их отличия проистекают из отличий вполне определенных целей классификации. Некоторые неудобства для понимания могут создавать различия в терминологии, когда близкие понятия обозначаются разными словами, как то: средство обнаружения, датчик, извещатель. Иногда применительно к конкретным физическим принципам действия применяется слово "детектор" как разновидность извещателя. По сути, ко всем этим терминам следует относиться как к синонимам, обозначающим близкие понятия - элементы аппаратуры технических средств охранной сигнализации, исполняющих функцию реагирования на внешнее воздействие. Например, сейсмическое СО реагирует на колебание почвы, вызванное движением кого-либо или чего-либо. Каждое СО строится на определенном физическом принципе, на основе которого действует его чувствительный элемент. Таким образом:
- чувствительный элемент - это первичный преобразователь, реагирующий на воздействие на него объекта обнаружения и воспринимающий изменение состояния окружающей среды;
- средство обнаружения - это устройство, предназначенное для автоматического формирования сигнала с заданными параметрами вследствие вторжения или преодоления объектом обнаружения чувствительной зоны данного устройства.
Содержание и суть названных и иных понятий будут раскрываться в излагаемом курсе последовательно по принципу "от простого к сложному". При этом, исходя из дидактических принципов познания, преследуется цель удобного восприятия и запоминания наиболее важных ключевых понятий. Поэтому используется прием краткого повтора в изложении наиболее существенных для понимания читателя определений, описаний понятий и пояснений физической сути рассматриваемых принципов построения СО, ТСО или ТСОС.
Вначале рассмотрим особенности построения и тенденции развития ТСОС.
Особенности построения и тенденции развития современных технических средств охранной сигнализации
Решение задач обеспечения безопасности объектов все в большей мере опирается на широкое применение технических средств охранной сигнализации. При выборе и внедрении ТСОС на объектах уделяется особое внимание достижению высокой защищенности аппаратуры от ее преодоления. Производители ТСОС предлагают различные способы реализации этой задачи: контроль вскрытия блоков, автоматическая проверка исправности средств обнаружения и каналов передачи информации, защита доступа к управлению аппаратурой с помощью кодов, архивирование всех возникающих событий, защита информационных потоков между составными частями ТСОС методами маскирования и шифрования и др. Как правило, современные ТСОС имеют одновременно несколько степеней защиты.
Таким образом, одной из главных задач при проектировании ТСОС является создание средств защиты от обхода их злоумышленником и это является сложнейшей многоплановой задачей.
Очевидно, создание программно-аппаратных средств защиты ТСОС от обхода невозможно без глубоких и исчерпывающих знаний о структуре построения, функциональных возможностях и принципах работы ТСОС.
Упрощенно ТСОС по признаку их применения можно разделить на две группы:
- аппаратура, устанавливаемая на объектах народного хозяйства, как правило, охраняемых подразделениями ГУВО МВД России;
- аппаратура, применяемая на объектах, охрана которых, как правило, не находится в ведении ГУВО МВД России.
К первой группе относятся ТСОС, номенклатура которых строго ограничена и регулируется общегосударственными нормативными документами. Информация о таких средствах в основном открыта и общедоступна.
В состав ТСОС второй группы входят многообразные по типам и классам средства, обеспечивающие передачу тревожной информации или на локальные звуковые и световые сигнализаторы, или на удаленные стационарные или носимые пульты по телефонным линиям, специальным радиоканалам, посредством систем сотовой связи и т.п., обработка такой информации осуществляется в специализированных ССОИ. Сведения о принципах построения и особенностях специальных ТСОС излагаются в закрытой печати.
Динамика мирового развития ТСОС диктует необходимость изучения структурного и функционального построения не только современных ТСОС, но и отслеживание тенденций развития аппаратуры в перспективе. Такой мониторинг позволяет проводить упреждающие разработки ТСОС, аналоги которых ожидаются к появлению в ближайшее время.
В соответствии с рис. 1.1 технические средства охранной сигнализации входят в состав комплекса технических средств охраны наряду с техническими средствами наблюдения, средствами управления доступом и вспомогательными средствами, объединенными общей оперативно-тактической задачей. Как правило, это автоматизированные системы охраны. Обобщенная структурная схема АСО представлена на рис. 1.1 в разд. 1.1.
В свою очередь комплекс ТСО в совокупности с инженерными средствами охраны, объединенные для решения общей задачи по охране объекта, образуют законченный комплекс инженерно-технических средств охраны.
Под комплексом ТСОС понимается совокупность функционально связанных средств обнаружения, системы сбора и обработки информации и вспомогательных средств и систем, объединенных задачей по обнаружению нарушителя.
Под системой сбора и обработки информации понимается совокупность аппаратно-программных средств, предназначенных для сбора, обработки, регистрации, передачи и представления оператору информации от средств обнаружения, для управления дистанционно управляемыми устройствами, а также для контроля работоспособности как средств обнаружения, дистанционно управляемых устройств и каналов передачи, так и работоспособности собственных составных элементов.
Аппаратура ССОИ подразделяется на:
- станционную, осуществляющую прием, обработку, отображение и регистрацию информации, поступающей от периферийной аппаратуры ССОИ, а также формирование команд управления и контроля работоспособности;
- периферийную, осуществляющую прием информации от средств обнаружения, ее предварительную обработку и передачу ее по каналу передачи на центральную станционную аппаратуру, а также прием и передачу команд управления и контроля работоспособности.
Структура типовых вариантов построения комплексов ТСОС определяется распределением логической обработки информации от СО между станционной аппаратурой и периферийными блоками, а также способом связи между ними и СО. На выбор варианта структуры построения комплекса главным образом оказывают влияние следующие факторы:
- качественный и количественный состав обслуживаемых СО и ПБ;
- степень централизации управления ССОИ;
- структурные особенности охраняемых объектов;
- стоимостные и надежностные факторы.
Известны следующие основные способы соединения станционной аппаратуры с периферийными блоками и СО:
Раздел: Коммуникации и связь
Количество знаков с пробелами: 54468
Количество таблиц: 0
Количество изображений: 13
Классификация вибрационных средств обнаружения
Периметровая (периметральная) система охранной сигнализации в составе технических средств охраны (ТСО) служит для обнаружения физического вторжения нарушителей извне. В ее состав входят автоматические средства обнаружения (СО) различного физического принципа действия, которые располагаются по границе (периметру) охраняемой территории, обеспечивая раннюю выработку сигнала тревоги для своевременной реакции сил охраны на вторжение [1]. Существуют множество типов сигнализационных СО (в англоязычной литературе PIDS – perimeter intrusion detection systems), среди которых по совокупности характеристик выделяются вибрационные. Они устанавливаются на различных заграждениях по периметру объекта, либо сами формируют сигнализационное заграждение (СЗ), фактически осуществляя его охранный мониторинг [2].
Принцип действия вибрационных средств обнаружения (ВСО) основан на регистрации механических вибраций СЗ, которые вызывает нарушитель при вторжении, поэтому экзотические бесконтактные виды вторжения ими не обнаруживаются (дроны, дельтаплан, высокая стремянка, глубокий подкоп и пр.). Типично они состоят из 2-х основных частей:
1) чувствительный элемент (ЧЭ), воспринимающий вибрации заграждения и преобразующий их в электрические сигналы;
2) блок электронный (БЭ), осуществляющий дискриминацию полезных сигналов, вызванных нарушителем, от помех, вызываемых фауной (животные), флорой (растительность), природно-климатическими (ветер, дождь и пр.) и индустриальными (работа механизмов, ЛЭП и пр.) факторами.
ВСО являются всепогодными, рассчитанными на широкий спектр погодных воздействий, имеют некоторые ограничения на физико-географические условия применения (например, крутые склоны гор), не требуют объемной зоны отчуждения вблизи СЗ.
Вследствие пассивного или квазипассивного принципа действия обеспечивается их радиомаскировка, а потребляемая электрическая мощность относительно мала (сотни мВт). Это в совокупности с высокой сигнализационной надежностью обусловливает наибольшее распространение именно ВСО на мировом и отечественном рынке ТСО [2–4]. Важнейшим фактором их конкурентоспособности является низкая погонная стоимость (в пересчете на 1 м блокируемого периметра), но без учета стоимости возведения самого заграждения.
Мировым лидером среди производителей ВСО являются США, где существует более десятка фирм-разработчиков данного класса специальной техники (Perimeter Products, Southwest Microwave, FiberSenSys и др.). К числу передовых можно отнести Великобританию (Geoquip, APS), Израиль (Magal, G-Max, Elbit) и другие страны (Италия, Канада). В России ВСО серийно выпускаются несколькими предприятиями; в целом по совокупности ТТХ отечественные изделия несколько уступают лучшим западным образцам (в основном, по технологическим причинам), конкурентоспособность обусловливается меньшей (в 2–3 раза) стоимостью и расширенным диапазоном условий применения [1,3].
Существует множество публикаций по тематике ВСО, из которых следует, что в нормализированных природно-климатических условиях, применительно к модели неподготовленного нарушителя, современные изделия функционируют надежно, обеспечивая, как правило, вероятность обнаружения нарушителя Р0 ≥ 0,95 и среднюю наработку на ложную тревогу Тл ≥ 720 час [3–9]. Тем не менее, в нормальных условиях СО, основанные на других физических принципах, также функционируют вполне удовлетворительно, создавая конкуренцию [6–8]. В то же время при неблагоприятных природно-климатических условиях происходит ухудшение основных ТТХ всех типов, иногда до полной потери работоспособности, например, для радиолучевых СО в случае глубокого снега, достигающего высоты установки приемо-передатчиков. Такие случаи сознательно мало освещаются в литературе, они не способствуют продажному имиджу изделий.
В меньшей степени, чем для большинства других типов, работа вибрационных СО зависит от неблагоприятных природно-климатических факторов, но все же зависит. В силу этого представляет интерес анализ функциональной эффективности ВСО в экстремальных условиях эксплуатации.
На рынке известно много ВСО, различающихся между собой [3,4]:
1) по физическим принципам образования сигнала в чувствительном элементе (преобразования вибраций заграждения в полезный электрический сигнал);
2) структурой построения средства;
3) способом формирования ЧЭ или СЗ.
Как показывает наш опыт и анализ известной информации, именно последнее обстоятельство во многом определяет работоспособность ВСО в неблагоприятных условиях. Это обусловило необходимость их классификации, представленной на рис.1, где они разделены на две группы (категории):
1) самостоятельно формирующие сигнализационное заграждение из контролируемых проволок (в т.ч. колючих), проводов (в т.ч. неизолированных);
2) ЧЭ которых устанавливается на существующее заграждение – сетчатое, решетчатое, из металлического профлиста, кирпичное, бетонное, деревянное и пр.
Факторы возможно разделить на 3 категории:
1. Природно-климатического происхождения:
1) сильный ветер;
2) пылевая, снежная буря (в совокупности со свежим или сильным ветром);
3) сильный дождь, ливень (интенсивность свыше 10 мм/час);
4) наледь, сосульки, налипание снега на СЗ;
5) высокий снежный покров (высотой 1–5 м);
6) высокие талые воды (подъем до 1 м и более);
7) близкие грозовые разряды (до 1,5 км) и громовые удары (электромагнитная и сейсмоакустическая помеха);
8) предельно низкие температуры (до минус 50–60 oС).
2. Воздействие фауны и флоры:
1) средние (весом 10–30 кг) и крупные животные, которые пытаются преодолеть СЗ вследствие естественных или сезонных миграций, поиска пищи (например, лисицы, собаки, волки, кабаны);
2) стаи птиц, садящиеся на заграждения и взлетающие с них;
3) ветки деревьев и больших кустов при контакте с заграждением (при ветре);
4) вьющиеся по СЗ растения.
3. Промышленного (антропогенного) воздействия – электромагнитного и сейсмо-акустического:
1) высоковольтные (10 кВ и более) подземные и наземные ЛЭП вблизи (1–10 м) заграждения или пересекающие его;
2) проезд электрифицированного транспорта (ЖД, авто) вблизи (1–10 м) СЗ;
3) проезд тяжелого транспорта (ЖД, авто) вблизи (1–10 м) СЗ, работа строительной техники;
4) включение/выключение мощных (до 5–10 Вт) КВ и УКВ-радиостанций вблизи заграждения.
Важнейшим фактором, который определяет помехоустойчивость ВСО и его параметр – среднюю наработку на ложную тревогу Тл – является ветер, действующий повсеместно и непрерывно. С усилением порывов ветра до сильного (по шкале Бофорта со скоростью до 14 м/с), переходящих в крепкий (скорость до 21 м/с) и далее в шторм (до 33 м/с), любое ВСО с повышающейся интенсивностью выдает ложные тревоги. Ураган со скоростью свыше 33 м/с, как правило, сметает само заграждение, поэтому говорить о помехоустойчивости СО уже не приходится.
Рисунок 1. Классификация вибрационных средств обнаружения нарушителей
В рис.1 не нашла отражение классификация ВСО в соответствии со структурой БЭ и соответствующим построением алгоритма обработки информации:
1) на основе жесткой логики с ПЗУ (микропроцессор, микроконтроллер), который адаптируется под конкретный вид заграждения посредством задания установок (чувствительность, счет, временное окно и пр.);
Их сравнительный анализ является самостоятельным исследованием и не вписывается в рамки настоящей статьи. В целом, второй тип построения алгоритма обработки информации в ВСО обладает потенциально более высокими возможностями, однако требует от персонала терпения, повышенной квалификации, а от канала регистрации сигналов – повышенной информативности, расширенной области регистрируемых частот. Первый, традиционный тип построения алгоритмов – более простой, дешевый и понятный для персонала.
Вибрационные СО, устанавливаемые на существующее заграждение
В целом ВСО 2-й группы можно разделить на три подгруппы по типу чувствительного элемента:
• кабельного (проводного) типа;
Вибрационные СО с кабельными ЧЭ, в свою очередь, классифицируются по полезному физическому эффекту, обеспечивающему вибропреобразование (рис.1). Их особенности отражены в литературе [2,4,6,8], можно выделить те, которым свойственна повышенная информативность полезных сигналов, и, соответственно, большая потенциальная сигнализационная надежность и конкурентоспособность:
1) оптоволоконные СО, обладающие максимальной электромагнитной помехоустойчивостью и расширенным диапазоном регистрируемых частот, а также возможностью указания места вторжения с точностью до 5 м (т.н. одномодовые рефлектометрические);
2) ВСО Intrepid (США) на основе коаксиального кабеля специальной конструкции, реализующего принцип проводной радиолокации, обеспечивающего указание места нарушения и реализацию оптимального гибкого порога, распределенного по длине СЗ в зависимости от его механической податливости.
Отдельного упоминания заслуживает ВСО с ЧЭ проводного типа, представляющего собой дифференциальную проводящую контур-петлю, механически связанную с заграждением, вибрации которого в магнитном поле Земли приводят к появлению индуцированных сигналов напряжения [14,15]. Соответствующие изделия получили название вибромагнитометрических СО; они являются универсальными (относятся к обеим классификационным группам по рис.1), способны блокировать как существующее заграждение (сеточное, деревянное, бетонное и пр.), так и создавать собственное СЗ из изолированных проводов.
Вибрационные СО, формирующие сигнализационное заграждение В ряду изделий 1-й группы особое место занимает современные ВСО типа DTR-2000, YAEL производства концерна MAGAL (куда входит, например, фирма Senstar-Stellar) [12]. Ряд параллельных (через 10 см) проволок под натяжением формируют сигнализационный забор высотой выше 2 м (рис.2). Вторжение нарушителя обусловливается низкочастотным изменением натяжения проволоки более чем на 150 Н (порог), что регистрируется специальными дифференциальными тензометрическими датчиками, установленными на опорах. Утверждается, что порывы ветра до 20 м/с не вызывают ложных тревог, а при ветре до 31 м/с обеспечивается устойчивая работоспособность. Средняя наработка на ложную тревогу DTR-2000 (YAEL) для стандартной длины участка защищаемого периметра 500 м составляет не менее 4300 часов, что является предельно высокой величиной для всех известных видов ВСО.
Пассивный характер образования сигнала обеспечивает высокую электромагнитную совместимость.
Такое СО подвержено действию импульсных электромагнитных помех (например, от грозы) и обладает невысокой электромагнитной совместимостью. Кусты и трава, касающиеся СЗ, после дождя могут являться источниками ложных тревог, как и влажный снег, и талые воды, достигающие нижних проволок.
Работа индуктивных СО основана на регистрации изменений коэффициента взаимоиндукции между двумя проводными контурами, формирующими СЗ, происходящих под действием нарушителя [10,13]. Средство обнаружения является активным, в чувствительные проводные контуры закачивается НЧ-ток. Электрический характер образования сигнала обусловливает относительно невысокую помехоустойчивость, в том числе к мокрому снегу, талым водам, высокой траве и вьющимся растениям (при дожде), при уменьшении сопротивления утечки ниже единиц кОм. Помехоустойчивость к промышленным источникам электромагнитных помех (ЛЭП, электрифицированный транспорт и пр.), к грозовым разрядам также невысока. Изделие требует наличия хорошего очага заземления, что на сухих грунтах представляет инженерную проблему.
К основным преимуществам можно отнести пассивный характер образования сигнала, нечувствительность вибромагнитометрических СО к климатическим факторам, работоспособность в глубоком снегу и воде (вплоть до полного покрытия СЗ), при отсутствии технического обслуживания. Последнее обстоятельство в России зачастую имеет решающее значение.
Сравнительный анализ различных типов ВСО
Таблица 1. Сравнительная сигнализационная надежность вибрационных средств обнаружения, устанавливаемых на существующие заграждения
Таблица 2. Сравнительная сигнализационная надежность вибрационных средств обнаружения, формирующих сигнализационные заграждения
1) сильного, крепкого, штормового ветра (существенно меньше парусность заграждения), сильного дождя, пылевой и снежной бури;
Из ВСО, формирующих собственное СЗ, по совокупности характеристик выделяются два типа: 1) taut-wire; 2) вибромагнитометрические. Первые имеют очень высокую электромагнитную совместимость и вообще предельную помехоустойчивость к крепкому и штормовому ветру. Производитель (концерн Magal, Израиль-США) отмечает это преимущество, гарантируя для стандартного участка периметра протяженностью 500 м среднюю наработку на ложное срабатывание в полгода. Однако диапазон рабочих температур ограничен (не ниже -40 oС), средство неработоспособно в глубоком снегу, при наледи на опорах, в условиях талых вод, достигающих нижних тензометрических датчиков и пр.
Вибромагнитометрические средства обнаружения
Для ВМСО характерны:
1) высокая ветровая помехоустойчивость;
Единственным значимым недостатком ВМСО является невысокая электромагнитная совместимость (обусловленная физическим принципом образования сигнала), что ограничивает применение в непосредственной близости и под высоковольтными ЛЭП.
В этих случаях применяют комплексирование с изделиями, основанными на других физических принципах обнаружения, например, радиолучевом.
Заключение
ВСО, которые формируют собственное сигнализационное заграждение малой парусности.
Наибольшей помехоустойчивостью к ветру обладают ВСО типа taut-wire (тугие проволоки, натяжение которых контролируется), которые, однако, в условиях снежных заносов России неработоспособны.
Высокой помехоустойчивостью в жестких условиях эксплуатации обладают также отечественные ВМСО, которые демонстрируют высокую ветровую помехоустойчивость, работоспособность в глубоком снегу и талой воде и могут с успехом работать в зимних условиях.
Литература
1. Звежинский С.С. Проблема выбора периметровых средств обнаружения // БДИ. - 2002. - № 4. - С. 36-41; № 5. - С. 35-40.
2. Report TCRP-86-4: Intrusion detection for public transportation facilities handbook. Transit Cooperative Research Program. Washington.- November 2003.- 172 p.
3. Звежинский С.С. Технические особенности построения периметровых вибрационных средств обнаружения // БДИ. - 2004. - № 4. - С. 64-68; № 5. - С. 62-67.
5. Магауенов Р.Г. Системы охранной сигнализации: Основы теории и принципы построения. – М.: Горячая линия – Телеком, 2017. – 493 с.
6. Введенский Б.С. Оборудование для охраны периметров. М.: Мир безопасности, 2002. -112 с.
7. Шанаев Г.Ф., Леус А.В. Системы охраны периметра. – М.: Security Focus, 2011. – 280 с.
8. Рыкунов В.Д. Охранные системы и технические средства физической защиты. – М.: Security Focus, 2011. – 288 с.
9. Груба И.И. Системы охранной сигнализации: Технические средства обнаружения. – М.: Солон-Пресс, 2012. – 220 с.
10. Звежинский С.С., Иванов В.А. Классификации и информационно-измерительные модели средств обнаружения // Специальная техника. - 2007. - № 6. - С. 26-33.
11. Звежинский С.С., Иванов В.А., Гомонов А.Н. Средства обнаружения для территориально распределенных систем охраны // БДИ. - 2006. - № 3. - С.54-57.
14. Звежинский С.С., Миткевич В.С., Пигарев В.И. Магнитометрическое устройство для охранной сигнализации: Патент РФ на изобретение № 2075905. - БИ № 8 от 20.03.1997.
Читайте также: