Введение к работе
Актуальность работы
С развитием функциональных возможностей оборудования, используемого в различных системах физической защиты (СФЗ), все более важной становится оценка эффективности проектируемой системы. Очень часто можно услышать о накопленном опыте и о наработках в данной области. Но в действительности получить с их помощью обьективное и измеримое представление об эффективности СФЗ бывает тяжело. Иногда ситуация осложняется еще и тем, что так называемые обоснования выбора и установки оборудования не всегда убедительны, и обусловлены сугубо финансовыми причинами, т.е. не обеспечивают требуемый уровень защиты. В то же время методы, которые можно реально применять при оценке эффективности систем физической защиты, по-прежнему далеко не так совершенны, как хотелось бы.
На сегодняшний день существует множество как отечественных, так и зарубежных работ, полностью описывающих порядок проектирования и строительства систем обеспечения безопасности людей. Также существует большое количество научных трудов, где так или иначе дается методика определения эффективности данных систем, но задача оценки эффективности системы с помощью объективного поиска наиболее опасной траектории движения нарушителя с целью защиты от нес не ставится.
В наиболее распространенных методиках решение задачи определения эффективности системы сводится к построению пути движения нарушителя, определению вероятности обнаружения и (или) нейтрализации нарушителя на данном пути, а также вычислению времени, в течение которого нарушитель будет двигаться к цели после обнаружения. В этом случае вес препятствия, встречающиеся на пути нарушителя, описываются вершинами формируемого графа. Возможности перехода от одного препятствия к другому - ребрами графа. Основная сложность, возникающая при построении подобной модели, заключается в определении всех возможных путей движения нарушителя по объекту для построения наиболее точного графа, описывающего объект.
Несомненно, слабым местом данного подхода является неточность экспертно заданной траектории движения нарушителя. Эксперт лишь допускает, что нарушитель не выберет другого пути, а это не всегда обосновано.
Предсказать поведение нарушителя невозможно, зато всегда можно определить траекторию, которая по тем или иным причинам будет оптимальна для нарушителя,
определяя, таким образом, наиболее уязвимые части системы физической защиты. Применение же описанного выше графа при нахождении данной траектории не гарантирует, что она будет выявлена.
Существует множество компьютерных приложений, которые помогают оценивать эффективность систем физической защиты. Сейчас можно использовать целый спектр данных приложений от упрощенных расчетных программ типа EASI до сложных трехмерных моделей, а также моделей игрового типа, где роли нарушителей и сил противодействия играют реальные люди, работающие с данной программой. Также существуют компьютерные программы, использующиеся для расчета путей эвакуации в случае чрезвычайной ситуации.
Но как и в случае с классическим построением графов во всех существующих компьютерных моделях обыгрывается ситуация или оценивается заранее выбранный маршрут, причем как ситуация, так и маршрут выбираются на основании некоторых эмпирических оценок, а иногда и просто из так называемого опыта.
В большинстве случаев при проектировании систем безопасности подобная оценка эффективности вообще не проводится, а выбор систем и комплектующих производят на основании ранее производившихся инстатляции, что опять же не гарантирует эффективности системы.
Следовательно, необходимо создать альтернативную математическую модель объекта, защищаемого системой безопасности, и на основании этой модели разработать методику объективной оценки системы безопасности, а также необходимый для этого инструмеїггарий.
Цель диссертационного исследования
Целью диссертационного исследования является разработка методики объективной сценки эффективности систем безопасности.
Задачи исследования
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие частные задачи:
-
создать математическую модель движения рассматриваемых персонажей по объекту, оборудованному системой безопасности;
-
решить задачу поиска минимальных по времени путей движения по объекту для следующих персонажей: нарушитель, силы реагирования, поток эвакуирующихся людей;
-
решить задачу оценки вероятности обнаружения нарушителя;
4) на основании созданной математической модели и методики оценки вероятностных характеристик обнаружнтелыгой способности системы безопасности разработать методику интегральной оценки системы безопасности.
Научная новизна результатов работы
-
Предложена топологическая формализованная математическая модель системы физической защиты охраняемого объекта на основе клеточного поля с целыми значениями анализируемых параметров. Данная модель, в отличие от уже известных, позволяет описать СФЗ объектов со сложной топологией па заданном уровне декомпозиции, а также получить интегральную оценку эффективности СФЗ при наличии множества объектов защиты или распределенного объекта защиты.
-
Разработан алгоритм поиска зоны низкой вероятности обнаружения нарушителя, для чего были использованы методы динамического программирования и стандартные алгоритмы поиска пути в ширину. Для описания плотности вероятности обнаружения нарушителя в заданной точке разработанной топологической модели было впервые введено и успешно применено понятие нормированной дискретной логарифмической вероятности.
-
Разработан адаптированный к системам безопасности алгоритм поиска пути в ширину с элементами эвристики, не влияющими на оптимальность найденного пути, способный находить наиболее быстрый путь движения нарушителя с необходимой точностью и за приемлемое время. Сложность предложенного алгоритма имеет линейную зависимость от количества дискретов на поле модели.
-
Предложена методика оценки эффективности СФЗ крупных и распределенных объектов со сложной топологией. Эта методика, в отличие от уже существующих, позволяет оценивать эффективность системы физической защиты с учетом взаимного влияния ее подсистем и топологии охраняемого объекта, что дает возможность значительно снизить влияние субъективного фактора на результаты оценки.
Научно-практическая значимость результатов работы
1. На основе разработанных методов создано методическое, алгоритмическое и программное обеспечение для решения задач:
о оценки эффективности систем физической защиты,
о прогноза развития тревожной ситуации в случае обнаружения на объекте нарушителя,
о обеспечения эвакуации персонала охраняемого объекта в случае возникновения на охраняемом объекте чрезвычайной ситуации.
Созданное методическое, алгоритмическое и программное обеспечение предназначено дія обеспечения безопасного функционирования крупных и распределенных охраняемых объектов.
-
Программная реализация разработанного алгоритма оценки эффективности СФЗ «Анализатор СФЗ ТО ДНИРО» позволяет автоматизировать процесс оценки эффективности, как на этапе разработки проекта, так и при оценке эффективности уже существующей СФЗ охраняемого объекта, существенно снизить время проектирования и степень влияния субъективных факторов.
-
Программная реализация разработанного алгоритма расчета путей эвакуации «ИРПЭ» позволяет автоматизировать процесс управления потоками людей при эвакуации персонала охраняемого объекта в чрезвычайных ситуациях, существенно снизить время проектирования систем обеспечения эвакуации и исключить при этом влияние субъективных факторов.
-
Применение результатов диссертационных исследований в проектах ЗАО «КОМПАНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬ» и 000 «АльянсЭксперт» позволило значительно сократить трудозатраты на оценку эффективности систем безопасности и повысить достоверность получаемых результатов.
На защиту выносятся следующие основные положения:
о Научно-методические положения по решению задачи поиска кратчайшігх путей и областей обнаружения и пресечения действий нарушителя на модели охраняемого объекта, включающей в себя математические модели субъектов движения: нарушитель, охранник, эвакуирующийся человек.
о Методика оценки системы безопасности крупных и распределенных объектов путем оценки обнаружительной способности системы безопасности и защищенности охраняемого объекта.
о Комплекс алгоритмов моделирования развития событий на охраняемом объекте.
Апробация работы
Основные результаты диссертации докладывались на следующее конференциях: о Международный семинар «Распределенные компьютерные и
коммуникационные сети». - М.: ИППИ, 2007. (Москва, октябрь 2007 г.)
о 50-я научная конференция МФТИ «Современные проблемы фундаментальных
и прикладных наук». Секция проблем управления. - М.: МФТИ, 2007. (г. Москва, ноябрь
2007 г.)
о 51-я научная конференция МФТИ «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук». Секция систем безопасности. - М: МФТИ, 2008. (г. Москва, ноябрь 2С08 г.)
о Конференция молодых ученых. Информационные технологии, секция «Безопасность и противодействие терроризму, защита информации». - СПб: СПбГУ ИТМО, 2009. (г. Санкт-Петербург, апрель 2009 г.)
о IEEE Int. Conf. on Industrial Informatics INDIN 2009, (Cardiff, UK, June 2009)
о 52-я научная конференция МФТИ «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук». Секция систем безопасности. - М.: МФТИ, 2009. (г. Москва, ноябрь
2009 г.)
о VII научно-техническая конференция «Системы наблюдения, мониторинга и дистанционного зондирования земли» - М.:МПТОРЭС, 2010. (г. Адлер 2010 г.)
о 53-я научная конференция МФТИ «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук». Секция систем безопасности. -М.: МФТИ, 2010. (г. Москва, ноябрь
2010 г.)
о International Conference on Business, Engineering and Industrial Applications (ICBEIA2011) (Kuala Lumpur, June 2011)
о 54-я научная конференция МФТИ «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук». Секция систем безопасности. - М.: МФТИ, 2011. (г. Москва, ноябрь
2011 г.)
Публикации
Материалы диссертации опубликованы в 25 печатных работах, из них 11 статей в журналах, 3 из которых - по перечню ВАК [3, 4, 12], 5 статей в сборниках трудов конференций [1, 2, б, 7, 9], 4 тезиса докладов [15, 16, 17, 18], монография [14], глава в книге [24], 2 авторскігх свидетельства [19, 20].
Личный вклад автора
Диссертация написана по материалам исследований, выполненных на базовой кафедре «Системы безопасности» МФТИ (ГУ) в период с 2008 по 2011 годы. Личный вклад соискателя в опубликованные работы составляет в среднем не менее 70%. Многие работы написаны автором лично. Результаты, выносимые на защиту, получены автором самостоятельно. Все представленные в диссертации результаты получены лично автором.
Структура и объём диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Объем работы составляет 126 машинописных страниц формата А4 печатного текста с иллюстрациями. Список используемой литературы включает 97 наименований.
