Трибоэлектрические средства защиты периметра. Прогноз на завтра

 

В. Иванов

руководитель подразделения ЗАО «Стилсофт»

в г. Дубна Московской области

"Алгоритм Безопасности" № 6, 2010 год

 

Защита любого объекта начинается с его периметра - физической границы охраняемой территории. Ее сигнализационное прикрытие строится с помощью специальных периметровых средств обнаружения (СО), к которым предъявляются высокие и противоречивые требования. В самом деле, периметровые СО должны иметь низкое энергопотребление, работать в широком климатическом диапазоне, сложных помеховых условиях, обеспечивать защиту участка периметра до нескольких сотен метров длиной и в то же время обладать высокой обнаружительной способностью и низкой вероятностью ложного срабатывания. Кроме того, такие средства обнаружения должны иметь возможность использоваться на периметрах сложной конфигурации, сильно изломанных, с перепадами по высоте. Наконец, зона обнаружения не должна выходить за пределы периметра для исключения сработок средства, связанных с санкционированным перемещением людей и техники рядом с заграждением периметра. Наиболее полно всем эти требованиям удовлетворяют средства обнаружения, использующие в качестве чувствительного элемента (ЧЭ) кабель, укрепленный на заграждении периметра. В этом случае механические воздействия на ограждение периметра, возникающие при его преодолении нарушителем, воспринимаются чувствительным элементом и передаются в блок обработки информации средства в виде электрических сигналов. Существует множество различных типов кабелей, использующихся в качестве чувствительного элемента: микрофонный, пьезоэлектрический, трибоэлектрический, сейсмический, электретный и т.д. Каждый из кабелей имеет свои достоинства и недостатки, предъявляет свои требования к заграждению. Наиболее привлекательными выглядят трибоэлектрические средства обнаружения, поскольку допускают использование в качестве чувствительного элемента стандартного кабеля, серийно выпускаемого промышленностью. Подобные устройства представлены на рынке целым рядом изделий, имеющих давнюю и заслуженно высокую репутацию.

Однако за время, прошедшее с момента появления большинства СО на российском рынке, изменилась политическая обстановка, появились новые угрозы и, как следствие, новые средства охраны периметра. Поэтому вопрос о соответствии трибоэлектрических средств охраны периметра требованиям сегодняшнего дня, потенциале их развития (не связанном с разработкой специализированных кабелей с ярко выраженным трибоэф-фектом), представляется интересным.

Во всех трибоэлектрических средствах обнаружения используется экранированный кабель. При деформации кабеля, за счет трения экрана и внешней оболочки, в кабеле возникает электрический заряд (порядка 10 Е - 12 Кл). Это и есть трибоэлек-трический эффект. Одним из лучших три-боэлектрических кабельных чувствительных элементов является кабель Supersensor (MuLtisensor), который состоит из 2-х сплетенных между собой жил с покрытием алюминиевой фольгой и двумя внешними экранами, обеспечивающими его устойчивость к внешним атмосферным воздействиям и солнечному излучению в широком диапазоне температур.

Варианты расположения кабельного чувствительного элемента на заграждении могут быть самыми различными. Например, в средстве типа WPS, произведенном итальянской компанией GPS Standard, реализован принцип деформации натянутых проводников. Несколько лучей специально разработанного коаксиального кабеля со стальной центральной жилой натягиваются вдоль линии периметра на расстоянии примерно 15 см друг от друга, образуя тем самым дополнительный физический барьер. При попытке преодолеть такой барьер нарушитель деформирует (растягивает) кабель, в котором появляется электрический сигнал. Сигнал после усиления обрабатывается микропроцессором, который выдает сигнал тревоги. В систему входит концентратор, контролирующий до 8 отрезков сенсорного кабеля, каждый из которых может иметь протяженность до 300 м. Программное обеспечение позволяет, отслеживая сигналы кабеля, автоматически адаптировать чувствительность системы к окружающим погодным условиям.

Рис. 1. Кабельный чувствительный элемент Supersensor (MuLtisensor)

Основным отрицательным моментом в трибоэлектрических периметральных средствах обнаружения является то, что в них используется паразитный эффект, который вносит существенные ограничения в функционал, связанные с тем, что диапазон регистрируемых частот, как правило, не превышает 0,1-300 Гц, поскольку в более высокочастотной области велик собственный шум электроники, а коэффициент преобразования уменьшается. Как следствие, «перелаз» (низкочастотное воздействие) отечественными вибрационными средствами обнаружения выявляется более надежно, чем «перекус» (высокочастотное воздействие). Поэтому для организации эффективной защиты от преодоления заграждения путем перекуса, т.е. разрушения полотна заграждения путем удаления его части, производители рекомендуют укладывать кабели на полотне заграждения зигзагом или выполнять несколько проходов, что значительно уменьшает линейные размеры защищаемого средством участка периметра и увеличивает трудоемкость монтажных работ. Сегодня, когда на свободном рынке представлен широкий спектр приспособлений для разрезания полотна заграждения механическим путем (или электрогазосваркой), особенно актуальным становится обнаружение проникновения путем перекуса. Особенно это важно для объектов, на которых можно ожидать заранее подготовленное проникновение с преступными или террористическими намерениями, поскольку дыра в заграждении позволяет обеспечить быстрое перемещение грузов через защищаемый периметр.

Для повышения качества высокочастотного сигнала, получаемого с ЧЭ, в СО необходимо наличие раздельных каналов для высоких и низких частот. Такое построение устройства позволяет получить более высокое отношение «сигнал/шум» при максимальной длине защищаемого участка. Дополнительно, за счет обрезания высоких частот на входе низкочастотного канала, необходимо значительно повысить помехоустойчивость средства к наводкам, вызванным электросетью.

Еще одним отрицательным моментом, обусловленным недостатком квалифицированного персонала в эксплуатирующих организациях на момент разработки большинства представленных на рынке средств, является примитивность их настройки по месту установки, сводящейся, как правило, к заданию одного параметра. Это ухудшает адаптируемость средства к особенностям климата и заграждения периметра, модели нарушителя и т.д. Современные средства, разработанные с использованием мощных микроконтроллеров, позволяют реализовывать эффективные многопараметрические алгоритмы обработки информации. Один из вариантов организации подбора параметров заключается в реализации в алгоритме работы средства элементов искусственного интеллекта (нейронной сети) с последующим обучением. Достоинства такого подхода не очевидны, поскольку для проверки нормальной работоспособности после очередного обучения (вызванного срабатыванием средства) требуется проверка функционирования средства на всех (или большей части) ранее обнаруженных попытках пересечения периметра. Это возможно, если входные сигналы, приведшие к генерации тревоги, хранятся в некоторой базе данных. Ясно, что организовать подобную базу данных возможно при наличии высокоскоростного интерфейса передачи информации между средством и информационной системой, обслуживающей периметр.

Рис. 2. Трибоэлектрический периметральный извещатель типа WPS (Италия)

Рис. 3. Один из вариантов борьбы с «перелазом»

Кроме того, появится возможность шу-модиагностики заграждения, что позволит оптимизировать ремонтные и сезонные работы по обслуживанию периметра. В настоящее время на отечественном рынке систем безопасности средства защиты периметра подобного класса лишь проходят испытания. Да и компаний, анонсирующих новинку такого уровня, пока единицы.

Другой вариант настройки многопараметрических алгоритмов работы средства связан с ручной настройкой параметров. Это приводит к тому, что процесс настройки становится скорее искусством, чем алгоритмом. От обслуживающего персонала здесь требуется четкое понимание связей между параметрами, их влияние на обнаружительную способность средства и его устойчивость к ложным срабатываниям. Подобную подготовку персонал должен проходить на предприятии-изготовителе средства. А это дополнительные расходы, которые эксплуатирующие организации несут весьма неохотно.

Сегодня магистральным направлением развития периметральных средств обнаружения является обеспечение возможности локализации места попытки пересечения периметра. Обеспечивая защиту рубежа в несколько сотен метров, периметральное СО сигналом тревоги, сформированным за время порядка нескольких секунд, сообщает о том, что где-то на этом рубеже, возможно, произошло пересечение периметра. Между генерацией сигнала тревоги средством и приемом сигнала оператором проходит время. Предположим, что по сигналу тревоги включаются соответствующие телевизионные камеры, анализируя изображение с которых оператор делает заключение о реальности угрозы. Затраты времени на формирование тревоги и ее передачу и анализ изображения каждой камеры обеспечивают запас времени на участке (порядка 10 м), с которого пришел сигнал тревоги, т.е. минимизируют время принятия решения оператором о характере сигнала тревоги. Помимо повышения качества охраны объекта, такие средства позволяют экономить на телевизионных камерах, предназначенных для наблюдения за периметром.

Трибоэлектрические СО, к сожалению, не обеспечивают этой возможности. В самом деле, работа трибоэлектрических средств основана на регистрации заряда, возникающего в кабеле, закрепленном на заграждении. Оставляя неизменным принцип работы средства, получим, что локализацию можно обеспечить, разрезав кабель ЧЭ на куски. Но очередное подключение каждого куска к усилительному каскаду средства невозможно, так как уровень полезного сигнала чрезвычайно мал и будет забиваться шумами, вызванными коммутационными помехами. Так как частотный диапазон низкочастотного канала достаточно низкий (частота среза порядка 0,6 Гц), время для успокоения канала после переключения будет составлять секунды. Это приводит к требованию очень низкой частоты переключения кусков ЧЭ, что приведет к значительной потере сигнала. Следовательно, обеспечение локализации возможно только за счет уменьшения рубежа, защищаемого средством.

Однако возможны иные варианты реализации функции локализации места нарушения периметра, например, путем глубокой интеграции с системами телевизионного наблюдения.

Таким образом, можно сказать, что три-боэлектрические периметральные средства обнаружения явно не исчерпали своих возможностей. Помимо чисто технических задач, таких как разработка новых типов кабелей с ярко выраженным трибоэффектом, повышением качества работы высокочастотного канала, оптимизацией алгоритмов работы, процедур настройки, расширение спектра заграждений, на которых возможно использование и так далее, их дальнейшее развитие требует глубокой интеграции в информационные системы защиты периметра на базе некоего высокоскоростного протокола передачи информации.

Подводя итог, нужно заметить, что защита периметра - это комплексная задача. Правильный выбор охранной системы и оптимальное сочетание физического заграждения, затрудняющего проникновение на объект, со средствами охранной сигнализации - все это позволяет в комплексе добиться максимальной эффективности. Среди множества современных периметральных охранных средств и систем невозможно выделить что-то одно, что было бы оптимальным со всех точек зрения.

Если у Вас есть вопросы по данному материалу, пишите по адресу: iva@stilsoft.ru