2. Геофонные системы охраны периметров.
Геофоны - это сейсмические датчики (сенсоры), широко используемые в геологии для каротажа, при котором регистрируются колебания почвы от волн звукового диапазона частот, возбужденных на поверхности земли, и отраженных от пород, залегающих на различных глубинах под землей.
Такой датчик представляет собой проводящую обмотку и помещенный внутрь нее магнитный сердечник, который может свободно колебаться вдоль оси обмотки (Рис.4.). При колебании магнита в катушке наводится напряжение, регистрируемое анализатором.
Геофоны обладают чрезвычайно высокой чувствительностью. Их чувствительность зависит от направления источника колебаний. Максимальная чувствительность наблюдается в вертикальном направлении (вдоль оси датчика), минимальная чувствительность - в перпендикулярном к оси направлении. Эту их особенность учитывают при проектировании и монтаже систем охранной сигнализации.
Рассмотрим примеры применения геофонных датчиков в системах охранной сигнализации периметра. Первая из систем - это система Geonet 651 серии М фирмы SouthWest Micriwave [4]. Геофоны, установленные в защитных корпусах, крепят в вертикальном положении непосредственно к металлической ограде на расстоянии приблизительно 6 м друг от друга. При попытке преодоления ограды нарушителем в ней возникают вибрации, которые преобразуются геофоном в электрический сигнал (частотный диапазон 800-5000 Гц). Этот сигнал поступает в процессор , где подвергается обработке, детектированию и анализу. Если детектированный сигнал превышает пороговое значение, формируется сигнал тревоги. Вертикальное расположение геофона на ограде позволяет снизить уровень помех, вызванных природными явлениями, например, ветром. Ветер приводит к горизонтальным колебаниям ограды, чувствительность к которым у геофона минимальна. Установка геофонной системы Geonet 651 серии М на ограде показана на Рис.2.1.
Рис.2. 1. Геофонная система на металлической ограде
Типовой состав системы следующий. Шесть геофонов, объединенных в две геофонные цепи, обслуживаются одним процессором (Geonet M-series processor). Геофоны крепятся непосредственно к ограде стяжками из нержавеющей проволоки на расстоянии 6 м друг от друга, перекрывая участок длиной приблизительно 36 м. Объединение девяти подобных участков позволяет образовать зону охраны, протяженностью до 300 м. Сигнал от процессора поступает в приемно-контрольную панель (ICU controller). Информация с панели может быть отображена на дисплее, распечатана на принтере или передана по каналу связи.
Основной средой распространения детектируемых вибраций для системы служит сама металлическая ограда, в которой колебания затухают значительно слабее, чем в земле. Поэтому в случае использования этой системы для охранной сигнализации периметра зона отчуждения не требуется, так как колебания, вызывающие сигнал тревоги, возникают лишь при непосредственном контакте нарушителя с оградой.
Другую систему Psicon выпускает английская фирма Geoquip Ltd. [5,6]. Эта система предназначена для установки в основании массивной ограды, выполненной из кирпича, природного камня или бетона. Геофоны замуровывают в ограду и соединяют их кабелями с анализаторами, в которых происходит обработка, детектирование сигнала и формирование сигнала тревоги. В системе Psicon производится трехмерная обработка принимаемого сигнала и его сравнение с образцами "опасных" и "неопасных" сигналов, хранящихся в архиве системы. При настройке этой системы осуществляют имитацию опасных и неопасных действий и дополняют архив новыми образцами сигналов, полученных в конкретных реальных условиях. Средой распространения колебаний является ограда, ее фундамент и земля вблизи фундамента, и зона отчуждения при использовании такой системы желательна. При сезонных и погодных изменениях параметров земли требуется дополнительная настройка системы.
Одной из наиболее совершенных вибросейсмических систем является периметральный комплекс Psicon, выпускаемый английской компанией Geoquip. Здесь в качестве сенсоров использованы дискретные сейсмические датчики, иногда называемые геофонами (фото 6). Такой датчик представляет собой проводящую обмотку и помещенный внутрь нее магнитный сердечник, который может свободно колебаться вдоль оси обмотки. При колебании магнита в катушке наводится напряжение, регистрируемое анализатором. Геофонные датчики собирают в луч необходимой длины и помещают под землю или прикрепляют к ограде. Высокая чувствительность геофонных датчиков позволяет регистрировать весьма слабые сигналы и обнаруживать нарушителя, преодолевающего, например, массивную бетонную или кирпичную стену. При монтаже геофонов под землей система Psicon надежно обнаруживает осторожно идущего или ползущего человека или нарушителя, спрыгнувшего с ограды.
Фото 6. Геофонные датчики и анализатор вибросейсмической периметральной системы Psicon фирмы Geoquip (Великобритания).
В типовой конфигурации однозонная система Psicon содержит 4 луча, в каждый из которых включено по 16 дискретных геофонных датчиков. Расстояние между датчиками равно 3,2 м и общая длина одной охраняемой зоны составляет около 100 метров. Все 64 датчика подключены к общему анализатору, который обрабатывает сигналы и выдает сигнал тревоги при локализации вторжения с точностью, соответствующей длине одного луча (50 м). Геофонные датчики помещают в герметические жесткие корпуса размерами 110х75х35 мм. Все датчики соединяются армированным многожильным кабелем и поставляются в виде готовых к укладке в землю лучей. Диапазон рабочих температур датчиков - от -40О до +100ОС.
Высокая чувствительность геофонных датчиков системы делает необходимой использование мощного “интеллектуального” процессора для обработки сигналов и фильтрации помех, создаваемых окружающей средой (шум транспорта, движение корней деревьев, дождь и т.п.). В системе Psicon для этого используется разработанная фирмой Geoquip технология, получившая название TESPAR. Система преобразует аналоговый сигнал датчиков в цифровую кодовую последовательность, которая затем подвергается матричному преобразованию в анализаторе. Последний использует принцип распознавания образов и сравнения их с эталонными, записанными в памяти анализатора. Сравнение происходит в реальном времени и позволяет надежно распознать слабые сигналы нарушителя на фоне даже весьма интенсивных помех или шумов. Систему можно “обучать” непосредственно на объекте, сохраняя в памяти процессора как “тревожные”, так и “нетревожные” сигналы. Для настройки системы используется портативный компьютер, подключаемый к порту электронного блока.
Анализатор Psicon имеет габариты 400х300х110 мм и потребляет ток 500 мА при номинальном напряжении источника 12 В. Диапазон рабочих температур анализатора - от -25О до +70ОС.
Заключение
Защита периметра - комплексная задача, для эффективного решения которой очень важен правильный выбор охранной системы и оптимальное сочетание физического барьера, затрудняющего проникновение на объект, со средствами охранной сигнализации. Среди множества современных периметральных охранных систем невозможно выделить одну, которая была бы самой универсальной и наилучшей со всех точек зрения. Поэтому при проектировании систем охраны периметра необходимо учитывать множество факторов: возможность выделения полосы отчуждения, рельеф местности, конструкцию и материал ограды, растительность, наличие вблизи железных или автомобильных дорог и др.
Специфика российских условий проектирования и эксплуатации периметральных систем связана с разнообразием климатических условий. Система должна выдерживать сезонные колебания температуры, сильные ветры, снегопады и метели, иней, град, дожди, туманы и т.п. Все эти факторы, а также экономические ограничения, делают выбор оптимальной периметральной системы непростым делом, требующим высокой квалификации проектировщика и умения ориентироваться во всем многообразии выпускаемых сейчас технических средств охраны.
Кафедра ОАБ доцент Вербицкий Ю. А.