Наблюдением
Ретранслятор – это составная часть СПИ, устанавливаемая в промежуточном пункте между охраняемым объектом и ПЦО или на охраняемом объекте для приема извещений от объектовых оконечных устройств или других ретрансляторов, преобразования сигналов и их передачи на последующие ретрансляторы или на ПЦН, а также (при наличии обратного канала) для приема от пульта или других ретрансляторов и передачи на объектовые оконечные устройства или ретрансляторы команд телеуправления.
Пульт централизованного наблюдения – это самостоятельное техническое средство (совокупность средств) или составная часть СПИ, устанавливаемая на ПЦО для приема от ретрансляторов извещений, обработки, отображения, регистрации полученной информации, а также (при наличии обратного канала) для передачи на ретрансляторы и объектовые оконечные устройства команд телеуправления.
По типу используемых линий (каналов) связи следует выделить СПИ, использующие:
линии телефонной сети;
радиоканалы;
специальные линии связи;
комбинированные линии связи и др.
Среди СПИ, использующих линии телефонной сети, в нашей стране получили подавляющее распространение СПИ с использованием абонентских линий, переключаемых на объекте и кроссе АТС на период охраны. Эта возможность появляется в связи с отсутствием необходимости сохранения телефонной связи объекта в период охраны (на объекте нет людей и телефон не требуется для ведения разговора).
Существуют также СПИ с использованием выделенных линий телефонной сети и СПИ с использованием занятых телефонных линий (передача извещений осуществляется путем высокочастотного уплотнения сигналов в телефонных линиях, что не мешает ведению телефонных переговоров).
2.4. Периметральные средства охраны
Защита периметра – один из наиболее важных элементов комплекса безопасности объекта, особенно для таких объектов как атомные или теплоэнергетические станции, нефтегазоперерабатывающие предприятия, нефтяные терминалы, аэропорты, склады готовой продукции и т.д. В ряде случаев крупные объекты имеют внутри периметра еще дополнительные защищаемые локальные зоны – наиболее важные и ответственные центры – сосредоточие материальных ценностей или жизненно важных пунктов. Часто возникает задача временной, краткосрочной охраны небольших периметров, например, при остановке транспорта с ценным грузом, при временном складировании оборудования при строительстве и т.п.
Периметральная граница объекта является наилучшим местом для раннего детектирования вторжения, т.к. нарушитель взаимодействует в первую очередь с физическим периметром и создает возмущения, которые можно зарегистрировать специальными датчиками. Если периметр представляет собой ограждение в виде металлической решетки, то ее приходится перерезать или преодолевать сверху; если это стена или барьер, то через них нужно перелезть; если это стена или крыша здания, то их нужно разрушить; если это открытая территория, то ее нужно пересечь. Все эти действия вызывают физический контакт нарушителя с периметром, который предоставляет идеальную возможность для электронного обнаружения, т.к. он создает определенный уровень вибраций, содержащих специфический звуковой "образ" вторжения. При определенных условиях нарушитель может избегнуть физического контакта с периметром. В этом случае можно использовать "объемные" датчики вторжения, обычно играющие роль вторичной линии защиты.
Для правильного выбора оптимального средства защиты периметра необходимо учитывать возможность выделения полосы отчуждения (запретной зоны) для размещения средств сигнализации, рельеф местности, топографию объекта, растительность, наличие вблизи периметра железнодорожных и автомагистралей, миграцию животных, прохождение линий электропередач, трубопроводов, кабельных линий и т.д. Определенные сложности возникают при организации разрывов в периметре для проезда железнодорожного или автомобильного транспорта (устройство ворот, шлагбаумов, мест досмотра транспорта). При недостаточном внимании эти места могут быть источником повышенной опасности или вызывать частые ложные тревоги.
Специфика отечественных условий проектирования и эксплуатации периметровых систем защиты заключается, прежде всего, в широком разнообразии климатических и почвенно-геологических условий. Большие сезонные колебания температуры, в ряде случаев доходящие до 80 – 90 градусов, сильные снегопады, метели, мокрый снег, частые плотные туманы, ураганные ветры, сильные дожди, гололед, иней вызывают большие трудности при выборе соответствующей системы сигнализации и делают практически невозможным использование какой-либо единственной системы для любой климатической зоны России. Поэтому проектировщик систем безопасности должен хорошо ориентироваться в имеющемся многообразии выпускаемых систем сигнализации, знать их особенности, сферу наиболее выгодного применения и специфику использования.
Датчик любой периметральной системы реагирует на появление нарушителя в зоне охраны или определенные действия нарушителя. Сигналы датчика анализируются электронным блоком (анализатором или процессором), который, в свою очередь, генерирует сигнал тревоги при превышении заданного порогового уровня активности в охраняемой зоне.
Любая периметральная система охраны должна отвечать определенному набору критериев, некоторые из которых перечислены ниже:
возможность раннего обнаружения нарушителя – еще до его проникновения на объект. Вероятность обнаружения, т.е. вероятность выдачи сигнала тревоги при пере-сечении человеком зоны действия датчика, определяет "тактическую надежность" рубежа охраны и должна составлять не менее 0,9 – 0,95;
частота ложных срабатываний – чрезвычайно важный показатель, во многом определяющий общую эффективность всего комплекса безопасности. Приемлемая частота ложных срабатываний для современных систем – не более одного за десять суток работы на участок длиной 250 метров. Уязвимость системы – в возможности “обойти” систему – преодолеть сигнализационный рубеж без выдачи сигнала тревоги. Это возможно, когда нарушитель использует какие-либо методы и средства пересечения рубежа, не попадая в зону обнаружения, или применяет устройства нейтрализации (блокирования) системы;
точное следование контурам периметра, отсутствие "мертвых" зон;
по возможности скрытая установка датчиков системы. Маскируемость (визуальная и техническая) средств обнаружения, особенно для городских объектов (административных учреждений, музеев, банков). Это позволяет увеличить надежность обнаружения, так как не дает информации нарушителю о наличии охранной сигнализации и, кроме того, не искажает архитектурного облика престижных зданий;
независимость параметров системы от сезона (зима, лето) и погодных условий (дождь, ветер, град и т.д.). Т. е. универсальность и гибкость средства обнаружения – возможность работы в широком диапазоне условий эксплуатации в различных климатических условиях для защиты разнообразных объектов;
невосприимчивость к внешним факторам "нетревожного" характера индустриальные помехи, шум проходящего рядом транспорта, мелкие животные и птицы;
устойчивость к электромагнитным помехам – грозовые разряды, источники мощных электромагнитных излучений и т.п.;
надежность, долговечность, простота монтажа и эксплуатации;
низкая стоимость погонного метра рубежа охраны, то есть стоимость аппаратуры, монтажа и наладки в расчете на один метр периметра.
Очевидно, что периметральная охранная система должна обладать максимально высокой чувствительностью, чтобы обнаружить даже опытного нарушителя. В то же время эта система должна обеспечивать по возможности низкую вероятность ложных срабатываний. Причины ложных тревог могут быть различными. Система может, например, среагировать при появлении в зоне охраны птиц или мелких животных. Сигнал тревоги может появиться при сильном ветре, граде или дожде. Кроме того, ложная тревога может возникнуть из-за "технологических" причин: неграмотный монтаж датчиков на ограде, неправильная настройка электронных блоков или просто неудовлетворительное инженерное состояние самой ограды, которая может, например, вибрировать при сильном ветре.
Сегодня рынок периметральных систем, как отечественных, так и импортных, весьма широк. Тем не менее, выбрать наиболее эффективную систему, отвечающую специфическим требованиям объекта, иногда бывает непросто. При выборе и проектировании системы нужно учитывать множество факторов – тип ограды, топографию и рельеф местности, возможность выделения полосы отчуждения, наличие растительности, соседство железных дорог, эстакад и автомагистралей, наличие линий электропередач.
Весьма важным фактором является квалификация и опыт организации, которая проектирует и монтирует периметральную систему охраны. Опыт показывает, что зачастую эффективность системы определяется не столько ее исходными техническими параметрами, сколько правильностью выбора и грамотностью ее монтажа.
Для оценки эффективности периметральных систем чаще используют специальные испытательные полигоны. Охранные системы там монтируют на стандартных оградах и оценивают их по специальным методикам, имитируя различные действия нарушителя – разрушение ограды, перелезание, подкоп и др.
Особенность периметральных систем состоит в том, что обычно они конструктивно интегрированы с ограждением и генерируемые охранной системой сигналы в сильной степени зависят как от физико-механических характеристик ограды (материал, высота, жесткость и др.), так и от правильности монтажа датчиков (выбор места крепления, метод крепления, исключение случайных вибраций ограды и т.п.). Очень большое значение имеет правильный выбор типа охранной системы, наиболее адекватно отвечающей данному типу ограды.
Периметральные системы используют, как правило, систему распределенных или дискретных датчиков, общая протяженность которых может составлять несколько километров. Такая система должна обеспечивать высокую надежность при широких вариациях окружающей температуры, при дожде, снеге, сильном ветре. Поэтому любая система должна обепечивать соответствующую автоматическую адаптацию к погодным условиям и возможность дистанционной диагностики.
Любая периметральная система должна легко интегрироваться с другими охранными системами, в частности, с системой видеонаблюдения.
Радиолучевые системы. Такие системы содержат приемник и передатчик СВЧ сигналов, которые формируют зону обнаружения в виде вытянутого эллипсоида вращения (рис.2.8). Длина отдельной зоны охраны определяется расстоянием между приемником и передатчиком, а диаметр зоны варьируется от долей метра до нескольких метров.
Рис.2.8. Принцип действия радиолучевой системы
Принцип действия таких систем основан на анализе изменений амплитуды и фазы принимаемого сигнала, возникающих при появлении в зоне постороннего предмета. Системы применимы там, где обеспечивается прямая видимость между приемником и передатчиком, т.е. профиль поверхности должен быть достаточно ровным и в зоне охраны должны отсутствовать кусты, крупные деревья и т.п.
Применяют радиолучевые системы как при установке вдоль оград, так и для охраны неогражденных участков периметров. Эти системы обычно рассчитаны на обнаружение нарушителя, который преодолевает рубеж охраны в полный рост или согнувшись.
Общим недостатком радиолучевых систем является наличие “мертвых” зон – чувствительность системы понижена вблизи приемника и передатчика, поэтому приемники и передатчики соседних зон должны устанавливаться с перекрытием в несколько метров. Кроме того, радиолучевые системы недостаточно чувствительны непосредственно над поверхностью земли (30 – 40 см), что может позволить нарушителю преодолеть рубеж охраны ползком.
Относительно широкая зона чувствительности системы обусловливает ограниченность ее применения на объектах, где возможно случайное попадание в зону обнаружения людей, транспорта и т.п. В таких ситуациях для предотвращения ложных срабатываний рекомендуется с помощью дополнительной ограды оборудовать предзонник.
Блоки радиолучевых систем устанавливают либо на грунте (с помощью специальных стоек), либо на ограде или стене здания. При установке системы на грунте требуется подготовить охраняемую зону – спланировать территорию, удалить кустарники, деревья и посторонние предметы. При эксплуатации необходимо периодически выкашивать траву и убирать снег. При значительной высоте снежного покрова (более 0,5 м) необходимо изменить высоту крепления блоков на стойках и провести их дополнительную юстировку.
Радиоволновые системы. Чувствительным элементом такой системы является пара расположенных параллельно проводников (кабелей), к которым подключены соответственно передатчик и приемник радиосигналов. Вокруг проводящей пары (“открытой антенны”) образуется чувствительная зона, диаметр которой зависит от взаимного расположения проводников. При появ-лении человека в зоне чувствительности сигнал на выходе прием-ника изменяется и система генерирует сигнал тревоги (см. рис.2.9, а, б).
Рис.2.9. Зоны обнаружения системы RAFID
При использовании радиоволновых систем на оградах кабели устанавливают либо на специальных стойках на верхнем торце ограды, либо непосредственно на поверхности ограды.
Выпускаются модификации радиоволновых систем также для защиты неогражденных территорий. При этом кабели устанавливают в грунт на глубину 15 – 30 см (см. рис.2.10). Такая система охраны является скрытой, но подвержена сильному активных лучевых систем – возможность создания очень узкой зоны обнаружения. На практике сечение чувствительной зоны определяется размером используемых в оптических блоках линз. Это особенно важно для объектов, вокруг которых невозможно создать зону отчуждения. Однако, как и радиолучевые, ИК- лучевые системы могут применяться только на прямолинейных участках периметров или оград.
Рис.2.10. Упрощенная блок-схема системы RAFID
Основная проблема лучевых ИК-охранных приборов – ложные срабатывания при неблагоприятных атмосферных условиях (дождь, снегопад, туман), уменьшающих прозрачность среды. Надежность в таких случаях обеспечивают за счет многократного превышения энергии луча над минимальным пороговым значением, необходимым для срабатывания датчика.
Источником помех может быть также прямая засветка приемника солнечными лучами. Чаще всего это случается на закате или рассвете, когда солнце стоит низко над горизонтом. Согласно российским стандартам датчик должен сохранять работоспособность при естественной освещенности не менее 10000 лк и не менее 500 лк – от электрических осветительных приборов. Большинство современных отечественных и зарубежных лучевых датчиков имеют специальные средства фильтрации фонового излучения и отвечают указанным выше требованиям. Однако для обеспечения высокой помехозащищенности от засветки очень важно правильно юстировать датчик при его настройке и выполнять все рекомендации изготовителя по монтажу.
Кроме того, ИК системы могут срабатывать при попадании в луч птиц, листьев и веток деревьев или др. Для повышения устойчивости и надежности ИК-лучевых систем их делают многолучевыми (обычно используют 2 или 4 независимых луча), а также применяют схемы автоматической обработки сигналов, минимизирующие влияние внешней среды.
Специальные меры принимают для сохранения работоспособности датчиков в зимних условиях, при возможности обмерзания или налипания снега на оптические поверхности блоков. Достаточно надежными методами борьбы с указанными явлениями служат специальные козырьки на оптических фильтрах и внутренние обогреватели оптико-электронных блоков.
Пассивные ИК системы. Такие “однопозиционные” системы представляют собой пассивные ИК-детекторы с пространственной диаграммой чувствительности в виде луча. Они проще в монтаже и настройке, чем двухпозционные ИК-лучевые системы и используются в основном там, где нужно перекрыть короткие участки периметра – зоны въезда транспорта, разрывы в ограждениях, ворота, оконные проемы и т.п. Для таких датчиков характерно большее поперечное сечение чувствительной зоны, чем для лучевых оптических датчиков.
Датчики являются одним из главных элементов системы сигнализации и во многом определяют ее эффективность. Анализ номенклатуры датчиков, предлагаемых крупнейшими производителями систем охранной сигнализации, показывает, что в классе датчиков для охраны помещений наиболее популярными являются инфракрасные (ИК) пассивные, комбинированные (в основном ИК+микроволновые), различные модификации контактных (в первую очередь магнитоконтактные) и акустические датчики разбития стекла. Реже применяются микроволновые, ультразвуковые активные и инерционные ударные датчики. Ниже рассматриваются принципы действия, номенклатура и особенности применения наиболее популярных датчиков охранной сигнализации – ИК-пассивных. Эти датчики предназначены в первую очередь для защиты объема охраняемого помещения.
ИК-пассивные датчики, называемые также оптико-электронными, относятся к классу детекторов движения и реагируют на тепловое излучение движущегося человека. Принцип действия этих датчиков основан на регистрации изменения во времени разницы между интенсивностью ИК излучения от человека и фонового теплового излучения. В настоящее время ИК-пассивные датчики являются самыми популярными, они составляют неотъемлемый элемент охранной системы практически каждого объекта. Для того чтобы нарушитель был обнаружен ИК-пассивным датчиком, необходимо выполнение следующих условий:
нарушитель должен пересечь в поперечном направлении луч зоны чувствительности датчика;
движение нарушителя должно происходить в определенном интервале скоростей;
чувствительность датчика должна быть достаточной для регистрации разницы температур поверхности тела нарушителя (с учетом влияния его одежды) и фона (стены, пол).
ИК-пассивные датчики состоят из трех основных элементов:
оптической системы, формирующей диаграмму направленности датчика и определяющей форму и вид пространственной зоны чувствительности;
пироприемника, регистрирующего тепловое излучение человека;
блока обработки сигналов пироприемника, выделяющего сигналы, обусловленные движущимся человеком, на фоне помех естественного и искусственного происхождения.
Оптоволоконные системы. Оптоволоконные кабели, используемые обычно для передачи информации, можно использовать также и в качестве датчиков для периметральных охранных систем. Деформация оптоволоконного кабеля изменяет его оптические параметры (показатель преломления и др.) и, как следствие, характеристики прошедшего через волокно лазерного излучения. В силу специфики используемых физических принципов оптоволоконные системы отличаются очень малой восприимчивостью к любым электромагнитным помехам, что позволяет использовать их в неблагоприятной электрофизической обстановке.
Оптоволоконные кабели проявляют несколько физических эффектов, позволяющих применять их в качестве периметральных датчиков. Во всех случаях к одному концу кабеля подключен миниатюрный полупроводниковый лазер, генерирующий когерентное излучение. Противоположный конец кабеля состыкован с фотодиодом (приемником), преобразущим оптический сигнал в электрический. Анализатор сравнивает принимаемый сигнал с эталонным, который соответствует невозмущенному состоянию сенсора, и детектирует внешние воздействия на периметр (смещения, вибрации или сжатия кабеля).
В охранной системе Model M106E фирмы Fiber SenSys (США) используется метод регистрации межмодовой интерференции. Лазер излучает несколько десятков близких по частоте мод (спектральных линий) с определенным распределением энергии по спектру. Если оптоволоконный кабель подвергается механическим воздействиям, то на его выходе регистрируемый приемником спектр излучения меняется, что позволяет детектировать деформации кабеля.
В оптоволоконной системе фирмы Sabreline (США) используется эффект изменения распределения излучения по поперечному сечению при деформации волокна. На выходе многомодового оптоволокна наблюдается так называемая “спекл – структура” (speckle – structure), представляющая собой нерегулярную систему светлых и темных пятен. Для детектирования деформаций кабеля здесь применяют пространственно-чувствительные фотоприемники.
Оптоволоконные системы серии FOIDS (изготовитель фирма Mason&Hanger, США) используют принцип двухлучевой интерферометрии. Луч лазера расщепляется на два и направляется в два идентичных одномодовых оптических кабеля, один из которых является детектирующим, а другой – опорным. На приемном конце оба луча образуют интерференционную картину. Механические воздействия на детектирующий кабель приводят к изменениям интерференционной картины, которые регистриуются фотоприемником.
Интересной особенностью оптоволоконных систем является возможность их применения для защиты не только оград, но и неогражденных территорий. В последнем случае волокно располагают под поверхностью земли, в канавке, заполненной гравием. При этом, как показали испытания в Sandia National Laboratories (США), система способна регистрировать шаги идущего или бегущего человека.
Среди отечественных разработок оптоволоконных периметральных систем можно отметить систему “Ворон”. Основой системы являются серийно выпускаемые извещатели, состоящие из двух герметичных блоков – лазерного передатчика и фотоприемника. Между этими блоками располагается чувствительный элемент – специальный оптоволоконный кабель. Обработка сигналов осуществляется с помощью анализатора или с помощью специального обучаемого процессора, использующего принципы искусственного интеллекта. Обучение процессора происходит после монтажа на конкретном объекте с имитацией реальных сигналов вторжения.
К ограничениям применения оптоволоконных систем можно отнести сложность процедуры сращивания и ремонта кабелей в полевых условиях (требуется применение микроскопа и дорогостоящего устройства для сварки волокон). Опыт практического применения оптоволоконных периметральных систем сравнительно невелик, но потенциальные тактико-технические характеристики таких приборов в части невосприимчивости к электромагнитным помехам вызывают серьезный интерес.
Емкостные системы. Датчик емкостной системы представляет собой один или несколько металлических электродов, укрепленных на изоляторах вдоль ограды, и является, по сути дела, антенной системой. Такая система часто выполняется в виде металлического козырька и устанавливается с помощью специальных стоек и изоляторов на уже существующем ограждении. Системы наиболее эффективны на объектах, оборудованных прочными жесткими оградами (железобетонные плиты, кирпичные стены, сварные металлические панели и т.п.).
На рис.2.11 показана конструкция антенной системы емкостного датчика в виде декоративной металлической решетки, укрепленной на бетонной стене. Все секции решетки соединены в общий электрический контур и изолированы от основной ограды.
Антенная система подключается к электронному блоку, генерирующему электрический сигнал и измеряющему емкость антенной системы. Когда человек приближается к электродам или касается их, емкость антенной системы изменяется, что регистрируется электронным блоком, выдающим сигнал тревоги.
Конфигурация зоны обнаружения определяется методом крепления электродов. При установке основного электрода вдоль верхнего торца ограды система эффективно регистрирует лишь попытки перелезания. Если электроды смонтированы вдоль средней линии ограды, то система срабатывает уже при приближении нарушителя к периметру.
Рис.2.11. Антенная система емкостного