Комбинированная двухрубежная система охраны периметров объектов
COMBINED TWO-BORDER SYSTEM FOR PROTECTION OF OBJECTS PERIMETERS

Изобретение относится к области охранной сигнализации, в частности к средствам охраны периметров объектов, предназначенным для обнаружения с помощью технических средств нарушителей, проникающих на охраняемую территорию и вызывающих срабатывания технических средств обнаружения. Обычно для охраны периметров объектов используются технические средства обнаружения, работающие на разных физических принципах. Для повышения надежности охраны могут использоваться различные способы комбинирования средств обнаружения от совместной работы до использования логической обработки сигналов срабатывания этих средств обнаружения.
Общеизвестны охранные системы, реализующие способы совместной работы нескольких средств обнаружения. Например, известно «Комбинированное средство обнаружения», описанное в патенте на полезную модель RU №65270, МПК G08B 13/00, опубл. 2007 г. Средство обнаружения содержит вибрационное и радиолучевое средства обнаружения. Комбинирование средств обнаружения основано на использовании общего заграждения, являющегося основой для размещения на нем средств обнаружения. При преодолении нарушителем заграждения средствами обнаружения формируются сигналы тревоги. Способ комбинирования, описанный в патенте, характеризует только совместное использование средств обнаружения на объекте охраны.
Сходными признаками описанного комбинированного средства обнаружения и заявленной системы является используемые средства обнаружения.
Недостатком комбинированного средства обнаружения, описанного в патенте, является отсутствие возможности комбинирования сигналов тревоги по логическим схемам «И» и «ИЛИ» для повышения надежности охраны.
Известен «Способ комбинированной охраны периметра протяженного объекта», описанный в патентах на изобретения RU №2599523 и RU №2599527, МПК H04N 7/18, Н04В 10/00, опубл. 2016 г. Данный способ включает в себя выполнение нескольких рубежей охраны, на которых устанавливаются чувствительные элементы технических средств обнаружения. На периметре также устанавливаются средства телевизионного контроля для визуального наблюдения. При охране периметра протяженного объекта используются устройства тревожно вызывной сигнализации, обеспечивающие сбор дискретной информации по периметру объекта. Способ позволяет повысить надежность охраны объекта за счет совместного использования множества технических средств обнаружения.
Сходными признаками описанного способа комбинированной охраны и заявленной системы являются используемые чувствительные элементы технических средств обнаружения.
Недостатком способа является излишнее количество применяемых средств, что экономически не целесообразно, а также отсутствие возможности комбинирования сигналов тревоги по логическим схемам «И» и «ИЛИ» для повышения надежности охраны.
Известны «Интегрированное устройство обнаружения вторжения с множеством спектров и способ эксплуатации» (Integrated multi-spectrum intrusion threat detection device and method for operation), описанные в патенте US №7902977, МПК G08B 13/00, G08B 13/08, опубл. 2011 г., который выбран в качестве прототипа. Устройство содержит множество чувствительных элементов, расположенных в помещении, каждый из которых вырабатывает сигнал, представляющий обнаруженное событие, блок обработки сигналов, вычислительный блок (компьютер), блок хранения, блок настройки параметров, блок определения продолжительности анализируемого процесса, блок генерирования тревоги (блок сравнения), модуль приема-передачи и блок пользовательского интерфейса. Сигналы от чувствительных элементов поступают в блок обработки сигналов, где происходит анализ каждого сигнала и определение его спектра. Далее, в вычислительном блоке (компьютере) осуществляется преобразование каждого спектра в цифровое нормированное (от 0 до 1) значение угрозы с учетом соответствующего типа чувствительного элемента. В блоке хранения эти значения хранятся в течение определенного периода времени. Блок генерирования тревоги (блок сравнения) определяет цифровое значение совокупной угрозы от нескольких чувствительных элементов. Далее, в этом блоке происходит сравнение значения совокупной угрозы с пороговым значением для формирования обобщенного сигнала тревоги. При превышении значением совокупной угрозы порогового значения формируется обобщенный сигнал тревоги, который передается модулем приема-передачи по каналу связи на систему сбора и отображения информации. В качестве чувствительных элементов могут использоваться датчики движения (инфракрасные пассивные датчики, СВЧ-зондирующие датчики), акустические датчики восприятия звука или вибрации, микрофонные датчики, датчики разбития стекла. Способ комбинирования, описанный в патенте, характеризует совместное использование чувствительных элементов, работающих на разных физических принципах, с учетом типа чувствительного элемента и наличия совокупной угрозы.
Сходными признаками описанного устройства и заявленной системы являются чувствительные элементы, вычислительный блок (компьютер), блок сравнения, модуль приема-передачи, а также использование цифрового нормированного (от 0 до 1) значения угрозы с учетом соответствующего типа чувствительного элемента.
Недостатком устройства, описанного в патенте, является отсутствие возможности комбинирования цифровых значений угроз по логическим схемам «И» и «ИЛИ» для повышения надежности охраны.
Целью настоящего изобретения является повышение надежности охраны периметров объектов.
Повышение надежности охраны достигается за счет:
1) формирования цифровых признаков степеней угроз по каждому рубежу охраны;
2) использования алгоритмов нечеткой логики для интеллектуальной обработки информации по определению степеней угроз;
3) возможности комбинирования цифровых признаков степеней угроз по логическим схемам «И» (конъюнкция) и «ИЛИ» (дизъюнкция) с определением обобщенной степени угрозы;
4) использования правил нечеткой логики для обработки информации по логическим схемам в процессоре;
5) возможности выбора комбинирования по логическим схемам «И» и/или «ИЛИ» по командам, поступающим в систему от центрального пункта управления, с учетом физического принципа работы чувствительных элементов и существующей оперативной обстановке на охраняемой территории.
Поставленная цель достигается за счет того, что комбинированная двухрубежная система охраны периметров объектов, содержит первый и второй чувствительные элементы, процессор и блок сравнения, выход которого подключен ко входу модуля приема-передачи, первый и второй чувствительные элементы расположены на местности в зоне обнаружения нарушителя, вход/выход модуля приема-передачи подключен к проводной линии связи, а процессор выполнен с возможностью комбинирования цифровых признаков степеней угроз по логическим схемам «И» и «ИЛИ», в состав системы включены: первый и второй преобразователи сигналов, выполненные с возможностью преобразования выходных сигналов первого и второго чувствительных элементов в цифровые сигналы для анализа; первый и второй блоки анализа сигналов, выполненные с возможностью определения цифровых признаков степеней угроз; а также радиомодем с радиоканалом связи, причем выход первого чувствительного элемента через последовательно соединенные первый преобразователь сигналов и первый блок анализа сигналов подключен к первому входу процессора, выход второго чувствительного элемента через последовательно соединенные второй преобразователь сигналов и второй блок анализа сигналов подключен ко второму входу процессора, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, выход модуля приема-передачи подключен к третьему входу процессора и ко второму входу блока сравнения, выход радиомодема подключен к четвертому входу процессора и к третьему входу блока сравнения, а вход радиомодема подключен к выходу блока сравнения. Сущность изобретения поясняется фиг. 1-4.
На фиг. 1 приведена структурная схема системы, где введены следующие обозначения: 1 - первый чувствительный элемент, 2 - второй чувствительный элемент, 3 - зона обнаружения нарушителя, 4 - первый преобразователь сигналов, 5 - второй преобразователь сигналов, 6 - первый блок анализа сигналов, 7 - второй блок анализа сигналов, 8 - процессор, 9 - блок сравнения, 10 - модуль приема-передачи, 11 - радиомодем, 12 - проводная линия связи, 13 - радиоканал связи, 14 - человек-нарушитель.
На фиг. 2 приведен пример плоскости общего признакового пространства двухрубежной системы охраны с осями R1 и R2, где показаны области, ограничивающие множество полезных сигналов (области «А», «В», «С») и множество помеховых сигналов (область «D»).
На фиг. 3 представлено признаковое пространство двухрубежной системы охраны для иллюстрации принципа логической обработки цифровых признаков степеней угроз.
На фиг. 4 в качестве примера представлено признаковое пространство для двухрубежной системы охраны с двумя пороговыми значениями на каждом рубеже.
Предложенная система работает следующим образом.
1
2
Первый 1 и второй 2 чувствительные элементы на этапе формирования рубежей охраны размещаются на местности в зоне обнаружения нарушителя 3. Чувствительные элементы могут быть выполнены на основе использования разных физических принципов действия: виброметрического, сейсмического, магнитометрического, радиоволнового, инфракрасного, акустического и других. Сигналы с выходов первого 1 и второго 2 чувствительных элементов поступают, соответственно, на входы первого 4 и второго 5 преобразователей сигналов, где они преобразуются в соответствующие цифровые сигналы для проведения дальнейшего анализа. Эти сигналы поступают на входы первого 6 и второго 7 блоков анализа сигналов, в которых определяются цифровые признаки степеней угроз R и R. Эти признаки поступают далее на первый и второй входы процессора 8, где они обрабатываются в соответствии с правилами нечеткой логики по решающему правилу, формируя при этом обобщенный цифровой сигнал V, характеризующий обобщенную степень угрозы для принятия решения о преодолении рубежей охраны человеком-нарушителем 14 по результату комбинирования сигналов с чувствительных элементов. Этот сигнал далее поступает на вход блока сравнения 9, который формирует окончательный логический сигнал тревоги Т=1 по результату сравнения обобщенного цифрового сигнала V с заданным цифровым пороговым значением Uп, при условии, что V>Uп. Сформированный сигнал тревоги поступает на вход модуля приема-передачи 10 и на вход радиомодема 11 для дальнейшей его передачи на центральный пункт управления, соответственно, по проводной линии связи 12 и с помощью радиоканала связи 13. От центрального пункта управления (на фиг. 1 не показан) по указанным каналам связи в процессор 8 и в блок сравнения 9 могут поступать команды управления системой охраны. Эти команды позволяют обеспечить возможность выбора комбинирования по логическим схемам «И» и/или «ИЛИ» с учетом физического принципа работы чувствительных элементов и существующей оперативной обстановке на охраняемой территории.
Последовательно соединенные элементы 1, 4, 6 и, соответственно, 2, 5, 7 образуют два независимых канала анализа сигналов.
В состав первого 6 и второго 7 блоков анализа сигналов могут входить вычислительные средства (например, микропроцессоры), которые обеспечены памятью и необходимым комплектом программного обеспечения с возможностью определения и регистрации цифровых признаков степеней угроз и сохранения их в памяти. Процессор 8 выполнен с возможностью комбинирования цифровых признаков степеней угроз по логическим схемам «И» и «ИЛИ».
1
2
1
2
об
НЛ
Л
Л
Принцип работы предлагаемой системы основан на том, что для каждого типа чувствительного элемента в первом 6 и втором 7 блоках анализа сигнала возможно сформировать признаки (R и R), которые характеризует степень угрозы для дальнейшего принятия решения о тревожном сообщении. Эти признаки можно определить в численном выражении в пределах от 0 до 1 по линейной шкале (например, R=0,37 или R=0,79 и т.п.). Каждый признак должен быть связан взаимно - однозначным соответствием как с интегральной вероятностью обнаружения (Р), так и с вероятностью несрабатывания от помеховых сигналов (Р) = (1-Р), где Р - вероятность ложного срабатывания. Нулевое значение признака соответствует нулевой угрозе, единичное значение - максимальной угрозе. Промежуточные значения указывают на увеличении угроз в порядке возрастания цифровых значений. Подсчитывать значения признаков вполне достаточно с точностью до двух знаков после запятой.
1
2
1
2
Признаки R и R формируются в момент пересечения человеком-нарушителем 14 зоны обнаружения нарушителя 3 при наличии изменения сигналов на выходах чувствительных элементов. При формировании признаков R и R обработка информации может осуществляться с возможностью использования интеллектуальных алгоритмов обработки сигналов, например, алгоритмов нечеткой логики (Fuzzy Logic). Алгоритм нечеткой логики при обработке сигналов является общеизвестным алгоритмом и используется, например, в радиолучевых датчиках тревожной сигнализации серии ERMO 482Х PRO фирмы CIAS, www.cias-russia.ru.
1
2
У
У
об
Л
В простейшем случае могут использоваться признаки R и R, определяемые в результате превышения сигналов пороговых значений. Например, в однопороговом обнаружителе такой признак, очевидно, пропорционален амплитуде некоторого сигнала, превышение которым фиксированного порогового уровня (П) используется для обнаружения полезных сигналов при проникновении человека-нарушителя через рубеж охраны. Действительно, каждому значению П соответствует значение вероятности обнаружения (Р) и период ложных срабатываний (Т).
1
2
Таким образом, признаки R и R могут быть использованы в процессоре 8 для построения решающего правила, изложенного в следующей формуле:
где V - обобщенный цифровой сигнал,
- знак конъюнкции,
v - знак дизъюнкции.
Суть этого решающего правила заключается в возможности одновременного объединения долей угроз от каждого чувствительного элемента по логическим операциям «И» и «ИЛИ», что повышает надежность системы охраны. Эти логические объединения выполняются в соответствии с правилами нечеткой логики, в которой результатом конъюнкции (элемент «И») двух признаков будет признак с минимальным цифровым значением (например, 0,47  0,93=0,47), а результатом дизъюнкции (элемент «ИЛИ») будет признак с максимальным цифровым значением (например, 0,47 v 0,93=0,93). Результатом логического объединения по формуле (1) будет обобщенный цифровой сигнал V, характеризующий обобщенную степень угрозы для принятия решения о преодолении человеком-нарушителем двухрубежной системы охраны по результату комбинирования сигналов с чувствительных элементов. Для формирования на выходе блока сравнения 9 бинарного сигнала тревоги (Т=1) необходимо сравнить обобщенный цифровой сигнал V с заданным цифровым пороговым значением Uп. При условии V>Uп будет сформирован окончательный логический сигнал тревоги двухрубежной системы охраны.
Использование правил нечеткой логики позволяет вместо бинарных комбинаций по логическим схемам «И» или «ИЛИ» получать обобщенную комбинацию признаков, включающую в себя одновременное объединение долей угроз по «И» и долей угроз по «ИЛИ».
1
2
1
2
1
2
Рассмотрим двухрубежную систему охраны, в которой на каждом рубеже формируются соответственно признаки R и R. На фиг. 2 в плоскости общего признакового пространства R и R показаны области, ограничивающие множество полезных сигналов и множество помеховых сигналов. Для разделения полезных и помеховых сигналов может быть проведена прямая линия в плоскости признакового пространства F(R, R).
1
2
1
2
В простейшем случае для однопорогового обнаружителя, задав пороговые значения П и П по каждому из признаков, можно получить сигналы, объединяя которые по схеме «И» или по схеме «ИЛИ», можно сформировать тревожное сообщение. Тревожное сообщение формируется в области признакового пространства выше прямой линии F(R, R).
1
1
2
2
1
2
1
2
Предположим, что человек-нарушитель пересек два рубежа системы охраны. При этом в первом канале первый блок анализа сигналов 6 сформировал цифровой признак степени угрозы R вследствие превышения сигналом порогового значения П а во втором канале второй блок анализа сигналов 7 сформировал цифровой признак степени угрозы R вследствие превышения сигналом порогового значения П. На фиг. 3 это событие отмечено точкой Е. Цифровые величины этих признаков в соответствии с формулой (1) равны: R=0,35 и R=0,75 (величины определены из проекции точки Е на оси R и R). Суммарное значение этих признаков, определенное процессором 8 по формуле (1), равно: V=0,35+0,75=1,10. Известно, что максимальное значение обобщенного цифрового сигнала V будет равно 2,00 (см. фиг. 3). Задавая в блоке сравнения 9 цифровое пороговое значение Uп равное 0,5, получим выполнение условия V>Uп, в результате которого блок сравнения 9 сформирует окончательный логический сигнал тревоги Т=1.
1
2
При другом пересечении рубежей охраны человеком-нарушителем (точка F на фиг. 3) аналогично будут сформированы признаки R=0,81 и R=0,32, а суммарное значение этих признаков по формуле (1) будет равно: V=0,81+0,32=1,23. При том же пороговом значении Uп получим выполнение условия V>Uп, в результате которого блок сравнения 9 также сформирует окончательный логический сигнал тревоги Т=1. Точки Е и F в признаковом пространстве фиг. 3 расположены выше разграничительной линии и находятся в пространстве множества полезных сигналов.
1
2
1
2
Для сравнения, к примеру, рассмотрим точки G и Н, расположенные ниже разграничительной линии в пространстве множества помеховых сигналов. Для точки G будут сформированы признаки R=0,35 и R=0,43 с суммарным значением V=0,78, а для точки Н сформированы признаки R=0,35 и R=0,32 с суммарным значением V=0,32. В обоих случаях при том же пороговом значении Uп условия V>Uп не выполняются и окончательные логические сигналы тревоги блоком сравнения 9 не будут формироваться (Т=0).
1
2
На фиг. 4 в качестве примера представлено другое признаковое пространство с осями R, R для двухрубежной системы охраны объекта с двумя пороговыми значениями на каждом рубеже. Для этой системы обобщенный цифровой сигнал для двух каналов V будет иметь следующий вид:
1
2
1
2
1
2
где в качестве признаков R и R выступают признаки R (i, j) и R (i, j) с пороговыми значениями П (i, j) и П (i, j).
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
Пороги П (i) и П (i) можно задать достаточно низкими, например, на уровне шумовых значений (на фиг. 4: R(i)=0,05 и R(i)=0,08), а пороги П(j) и ПG) - выше границ множества помеховых сигналов, указанных в признаковом пространстве (на фиг. 4: R(j)=0,47 и R(j)=0,58). Тогда в соответствие с формулой (2) произойдет наиболее качественное разделение множеств полезных и помеховых сигналов. Следует отметить, что наличие конъюнкции признаков (схема «И») в первом члене формулы (2) должно обеспечивать уменьшение степени угроз от помеховых сигналов, так как будет в расчете использоваться наименьшее цифровое значение. Так же, как и в первом примере, задавая цифровое пороговое значение Uп равное, например 0,5, получим для любых точек из множества полезных сигналов выполнение условия V>Uп, в результате которого блок сравнения 9 сформирует окончательный логический сигнал тревоги Т=1. Следует отметить, что увеличение порогового значения Uп выше 0,5 будет соответствовать увеличению доли значимости комбинирования признаков по логическому «И» и уменьшению по «ИЛИ», а уменьшение порогового значения Uп ниже 0,5 будет соответствовать увеличению доли значимости комбинирования признаков по логическому «ИЛИ» и уменьшению по «И». Изменение порогового значения эквивалентно смещению прямой линии F(R, R) в направлении оси S на фиг. 4 (вверх- при увеличении доли «И» и уменьшении доли «ИЛИ», и вниз- при увеличении доли «ИЛИ» и уменьшении доли «И»). Таким образом, изменяя только одно значение Uп, получаем возможность изменения алгоритмов обработки информации по логическим схемам «И», «ИЛИ» для учета физического принципа работы чувствительных элементов и существующей оперативной обстановке на охраняемой территории. Кроме этого, например, для повышения вероятности обнаружения может быть применен только один алгоритм «ИЛИ», а для повышения помехоустойчивости - только один алгоритм «И».
Таким образом, при реализации заявленной системы с использованием перечисленных признаков, будет достигаться повышение надежности охраны периметров объектов.