Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТКА ПРОБЛЕМЫ И ОСНОВНЫЕ
НАПРАВЛЕНИЯ ЕЕ РЕШЕНИЯ 10
1.1 Применение упреждающего режима в приборах контроля систем
охранных сигнализаций 10
-
Основные направления защиты помещений от несанкционированного проникновения 10
-
Охранные системы раннего обнаружения 11
-
Классификация приборов контроля систем охранной сигнализации и оценка возможности их использования в упреждающем режиме 14
1.2 Применение существующих приборов контроля для
упреждающей защиты дверей и дверных механизмов 22
-
Фотоэлектрические и электроконтактные приборы 22
-
Вибрационные приборы контроля 23
-
Акустические приборы контроля пассивного типа действия 24
-
Постановка задачи исследований 26
-
Выводы 27
2 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ
МОДЕЛИ КОНТРОЛИРУЕМОГО ОБЪЕКТА 28
-
Выбор и обоснование математической модели контролируемого объекта 29
-
Оценка частотного состава колебаний контролируемого объекта при внешних воздействиях 33
-
Моделирование импульсного воздействия на контролируемый объект 33
-
Оценка влияния координат точки воздействия на частотный состав сигнала 37
2.3 Оценка влияния конструктивных особенностей контролируемого
объекта на частотный состав колебаний 38
-
Оценка влияния изменения жесткости и распределения масс 38
-
Оценка влияния геометрических размеров полотна на собственные частоты колебаний 41
-
Оценка влияния наложения внешних связей 42
-
Оценка влияния потерь 43
2.4 Моделирование преобразования колебаний пластины в выходной
сигнал первичного измерительного преобразователя 44
-
Моделирование выходного сигнала измерительного преобразователя пьезоэлектрического типа 45
-
Моделирование выходного сигнала измерительного преобразователя магнитоэлектрического типа 46
-
Исследование влияния точки установки первичного преобразователя на частотный состав сигнала 49
2.5В ыводы 50
3 РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОБНАРУЖЕНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА
ОХРАНЯЕМЫЙ ОБЪЕКТ НА ОСНОВЕ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА И
ОЦЕНИВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ СТРУКТУРЫ АКУСТИЧЕСКОГО
СИГНАЛА 51
3.1 Исследование параметров структуры акустических сигналов при
воздействии на объект контроля 51
-
Выбор первичного преобразователя 51
-
Схема экспериментальной установки 55
-
Общая оценка сигнала первичного преобразователя для различных воздействий и оценка влияния конструктивных особенностей на характеристики сигнала 58
-
Анализ частотного состава сигнала 65
3.2 Разработка алгоритмов обработки сигналов первичного
преобразователя для обнаружения тревожных воздействий на
контролируемый объект 74
-
Выбор информационных параметров сигнала и разработка алгоритма классификации воздействий 74
-
Разработка алгоритма самообучения для повышения надежности распознавания сигналов штатного открывания замка 80
-
Разработка дифференциального метода контроля для повышения помехоустойчивости алгоритма обнаружения 83
3.3 Выводы 84
4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ
АЛГОРИТМОВ ОБНАРУЖЕНИЯ СИГНАЛА И ИХ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ 85
4.1 Реализация метода обнаружения тревожного воздействия в
приборе контроля 85
-
Аппаратная реализация алгоритма обработки сигнала 85
-
Программно-аппаратная реализация алгоритма обработки сигнала на основе однокристального микроконтроллера 90
-
Описание методики настройки прибора 95
-
Оценка достоверности обнаружения и классификации воздействий на контролируемый объект 97
4.2 Особенности практического использования разработанных
приборов контроля в системах охранной сигнализации 102
-
Использование прибора в охранных системах малых и удаленных объектов 103
-
Использование прибора в системах обеспечения комплексной безопасности сооружений типа «интеллектуальное здание» 107
4.4 Выводы ПО
Заключение 112
Литература 114
Введение к работе
В настоящее время кражи как частного, так и государственного имущества занимают лидирующие позиции в сводках УВД. При этом кражи, в основном, совершаются на объектах средней и малой величины, где достаточную степень защищенности по ряду причин сложно обеспечить. Вместе с тем общий ущерб от краж оказывается довольно значительным. Так, возможность заработать на сдаче лома цветных металлов активизировала целую волну разрушений металлосодержащего электрооборудования. Варварски вырезаются медные блоки из телефонных шкафов, и целые поселки остаются без телефонной связи. Даже вероятность быть пораженным электрическим током не останавливает злоумышленников от воровства латунных контактов и трансформаторов из электрощитовых, что приводит к отсутствию электричества в прилегающих районах. Ущерб от таких преступлений включает в себя не только стоимость металла, которая относительно невелика, но и затраты на восстановительные работы, а также ущерб от отсутствия связи или электроснабжения. Еще более тяжелые последствия могут иметь кражи с промышленных и транспортных объектов, таких как газо- и нефтеперекачивающие станции, оборудование железной дороги и т.п. Относительная удаленность таких объектов делает их еще более привлекательными для преступников. Почти полное отсутствие каких либо средств сигнализации делает подобные преступления почти не поддающимися противостоянию.
Одним из вариантов повышения защищенности таких объектов является использование относительно недорогих электронных приборов охранной сигнализации, создающих так называемый «эффект присутствия». Такие приборы в большинстве случаев являются автономными, хотя могут использоваться и в составе более крупных систем охраны. Выявление попытки нарушения охраняемой зоны вызывает включение охранных изве-щателей - сирен, световых сигналов, речевых сигнализаторов. Такой подход предназначен для привлечения внимания или для отпугивания преступника. Использование подобных систем будет тем более эффективно, чем раньше будет выявлена попытка нарушения.
Другими объектами, привлекающими внимание преступников своей доступностью, являются объекты частной собственности: квартиры, гаражи, дачи. Во многих случаях кражи происходят очень быстро: взламываются пассивные средства защиты, забираются наиболее ценные вещи и нарушитель скрывается до приезда наряда милиции. Использование стандартных приборов охранной сигнализации является в таких случаях недостаточно эффективным, так как они рассчитаны лишь на обнаружение проникновения в охраняемую зону и время между передачей тревожного сигнала и появлением группы задержания оказывается слишком велико для предотвращения преступления.
Повысить защищенность таких объектов возможно при использовании режима раннего обнаружения несанкционированного проникновения (упреждающего режима), в котором тревожный сигнал передается уже при попытке нарушения целостности пассивных средств защиты [ 1].
Электронные приборы контроля систем охранных сигнализаций (называемые также извещателями, устройствами обнаружения или датчиками) - один из важнейших элементов системы охранной сигнализации, от свойств которого будут во многом зависеть свойства всей системы в целом.
В настоящее время используется большое количество различных датчиков: контактных, ультразвуковых, радиоволновых, инфракрасных, пьезоэлектрических, емкостных, акустических и других [2,3]. Однако многие из них имеют существенные ограничения при использовании для защиты объектов в упреждающем режиме. Наиболее эффективными приборами для использования в режиме раннего обнаружения являются пассивные акустические и вибрационные устройства («Арфа», «Стекло», «Шорох», «Грань» и др.)[4-8]. Но, к сожалению, первые из них применимы только для защиты стеклянных полотен, а вторые - для защиты достаточно крупных строительных конструкций: стен, перекрытий, перегородок. Вместе с тем, статистика показывает, что достаточно часто вместо грубого разрушения защитных конструкций преступники выводят из строя запорные механизмы дверей, подбирая отмычку или разрушая отдельные элементы механизма, что, для большинства случаев, не представляет большой сложности [9]. Подобное воздействие ни один из существующих приборов не может обнаружить.
Целью настоящей работы является совершенствование пассивных акустических приборов систем охранных сигнализаций упреждающего типа для решения задачи защиты дверей и их запорных механизмов от взлома путем разработки новых принципов выделения информационной составляющей регистрируемых сигналов, нахождения оптимальных схемотехнических решений, а также совершенствования методов обработки сигналов.
Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:
Разработка математической модели контролируемого объекта с целью предварительного определения параметров сигнала и оценки влияния на его свойства конструктивно-технологических факторов;
Выбор и обоснование первичного измерительного преобразователя с целью обеспечения наилучшего сочетания эксплутационных, технических и экономических характеристик;
Исследования сигналов на реальном объекте контроля с целью выявления структурных параметров сигнала и выделения из него информационных характеристик;
Разработка алгоритмов обнаружения сигналов с их последующей идентификацией;
Разработка акустических приборов пассивного типа для систем охранной сигнализации, реализующих разработанные алгоритмы.
Научная новизна заключается в следующем:
Разработана математическая модель контролируемого объекта, позволяющая установить связи конструктивно-технологического характера с параметрами сигнала;
Определены параметры структуры акустических сигналов при воздействиях на контролируемый объект;
Разработан метод обнаружения и идентификации нештатных воздействий на запорные механизмы на основе анализа длительности и очеред- ности следования частотных выбросов в спектре акустического сигнала (патент РФ №2254613 от 20.06.2005г ). Автор защищает:
Модель объекта контроля, связывающая конструктивные параметры объекта с параметрами акустического сигнала;
Алгоритм обнаружения сигнала, основанный на анализе очередности частотных всплесков в спектре сигнала;
Методы увеличения надежности распознавания акустического сигнала в условиях сильных помех.
Практическая ценность:
Использование акустических приборов контроля упреждающего типа позволяет обеспечить более ранее обнаружение опасных воздействий на дверное полотно и запорные механизмы и, тем самым, предупредить проникновение на охраняемый объект;
Применение алгоритма обнаружения акустических сигналов на основе анализа длительности и очередности следования частотных выбросов в спектре сигнала позволяет повысить надежность, чувствительность и селективность пассивных акустических приборов.
Реализация результатов работы:
В результате проведенных исследований было разработано и внедрено несколько типов акустических приборов контроля, которые входили в состав следующих систем охранной сигнализации: ЭЦСК-1/15, CapGuard МА.01, CapGuard МА.02, CapGuard ATS.01, CapGuard ATS.02. В различных учреждениях Алтайского края работают 7 систем с использованием акустических приборов контроля.
Апробация работы и публикации:
По материалам выполненных в диссертации исследований опубликовано 10 печатных работ, из них: 1 патент на изобретение, 2 статьи, 7 тезисов докладов.
Материалы работы обсуждались на научно-технических семинарах кафедры «Медицинская кибернетика» АлтГТУ, а также на конференциях: «Студенты и аспиранты - малому наукоемкому бизнесу (ползуновские гранты)», «Измерение, контроль, информатизация», «Наука, технологии, инновации», «Анализ и синтез как методы научного познания», «Наука и молодежь».
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Основной текст работы изложен на страницах машинописного текста, включая рисунки на страницах, таблиц, список литературы из наименований.
В первой главе работы рассмотрены вопросы организации современных охранных систем, обоснована актуальность разработки новых приборов контроля для охранных систем; сформулированы задачи диссертационного исследования.
Во второй главе разработана математическая модель контролируемого объекта и проведено теоретическое исследование частотного состава сигнала измерительного преобразователя для различных воздействий.
В третьей главе эмпирически получены значения структурных параметров сигнала первичного измерительного преобразователя. Предложен алгоритм обнаружения и идентификации различных воздействий на контролируемый объект на основе анализа длительности и очередности следования частотных выбросов в спектре сигнала.
В четвертой главе описан вариант практической реализации прибора. Проведено исследование эффективности разработанного алгоритма, оценена надежность работы прибора. Рассмотрена возможность использования полученных результатов при создании интегрированных систем обеспечения безопасности и жизнеобеспечения зданий типа «Интеллектуальный дом».
