Введение к работе
Актуальность темы и степень ее разработанности
Актуальность исследований в области разработки охранных систем связана с нарастанием политической и экономической нестабильности и в России, и во всем мире.
В современных условиях оснащение периметра эффективной охраной системой является одной из важнейших задач экономической безопасности любого предприятия, начиная от самого малого и заканчивая крупными стратегическими. В случае крупных стратегических предприятий химической, атомной промышленности от эффективности охранной системы зависит также экологическая безопасность прилегающих территорий (предотвращение техногенных катастроф, вызванных терактами).
При функционировании охранной системы и возникновении события нарушения периметра предприятия, оператор сталкивается с задачей принятия решения об адекватной реакции на вторжение. Наличие сведений, характеризующих объект-нарушитель, таких как: его положение, тип, маршрут и скорость движения - повышает информативность системы для оператора и оказывает ему существенную поддержку при принятии решения о выборе средств и сил для соответствующего реагирования на вторжение.
Повышение информативности охранной системы возможно за счет улучшения алгоритмов анализа сигнала, получаемого с сейсмических датчиков. Эффективность данных алгоритмов во многом зависит от уровня помех в принимаемом сигнале, являющихся источником проблем и ложных срабатываний сейсмических систем охраны. Тактико-технические характеристики системы, такие как точность локализации нарушителей, ширина зоны охраны и др., во многом зависят от схемы геометрического размещения датчиков на рубеже охранной системы.
В настоящее время наибольших успехов в области создания сейсмических систем охраны достигли: компания Geoquip (Великобритания), компания Safeguards Technology (США), НИКИРЭТ (Россия, г. Пенза), ОАО «НПК «Дедал» (Россия, г. Дубна), ФГУП ПО «Север» (Россия, г. Новосибирск) и др. В России научные разработки в области сейсмических систем охраны ведутся А.А. Вольсковым, В.А. Дудкиным, С.С. Звежинским, В.А. Ивановым, И.Н. Крюковым, М.А. Райфельдом, А.А. Спектором, Г.К. Чистовой и др. Вопросам создания и анализа сложных промышленных информационных систем, включая проблемы управления системами в условиях переменчивости воздействующих факторов, посвящены ряд работ А.В. Измайлова, А.В. Кострова, С.С. Са-дыкова и др.
Однако разработка, анализ и совершенствование методов и средств повышения качества принимаемых решений в изменчивых условиях эксплуатации систем остается актуальной задачей научных исследований в области создания надежных систем охраны и, прежде всего, для охраны особо важных промышленных объектов.
Объектом исследования являются процессы информационного обеспечения систем охраны промышленных предприятий.
Предметом исследования являются методы и средства анализа, локализации и классификации нарушителей в системах охраны.
Цель и задачи диссертационной работы
Целью диссертационной работы является повышение надежности средств локализации и классификации нарушителей в сейсмических системах охраны предприятий.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ алгоритмов функционирования сейсмических охранных систем и моделей сейсмических сигналов, порождаемых нарушителями.
-
Создать имитационные модели сейсмических сигналов, генерируемых субъектом-нарушителем, группой людей и транспортными средствами. Разработать программный имитатор сейсмической обстановки в охраняемой зоне.
-
Разработать алгоритмы распознавания нарушителя: идентификация класса/типа нарушителя, определение координат месторасположения, оценка направления и скорости движения.
-
Исследовать влияние топологии и интервалов размещения сейсмических датчиков на характеристики охранной системы: ширина охраняемой зоны, точность определения координат нарушителей, необходимое и достаточное количество датчиков.
5. Разработать методику оптимизации схемы размещения сейсмических датчиков.
Научная новизна работы
-
Разработана новая экспериментальная методика по оптимизации схемы размещения сейсмических датчиков, позволившая управлять определенными характеристиками системы, изменяя топологию и интервалы установки датчиков.
-
Предложен нетрадиционный подход к определению координат нарушителя, преимуществами которого перед классическим методом трехточечной звуковой локации являются: повышенная помехозащищенность и меньшая вычислительная сложность.
-
Доказана перспективность использования оригинальных имитационных моделей сигналов, регистрируемых сейсмическими датчиками при нахождении в охраняемой зоне нарушителей таких классов, как человек, группа людей и транспортное средство, достоинством которых перед распространенными аналитическими моделями является гибко настраиваемая вариативность воздействующих факторов.
-
Введены понятия классификационных признаков, содержащихся в сигнале единичного сейсмического датчика: коэффициент заполнения выборки полезным сигналом, энергия сигнала в выборке, характеристики спектра огибающей сигнала - анализ которых позволяет разделять нарушителей периметра на три класса.
Теоретическая значимость работы
-
Доказана методика, позволяющая оптимизировать схему размещения сейсмических датчиков, расширяющая границы применимости полученных результатов проведенного исследования зависимости характеристик системы от геометрического расположения датчиков.
-
Применительно к проблематике диссертации результативно использован комплекс существующих базовых методов исследования, в т.ч. методов системного анализа, математической статистики, имитационного моделирования.
-
Изложены факторы, оказывающие влияние на надежность обнаружения, локализации и классификации нарушителей по данным, получаемым с сейсмодатчиков.
-
Выявлены новые проблемы, связанные с неоднородностью точности локализации нарушителей в различных точках площади охраняемой зоны.
-
Изучены взаимосвязи характеристик охранной системы предприятия со схемой расстановки датчиков на рубеже периметра охраны.
-
Проведена модернизация существующих математических моделей сигналов, регистрируемых сейсмическими датчиками при нахождении в охраняемой зоне нарушителей таких классов, как человек, группа людей и транспортное средство, что позволило гибко настраивать вариативность воздействующих факторов.
Практическая значимость работы
1. Разработаны и внедрены в производственный и опытно-конструкторский процесс ОАО «Приборный завод «Тензор» (г. Дубна) программный имитатор сейсмических сигналов, использующийся для отладки и испытания программного обеспечения
5 сейсмических охранных систем; и методика оптимизации схемы размещения сейсмических датчиков, обеспечивающая возможность минимизации стоимости охранной системы.
-
Определены перспективы практического использования разработанных алгоритмов локализации и классификации нарушителей в условиях охраны промышленных предприятий.
-
Создана система практических рекомендаций по повышению надежности средств локализации и классификации нарушителей в сейсмических системах охраны предприятий.
-
Представлены предложения по дальнейшему улучшению качества информации о нарушителе, предоставляемой охранной системой оператору для поддержки принятия решений.
Методология и методы исследования
Для решения поставленных задач использовались методология и методы системного анализа, математической статистики, имитационного моделирования, теории принятия решений и программирование на языках высокого уровня.
Положения, выносимые на защиту
-
Имитационные модели сейсмических сигналов, обеспечивающие генерацию информационных сигналов от человека, группы людей и транспортного средства, поступающих с сейсмических датчиков.
-
Алгоритмы разделения нарушителей по сигналу единичного сейсмического датчика на три класса: человек, группа людей и транспортное средство - обладающие инвариантностью результатов в условиях изменчивости сезонных, погодных явлений или свойств грунта.
-
Алгоритм определения координат нарушителя, позволяющий снизить влияние шума на точность определения координат за счет механизма формирования итоговой оценки, основанного на усреднении данных по совокупности четверок датчиков, регистрирующих нарушителя.
-
Методика оптимизации схемы размещения сейсмических датчиков, обеспечивающая проектировщику системы возможность выбора топологии и интервалов установки датчиков, исходя из заданных характеристик системы, с целью минимизации ее стоимости.
Степень достоверности и апробация результатов работы
Достоверность результатов работы обусловлена системной проработкой проблемы, достоверностью применяемых методов. Для экспериментальных работ показана воспроизводимость результатов исследования в различных условиях. Теория построена на известных, проверяемых данных, согласуется с опубликованными экспериментальными данными по теме диссертации. Имеет место качественное совпадение авторских результатов с результатами, представленными в независимых источниках по данной тематике. Использованы современные методики сбора и обработки исходной информации.
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:
-
II Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов «Информационные системы и технологии 2009» (г. Обнинск, 2009).
-
VI Международная научно-практическая конференция «Перспективы развития информационных технологий» (г. Новосибирск, 2012).
-
XVI Международная научно-практическая конференция «Актуальные вопросы современной науки» (г. Таганрог, 2012).
-
XV Международная научно-практическая конференция «Перспективы развития информационных технологий» (г. Новосибирск, 2013).
-
Научные семинары кафедры системного анализа и управления Международного университета природы, общества и человека «Дубна».
По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, из них 3 - статьи в журналах из перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий ВАК Министерства образования и науки РФ. Получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Диссертация состоит из введения, пяти глав с выводами по каждой главе, заключения, списка литературы, включающего 146 наименований, и приложения. Общий объем диссертации 150 страниц, включая 9 таблиц и 51 рисунок.
