Учебный вопрос №2

Структура защиты объектов с использованием технических средств сигнализации

Рассмотрим основные элементы, структуру и принцип действия технической системы охранной сигнализации. Очевидно, основными функциями такой системы являются:

• контроль состояния охраняемого объекта с целью обнаружения несанкционированных попыток проникновения;

• регистрация изменения состояния объекта, его идентификация и формирование сигнала тревоги;

• обеспечение возможности включения и выключения режима охраны (установка объекта “под охрану” и снятие “с охраны”).

Основные принципы и требования к системе охраны

• Непрерывность во времени и пространстве

• Эшелонированность и многорубежность

• Комбинированность

• Достоверность и своевременность тревожной информации

• Адекватность угрозам и возможному ущербу

• Адаптация к объекту

• Эффективность

В соответствии с перечисленными функциями в состав технической системы охранной сигнализации входят следующие элементы: датчики, контрольная панель, устройство сигнализации и линии связи.

Техническая укрепленность помещений, зданий, сооружений и территории объекта

Одним из факторов, определяющих надежность защиты объек­тов, материальных и иных ценностей, которые находятся в от­дельных зданиях, строениях, сооружениях, помещениях или на территории, является наличие на защищаемом объекте инженер­ных средств защиты на путях возможного проникновения нару­шителей. Совокупность этих средств определяет техническую ук­репленность защищаемого объекта. К инженерным средствам за­щиты относятся различные заборы, ограждения, решетки, жалю­зи, ставни, замки, засовы, специальным образом укрепленные двери, ворота, стены, полы, потолки, оконные проемы, возду­ховоды и другие элементы строительных конструкций. Такие сред­ства кроме физического препятствия выполняют функции и пси­хологического воздействия на потенциального нарушителя, зас­тавляя его отказаться от попытки проникновения на объект. Ин­женерные средства защиты увеличивают время, необходимое нарушителю для их преодоления, что делает более вероятной воз­можность его обнаружения и задержания, особенно если эти сред­ства используются в сочетании с техническими средствами охра­ны (охранной сигнализацией, системами охранного телевидения и т.п.).

Требования к технической укрепленности защищаемого объек­та должны определяться значимостью объекта, видом и концент­рацией материальных или иных ценностей на нем, его строитель­ными и архитектурно-планировочными решениями, режимом ра­боты и многими другими факторами, которые необходимо учиты­вать при проектировании комплексной системы защиты объекта.

Таким образом, техническая укрепленность объекта — это со­вокупность мероприятий, направленных на усиление конструк­тивных элементов зданий, сооружений, помещений и защищае­мых территорий, обеспечивающих необходимое и достаточное про­тиводействие несанкционированному проникновению нарушите­ля в защищаемую зону, взлому и другим преступным посягательствам. При несоответствии объектов требованиям охраны или не­достаточной технической укрепленности строительных конструк­тивных элементов объекта эти элементы или объект следует уси­ливать дополнительными техническими средствами (рубежами) охраны.

Структура технических средств сигнализации

Датчик (первичный преобразователь информации) – это устройство, преобразующее контролируемую величину (давление, температуру, частоту, скорость, перемещение и т. п.) в сигнал, удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации . Датчики являются чувствительными элементами систем охраны, их “глазами” и “ушами”, которые воспринимают изменения в состоянии охраняемого объекта и преобразуют их в электрические сигналы. Такими изменениями, свидетельствующими о несанкционированных попытках проникновения, могут быть перемещения элементов конструкции объекта, изменение давления внутри помещения при открывании окон или дверей, инфракрасное излучение, вызванное появлением нарушителя, шумы и вибрации при подкопе и т. д. Независимо от вида и принципа действия, каждый датчик характеризуется зоной обнаружения – частью пространства, где фиксируется нарушение режима охраны. Как правило, охраняемый объект оборудуется (блокируется) несколькими датчиками, зоны обнаружения которых “перекрывают” наиболее вероятные направления проникновения (для помещений, это в первую очередь дверные и оконные проемы, легкие стены, потолки). В этом случае совокупность зон обнаружения нескольких датчиков называют рубежом защиты (здесь зоны обнаружения датчиков как бы создают препятствие – рубеж, который необходимо преодолеть нарушителю). Наряду с датчиками охраны на практике широкое применение получили, так называемые, датчики пожара, воспринимающие критическое повышение температуры, задымленность объекта. Их использование в составе рассматриваемых систем позволяет классифицировать последние как системы охранно-пожарной сигнализации. Датчики как средства обнаружения нарушений режима охраны в значительной степени определяют тактические возможности системы охранно-пожарной сигнализации и в целом надежность обеспечения охраны. Этим объясняется постоянный поиск новых принципов их действия, стремление к совершенствованию старых и разработке новых конструкций.

В частности, в настоящее время предпринимаются попытки создания инфразвуковых (барометрических) датчиков, реагирующих на изменение давления в помещении при открывании окна или двери, ольфактронных датчиков, срабатывающих на изменение химического состава воздуха (датчик запаха) и т. д.

В качестве датчиков применяются разнообразные устройства от простейших до довольно сложных (с микропроцессорным управлением), в основе принципа действия которых лежат различные физические явления. Важнейшими тактическими характеристиками любого датчика являются: вероятность обнаружения нарушений режима охраны, уровень ложных срабатываний, степень уязвимости. Первая характеристика отражает надежность выполнения датчиком своих функций. В идеальной ситуации любой датчик должен “сработать”, если в зоне его обнаружения произошло определенное изменение состояния охраняемого объекта. Однако, реально датчик может “пропустить” нарушителя, хотя бы по причине своей неисправности. Уровень ложных срабатываний определяет подверженность датчика “панике”, его “способность” поднимать ложные тревоги по пустякам: наличию незначительных изменений в состоянии охраняемого объекта, воздействию естественных или промышленных помех и т. д. Наконец, третья характеристика оценивает возможность “обмана” датчика со стороны нарушителя, использующего защитные экраны, внешние магниты, изощренные способы передвижения и т. п.

Рассмотрим различные виды датчиков, наиболее широко используемые в технических системах охранно-пожарной сигнализации в настоящее время.

Электроконтактные датчики. Эти датчики, работая как электрические выключатели, под действием несанкционированного перемещения конструкционных элементов охраняемого объекта разрывают электрическую цепь, что интерпретируется устройством обработки информации как нарушение режима охраны. Обычно датчики представляют собой электрические выключатели нажимного действия с нормально разомкнутыми контактами. Они устанавливаются в обвязках дверей, оконных рам, форточек, люков и других подобных конструкциях, перемещения которых могут интерпретироваться как нарушение режима охраны. При закрытых дверях, окнах и т. п. Подвижные контакты датчиков прижимаются к неподвижным, образуя замкнутую электрическую цепь. Открывание двери или окна “освобождает” подвижный контакт, который под действием пружины отходит от неподвижного, разрывая электрическую цепь. Это простые, дешевые и надежные датчики, нашедшие самое широкое применение в практике. Примерами электроконтактных датчиков могут являться устройства типа ДЭК-2, ДЭК-3, СК-1М, БК-1М.

К электроконтактным могут быть отнесены датчики, принцип действия которых основан на разрывании электрической цепи вследствие обрыва электрического проводника. Датчики, часто называемые “путанкой”, применяются для защиты дверей, легких перегородок, стен, потолков от пролома. Для изготовления “путанки” на противоположных сторонах блокируемой поверхности по всей длине с шагом 2-10 сантиметров набиваются мелкие гвозди, которые затем, как челноком, “опутываются” тонким монтажным проводом диаметром 0,15-0,25 мм. Получившаяся конструкция укрывается под декоративной панелью или слоем штукатурки. При попытке пролома заблокированной поверхности монтажный провод обрывается, что воспринимается устройством обработки информации как нарушение режима охраны. На этом же принципе основано действие наклеиваемых по периметру окон полосок фольги.

Магнитоконтактные датчики. Магнитоконтактные датчики предназначены для тех же целей, что и электроконтактные, а именно: для блокирования дверей, ворот, рам, форточек и т. п. от несанкционированного открывания. Они состоят из двух частей: магнитоуправляемых контактов (герконов) и постоянного магнита, размещенных в пластмассовых корпусах. Под действием магнитного поля контакты этих датчиков замыкаются, вне поля – размыкаются. При установке датчика, например для блокирования двери, магнитоуправляемые контакты укрепляются на косяке, а постоянный магнит – непосредственно на двери. Во время открывания двери постоянный магнит смещается относительно контактов, что приводит к их размыканию, которое воспринимается как нарушение режима охраны. Примерами рассматриваемых датчиков являются СМК-1, СМК-3. Некоторые их них допускают возможность скрытой установки (например, СМК-3). Магнитоконтактные датчики компактны, обладают высокой помехоустойчивостью и надежностью. Однако имеют и существенный недостаток: их можно “обмануть” при использовании мощного внешнего магнита.

Рис.1 Магнитоконтактные датчики СМК-1, СМК-3 (справа)

Рис.2 Датчик с герконом

Ударные датчики. Эти датчики предназначены для блокирования остекленных поверхностей (окон, витрин), конструкций из прессматериалов, пластика и т. п., от попыток их пролома или разрушения. Принцип работы основан на кратковременном размыкании инерционных контактов датчика под действием вибрации от ударов. Одним из современных датчиков рассматриваемого вида является датчик вибрации, входящий в состав извещателя Окно-4. Датчик приклеивается к стеклу и способен “защитить” остекленную поверхность площадью четыре квадратных метра. Он устойчив к неразрушающим воздействиям в виде колебаний поверхности от проезжающего автотранспорта, раскатов грома и т. д.

Рис. 3 Датчик окно-4

Рис. 4 Датчик ДИМК

Широкое распространение в практике получили ударные датчики на основе магнитоуправляемых контактов (например, ДИМК). В этих датчиках инерционным элементом является постоянный магнит, укрепленный на пружинящей пластине. Под действием вибрации магнит начинает раскачиваться на пластине. Его перемещения вызывают размыкания и замыкания рядом установленных магнитоуправляемых контактов, что воспринимается как факт нарушения режима охраны. Недостаток инерционных магнитоконтактных датчиков – высокий уровень ложных тревог.

Ртутные датчики. Эти датчики реагируют на изменение угла наклона объекта защиты и применяются чаще всего для обнаружения вторжений через поворачивающиеся фрамуги. Ртутный датчик представляет собой запаянный стеклянный баллончик, в верхней части которого расположены нормально разомкнутые электроконтакты, в нижней части корпуса имеется небольшое количество ртути. При наклоне датчика ртуть перемещается из нижней части в верхнюю, вызывая замыкание электроконтактов, которое интерпретируется как факт нарушения режима охраны.

Пьезоэлектрические датчики. Они используются для блокирования различных поверхностей (например, остекления витрин) и реагируют на механические колебания этих поверхностей, возникающие при ударах. Принцип действия датчиков основан на явлении пьезоэлектрического эффекта. Его суть заключается в том, что кристаллы некоторых веществ обладают способностью вырабатывать электрический ток при воздействии на них механических колебаний. Электрический ток, возникающий в датчике при механических воздействиях на охраняемую поверхность, интерпретируется как факт нарушения режима охраны.

Широко распространенными в практике являются пьезоэлектрические датчики устройства Кристалл. В состав устройства Кристалл входит десять пьезоэлектрических датчиков, каждый из которых позволяет блокировать стеклянную поверхность площадью до десяти квадратных метров. В рабочем состоянии датчики наклеиваются на блокируемую поверхность. Другое устройство с пьезоэлектрическими датчиками – Грань-2, предназначено для блокирования конструкционных элементов здания: бетонных и кирпичных стен или перекрытий, деревянных конструкций, стен металлических шкафов, сейфов и т. п. Устройство формирует сигнал тревоги при наличии разрушающих воздействий (ударах, сверлении) на охраняемую конструкцию. С помощью одного датчика блокируется поверхность площадью до 15 квадратных метров.

Инфракрасные (оптические) датчики. По принципу действия инфракрасные датчики (ИК-датчики) делятся на две группы. К первой – относятся, так называемые, активные устройства. Они состоят из одной или нескольких пар приборов “излучатель-приемник”. Между каждой парой приборов образуется невидимый инфракрасный луч, пересечение которого вызывает “срабатывание” датчика. Активные ИК-датчики используются для формирования одно- или многолучевого “барьера” для защиты периметра охраняемой территории, коридора, многооконного помещения, лестничного пролета, картин, укрепленных на стенах и т. д. Основным недостатком таких датчиков является возможность их “обмана”, если точно известно расположение лучей. Поэтому каждый из излучателей и приемников рекомендуется устанавливать скрытно, декорируя устройства полутоновыми стеклами, перфорированными панелями и т. п. Примером активных ИК-датчиков могут служить датчики семейства устройств Вектор. Они обладают устойчивостью к воздействию световых и электромагнитных помех, обеспечивают скрытность юстировки, индикацию состояния. Устройство Вектор-2 предназначено для блокирования протяженных участков (длиной до 100 метров) различных помещений банков, магазинов, музеев, складов и т. д. Устройство Вектор-3 используется для блокирования окон, витрин, дверей. Оно состоит из одного блока и отражателя и обеспечивает создание зоны обнаружения длиной до 10 метров. Вектор-3 формирует два инфракрасных луча длиной до 150 метров, расположенных на расстоянии 30 сантиметров один от другого.

Устройство Рубеж-3М, главным образом, предназначено для использования на открытой местности. Оно позволяет сформировать одно- или многолучевой невидимый “барьер” длиной до 300 метров. Устройство устойчиво к воздействию световых, электромагнитных и метеорологических помех.

Рис. 5 Варианты установки активного ИК-датчика

Вторую группу устройств образуют, так называемые, пассивные ИК-датчики. Они реагируют на внешнее инфракрасное (тепловое) излучение, источником которого, в том числе, является и человек. В качестве чувствительного элемента здесь используются полупроводниковые пироприемники из танталата лития. Они преобразуют изменения температуры в электрические сигналы. В зависимости от вида оптической системы, установленной перед пироприемником, формы пироприемника датчики имеют самые различные зоны обнаружения: от однолучевой длиной до 50 метров и углом раскрытия 10-50 градусов, до почти объемной, состоящей из 3-5 “вееров” по 10-16 лучей в каждом. Следует отметить, “двойное” действие этих устройств, реагируя на внешние источники инфракрасного излучения, они являются не только охранными, но датчиками пожара. Пассивные ИК-датчики относительно дешевы, надежны, просты в эксплуатации и в настоящее время находят самое широкое применение. Их недостатком является вероятность “обмана” при использовании злоумышленником защитного экрана либо сильном загрязнении оптической системы датчика. Хорошие показатели имеют модели Eagle, RU-98, Фотон-6

Рис.6 Пассивный ИК датчик и его зона обнаружения

Емкостные датчики. Эти датчики реагируют на изменение емкости специальной антенной системы (в качестве элемента которой может быть использован охраняемый металлический шкаф или сейф) при приближении или прикосновении к ней человека.

Например, емкостной датчик Пик используется для охраны металлических шкафов, сейфов и т. п. В качестве антенны здесь выступает сам охраняемый объект. Датчик формирует сигнал тревоги при приближении человека на расстоянии 20 сантиметров к охраняемому объекту. Прибор обеспечивает высокую помехоустойчивость, надежность обнаружения, адаптацию к условиям окружающей среды, простоту регулировки порога срабатывания.

Другой емкостной датчик – Градиент, предназначен для обнаружения попыток проникновения через слабоукрепленные стены, например, стены складов из легких металлических конструкций, унифицированных модулей и т. п. В качестве чувствительного элемента здесь используется три “луча” изолированного монтажного провода длиной от 5 до 150 метров и диаметром 0,4-1,25 мм. Величина эллиптической (вокруг “луча” провода) зоны обнаружения 0,6х2,5 метра. “Лучи” монтажного провода укрепляются на защищаемых поверхностях стен.

Акустические датчики. Акустические датчики служат для обнаружения вторжений на охраняемый объект по шуму, которым неизбежно сопровождаются подобные попытки. В состав этих датчиков входит микрофон и блок обработки сигналов. Если уровень шума, регистрируемый микрофоном, превышает предельно допустимый для охраняемого помещения, датчик формирует сигнал тревоги. Акустические датчики реагируют, как на непрерывный шум, уровень которого превышает предельно допустимый (например, шум от сверления, перепиливания и т. д.), так на короткие звуковые импульсы (звук от ударов молотка, выстрела и т. п.).

Например, датчик “Стекло-1” предназначен для защиты стеклянного полотна и индикации его разрушения на основе анализа акустического сигнала в звуковом диапазоне частот (звуки от разрушения стекла и звона падающих осколков). Датчик устанавливается на потолке или стене охраняемого помещения, при этом площадь блокируемой стеклянной поверхности составляет около 50 квадратных метров.

Ультразвуковые датчики. Достоинством ультразвуковых датчиков является способность обнаружения движения человека (животного), движения языков пламени, потоков газов, паров и воды, т. е. Способность обнаруживать любое перемещение сред с плотностью, отличающейся от плотности воздуха. Поэтому эти датчики являются датчиками “двойного” действия: и охраны и пожара. Принцип действия ультразвуковых датчиков основан на регистрации изменений установившейся в зоне обнаружения “картины” неслышимого для человека ультразвукового поля. Датчики обычно состоят из пары электроакустических преобразователей, один из которых является источником, а второй – приемником ультразвуковых колебаний. Действие преобразователей основано на магнитострикционном эффекте, сущность которого заключается либо в деформации ферромагнитных материалов под действием магнитного поля, либо, наоборот, в изменении величины магнитного поля под действием деформации этих материалов. Недостатком большинства ультразвуковых датчиков является возможность формирования ложных тревог по колебаниям, перемещениям элементов интерьера (например, занавесей) в результате действия системы приточно-вытяжной вентиляции.

Наиболее известными устройствами являются ультразвуковые датчики ДУЗ-4, ДУЗ-5 ( например с помощью датчика ДУЗ-5 можно “защитить” помещение объемом в 500 кубических метров). В последнее время широкое применение в практике получили датчики Эхо-3. Эти датчики используются для создания локальных зон обнаружения или блокирования небольших помещений объемом до 60 кубических метров.

Микроволновые датчики. Микроволновые датчики состоят из высокочастотного генератора, антенна которого создает в окружающем пространстве электромагнитное поле, и приемника, регистрирующего его изменения. Наибольшее распространение получили доплеровские и амплитудно-модуляционные микроволновые датчики. Первые формируют сигнал тревоги при изменении частоты отраженного от движущегося объекта сигнала, вторые – “срабатывают” при изменении пространственной картины стоячих волн, вызванного, например, появлением какого-либо объекта в охраняемом помещении. При установке микроволновых датчиков необходимо иметь в виду, что их зона обнаружения, как правило, “выходит” за пределы охраняемого помещения.

П римером микроволнового датчика, использующего доплеровский эффект, может служить устройство АГАТ-С6. Он представляет собой однопозиционный радиолокатор для обнаружения движения человека (нарушителя) в охраняемой зоне и предназначен для использования в качестве средства охранной сигнализации на открытых площадках или в помещениях. По сравнению с моделью АГАТ-СП3У он имеет существенно меньшую вероятность ложного срабатывания, благодаря применению технологии "Digilon" и уникальному алгоритму селекции движущихся целей. В конструкции используется новый СВЧ-модуль и монтаж по SMD-технологии. АГАТ-С6 - имеет зону обнаружения в виде конуса с максимальной дальностью до 24 м. При использовании в помещениях следует обратить внимание на возможные "мертвые" зоны, вызываемые предметами интерьера. Поперечные размеры зоны обнаружения зависят от высоты установки радар-сенсора, а также от того, какая чувствительность установлена при регулировке. Реальная зона обнаружения в каждом конкретном случае определяется экспериментально.

Радиолучевые датчики. Эти датчики, главным о бразом, применяются в составе периметральных систем охраны. Принцип действия радиолучевых датчиков достаточно прост. Антенны передатчика и приемника СВЧ-энергии устанавливаются по краям линии блокировки. Антенна передатчика излучает в направлении антенны приемника поток СВЧ-энергии. Появление в зоне обнаружения человека вызывает изменение сигнала в приемной антенне, которое интерпретируется как факт нарушения режима охраны.

Радиолучевые датчики имеют зону обнаружения в виде вытянутого эллипсоида, расположенного горизонтально между передающей и приемной антеннами. В зависимости от характеристик антенн и частоты излучения она составляет от 50 сантиметров до 3 метров в поперечнике при длине в 150-300 метров. Преимущества радиолучевых датчиков заключаются в объемной форме зоны обнаружения, практической независимости от многих климатических помех (дождя, снега, ветра, тумана), воздействия электромагнитных помех. Из недостатков следует отметить необходимость тщательной планировки местности между антеннами. Выступы, канавы, снежные заносы приводят к образованию “мертвых” зон.

Кабельные датчики. Эти датчики находят широкое применение в составе периметральных систем охранной сигнализации. В качестве таких датчиков обычно используются специальные кабели длиной несколько сот метров. Эти чувствительные элементы закрепляются на любом типе заграждения (на заборе, сетке, стене ангара и т. п.) или заглубляются в грунт. Появление рядом с кабельной линией человека или деформация кабеля при попытке преодоления заграждения, перекусывания колючей проволоки или разрушения стены приводит к формированию сигнала тревоги. Работа разных кабельных датчиков основывается на различных физических принципах. В кабельных датчиках на основе “линии вытекающей волны” в качестве чувствительных элементов используются два коаксиальных кабеля, размещенных в грунте на глубине 20-30 см параллельно друг другу на расстоянии 1-1,5 метра. Оплетка коаксиальных кабелей имеет сквозную перфорацию по всей длине, за счет чего часть энергии генератора, подключенного к одному из кабелей, излучается и принимается другим кабелем. При пересечении созданного таким образом электромагнитного поля человеком (животным) уровень сигнала в приемном кабеле изменяется, что вызывает сигнал тревоги.

В других типах датчиков используются специальные кабели, чувствительные к деформационным возмущениям. Так, в системе Ворон применяется кабель с волоконно-оптическим световодом. Деформация кабеля приводит к изменению характеристик лазерного излучения, распространяющегося вдоль световода, что регистрируется фотоприемником и интерпретируется как нарушение режима охраны. Датчик практически не восприимчив к электромагнитным помехам и имеет максимальную длину 500 метров. В системе Guardwire используется специальный электрический кабель, обладающий микрофонным эффектом. Кабель имеет сложную конструкцию и в своем составе содержит два гибких магнитопровода, между которыми размещены два электрических проводника. Даже самая незначительная вибрация кабеля в любой точке вызывает движение электрических проводников в воздушном зазоре между магнитопроводами. В результате в проводниках создается электрический ток, величина и временные характеристики которого анализируется электронной аппаратурой с целью формирования сигнала тревоги. Длина кабеля, как и в предыдущем случае составляет 500 метров.

Датчики пожара. Наиболее распространенным в настоящее время является тепловой датчик ИП 104-1. Он состоит из пластмассового корпуса конической формы и двух контактных пружин. Принцип действия датчика основан на том, что при повышении температуры в охраняемом помещении выше 70 градусов по шкале Цельсия спаянные легкоплавким сплавом Вуда, контактные пружины размыкаются, что интерпретируется как факт нарушения режима охраны. Площадь, “защищаемая” одним датчиком составляет 15 квадратных метров.

На основе магнитоуправляемых контактов разработаны датчики пожара ИП 105-2/1. Датчик имеет пластмассовый корпус, внутри которого размещены магнитоуправляемые контакты, охваченные кольцом ферритового сердечника. При повышении температуры окружающей среды выше 70 градусов термомагнитный ферритовый сердечник теряет свои магнитные свойства. Магнитное поле значительно ослабевает и контакты датчика размыкаются. Площадь “защиты” этого датчика также составляет 15 квадратных метров.

Датчик ИП 212-9 (ДИП-9) предназначен для обнаружения возгораний, сопровождающихся появлением дыма в закрытых помещениях. Принцип действия датчика основан на эффекте рассеивания оптического излучения аэрозольными продуктами горения.

Датчик РИД-6М использует радиоизотопные чувствительные элементы, реагирующие на видимые и невидимые продукты горения, светлые и темные дымы. Эти свойства датчика, а также высокая чувствительность позволяют обнаружить пожар в ранней стадии. Принцип действия датчика основан на изменении величины тока ионизационной камеры при попадании в нее частиц дыма. В качестве источника ионицации используется изотоп с альфа-излучением. Площадь “защиты” этого датчика составляет 55-85 квадратных метров.

Физические принципы действия периметровых средств обнаружения

Е мкостные системы

Используют эффект изменения характеристик электрического поля вблизи антенной системы - чувствительного элемента в виде металлической конструкции, размещаемой с помощью изоляторов по верху пассивного ограждения. Принцип действия емкостного сигнализатора основан на измерении емкости антенного устройства относительно земли, при этом электронный блок производит измерение только емкостной составляющей импеданса антенны и не реагирует на изменение сопротивления (квадратурная обработка сигнала с помощью синхронного детектора). Применение алгоритма, анализирующего длительность сигнала, его фронтов и других характерных особенностей сигнала позволил довести вероятность обнаружения до 95% при средней частоте ложных срабатываний менее одного за десять суток при длине блокируемого участка до 500 метров. Конструкция антенного устройства в виде металлического козырька, изготавливаемого в виде сварной решетки, допускает изгибы в вертикальной и горизонтальной плоскостях, позволяет отслеживать рельеф местности и другие топографические особенности объекта. При соответствующем дизайне козырек не ухудшает внешний архитектурный облик здания.

Вибрационные системы обнаружения

Следующий класс систем - вибрационные, воспринимающие вибрацию элементов ограждения или их деформацию при попытке преодоления. Как правило, вибрационные системы используют в качестве чувствительного элемента трибоэлектрический, электретный, магнитострикционный или оптоволоконный кабель, закрепляемый по верху ограждения и в его средней части. Деформация кабеля (его смещение на 1-2 см), а также вибрация ограждения вызывают появление избыточных зарядов в трибоэлектрическом или электретном кабеле или изменение характеристик лазерного излучения, распространяющегося в оптоволоконном кабеле. Очевидно, что вибрационные системы подвержены воздействию самых разнообразных помех (ветер, микросейсмические сотрясения почвы от проезда транспорта, град и т. п.). Поэтому для отстройки от помех в них используются сложные алгоритмы распознавания, реализуемые с помощью встроенных микропроцессоров.

Сейсмические системы обнаружения

Относятся к классу пассивных маскируемых средств обнаружения, представляющие собой множество геофонных датчиков, соединенных в «косу» и размещенных в грунте на глубине 0,2-0.3 м. При пересечении такого рубежа возникают микросейсмические колебания грунта при каждом шаге человека, которые воспринимаются геофонами, преобразуются в электрический сигнал и после соответствующей обработки (подсчет числа шагов, частотная фильтрация и т. д.) вызывают срабатывание системы. Более помехоустойчива модификация такого средства с чувствительным элементом в виде протяженного шланга, заполненного незамерзающей жидкостью, подключенного к мембранному датчику давления. При появлении человека непосредственно над шлангом за счет изменения давления возникает сигнал тревоги. Система имеет более узкую зону обнаружения (2-3м) с резко спадающей чувствительностью на границе зоны, за счет чего повышается помехоустойчивость. Однако, эти системы не получили широкого распространения из-за низкой помехоустойчивости

К онтрольная панель (контрольно-приемный прибор) обычно является электронным прибором, который ведет непрерывный контроль сигналов датчиков, исправности линий связи, требуемых значений напряжения питания и т. д. По принципу формирования и обработки сигналов датчиков современные системы охранно-пожарной сигнализации можно разделить на две группы: пороговые и измерительные. В случае пороговых систем функция отклика шлейфа в каждый момент времени может принимать одно из трех значений: норма, тревога и неисправность. В измерительных системах каждый датчик опознается индивидуально (т.е. в каждом шлейфе находится только один датчик) и функция отклика в каждый момент времени может принимать любое значение соответствующее величине измеряемого датчиком аналогового параметра. Таким образом, измерительные системы позволяют “отслеживать” плавные изменения состояния охраняемого объекта и выполнять соответствующую адаптацию. Это сокращает число ложных тревог даже при высокой чувствительности используемых датчиков и обеспечивает более раннее обнаружение потенциальной угрозы. В связи с этим измерительные системы в настоящее время применяются только в пожарной сигнализации. Большинство систем охранной сигнализации строятся как пороговые системы и для них особенно важен вопрос надежности и достоверности информации, формируемой каждым датчиком. В простейшем случае, контроль сигналов датчиков выполняется путем измерения значений соответствующих входных сигналов и их сравнения с заданными. Если один или несколько контролируемых значений выходят за установленные пределы, панель регистрирует это изменение, идентифицирует “подозрительный” объект и формирует сигнал тревоги в адрес устройства сигнализации. Регистрация (запоминание) сигналов датчиков необходима в связи с возможностью кратковременных нарушений режима охраны при проникновении на объект (открылась и закрылась дверь, пересечена зона обнаружения датчика). В некоторых системах охраны контрольная панель обеспечивает временную задержку (несколько десятков секунд) включения режима охраны для выхода персонала из помещения и аналогичную задержку при выключении режима. Современные контрольные панели строятся на основе микропроцессорной техники или персональных компьютеров и поддерживают процедуры самотестирования, идентификации оператора, работы в локальных вычислительных сетях и т. п.

Устройство сигнализации выполняет преобразование вида представления информации. Сигнал тревоги контрольной панели преобразуется в световой, звуковой или иной сигнал оповещения персонала охраны. Для этих целей применяются, как встроенные устройства, так и автономные – сигнальные лампы, проблесковые маяки, транспаранты, специальные звонки громкого боя, сирены.

Линии связи технических систем охранной сигнализации являются “транспортными” магистралями передачи информации. В большинстве существующих систем передача информации осуществляется по проводным линиям связи, которые скрытно или открыто монтируются на объектах охраны. В последние годы появилось значительное число систем охраны, использующих радиолинии; часто такие системы называют системами быстрого развертывания благодаря относительной простоте и большой скорости их монтажа.

Итак, принцип работы технической системы охранной сигнализации заключается в следующем. При несанкционированном проникновении на охраняемый объект один или несколько установленных датчиков формируют электрический сигнал изменения состояния охраняемого объекта. По линиям связи сигнал поступает на вход контрольной панели, которая принимает “решение”, является ли сигнал датчика помехой, либо он действительно свидетельствует о нарушении режима охраны. Если значение сигнала превосходит соответствующее пороговое, панель регистрирует этот сигнал, индицирует идентификатор объекта и вырабатывает команду в адрес устройства сигнализации, которое формирует непрерывный сигнал тревоги. Здесь необходимо сделать следующее замечание. Формирование сигнала тревоги возможно только в том случае, когда нарушитель при проникновении “попал” в зону обнаружения хотя бы одного датчика и не “обманул” его. Отсюда понятна важность рационального выбора типов используемых датчиков, правильной оценки вероятных направлений проникновения на объект и их блокирования.

Для децентрализованной охраны отдельных, небольших объектов (автомобилей, торговых киосков, павильонов, магазинов в сельской местности), как правило, применяются простейшие “одноадресные” технические системы охранно-пожарной сигнализации. Их основная задача в случае нарушения режима охраны – тревожным сигналом привлечь внимание к объекту сотрудников патрульно-постовой службы, частных лиц. Здесь контрольная панель устанавливается на объекте охраны в недоступных для посторонних лиц местах; устройство сигнализации часто – вне объекта. При централизованном способе охраны контроль состояния объектов и оперативное управление силами охраны осуществляется централизованно. Для этого линии связи от датчиков, установленных на различных объектах (группа компактно расположенных зданий, группа помещений одного здания), сводятся в дежурном помещении, где размещаются контрольная панель и устройство сигнализации. Это позволяет при минимизации общей численности персонала охраны повысить надежность выявления несанкционированного проникновения на объекты, оперативность и качество реагирования по фактам нарушения режима охраны. При организации охраны большого количества рассредоточенных объектов (сотни и тысячи объектов – квартиры, магазины, музеи и т. д.) используются системы, в которых в качестве линий связи применяются существующие телефонные линии.

Способы передачи информации от средств обнаружения

В системах обнаружения проникновения используются различные способы передачи информации от датчика на контроллер обработки информации.

Двухпроводная токовая линия

При применении двухпроводной токовой линии датчик (или группа датчиков, объединяемых в один шлейф) соединяется с контроллером (приемно-контрольным прибором, концентратором) при помощи двух проводов, по которым одновременно происходит подача напряжения питания на датчик и передача информации о его текущем состоянии. В нормальном режиме работы через шлейф протекает ток покоя, величина которого должна быть меньше определенной величины, называемой током удержания шлейфа (она определяется типом используемого концентратора и может быть разной). Если необходимо подключить к шлейфу не один, а группу датчиков, все они включаются в шлейф параллельно (поскольку именно по этой линии поступает напряжение питания для них). Количество датчиков, которое можно подключить к шлейфу, строго ограничено, поскольку суммарный ток в шлейфе не должен превышать тока удержания. В режиме тревоги ток, протекающий через датчик, резко возрастает, приводя к скачкообразному увеличению общего тока шлейфа до величины тока тревоги, намного превышающего величину тока удержания.

Таким образом, по величине протекающего тока концентратор определяет, в каком состоянии находятся датчики данного шлейфа. Необходимо отметить, что рассматриваемый способ подключения практически всегда подразумевает использование оконечного сопротивления, которое ставится в конце шлейфа около последнего датчика.

Четырехпроводная линия

При применении четырехпроводной линии подключения датчик (или группа датчиков, объединяемых в один шлейф) соединяется с приемно-контрольным прибором, при помощи тех же двух проводов, что и выше, однако питание датчика осуществляется по отдельной дополнительной паре проводов. Выходные каскады датчиков при рассматриваемом способе подключения содержат нормально-замкнутые или нормально-разомкнутые релейные контакты. Датчики с нормально-замкнутыми контактами включаются в шлейф последовательно, а с нормально-разомкнутыми - параллельно. Принцип работы четырехпроводной линии аналогичен двухпроводной, но число датчиков, подключаемых в один шлейф, практически не ограничено, поскольку относительно шлейфа они не являются токопотребляющими. В рассматриваемой линии также для контроля целостности линии подразумевается использование оконечного сопротивления, которое ставится в конце шлейфа около последнего датчика.

Максимальная длина как двухпроводной токовой, так и четырехпроводной линий определяется только общим сопротивлением используемого провода.

Двухпроводная адресная линия

При применении двухпроводной адресной линии датчик (или группа датчиков) соединяются с контроллером (контрольной панелью) при помощи общей информационной шины, по которой передаются импульсные кодовые посылки. Кодированная посылка, передаваемая датчиком, состоит из двух основных частей: его адреса и кода состояния на момент опроса. Все извещатели включаются в адресную линию параллельно, и каждый из них имеет свой индивидуальный адрес, запрограммированный либо на заводе изготовителе, либо устанавливаемый с помощью системы переключателей при монтаже системы. Питание датчиков обычно осуществляется через саму адресную линию и поэтому максимальное их число ограничено как по возможностям контроллера, так и по питанию. Во многих системах передачи по адресной линии существуют специальные дополнительные модули-усилители-корректоры или повторители сигнала, восстанавливающие энергетические параметры линии до номинального значения. Поскольку информация циркулирует по линии в импульсной форме, существенно повышаются требования к проводным коммуникациям: в таких линиях обычно используют либо экранированный кабель, либо витую пару. Максимальная длина адресной линии передачи без применения дополнительных модулей, упомянутых выше, зависит от свойств конкретной линии, типа применяемого кабеля и сечения проводников в нем. Каждый адресный датчик опознается системой индивидуально, т.е. логически включается в отдельный шлейф. Важно отметить, что кодировка сообщений в разных системах различная, и каждая серия адресньк датчиков работает только с теми контрольными панелями, для которых она предназначена.

Беспроводная линия

При применении беспроводной линии датчик (или группа датчиков) соединяется с приемно-контрольным прибором, при помощи радиоканальной связи. По логике работы и кодировке сообщений беспроводная линия аналогична адресной, поэтому все замечания по протоколу работы и совместимости различньк серий датчиков совпадают с рассмотренными выше. Достаточно высокая частота позволяет использовать миниатюрные устройства с небольшими антеннами, не увеличивающими габаритных размеров датчиков. Хотя в документации на многие серии указан радиус действия около двух-трех километров на открытом пространстве, внутри помещений он составляет порядка сотни метров, вследствие высокого коэффициента поглощения строительных материалов (при оснащении деревянньк зданий радиус действия выше, при наличии железобетонных конструкций с большой плотностью арматуры и больших массивных металлических препятствий радиус действия сильно уменьшается).

Телевизионные системы охраны

Высокие темпы развития телевизионной техники последних десятилетий стали основой широкого применения в целях охраны различных объектов систем телевизионного наблюдения или замкнутых телевизионных систем (Closed Circuit TeleVision). Обеспечивая централизованное визуальное наблюдение объектов охраны, автоматический контроль их состояния, документирование действий нарушителя, они выступают в качестве самостоятельных телевизионных систем охраны. Интеграция же телевизионных систем охраны, систем охранно-пожарной сигнализации, компьютерных технологий позволяет создавать многофункциональные комплексные системы безопасности.

Простейшая телевизионная система, обеспечивающая дистанционный визуальный контроль объекта, может быть образована тремя элементами: телевизионной камерой, контрольным монитором и объединяющей их линией связи. В такой системе телевизионная камера осуществляет преобразование визуальной информации в электрический, так называемый, видеосигнал, который по линии связи поступает к контрольному монитору. Монитор выполняет обратное преобразование принятого сигнала, формируя изображение объекта, с помощью которого и осуществляется его визуальный контроль. Рассмотрим некоторые характеристики устройств системы, оказывающие непосредственное влияние на качество визуального контроля объекта охраны.

В подавляющем большинстве современных телевизионных камер преобразование световой энергии в электрический сигнал выполняется с помощью множества полупроводниковых приборов с зарядовой связью (Charge Coupled Devise), образующих, так называемую, ПЗС-матрицу (отсюда, кстати, происходит второе название подобных камер – ПЗС или CCD-камеры). Поверхность ПЗС-матрицы состоит из большого количества светочувствительных ячеек – пикселей, каждый их которых осуществляет преобразование “своего” фрагмента видимого изображения. Очевидно, что в этом случае общее число пикселей матрицы определяет степень “мозаичности” преобразования и, в конечном итоге – качество “картинки”, формируемой телевизионной системой. Чем больше число пикселей имеет ПЗС-матрица, тем, при прочих равных условиях, выше качество телевизионного изображения. Поэтому основными характеристиками подобного преобразователя (и соответствующей CCD-камеры) являются размерность матрицы, указывающая общее число образующих ее пикселей, и формат матрицы, отражающий ее физические размеры. Современные ПЗС-матрицы обычно состоят из 300.000-500.000 пикселей; например, для телекамеры VCC-2972 фирмы Sanyo размерность матрицы составляет 596х795 пикселей. Физические размеры поверхности матрицы, практически не влияя на качество формируемого изображения, определяют габариты CCD-камеры. Сегодня наиболее распространенными являются ПЗС-матрицы с размерами поверхности 2.2х3.6 мм, 3.6х4.8 мм, 4.8х6.4 мм

Не менее важным параметром CCD-камер, влияющим на качество формируемого телевизионного изображения, является разрешающая способность (разрешение). Этот параметр интегрально отображает как характеристики матрицы, так и характеристики электронной схемы формирования видеосигнала камеры. Разрешающая способность определяется максимальным количеством переходов от черного к белому, которые могут быть переданы телевизионной камерой, и измеряется числом соответствующих телевизионных линий. Обычно в технических характеристиках указывается разрешающая способность телекамеры по вертикале. В большинстве случаев разрешение в 380-480 линий, которое обеспечивается современными камерами, оказывается достаточным для целей охраны.

Способность телекамеры формировать доступное для наблюдения телевизионное изображение в условиях минимальной освещенности объекта характеризуется чувствительностью. Для современных камер значение этого параметра как правило находится в диапазоне 0.015-0.6 люкса. Напомним, что значение нижней границы этого диапазона соответствует освещенности открытой местности ночью при неполной луне, значение верхней границы – освещенности в поздних сумерках. Для компенсации изменений освещенности объекта контроля большинство телекамер оснащены, так называемым, электронным затвором (electronic shutter), автоматически поддерживающим оптимальный уровень световой энергии на ПЗС-матрице.

Значения основных характеристик некоторых телевизионных камер представлены в таблице 1.

Композиция видеокадра, получаемого с помощью телекамеры, главным образом определяется параметрами используемого объектива: фокусным расстоянием и углом обзора. Фокусное расстояние объектива характеризует масштаб изображения объекта, угол обзора – широту “охвата” сцены. Эти параметры взаимосвязаны – чем больше фокусное расстояние, тем меньше угол обзора. Объективы, используемые в телевизионных системах охраны, условно подразделяются на три группы: широкоугольные (фокусное расстояние – 2-4.8 мм, угол обзора – 70-120), нормальные (фокусное расстояние – 4.8-12 мм, угол обзора – 40-70) и узконаправленные (фокусное расстояние – свыше 12 мм, угол обзора – 3-45). Существуют объективы с переменным фокусным расстоянием – трансфокаторы (zoom); например, объектив Н16Z7516АМS японской фирмы Computar может изменять фокусное расстояние от 7.5 мм до 120 мм (соответствующий диапазон изменения угла обзора составляет – 46-3).

В телевизионных системах охраны в качестве контрольных, как правило, используются специальные телевизионные мониторы с высокими показателями надежности. Основными характеристиками мониторов являются цветность, размер диагонали экрана и разрешение. Мониторы с небольшим экраном (размер диагонали – 5-12) используются для наблюдения в полноэкранном режиме; они удобны для компактного размещения в конструктивных стойках. Для одновременного просмотра на экране изображений от нескольких телекамер применяют мониторы с размером диагонали 14, 17, 21. При выборе контрольных мониторов для телевизионных систем охраны и компоновке устройств в дежурном помещении следует учитывать, что рекомендуемое расстояние между оператором и контрольным монитором должно составлять около пяти диагоналей экрана. Разрешающая способность мониторов обычно выше разрешающей способности телекамер и как правило составляет 450-1000 телевизионных линий.

В качестве линий связи в большинстве телевизионных систем охраны используются специальные телевизионные коаксиальные кабели. Они образованы центральной проводящей жилой, покрытой изолирующей оболочкой, которая в свою очередь охватывается экранирующей проводящей оплеткой с внешней изолирующей защитой. Применение специальных кабелей позволяет осуществлять надежную передачу видеосигнала в основной полосе частот на расстояния до 500 метров. При необходимости передачи видеосигнала на большие расстояния дополнительно используются специальные видеопередатчики и видеоприемники. Подводка к телекамере электрического питания и сигналов управления (например, поворотной платформой телекамеры) обычно выполняется с помощью самостоятельной кабельной линии.

Наряду с рассмотренными выше элементами реальная телевизионная система охраны, как правило, содержит дополнительные устройства обработки видеоизображений. Расширяя традиционные функции системы замкнутого телевидения, они позволяют создавать достаточно эффективные системы охраны. Рассмотрим наиболее распространенные устройства обработки видеоизображений, их функции, а также соответствующие структурные схемы телевизионных систем охраны.

Одним из таких устройств является видеомагнитофон, обеспечивающий фиксацию наблюдаемых видеоизображений. Правда, в технических системах охраны применяются не обычные, а специальные видеомагнитофоны длительного времени записи (time lapse recorder). Подобные магнитофоны в зависимости от установленного режима способны вести непрерывную видеозапись в течение 15-960 часов с использованием стандартной 180 минутной кассеты (Е-180). Такой эффект достигается за счет записи только части видеокадров, поступающих в единицу времени от телекамеры. Понятно, что, чем меньшая часть кадров обрабатывается магнитофоном в единицу времени, тем более продолжителен соответствующий режим записи (см. таблицу 2). Очевидно также, что выбор более продолжительного режима записи приводит к потере большего количества видеоинформации и, как следствие, к более низкому качеству получаемых видеосюжетов. Для качественной фиксации информации в критических ситуациях (например, документирование действий нарушителя) специальные магнитофоны имеют возможность вести запись в традиционном трехчасовом режиме – режиме “тревоги”. Инициация режима осуществляется по входу магнитофона – alarm. Особенности реализации длительных режимов записи приводят к повышенному износу используемых носителей информации, поэтому в специальных магнитофонах рекомендуется применять особые видеокассеты (например, Security Master фирмы BASF).

В телевизионных системах охраны, обеспечивающих контроль нескольких объектов, часто используются видеокоммутаторы (video switcher). Они предназначены для управления выводом изображений от нескольких телекамер на один контрольный монитор. Это простые, надежные устройства, которые автоматически в заданной последовательности, на определенное время (обычно от 1 до 90 секунд) подключают выход каждой камеры ко входу контрольного монитора. Большинство современных видеокоммутаторов имеют, так называемые, alarm-входы, число которых соответствует числу видеовходов (числу телекамер системы). Эти входы предназначены для подключения шлейфов охранно-пожарной сигнализации каждого из контролируемых объектов. В случае нарушения режима охраны какого-либо объекта, формируется звуковой сигнал тревоги, процесс “перебора” телекамер приостанавливается, на контрольный монитор выводится изображение с “тревожной” телекамеры, видеомагнитофон переключается в режим трехчасовой записи.

Переходим к рассмотрению 3 учебного вопроса.