Системы безопасности. 2007. №5. Средства обнаружения в интеллектуальных интегрированных системах охраны

В.А. Лобачев, кандидат технических наук
В.М. Соколов


Современное состояние и тенденции развития интеллектуальных средств обнаружения, выступающих в качестве поставщика информации и исполнительного механизма, - тема данной статьи, в которой СО рассматривается в составе автоматизированных систем физической защиты

Средства обнаружения (СО) - один из основных компонентов автоматизированной системы физической защиты (АСФЗ) объектов.

При реализации интеллектуальных интегрированных систем охраны (ИИСО) СО выступает в двоякой роли - и как поставщик информации об окружающей среде (с точки зрения обнаружения заданной модели нарушителя на фоне помеховых факторов), и как исполнительный механизм, меняющий свои характеристики на основе решений, принятых в результате анализа обстановки.

Рассмотрим современное состояние и тенденции развития СО с учетом их основных характеристик, которые требуются при выполнении указанных функций.

Основные характеристики СО

Несмотря на разнообразные тактические применения, различные принципы функционирования, можно выделить несколько общих для СО основных характеристик:

  • параметры зоны обнаружения (ЗО);
  • вероятностьобнаружения (Робн.);
  • время наработки на ложное срабатывание (Тл.с.).

Подобные регулировки дают возможность адекватно реагировать на изменение обстановки либо формировать необходимые значения Робн., Тл.с., размеров ЗО.

Существует еще ряд типов СО, позволяющих позиционировать цель в пространстве (СО на основе излучающих кабелей, оптоволоконных кабелей, точечных сейсмоприемников и т.д.), при этом анализ ситуации осуществляется не только с точки зрения места обнаружения цели, но и с учетом вероятности ее обнаружения, и соответственно наработки СО на ложное срабатывание. Дополнительно проводится классификация целей (одиночный, группа, транспорт и т.п.).

Принцип равнопрочности, который должен выполняться в современных СФЗ объектов, подразумевает (с точки зрения СО) одинаковые значения Робн. на каждом рубеже охраны с фиксированным значением Тл.с.. Простейшая регулировка, повышающая Робн. при снижении Тл.с., позволит оптимизировать значения одного и того же СО на периметрах большой или малой протяженности. Это принципиально важно при организации охраны особо важных внутренних зон. Повышая, к примеру, Робн. с периферии к центру охраняемого объекта (предмету охраны) с учетом уменьшения протяженности охраняемого периметра, при сохранении общей эффективности охраны, по заданной Робн. для объекта в целом можно:

  • получить большую наработку на ложное срабатывание для протяженных участков охраны;
  • повысить вероятность обнаружения на угрожаемых маршрутах движения или в выделенных зонах.

Взаимодействие СО с системами сбора и обработки информации

По функциональному взаимодействию с системами сбора и обработки информации (ССОИ) СО можно разделить на несколько типов.

  • СО, имеющие стандартный вход и выход. По входу осуществляется подача электропитания и сигнала дистанционного контроля, по выходу передаются сигналы срабатывания ("тревоги") и неисправности (чаще всего нормально замкнутые или разомкнутые контакты). В настоящее время таким образом построено большинство СО. Для сбора информации и управления используются концентраторы (контроллеры), которые преобразуют выходные сигналы и подают напряжение питания.
  • СО с непосредственным выходом на ССОИ. На выходе таких СО организованы интерфейсы со стандартными протоколами обмена информацией. При этом отпадает необходимость использования концентраторов (контроллеров) в ССОИ. Однако по возможностям предоставления информации и управления они не отличаются от СО со стандартным выходом.
  • СО с возможностями автоматической или внешней регулировки параметров.

Конструктивные решения СО

Существенное влияние на создание ИИСО окажет техническое и технологическое построение СО, в том числе их конструктивные решения.

Традиционный путь построения рассматривает СО как "устройство, предназначенное для автоматического формирования сигнала с заданными параметрами (сигнал срабатывания, тревоги) вследствие вторжения или пересечения объектом зоны обнаружения". При этом СО представляет собой законченное изделие, содержащее чувствительный элемент, блок обработки сигналов, блок питания и выходное устройство в виде сухих контактов (нормально замкнутых или разомкнутых). В ССОИ СО подключается к концентратору (контроллеру, устройству связи с объектом и т.п.), который воспринимает изменение состояния контактов и управляет СО сигналами ДК или подачей напряжения питания.

Современные СО для обработки сигналов, поступающих от чувствительного элемента, в основной части приборов используют процессор. Процессор формирует логику обработки сигнала, осуществляет фильтрацию сигналов, проверку функционирования оборудования и управляет выходным устройством.

Тенденции изменения структуры СО

В последние годы определились две четкие тенденции изменения структуры построения СО.

Суть первой из тенденций заключается в использовании микросхем с двумя или тремя процессорами как для обработки сигналов, так и для организации выходного устройства в СО. Выходное устройство имеет стандартный интерфейс (232, 485, КАН) и соответствующий протокол обмена. Это позволяет исключить из ССОИ (нижний уровень интегрированных систем) концентраторы, при этом возникает реальная возможность централизованного управления СО (изменение чувствительности, адаптация к обстановке, переключение режимов и т.п.). Сегодня чаще применяют собственные протоколы обмена, ориентированные на имеющиеся у разработчиков ССОИ, но интенсивно идет процесс выбора стандартизированного протокола (в большинстве случаев используется достаточно гибкий стандарт LonWork). При этом учитывается, что применение открытых стандартов гарантирует успешную интеграцию СО в единую систему. СО сохраняется в виде законченного изделия в едином конструктивном решении. Такое построение СО реализует схему подключения рис. 1.

Вторая тенденция, пришедшая из автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП), принципиально разбивает СО на две части:

  • контроллер (К) - 2-/3-процессорный контроллер для обработки сигналов, обмена информацией и управления;
  • "датчик" (Д) - то есть чувствительный элемент с предварительной фильтрацией и нормировкой сигнала.

При этом один контроллер может вести обработку сигналов от нескольких датчиков.

В настоящее время имеется обширный набор датчиков для контроля различных физических величин (давления, веса, крутильного момента, пространственного положения и т.п.); такие устройства миниатюрны и экономичны с точки зрения потребляемой энергии.

По такому принципу можно конструктивно выделить "датчики" и в наших традиционных СО -радиотехнических, вибрационных, емкостных, индуктивных и т.д.

Такое построение СО реализует схему подключения и управления рис. 2.

Применяемые в данной схеме датчики могут использовать для работы различные физические принципы, в том числе с организацией комбинаторики по сигналам. В обоих случаях линия связи может строиться и как радиоканал.

Преимущества такого подхода заключаются в том, что он:

  • предоставляет возможность создавать новые типы СО при существенном снижении затрат на разработку КД (при наличии универсального и ограниченного набора контроллеров для обработки сигналов от датчиков и обмена информацией основное конструирование будет направлено на разработку датчика и соответствующего программного обеспечения);
  • упрощает разработку СО для радиационно- и взрывоопасных условий (датчик изначально расположен вне опасной зоны);
  • позволяет создавать адаптивные СО, особенно для охраны протяженных рубежей с локализацией сосредоточенных помех и с защитой от одновременного воздействия помехи на большинство датчиков.

Факторы интеллектуального взаимодействия с СО

Возможность гибкого анализа сигналов (как в самом СО, от группы СО, так и при обратном процессе подстройки параметров), изменение алгоритмов обработки сигналов - это основные факторы для интеллектуального взаимодействия с СО.

Анализ сигналов

Цифровые методы анализа сигналов с использованием компьютера и управление датчиком с его помощью реализованы лишь в радиотехнических СО (РТСО) импортного производства (как однопозиционных, так и лучевых). Различное ПО этих устройств имеет удобный интерфейс и позволяет управлять настройками и режимами работы РТСО, получать данные о состоянии датчиков, начиная от уровня шумов, напряжений питания, АРУ и т.д. и заканчивая их температурой. Метки времени и даты, тревожные события сохраняются в виде текстовых файлов и аналоговых сигналов, которые можно наблюдать в виде осциллограмм. Среди отечественных разработок ничего подобного не встречается, хотя рекламы похожих возможностей немало.

Развитие СО в части получения от них информации по окружающей обстановке и состояния самих СО, а также возможности адекватной регулировки базовых параметров дает возможность:

  • формировать ситуационную модель в охраняемой зоне;
  • проводить подстройку СО в соответствии с изменяющейся внешней обстановкой, с учетом помеховых факторов на локальных участках;
  • отслеживать траектории движения цели;
  • конфигурировать выделенные, наиболее уязвимые направления по возможностям обнаружения.

Однако перечисленные возможности должны быть четко соотнесены со структурой построения и потенциалом самой ССОИ.

Алгоритм обработки сигнала

Централизованное управление СО при развитии числа контролируемых и управляемых параметров, особенно при необходимости расчета реакции на изменение параметров (например, изменение Тл.с. от Робн.), экономически нецелесообразно, так как это потребует организации высокоскоростных каналов передачи информации от каждого СО и параллельной обработки больших объемов информации.

Необходим переход на событийно-ориентированную логику обработки информации. В отличие от централизованной системы управления, где основной трафик сети генерируется опросом подчиненных устройств, основу трафика должны составлять пакеты, несущие информацию об измененных параметрах среды (события). Это требует сосредоточения на более низких уровнях устройств со своим программным обеспечением, реализующим задачи анализа и управления, по первичным параметрам. Ситуационная модель каждого уровня или по выделенной зоне охраны формируется по обобщенным параметрам (форма ЗО, Робн., Тл.с.).

Следовательно, развитие ИИСО накладывает двусторонние требования как к СО, так и к ССОИ, которые должны иметь в наличии процессоры:

  • для анализа и управления;
  • для передачи данных.

Эти процессоры могут быть встроены как в СО, так и оформлены в виде отдельных контроллеров.

Требования к ИИСО при работе с СО

Исходя из обобщенного определения, по которому "интеллектуальная система - система с программным обеспечением, имеющая возможность с помощью встроенного процессора настраивать свои параметры в зависимости от состояния внешней среды", ИИСО должно выполнять: анализ сигналов по многим параметрам от различного вида обнаружителей; формирование ситуационной и траекторной обстановки, распознавание целей; выдачу сигналов на исполнительные механизмы, в том числе и для СО. Основные базовые требования, которые предъявляются к интеллектуальной интегрированной системе охраны, работающей с СО, предполагают наличие у данной системы:

  • протокола и оптимальной организации сети;
  • ситуационной модели обстановки - как результат сигналов от СО;
  • решения по управлению (с учетом ситуации и тактики);
  • команды на управление (исполнительные механизмы или регулировки в СО);
  • оценки изменения ситуационной модели обстановки по результатам проведенных регулировок.