СПОСОБ РАСПОЗНАВАНИЯ ТИПА НАРУШИТЕЛЯ ИНФРАКРАСНЫМ СРЕДСТВОМ ОБНАРУЖЕНИЯ
METHOD OF IDENTIFYING INTRUDER TYPE DUE INFRARED DETECTION MEANS

Изобретение относится к способам распознавания типа нарушителя и может быть использовано в случаях применения одного двухлучевого пассивного инфракрасного средства обнаружения для сигнализационного контроля участка дороги.
Как правило, маршрут движения нарушителя на местности проходит по имеющейся сети троп и дорог. Важным для сил реагирования является не только знание факта нарушения и направления движения нарушителя, но и его типа (пеший или на транспортном средстве), позволяющее правильно оценить диапазон скоростей нарушителя и тем самым наиболее точно определить район его поиска повысив тем самым вероятность его задержания [1].
Для сигнализационного прикрытия сети троп и дорог широко применяются пассивные инфракрасные средства обнаружения (СО) с двухлучевой зоной обнаружения (ЗО) длиной до 50 метров. Анализ СО, применяемых для охраны участков местности, зарубежного производства («Rembass», «Rembass 2» - США, CLASSIC - Великобритания др.) и отечественного (РС-ИК - «Полюс-СТ», Радий БРК-ИК - «Umirs», Мангуст - «Стилсофт» и др.) показывает, что в них используется типовой пироэлектрический преобразователь состоящий из двух дифференциально включенных полусегментов (DUAL), геометрические размеры ЗО и основные характеристики этих средств имеют близкие друг к другу значения (фиг. 1) [2-5]. При этом СО, определяющих тип нарушителя - пеший или на транспортном средстве - нет.
Согласно ГОСТ Р 50777-2014 стандартной целью для рассматриваемых СО является человек весом 50-70 кг, ростом 165-180 см, одетого в хлопчатобумажные брюки, куртку или халат и вязанную шапку [6]. Транспортное средство в качестве цели не рассматривается, хотя вероятность появления нарушителя на транспортном средстве при охранном мониторинге дорожной сети достаточно высока, особенно на колесном (автомобиль, квадроцикл) [1].
Известен способ распознавания типа нарушителя по скорости его движения, заключающийся в установке средства 1 обнаружения и средства 2 обнаружения вблизи дороги на заранее выбранном расстоянии () друг от друга; ориентировании средства 1 обнаружения и средства 2 обнаружения так, чтобы оси их двухлучевых ЗО пересекали участки дороги под углом 90 градусов; переходе средства 1 обнаружения и средства 2 обнаружения поочередно (в зависимости от направления движения нарушителя через данный участок дороги) в режим тревоги при пересечении нарушителем двухлучевых ЗО; обеспечении регистрации системой 3 сбора и обработки информации сигналов тревоги от средства 1 обнаружения и средства 2 обнаружения при пересечении их двухлучевых ЗО нарушителем, движущимся по дороге, вычислении временного интервала между ними и средней скорости нарушителя; определении системой 3 сбора и обработки информации типа нарушителя по скорости его движения: до 5 м/с - нарушитель 4 пеший, свыше 5 м/с - нарушитель 5 на колесном транспортном (фиг. 2) [1].
Недостатками известного способа распознавания типа нарушителя являются высокая вероятность ошибки при распознавании из-за наложения двух скоростных диапазонов (пеший нарушитель может двигаться со скоростью больше 5 м/с, а колесное транспортное средство со скоростью ниже 5 м/с) и необходимость применения двух СО. Причем, чем ниже проходимость дорог (троп) - тем больше наложение скоростных диапазонов и выше вероятность ошибки [1]. Рассматриваемые СО, применяемые для охраны участков местности и входящие в состав мобильных сигнализационных комплексов, имеют высокую рыночную стоимость, составляющую десятки тысяч рублей.
Целью изобретения является получение возможности распознавания типа нарушителя - пеший нарушитель или нарушитель на колесном транспортном средстве (автомобиль, квадроцикл) с низкой вероятностью ошибки и с применением только одного СО.
Для достижения поставленной цели разработан способ распознавания типа нарушителя инфракрасным средством обнаружения, заключающийся в установке одного средства 1 обнаружения у дороги на расстоянии не менее 40% от максимальной длины ЗО так чтобы ее ширина в месте пересечения с дорогой составляла не менее 1 метра; ориентировании средства 1 обнаружения так, чтобы ось его двухлучевой ЗО пересекала участок дороги под углом 90 градусов; переходе средства 1 обнаружения в режим тревоги при пересечении нарушителем его двухлучевой ЗО; записи средством 1 обнаружения полезного сигнала в течение всего времени его нахождения в режиме тревоги; применении в средстве 1 обнаружения алгоритма определения типа нарушителя по форме полезного сигнала: первый импульс полезного сигнала, сформированного при пересечении нарушителем ЗО, имеет один локальный максимум (минимум) - нарушитель 4 пеший, первый импульс полезного сигнала, сформированного при пересечении нарушителем ЗО, имеет два локальных максимума (минимума) - нарушитель 5 на колесном транспортном средстве; передаче средством 1 обнаружения информации о типе нарушителя - нарушитель 4 пеший или нарушитель 5 на транспортном средстве на систему 3 сбора и обработки информации; обеспечении регистрации системой 3 сбора и обработки информации сигнала тревоги и информации о типе нарушителя от средства 1 обнаружения (фиг. 3).
Известно, что принцип действия пассивных инфракрасных средств обнаружения основан на регистрации сигналов, порождаемых тепловым потоком, излучаемым объектом обнаружения (нарушителем) [7, 8].
Известно, что чувствительный элемент СО (пироприемник) состоит из двух дифференциально включенных полусегментов (первого и второго) образующих разностную систему [7, 8]. Данные полусегменты в совокупности с оптической системой формируют конусообразную ЗО средства 1 обнаружения состоящую из двух секторов (фиг. 3). При входе нарушителя в сектор ЗО формируется положительный потенциал на соответствующем полусегменте пироприемника. В связи с тем, что полусегменты подключены дифференциально результирующий полезный сигнал с пироприемника при пересечении ЗО нарушителем представляет собой два разнополярных импульса [7, 8]:
где S(t) - полезный сигнал пироприемника, мкВ;
S1 (t) - сигнал, образованный на первом полусегменте пироприемника СО, мкВ;
S2(t) - сигнал, образованный на втором полусегменте пироприемника СО, мкВ.
Так, при входе нарушителя сначала в первый сектор ЗО - уровень полезного сигнала увеличивается, формируя импульс 6 положительный, а при переходе во второй сектор ЗО - уменьшается, формируя импульс 7 отрицательный (фиг. 4). И наоборот, при входе нарушителя сначала во второй сектор ЗО - уровень полезного сигнала сначала уменьшается и при этом формируется импульс 8 отрицательный, при переходе в первый сектор ЗО - уровень полезного сигнала увеличивается и при этом формируется импульс 9 положительный (фиг. 5).
Предлагается устанавливать средство 1 обнаружения у дороги на расстоянии (Н) не менее 40% от максимальной длины ЗО (L), что при минимальном горизонтальном угле обзора пироприемника в 3 градуса обеспечит ширину ЗО (F) в месте пересечения с дорогой не менее 1 метра (фиг. 3).
где F- ширина ЗО в месте ее пересечения с дорогой, м;
α - горизонтальный угол обзора пироприемника, град.;
Н - расстояние от СО до дороги, м.
При рассмотрении термограммы пешего нарушителя, ширина профиля которого (0,3-0,4 м) в несколько раз меньше ширины ЗО в месте ее пересечения с дорогой (≥1 м), выделяют одну наиболее нагретую зону и представляют как точечный тепловой излучатель (фиг. 6). Поэтому сигнал, формируемый пироприемником при пересечении таким нарушителем ЗО, представляет собой последовательность импульсов, каждый из которых имеет по одному локальному максимуму или минимуму вне зависимости от скорости нарушителя (фиг. 4, 5) [8].
При рассмотрении термограмм транспортного средства длиной 2-5,5 м и, соответственно, превышающей ширину ЗО в месте пересечения с дорогой (≥1 м) четко выделяются две наиболее нагретые зоны - зона 10 передняя (двигатель и переднее колесо) и зона 11 задняя (заднее колесо и выхлопная труба) (фиг. 7, 8).
Авторами установлено, что при пересечении ЗО, развернутой через дорогу по предлагаемой схеме, колесным транспортным средство в импульсе 12 или импульсе 14 полезного сигнала, в зависимости от направления движения, формируется два локальных максимума или минимума, соответственно. Это объясняется тем, что в отличии от человека колесное транспортное средство представляет собой не один, а два точечных тепловых излучателя, с расстоянием между ними в несколько раз превышающим ширину ЗО (фиг. 9, 10).
Авторами установлено, что эти локальные максимумы или минимумы являются значимыми признаками, указывающими на обнаружение колесного транспортного средства, и присутствуют у сигнала на всем диапазоне скоростей транспортного средства - от 3 до 17 м/с (10-60 км/ч). Этот признак не выделяется при пересечении ЗО в месте, где ее ширина менее 0,5 м и выделяется не гарантировано при ширине ЗО 0,5-0,9 м, так как время нахождения объекта, движущегося со скоростью более 11 м/с (40 км/ч), внутри ЗО мало и не обеспечивает формирования двух локальных максимумов или минимумов. Поэтому в требованиях по развертыванию СО на дороге - расстояние от СО до дороги должно быть не менее 40% от максимальной длины ЗО. Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает низкую вероятность ошибки по сравнению с известным, так как результат распознавания не зависит от скорости нарушителя.
С учетом формы полезного сигнала с пироприемника СО определяет тип нарушителя по следующему алгоритму:
- если первый импульс полезного сигнала, сформированного при пересечении нарушителем ЗО, имеет один локальный максимум или минимум, то тип нарушителя - пеший нарушитель;
- если первый импульс полезного сигнала, сформированного при пересечении нарушителем ЗО, имеет два локальных максимума или минимума, то тип нарушителя - нарушитель на колесном транспортном средстве.
Сигналы тревоги, информация о типе нарушителя передаются на ССОИ.
Способ распознавания типа нарушителя инфракрасным средством обнаружения включает два этапа: подготовительный и основной.
Подготовительный этап:
1. Развертывание у контролируемого участка дороги по установленной схеме средства 1 обнаружения, включающего в себя: систему 16 оптическую, пироприемник 17, усилитель 18, формирователь 19 сигналов тревог, интерфейс 20 сигнальный, устройство 21 памяти, устройство 22 решающее (фиг. 11).
2. Запись в устройство 22 решающее алгоритма определения типа нарушителя.
3. Начало работы средства 1 обнаружения в дежурном режиме.
Основной этап начинается при движении нарушителя через контролируемый участок дороги и попадании его в ЗО средства 1 обнаружения, он включает:
1. Формирование полезного сигнала пироприемником 17, усиление сигнала усилителем 18 и поступление сигнала на вход формирователя 19 сигналов тревог (фиг. 11).
2. Формирование сигнала тревоги формирователем 19 сигналов тревог и запись устройством 21 памяти импульсов полезного сигнала, сформированных пироприемником 17.
3. Определение устройством 22 решающим количества локальных максимумов или минимумов в первом импульсе полезного сигнала и принятие решения о типе нарушителя, пересекшего ЗО:
- если первый импульс полезного сигнала, сформированного при пересечении нарушителем ЗО, имеет один локальный максимум или минимум, то тип нарушителя - пеший нарушитель;
- если первый импульс полезного сигнала, сформированного при пересечении нарушителем ЗО, имеет два локальных максимума или минимума, то тип нарушителя - нарушитель на колесном транспортном средстве.
4. Передача средством 1 обнаружения через интерфейс 20 сигнальный сигнала тревоги и информации о типе нарушителя системе 3 сбора и обработки информации (фиг. 11).
5. Прием системой 3 сбора и обработки информации от интерфейса 20 сигнального сигнала тревоги и информации типе нарушителя (фиг. 11).
6. Обнуление устройства 21 памяти (фиг. 11).
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где представлено на:
- фиг. 1 - обобщенные основные характеристики двухлучевых пассивных инфракрасных средств обнаружения;
- фиг. 2 - схема развертывания двух двухлучевых пассивных инфракрасных средств обнаружения в известном способе распознавания типа нарушителя;
- фиг. 3 - схема развертывания двухлучевого пассивного инфракрасного средства обнаружения в предлагаемом способе распознавания типа нарушителя пассивным инфракрасным средством обнаружения с указанием размеров;
- фиг. 4 - форма полезного сигнала, поступающего с пироприемника при последовательном пересечении первого и второго секторов зоны обнаружения пешим нарушителем;
- фиг. 5 - форма полезного сигнала, поступающего с пироприемника при последовательном пересечении второго и первого секторов зоны обнаружения пешим нарушителем;
- фиг. 6 - профиль пешего нарушителя с указанием его ширины;
- фиг. 7 - профиль колесного транспортного средства с указанием размеров (автомобиль);
- фиг. 8 - профиль колесного транспортного средства с указанием размеров (квадроцикл);
- фиг. 9 - форма полезного сигнала, поступающего с пироприемника при последовательном пересечении первого и второго секторов зоны обнаружения нарушителем на колесном транспортном средстве;
- фиг. 10 - форма полезного сигнала, поступающего с пироприемника при последовательном пересечении второго и первого секторов зоны обнаружения нарушителем на колесном транспортном средстве;
- фиг. 11 - структурная схема взаимосвязи применяемых устройств при реализации способа распознавания типа нарушителя.
Технический результат заключается в получении возможности распознавания типа нарушителя - пеший нарушитель или нарушитель на колесном транспортном средстве (автомобиль, квадроцикл), с низкой вероятностью ошибки и с применением только одного СО.
Источники информации
1. Шумов, В.В. Применение математических методов и моделей для обоснования решений на охрану государственной границы: Научно-практическое пособие. - Часть 2. - М.: Просвещение, 1996. - 196 с.,
2. Звежинский, С.С. Быстроразвертываемые средства обнаружения и системы охранной сигнализации // Специальная техника. - 2003. - №5. - С. 11-23.
3. РСК «Радиобарьер-МФ». Руководство по эксплуатации ПМЕК.424242.9000РЭ - М.: «Полюс-СТ», 2011. - 65 с.
4. Быстроразворачиваемый комплекс «Радий - БРК». Руководство по эксплуатации ЮСДП.425149.001РЭ - Пенза: «ЮМИРС», 2013. - 41 с.
5. Мобильный комплекс охраны участка местности «Мангуст». Руководство по эксплуатации СТВФ.425624.001 РЭ - Ставрополь: «Стилсофт», 2017. - 52 с.
6. ГОСТ Р 50777-2014. Извещатели пассивные оптико-электронные инфракрасные для закрытых помещений и открытых площадок. Общие технические требования и методы испытаний. - Введ. 2016-01-01. М.: ФГУП «Стандартинформ», 2014. - 36 с.
7. Груба, И. Системы охранной сигнализации. Технические средства обнаружения / И. Груба. - М.: Солон-пресс, 2012. - 220 с.
8. Магауенов, Р.Г. Системы охранной сигнализации: основы теории и принципы построения: уч. пособие / Р.Г. Магауенов - М.: Горячая - Телеком, 2004. - 367 с.