Научные стремления 2011-1

УДК 681.3.05

А.А. Кишкель, А.М. Кузьмицкий

АНАЛИЗ УЯЗВИМОСТИ И ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ОХРАНЫ ОСОБО ВАЖНЫХ ОБЪЕКТОВ

Факультет внутренних войск учреждения образования «Военная академия Республики Беларусь», Минск

Вцелях объективной оценки приспособленности любой системы для выполнения возложенных на нее задач необходимо использовать метод оценки эффективности данной системы. Такие методы могут быть качественными, но лучше, если в их основу положены количественные показатели, позволяющие сравнивать различные варианты системы физической защиты.

Система физической защиты (СФЗ) представляет собой совокупность правовых норм, организационных мер и инженерно-технических решений, направленных на защиту жизненно-важных интересов и ресурсов предприятия (объекта) от угроз, источниками которых являются злоумышленные (несанкционированные) физические воздействия физических лиц - нарушителей (террористов, преступников, экстремистов и др.) [1].

Эффективность как свойство конкретного класса систем зависит от их специфики. В частности, применительно к СФЗ можно дать следующее определение.

Эффективность системы физической безопасности – вероятность выполнения системой своей основной целевой функции по обеспечению защиты объекта от угроз, источниками которых являются злоумышленные противоправные (несанкционированные) действия физических лиц (нарушителей) [1].

Эффективность системы физической безопасности рассматривается как один из основных элементов физической безопасности.

Всвою очередь, физическая безопасность объекта – состояние защищенности жизненно-важных интересов (объекта) от угроз, источниками которых являются злоумышленные противоправные (несанкционированные) действия физических лиц (нарушителей) [2].

Одной из главных задач начальной стадии проектирования физической безопасности объекта, является проведение анализа уязвимости и оценки эффективности систем охраны особо важных объектов – организованный руководством объекта процесс выявления уязвимых мест, определения угроз, вероятных способов их осуществления и моделей нарушителей [2].

Для комплексного анализа уязвимости и оценки эффективности систем охраны особо важных объектов применяются следующие методы:

метод экспертных оценок;

метод математического (компьютерного) моделирования;

практический метод.

Метод экспертных оценок проводится путем получения экспертных

оценок комиссии, в состав которой входят специалисты соответствующих

571

служб: безопасности, главного технолога, главного инженера, пожарной охраны.

Метод математического (компьютерного) моделирования заключается в проведении анализа при помощи математических расчетов по специально разработанным формулам.

Практический метод основан на оценке информации, полученной при проведении учений на реальном объекте либо макете охраняемого объекта.

Ввиду следующих объективных факторов:

отсутствие квалифицированных специалистов, которые могли бы дать качественную экспертную оценку СФЗ охраняемого объекта;

невозможность проведения учений, из-за отсутствия объектов, оборудованных необходимой и достаточной СФЗ;

сложности и не достаточной развитости метода математического (компьютерного) моделирования охраны и обороны объектов, мы полагаем целесообразным предложить свой вариант математического метода, основанный на событийно-временном анализе развития конфликтной ситуации в системе «охрана – нарушитель». При этом рассмотреть ситуацию внешней угрозы.

Для определения эффективности СФЗ необходимо оценить способность СФЗ пресечь несанкционированные действия нарушителя. Под термином пресечение понимается своевременный выход сил охраны на рубежи (к месту) нейтрализации нарушителя [4].

Вкачестве основного критерия оценки эффективности СФЗ предлагаю принять способность СФЗ пресечь несанкционированные действия нарушителя. Эффективность СФЗ оценивается количественными показателями, отражающими вероятность пресечении несанкционированных действий нарушителя силами охраны, действующими по сигналу тревоги.

Показатели эффективности будут зависеть от определенных в процессе анализа уязвимости объекта угроз, моделей нарушителя и уязвимых мест.

Для оценки эффективности СФЗ будут применены два основных показателя:

вероятность обнаружения нарушителя техническими средствами физической зашиты (ТСФЗ);

время задержания нарушителя инженерными средствами физической защиты (ИСФЗ).

Эффективность СФЗ при внешней угрозе проводится для всех уязвимых мест объекта с учетом моделей нарушителя, разработанных при проведении анализа уязвимости объекта и уточненных на этапах сбора исходных данных и составления формализованного описания объекта.

Вероятность обнаружения противника техническими средствами физической защиты рассчитывается исходя из количества ТСФЗ и

вероятности обнаружения ими противника по формуле:

где об – вероятность обнаружения противника ТСФЗ; , , – вероятности обнаружения противника, значения которых, указаны в тактикотехнических характеристиках для соответствующих ТСФЗ.

Время задержания рассчитывается исходя из количества ИСФЗ и опытных данных времени, необходимых противнику для преодоления данных средств по формуле:

где зад – время задержания противника ИСФЗ; n1, n2, nn – количество однотипных заграждений, применяемых при оборудовании объекта ИСФЗ; , , – табличное значение опытных данных времени, необходимых противнику для преодоления данных средств.

По результатам анализа уязвимости разрабатываются общие рекомендации по обеспечению безопасности объекта и оборудованию его необходимой СФЗ.

В дальнейшем, при необходимости, могут быть учтены также следующие показатели:

время выдвижения сил охраны к месту несанкционированного проникновения;

коэффициент технической оснащенности;

коэффициент боеспособности;

коэффициент осведомленности нарушителя о СФЗ;

вероятность наличия среди нарушителей лиц, способных на самопожертвование;

численное соотношение нарушителей и сил охраны;

наличие систем и средств оптикоэлектронного наблюдения;

тактика действий сил охраны; Завершающим этапом может стать проведение комплексных учений,

необходимых для практической оценки предложенного типа СФЗ.

Таким образом, предложенный мною способ анализа уязвимости и оценки эффективности систем охраны особо важных объектов является относительно простым и позволяет на начальной стадии проектирования выбрать оптимальный вариант СФЗ, обладающий достаточно высокой эффективностью при минимальных затратах на его создание и внедрение в систему охраны объекта.

Литературные источники

1.Об использовании атомной энергии: Закон Республики Беларусь от 30.06.2008

г. N 426-З.

2.Об утверждении положения о физической защите объектов использования атомной энергии: Постановление Совета Министров Республики Беларусь 27 сентября 2010 г. № 1385.

3.О борьбе с актами ядерного терроризма: Международная конвенция от 13.04.2005 г. № 59/290.

573

4.Системы физической защиты. Методические рекомендации по проведению анализа уязвимости ядерно-опасных объектов: Приложение к распоряжению Минатома России от 10.05.2001г. № 167-р.

5.Руководство по самооценке риска диверсий на ядерных установках. Ревизия 2 от 14.03.2003 г. – М.: МАГАТЭ. 2003.

6.Бояринцев, А.В. Определение и ранжирование угроз объектам // БДИ. – 2007 г.

№2 (71).

7.Радаев, Н.Н. Формализация нарушителя в задаче оценки эффективности системы физической защиты объекта // БДИ – 2007 № 5 (74).

A.A. Kishkel, A.M. Kuzmitsky

VULNERABILITY ANALYSIS AND ASSESSMENT OF THE EFFECTIVENESS OF THE PROTECTION OF CRITICAL FACILITIES

Faculty of internal troops formation establishment «Military academy of Byelorussia»,

Minsk

Summary

To assess the ability of any system to perform its tasks using the method of assessing the effectiveness of the system. My proposed method is simple and allows you to choose among the physical protection system, which has high efficiency at minimum cost to its creation and implementation of the system of the object.

574

УДК 536.758:621.391.63

С.А. Коваль, М.А. Ходасевич

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АП-КОНВЕРСИОННОГО ЭРБИЕВОГО ВОЛОКОННОГО УСИЛИТЕЛЯ ВИДИМОГО ДИАПАЗОНА

Институт физики им. Б.И. Степанова НАН Беларуси, Минск

Введение. С развитием эффективных полупроводниковых лазеров накачки, излучающих в ближнем ИК- и видимом диапазонах спектра, апконверсия, приводящая к сдвигу длины волны излучения допированных редкоземельными материалами сред в видимую и УФ области спектра, стала предметом большого количества исследовательских работ. Они обусловлены перспективными применениями ап-конверсионных источников и усилителей в таких важных прикладных областях как разработка дисплеев, сенсоров, волоконных усилителей видимого диапазона спектра и ап-конверсионных лазеров [1, 2]. Следует отметить также такую новую область применения оптических волокон как высокоскоростная бортовая локальная сеть передачи информации в современных автомобилях. В одном из вариантов такой сети были использованы светоизлучающий диод видимого диапазона спектра и дешевое пластиковое волокно [3]. Несмотря на малую протяженность бортовой сети, для нее требуется оптическое усиление, которое может быть реализовано с помощью ап-конверсионных процессов в допированных редкоземельными материалами волокнах [4].

В качестве активатора, подходящего для ап-конверсионного видимого диапазона, может быть использован ион Er3 , переход

которого соответствует излучению в диапазоне 540-550 нм. При этом уровень 4 S3/ 2 может быть эффективно заселен за счет кооперативных эффектов в

высокодопированном волокне.

В данной работе предложена численная модель ап-конверсионного эрбиевого волоконного усилителя (АЭВУ), с помощью которой исследуются спектральные характеристики данного устройства.

Теоретическая модель. На рисунке 1 изображена схема энергетических уровней иона эрбия и основные переходы, возможные в процессе накачки Er3 излучением с длинами волн вблизи 980 нм и 1480 нм [5]. При достаточно большой концентрации между ионами эрбия могут происходить три кооперативных процесса [6]:

две ап-конверсии ETU1 (4I13/2, 4I13/2)→(4I9/2, 4I15/2) и ETU2 (4I11/2,

4I11/2)→(4S3/2, 4I15/2), изображены на рис. 1 пунктирными стрелками;

кросс-релаксация CR (4S3/2, 4I15/2)→(4I9/2, 4I13/2), обозначена сплошными стрелками.

Система уровней (4S3/2, 2H11/2, 4F7/2) является термически связанной со временем релаксации 10-10-10-12 с, поэтому при моделировании еѐ можно рассматривать как один уровень. Населенностью уровня 4F9/2 можно пренебречь ввиду высокой вероятности его безызлучательной релаксации.

575

В качестве активной среды нами была рассмотрена синтезированная в С.Петербургском ГУ ИТМО свинцово-фторидная наностеклокерамика с концентрацией ионов эрбия 6.4 1026 м-3, которая на два порядка величины превышает обычно используемую в волоконных усилителях С-диапазона. При моделировании были использованы экспериментально зарегистрированный спектр испускания и рассчитанный по методу МакКамбера спектр поглощения для лазерного перехода 4S3/2 4I15/2, параметры моделируемого АЭВУ соответствуют широко распространенным оптическим активированным волокнам: профиль волокна – ступенчатый; радиус сердцевины – 1.4 мкм; радиус допирования – 1.0 мкм; численная апертура – 0.3; накачка – комбинированная на длинах волн 980 нм и 1480 нм мощностью по 50мВт для каждой длины волны; входная мощность сигнала -10 dBm; длина усилителя варьировалась в переделах нескольких десятков сантиметров.

Результаты моделирования. На рисунках 2-3 приведены примеры результатов численного моделирования характеристик АЭВУ видимого диапазона спектра на основе исследуемой наностеклокерамики: спектр усиления и спектр ASE.

Рисунок 2 - Зависимость спектра усиления G эрбиевого ап-конверсионного усилителя видимого диапазона от длины усилителя

Рисунок 3 - Спектр мощности ASE при 15 см длине усилителя

Выводы. При суммарной мощности накачек 100 мВт и длине усилителя около 10 см вблизи длины волны 540 нм возможно достижение усиления в 20

577

дБ. Уровень выходного сигнала при этом достигает 10 дБм и существенно превышает уровень мощности усиленного спонтанного излучения ( -12 дБм в попутном направлении). Такие характеристики являются приемлемыми для рассмотрения практических применений моделируемого устройства.

Литературные источники

1.B.N. Samson, P.A. Tick, N.F. Borrelli, Opt. Lett. 26 (2001) 145.

2.O.Toma, IEEE J. Quantum Electron. 43 (2007) 519.

3.M.Kagami, R&D Rev. Toyota CRDL 40 (2005) 1.

4.G.Qin et al., Optics Communications 279 (2007) 298.

5.A.V. Kir‘yanov et al., Laser Physics 18 (2008) 1251.

6.M. Pollnau, S.D. Jackson, IEEE J. Quantum Electron. 38 (2002) 162.

S.A. Koval, M.A. Khodasevich

NUMERICAL MODELING OF UPCONVERSION ERBIUM FIBER AMPLIFIER FOR VISIBLE RANGE

B.I. Stepanov Institute of Physics, National Academy of Sciences, Minsk

Summary

Comprehensive numerical model of upconversionally-pumped erbium-doped fiber amplifier for visible range is presented. Calculations show that 20 dB gain at 540 nm can be expected with 100 mW total power pumping at 1480 and 980 nm, which is promising for practical applications.

578

И.А. Коризна

ПРАКТИКА ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОВРЕМЕННЫХ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ

ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЗДАНИЙ

Государственное предприятие «Институт жилища – НИПТИС им. Атаева С.С.»

Известно, что через ограждающие конструкции зданий за отопительный период теряется от 40 до 70 % тепловой энергии. От того, насколько точно определены теплозащитные свойства ограждающих конструкций на стадии проектирования, зависят фактические параметры микроклимата помещений и годовые энергозатраты на эксплуатацию здания.

Применение современных программных средств в теплотехнических расчетах ограждений позволяет учесть их конструктивные особенности и оценивать возможность образования зон выпадения конденсата.

Современная техническая нормативная база в строительстве предполагает определение основного показателя теплозащитных свойств ограждающих конструкций - сопротивления теплопередаче – посредством расчета стационарного температурного поля для ограждающих конструкций, не являющимися плоскими (которые имеют выступы на поверхности и др.), а также по критерию отличия термических сопротивлений конструкции в плоскостях, перпендикулярных и параллельных направлению теплового потока (в соответствии с ТКП 45-2.04-43-2006). Как показывает практика расчетов, преобладающее большинство наружных стен являются таковыми в силу наличия в них примыканий, углов, швов, простенков и других традиционных элементов.

Вместе с тем, действующие технические нормативные правовые акты не дают подробной методики расчета подобных конструкций. В результате специалисты-теплотехники могут получать различные результаты для одной и той же ограждающей конструкции на базе одного программного обеспечения. Большинство же теплотехнических расчетов производится по упрощенной методике, которая в иных случаях дает погрешность 50 % и более.

Вевропейских нормах установлены подробные правила расчета сопротивления теплопередаче фрагментов и узлов конструкций с применением программного обеспечения, установлены требования к ним.

Внашем институте накоплен достаточный опыт теплотехнических расчетов ограждений с применением современного программного обеспечения. При этом теплотехнический расчет выполняется в несколько этапов. Первоначально производится разбивка ограждающих конструкций на характерные повторяющиеся фрагменты, затем по результатам расчета теплового потока определяются приведенные сопротивления теплопередаче фрагментов ограждающих конструкций. После выполняется анализ температуры на внутренней поверхности ограждающей конструкций на предмет возможности образования зон выпадения конденсата и, при необходимости, корректировка конструкции ограждения. Затем определяются

579

значения приведенного сопротивления теплопередаче для каждого помещения и здания в целом. На заключительном этапе формируются исходные данные для расчета потерь теплоты в разделе «Отопление и вентиляция» проекта.

Разбивка конструкции на фрагменты (назначение границ) зависит от габаритов и периодичности расположения теплопроводных включений. Границы назначаются в зонах стабилизации теплового потока.

При построении и расчете фрагментов с мелкоразмерными теплопроводными включениями учитывается теплопроводность основного материала ограждения, и количество включений на 1 м2.

В случае существенного взаимовлияния теплопроводных включений назначение границ осуществляется на основании предварительного анализа фрагментов различной площади.

Результатами расчета фрагментов являются приведенное сопротивление теплопередаче и температурное поле на поверхностях фрагментов и по их сечениям. При необходимости выполняется расчет паропроницаемости конструкции.

Приведенное сопротивление теплопередаче фрагмента ограждающей конструкции определяется по тепловому потоку, полученному с помощью программного обеспечения. Приведенное сопротивление теплопередаче помещения определяется по совокупности фрагментов ограждений. Смежным специалистам по отоплению и вентиляции передаются планы этажей здания с указанием на них значений площади ограждающей конструкции и приведенного сопротивления теплопередаче.

Оценка температурного поля на наличие зон образования конденсата на внутренних поверхностях фрагмента производится визуально. Практика расчетов показывает, что высокое значение приведенного сопротивления теплопередаче не гарантирует отсутствие этих зон. В таких случаях заказчику предлагаются варианты изменения конструкции для устранения проблемных участков.

Государственное предприятие «Институт жилища - НИПТИС им. Атаева С.С.» выполняет работы по определению приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций с применением сертифицированных программных продуктов. Высококвалифицированные специалисты производят теплотехнические расчеты с предоставлением значений приведенного сопротивления теплопередаче и температуры поверхности по узлам, фрагментам ограждений, помещениям и здания в целом.

Возможно выполнение расчетов теплопотерь помещений через ограждающие конструкции и теплопотерь, связанных с вентиляцией, в том числе с применением рекуперации тепла вентиляционных выбросов. Проектные решения, основанные на вышеуказанных расчетах, реализованы на многих объектах, в том числе в энергоэффективных зданиях Республики Беларусь и стран СНГ.

580