Контрольно-пропускное устройство с функцией контроля антропологических параметров пассажира

Полезная модель относится к контрольно-пропускным устройствам, управляющим проходом людей к необходимым объектам, в частности к поездам в различных транспортных системах, в том числе в метрополитене. Полезная модель может найти применение также в системах массового контрольного пропуска посетителей в различных областях жизнедеятельности общества.
В рамках настоящей полезной модели рассматривается контрольно-пропускное устройство на примере его использования в метрополитене.
Во всех метрополитенах Российской Федерации и практически во всех метрополитенах мира для прохода к поездам используются турникеты той или иной конструкции, например, описанные в патентных документах SU №№ 266411, 1062739, RU 2158442 и ЕР 0173830.
В турникетах Московского метрополитена срабатывание исполнительного механизма «на проход» осуществляется с помощью реле, на которое воздействует положительный сигнал от электронного или электромагнитного приемного узла, к контрольной точке которого приближается (прикладывается) соответственно закодированный элемент - проездной билет. Точкой, к которой прикладывается проездной билет, в Московском метрополитене является приемное окошечко. В дальнейшем тракт от этого окошечка до исполнительного механизма будет для удобства именоваться исполнительным трактом. Если к окошечку прикладывается элемент, не закодированный правильным образом, либо прикладывается что-либо другое, либо вообще ничего не прикладывается, исполнительный механизм на проход не срабатывает, и турникет закрыт.
В Москве с 1990 годов основной исполнительный тракт контрольно-пропускного устройства метрополитена, кроме проездного билета, положительно (т.е. «на проход») реагирует также на другие элементы, свидетельствующие о праве данного пассажира на льготный проезд. Важнейшим из этих элементов является социальная карточка москвича. По данным на 2009 год [Математические модели формирования входного пассажиропотока станций метрополитена, Кударов Р.С., диссертация, защищена в С.-Петерб. университете 08.12.2009], по социальным карточкам проходили до 45% пассажиров Московского метрополитена.
В последние годы, к сожалению, стало наблюдаться печальное явление: многие граждане, не имеющие права на льготный проезд, пользуются для прохода через турникеты Московского метрополитена чужими социальными карточками, и метрополитен как современная транспортная структура несет убытки. Это объясняется тем, что используемые в метрополитене контрольно-пропускные устройства не обладают высокой точностью идентификации личности, а именно невозможность произвести достоверную проверку самой личности человека.
В связи с этим становится важным получать достоверную информацию о соответствии документа, или пропуска, или идентификационной карточки самой личности, пользующейся этими документами.
Из уровня техники известна система идентификации личности (RU 2213998, G07C 9/00, опубл. 10.10.2003). Принцип работы такого устройства основан на том, что первый абонент на первом телефонном аппарате подтверждает свою личность второму абоненту на втором телефонном аппарате. Для этого генерируют сигнал, представляющий образец отпечатка пальца, сравнивают генерированный сигнал с сохраненным сигналом отпечатка пальца, формируют сигнал совпадения, если сохраненный и генерированный сигналы отпечатков пальцев совпадают, и используют сигнал совпадения для адресации к памяти, хранящей сигнал признака, представляющий характерный признак предварительно определенного лица или группы лиц, передают сигнал признака в пункт, удаленный от места, где был принят образец отпечатка пальца, и вырабатывают на удаленном пункте выходной сигнал признака, представленного сохраненным сигналом признака.
Недостаток данного устройства заключается в том, что операция подтверждения личности занимает много времени из-за необходимости проведения сеанса удаленной связи с пунктом хранения зарегистрированного оригинала отпечатка пальца абонента. При единичных или не массовых обращениях возможно применение такого устройства с временной задержкой по идентификации. Но для систем массового пропуска людей, таких как турникеты метрополитена, необходимо исключить временные задержки и проводить идентификацию практически мгновенно. Только это позволит обеспечить должный трафик и быстрый пропуск через контрольный пункт большого количества людей в час-пик.
Также известно контрольно-пропускное устройство пропускного турникета с функцией контроля антропологических параметров пассажира (JP 2001-243515, G07C 9/00, опубл. 07.09.2001), содержащее контрольную точку на турникете в виде приемного окошечка, к которому прикладывается проездной документ, в том числе карта с чипом, и исполнительный механизм, срабатывающий на проход в случае положительного сигнала от контрольной точки, причем с целью удостоверения в том, что предъявляемая карта действительно принадлежит данному пассажиру, в устройстве имеется элемент, принимающий дактилоскопический отпечаток пассажира, сигнал с этого элемента поступает на узел сравнения вместе с сигналом дактилоскопического отпечатка, вмонтированного в данную карту, и положительный сигнал с узла сравнения запускает исполнительный механизм на проход. Это решение принято в качестве прототипа.
В заявке JP 2001-243515 проверка осуществляется в два этапа: сперва сверяются дактилоскопические отпечатки, что требует дополнительного запоминающего узла - ЗУ, от которого данные по отпечатку отправляются в базу отпечатков, ранее полученных при выдаче карты (unit storing personal data) субъектом, продающим или выдающим карты, и только на втором этапе зафиксированный ЗУ результат (после получения подтверждения из базы данных) сверяется с предъявленной картой. Двухмоментность проверки существенно ее усложняет и к тому же требует увеличения времени на каждый проход каждого пассажира.
В известном устройстве на турникете организованы два приемных окошка, работающих по принципу считывания и сканирования. Первое используется для сканирования отпечатка пальца и его передачи к общему процессору, второе используется для считывания карты с идентификационными данными пассажира и передачи блока считанных данных в тот же общий процессор. Данные по отпечатку процессором отправляются для сравнения в базу данных, где содержатся отпечатки всех пользователей всех выпущенных карт. При выявлении в базе данных совпадения по отпечаткам контрольный сигнал отправляется в общий процессор устройства турникета, где проводится этим же процессоров сравнение эталонного отпечатка из базы данных с отпечатком, полученным при сканировании из карты. И только после этого процессор выдает сигнал на реле турникета для открытия створок.
Несмотря на то что в известном решении используется современный метод идентификации, но его реализация в конкретном устройстве не позволяет обеспечить быстрый проход большого количества людей, например, в час-пик. Можно предположить, какой мощности должен быть сервер, обрабатывающий одновременно множество операций по получению отпечатков, поиску их в базе данных, проведению сравнения и выдачи ответа одновременно для большого количества людей, входящих одновременно в метро. При этом вызывает сомнения возможность создания такой базы данных и обеспечения скоростного трафика. На сегодняшний день это серьезная проблема для аппаратного исполнения. Нельзя забывать, что эта база данных не очищается, а только пополняется и обеспечивает вечное (очень длительное) хранение данных по отпечаткам и картам. Ко всему прочему, надежность такой системы удаленной связи турникетов с базой данных также проблемна: отказ системы по трафику может привести к неработоспособности всех турникетов и невозможности решить вопрос по перевозке пассажиров.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении пропускной способности контрольно-пропускного устройства за счет проведения одномоментной проверки отпечатков, поступающих от двух отдельных приемников.
Указанный технический результат достигается тем, что в контрольно-пропускном устройстве с функцией контроля антропологических параметров пассажира, содержащем стойку, на которой размещен элемент перекрытия прохода, связанный с исполнительным узлом его перемещения для освобождения прохода, на стойке организованы приемное окно, к которому прикладывается идентифицирующий пользователя документ, содержащий дактилоскопический отпечаток пользователя, и окно сканирования отпечатка пальца пользователя, а также электронный узел, включающий в себя блок обработки данных, относящихся к идентифицирующему пользователя документу, блок обработки данных, полученных при сканировании отпечатка пальца пользователя, блок сравнения для выдачи управляющего сигнала, блок подачи питания исполнительному узлу для освобождения прохода, в электронном узле выходы обоих блоков обработки данных подключены напрямую к блоку сравнения для проведения операции сравнения отпечатка пальца, содержащегося в идентифицирующего пользователя документе, с отсканированным в момент приложения к приемному окну этого документа отпечатком пальца пользователя и выдачи управляющего сигнала на блок подачи питания исполнительному узлу для освобождения прохода при установлении соответствия между отпечатками пальцев, при этом блок обработки данных, относящихся к идентифицирующему пользователя документу, выполнен с возможностью передачи управляющего сигнала с другого своего выхода непосредственно в блок подачи питания исполнительному узлу для инициации его функции подачи питания при наличии управляющего сигнала с выхода блока сравнения.
Указанные признаки существенны и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата.
На фиг. 1 представлено схемное решение контрольно-пропускного устройства с функцией контроля антропологических параметров пассажира.
В рамках настоящей полезной модели рассматривается конструкция контрольно-пропускного устройства с функцией контроля антропологических параметров пассажира. В рамках настоящего описания контрольно-пропускное устройство обеспечивает высокую пропускную способность за счет проведения одномоментной проверки, например, отпечатков, поступающих от двух отдельных приемников. Упомянутая выше проверка осуществляется одномоментно, исполнительный тракт устройства имеет два одновременно работающих входа, информация по этим двум входам обеспечивает срабатывание исполнительного механизма, что легко реализуется конструктивно при условии доработки социальной (или иной разрешающей) карты.
Существо заявленной модели основано на наличии у пользователя идентифицирующего документа, несущего в записи или иной форме скрытого представления персональные сведения и перечень разрешенных к исполнению функций (финансовая, льготная и т.д.). Кроме того, такой документ может нести сведения антропологического характера, например копию отпечатка пальца, картинку глаза и т.д. Такой документ может быть выполнен в виде карточки.
Например, в RU 2212708, G06K 19/07, опубл. 20.09.2003, описана такая карточка, которая выполнена с интегральной схемой, приспособленная для сопряжения с устройством считывания с карточки. Карточка содержит подложку, запоминающее устройство для хранения данных отсканированного образца отпечатка пальца, датчик отпечатка пальца, схему сопряжения с устройством считывания с карточки и блок обработки, который сравнивает данные сканирования с данными образца в запоминающем устройстве, чтобы проверить правомочность пользователя, и приводит в действие схему сопряжения для обмена информацией о карточке с главной ЭВМ через устройство считывания с карточки, когда предъявитель подложки является правомочным пользователем. Такие карточки легко дополняются обычным стандартным набором элементов, несущих в себе персональные данные пользователя (по типу социальных или банковских карт).
Настоящая полезная модель предусматривает контроль у каждого пассажира, проходящего через контрольно-пропускное устройство, например, по социальное карточке, таких его антропологических параметров, которые не могут иметь места у любого другого человека. В качестве контролируемого параметра могут быть использованы дактилоскопические отпечатки пальцев, ладони, рисунок радужки глаза и ряд других. С точки зрения рассматриваемой задачи наиболее целесообразным является использование дактилоскопического отпечатка одного из пальцев, например указательного пальца правой руки. Этот же отпечаток должен быть размещен в этой социальной карточке так, что он может быть считан окошечком приемного устройства турникета.
Особенностью рассматриваемо полезной модели является то, что сохраняется принципиальная схема контрольно-пропускного устройства типа турникета, например, такого, который установлен в метрополитене. Но это схемное решение дополняется наличием другого исполнительного тракта.
В общем случае контрольно-пропускное устройство (например, турникет для метрополитена) (фиг. 1) содержит стойку 1, на которой размещен элемент перекрытия 2 прохода (створка, створки или стержни для ротационного типа турникета). Перемещение элемента перекрытия из положения ʺпроход закрытʺ в положение ʺпроход открытʺ осуществляется исполнительным узлом 3. Конструкция этого исполнительного узла 3 не рассматривается (не относится к существу заявленной модели), главное, что он исполняет функцию перемещения элемента перекрытия 2 для освобождения прохода. В исходном положении при отсутствии питания или при запитке питанием схемы блокировки этого исполнительного узла 3 элемент перекрытия 2 перекрывает проход и не имеет подвижности. Для изменения положения элемента перекрытия 2 необходимо подать питание для инициации исполнительного узла 3 (если он был дезактивирован) или подать питание в схему блокировки этого исполнительного узла. Подача питания на активацию исполнительного узла 3 и изменение положения элемента перекрытия 2 осуществляется блоком 4 подачи питания исполнительному узлу 3.
На стойке организовано два приемных окна 5 и 6. К приемному окну 5 прикладывается идентифицирующий пользователя документ (карточка), содержащий дактилоскопический отпечаток пользователя. А приемное окно 6 является окном сканирования отпечатка пальца пользователя. Естественно, что с окном приема 5 связан блок 7 обработки данных, относящихся к идентифицирующему пользователя документу, а с окном 6 связан блок 8 обработки данных, полученных при сканировании отпечатка пальца пользователя. Сами по себе приемные окна на поверхности стойки представляют специально оформленные места, являющиеся приемниками средств идентификации, а сам алгоритм реализации осуществляется в электронном блоке (см. выноску на фиг. 1).
В общем случае приемное окно 5 и связанный с ним блок 7 обработки данных, относящихся к идентифицирующему пользователя документу, представляют собой хорошо схемно и аппаратно разработанные и применяемые средства типа картридеров, обеспечивающих возможность просмотра и считывания данных с карт тахографа, а также иных карт, использующих аналогичные принципы записи данных, в т.ч. универсальных электронных карт (УЭК) (http://uec-reader.ru/wherebuy/). Применение картридера (например, марок ACS ACR38U-I1, ACS ACR38U-N1, ACS ACR38U-H1) не связано с конкретным программным обеспечением. Данное устройство является универсальным.
Могут быть использованы считыватели бесконтактных карт Em-Marine, HID Proximity, Temic и Mafare - обязательный элемент системы контроля доступа любой сложности. Принципиально эти устройства можно разделить на вспомогательные, сигнал с которых поступает на контроллер, или автономные. В корпусе последних интегрирован сам считыватель и контроллер для него (IronLogic Matrix-II - считыватели, предназначенные для работы с картами и брелоками).
Способы кодирования и хранения данных на карте, а также передачи данных считывателю, варьируются в зависимости от используемой технологии. Но так или иначе, данные на карте представляет собой строку двоичных данных с некоторой фиксированной конфигурацией определенной длины. Считыватели карт интегрируются с другими устройствами в единой системе для считывания (и/или записи) информации с магнитной полосы или штрих-кода пластиковой карты. Так владелец карты идентифицируется с ее номером. Ридер магнитных карт рассчитан на значительное число использований и применяется в различных сферах деятельности: в банковских автоматах, при безналичной оплате товаров в розничной торговле,начислении бонусов при покупках, в системах контроля доступа и учета рабочего времени, при авторизации в операционной системе компьютера. Ридер магнитных карт используют в работе с социальными картами.
Что касается исполнения приемного окна 6 и связанного с ним блока 8 обработки данных, получаемых при сканировании отпечатка пальца пользователя, то можно использовать устройство, описанное в RU 2212053, G06K 9/00, А61В 5/117, опубл. 10.09.2003, которое применяется для опознания личности по отпечаткам пальцев. Это устройство содержит средства формирования оптического образа папиллярных линий на поверхности матрицы, блок задания экспозиции оптического излучения, облучающего папиллярные линии пальца, средства заряда каждого емкостного элемента до предварительно заданного напряжения, средства сравнения, блок формирования однобитного массива результатов сравнения опорного напряжения с напряжением на каждом из емкостных элементов после облучения папиллярных линий пальца и средства управления. Можно также использовать и другие технические решения: считыватель отпечатков пальцев FS-80 для регистрации отпечатков пальцев пользователей в СКУД BioSmart, ультразвуковые сканеры отпечатков пальцев по технологии американской компании Qualcomm с ее Sense ID, сканеры компанией BioLink, оптический сканер отпечатков пальцев R308, работающий по методу на отражение на эффекте нарушенного полного внутреннего отражения (Frusted Total Internal Reflection) и т.д.
В любом случае независимо от аппаратной реализации блок 8 обработки данных, полученных при сканировании отпечатка пальца пользователя, реализует следующий алгоритм:
Формируется изображение отпечатка пальца. Захват изображения может производиться с помощью встроенной камеры считывателя либо с помощью регистрации разности потенциалов электрического поля между бугорками и впадинами папиллярного узора. Возможно применение комбинаций методов. В результате получается цифровой черно-белый снимок узоров отпечатка пальца.
Изображение отпечатка пальца преобразуется в математическую модель, в которой уникальные признаки, такие как дуги, завитки, петли и расстояния между ними, сохраняются в виде цифрового кода.
Электронный блок также включает в себя блок 9 сравнения для выдачи управляющего сигнала в блок подачи питания исполнительному узлу для освобождения прохода. Этот блок выполнен с двумя входами и одним выходом. Выходы обоих блоков обработки 7 и 8 данных подключены напрямую к блоку 9 сравнения для проведения операции сравнения отпечатка пальца, содержащегося в идентифицирующего пользователя документе, с отсканированным в момент приложения к приемному окну этого документа отпечатком пальца пользователя. Процесс сравнения по принципу верификации представляет собой алгоритмическую обработку отпечатков методом сравнения по узору или по особым точкам. Главной задачей блока сравнения является проведение сравнения идентифицируемой цифровой модели с шаблоном, представленным в зашитом виде в документе пользователя. В настоящее время распознавание по отпечаткам пальцев выполняется очень быстро. Технология настолько усовершенствовалась, что время идентификации измеряется в долях секунды. Особенно эффективны электронные считыватели, которые идентифицируют отпечатки удивительно быстро. В этом направлении успешно работают такие фирмы, как Identix, T-Netix, American Biometric Company, National Registry, Sagem, Morpho, Verditicom, Infenion. Из российских компаний на рынке дактилоскопических средств распознавания методом сравнения наиболее известными являются «Элсис», «Элвис», «Биометрические технологии».
Блок сравнения выполнен также с возможностью реализации функцией выдачи управляющего сигнала на блок подачи питания исполнительному узлу для освобождения прохода при установлении соответствия между отпечатками пальцев. Таким образом, функция выдачи сигнала, соответствующего установлению совпадения отпечатков по одному из известных методов сравнения в заявленном устройстве так же приравнивается к управляющему сигналу, который инициирует в блоке 4 подачи питания исполнительному узлу 3 опцию включение питания. Но при этом блок 7 обработки данных, относящихся к идентифицирующему пользователя документу, выполнен с возможностью передачи управляющего сигнала с другого своего выхода непосредственно в блок 4 подачи питания исполнительному узлу для инициации его функции подачи питания при наличии управляющего сигнала с выхода блока сравнения. Таким образом, для того чтобы блок 4 подачи питания исполнил свою функцию, например, по типу реле, необходимо, чтобы алгоритмический элемент (логический элемент) этого блока получил два управляющих сигнала. Только в этом случае реле откроет линию питания для исполнительного узла 3.
Таким образом, в электронном узле сформировано два исполнительных тракта 10 и 11: первый 10 - это тракт обработки данных от документа и выполняющий функцию по восприятию кода, обозначающего социальную карту. Эта функция исполняется так же, как уже известно, и реализуется в настоящее время в турникетах. Исполнительный тракт 10 содержит основное приемное окно 5, блок 7 обработки, блок 4 подачи питания и исполнительный механизм 3, не отличается от известного схемного решения в современных турникетах в метрополитене, работающих от приложения карточек. Кроме того, в случае отключения исполнительного тракта 11 (например, по причине поломки сканера), в турникете сохраняется функция пропуска пассажиров только по карточкам без учета отпечатков пальцев.
Но возможно, что отпечаток не ʺзашитʺ в тело карточки в виде цифровой версии, а нанесен фотографическим способом на поверхность карточки. Для этого варианта исполнения в приемном окне 5 предусмотрено дополнительное приемное окошечко, к которому пассажир прикладывает социальную карту так, чтобы фотография с отпечатком была на поле этого дополнительного приемного окошка.
Также возможен вариант исполнения, когда приемное окно 6 выполняется на поле приемного окна 5 (для удобства пользования и обеспечения одновременности приложения карточки и пальца.) В этом случае на исполнительный тракт 10 налагаются одновременно две функции: а) восприятие кода, обозначающего социальную карту; б) восприятие дактилоскопического отпечатка. Функция а) исполняется так же, как уже известно, и реализуется в настоящее время в турникетах. А для исполнения функции б) пассажир вместе (одновременно или с незначительной разницей во времени) прикладывает социальную карточку к окну 5 и одновременно прикладывает на поле окна 6 указательный палец правой руки. Дактилоскопические отпечатки с окон 5 и 6 блоки 7 и 8 обработки поступают в блок 9 сравнения. При положительном результате сравнения выходной сигнал с блока 9 сравнения поступает на вход реле и затем на исполнительный механизм 3. При отсутствии положительного сигнала из блока 9 сравнения (например, при несовпадении отпечатков в окнах 5 и 6 или отсутствии отпечатка в одном из них) реле и исполнительный механизм 3 не срабатывают, и проход данному пассажиру воспрещен. Таким образом, функция б) исполняется дополнительным исполнительным трактом 11, содержащим приемное окно 6, блок 8 обработки 6, блок 9 сравнения, реле и исполнительный механизм 3.
Настоящая полезная модель, кроме метрополитена, может быть применена в практике железных дорог, на крупных предприятиях и т.п. Заявленное устройство позволяет обеспечить высокую пропускную способность за счет исключения потери времени проведения сравнения отпечатков, поступающих от двух отдельных приемников, и за счет исключения обращения к центральным базам хранения отпечатков пассажиров и пользователей карточек.