13 октября 2003
В.Щербина. Особенности охраны периметра.
В.Щербина
Алгоритм безопасности № 4, 2003
Территория объекта имеет свои границы. Линию в плане, ограничивающую обособленную территорию объекта, называют периметром. Эта линия часто совпадает с линией ограды вокруг объекта. На местности она может быть выделена иным способом, например, межами, валами, рвами, канавами, зелеными насаждениями. Иногда для ее обозначения используют предупредительные знаки: пограничный знак ("пограничный столб"), знаки "частные владения", "охраняемая территория" и т.п. В других случаях линия периметра объекта может быть вовсе не обозначена на местности. Но она все равно существует (на плане, в строительной документации, в правовых документах).
Основное назначение охраны объекта состоит в недопущении несанкционированного прохода или проезда на его территорию отдельных людей или группы лиц. И охрана объекта начинается с охраны его периметра. Другое назначение охраны состоит в обеспечении свободного прохода или проезда на территорию объекта лиц, которым это разрешено. Вполне очевидно, что охрана периметра всегда сочетается с контролем и управлением доступом. Степень защиты объекта должна быть адекватной степени угроз, которые могут наступить вследствие несанкционированного проникновения посторонних лиц на объект.
Угроза становится явной, когда потенциальным нарушителем предпринята попытка несанкционированного проникновения на объект. Для определения момента этого события и служит охранная сигнализация периметра. В настоящей статье рассмотрены технические средства и принципы построения систем охранной сигнализации периметра.
ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ ПЕРИМЕТРА
Технических средств охранной сигнализации существует множество. К общим для большинства систем сигнализации признакам относятся:
а) наличие чувствительного элемента (сенсора), обнаруживающего изменение того или иного физического параметра и преобразующего это изменение в электрический сигнал (или изменение сигнала);
б) наличие анализатора сигнала, который выделяет представительный параметр, несущий информацию об изменении параметра, (детектирует его) и сравнивает выделенный параметр с пороговым значением или эталоном, и, в случае превышения порога, формирует сигнал тревоги.
Ключевым элементом в системе сигнализации является сенсор. Обнаруживающие свойства сенсоров основаны на самых разных физических принципах действия. В зависимости от принципа действия, используемого эффекта, параметра, формы, наименования сенсора и других признаков различают и системы обнаружения. Известны сейсмические, емкостные, электродинамические, контактные, резистивные, волоконно-оптические и другие системы. Многие из них описаны в литературе [1, 2]. Часть из применяемых систем предполагает создание и установку специальных конструкций, дублирующих ограду по всему периметру. К ним относятся, например, емкостные [1], натяжные [2] системы, "электрические стены" [3]. Чувствительные элементы других систем монтируются непосредственно на существующих оградах и не требуют значительных дополнительных строительных работ. Последние представляют наибольший интерес для массового использования. Рассмотрим особенности применения некоторых из них.
Технические средства, регистрирующие вибрации
Геофонные системы
Геофоны - это сейсмические датчики (сенсоры), широко используемые в геологии для каратажа, при котором регистрируются колебания почвы от волн звукового диапазона частот, возбужденных на поверхности земли, и отраженных от пород, залегающих на различных глубинах под землей. Геофоны обладают чрезвычайно высокой чувствительностью. Их чувствительность зависит от направления источника колебаний. Максимальная чувствительность наблюдается в вертикальном направлении (вдоль оси датчика), минимальная чувствительность - в перпендикулярном к оси направлении. Эту их особенность учитывают при проектировании и монтаже систем охранной сигнализации.
Рассмотрим два характерных примера применения геофонных датчиков в системах охранной сигнализации периметра. Первая из систем - это система Geonet 651 серии М фирмы SouthWest Micriwave [4]. Геофоны, установленные в защитных корпусах, крепят в вертикальном положении непосредственно к металлической ограде на расстоянии приблизительно б м друг от друга. При попытке преодоления ограды нарушителем в ней возникают вибрации, которые преобразуются геофоном в электрический сигнал (частотный диапазон 800-5000 Гц). Этот сигнал поступает в процессор 651, где подвергается обработке, детектированию и анализу. Если детектированный сигнал превышает пороговое значение, формируется сигнал тревоги. Вертикальное расположение геофона на ограде позволяет снизить уровень помех, вызванных природными явлениями, например, ветром. Ветер приводит к горизонтальным колебаниям ограды, чувствительность к которым у геофона минимальна. Установка геофонной системы Geonet 651 серии М на ограде показана на Рис.1.
Рис. 1. Геофонная система на металлической ограде
Типовой состав системы следующий. Шесть геофонов, объединенных в две геофонные цепи, обслуживаются одним процессором (Geonet M-series processor). Геофоны крепятся непосредственно к ограде стяжками из нержавеющей проволоки на расстоянии б м друг от друга, перекрывая участок длиной приблизительно 36 м. Объединение девяти подобных участков позволяет образовать зону охраны, протяженностью до 300 м. Сигнал от процессора поступает в приемно-контрольную панель (ICU controller). Информация с панели может быть отображена на дисплее, распечатана на принтере или передана по каналу связи.
Основной средой распространения детектируемых вибраций для системы служит сама металлическая ограда, в которой колебания затухают значительно слабее, чем в земле. Поэтому в случае использования этой системы для охранной сигнализации периметра зона отчуждения не требуется, так как колебания, вызывающие сигнал тревоги, возникают лишь при непосредственном контакте нарушителя с оградой.
Другую систему Psicon выпускает английская фирма Geoquip Ltd. [5,6]. Эта система предназначена для установки в основании массивной ограды, выполненной из кирпича, природного камня или бетона. Геофоны замуровывают в ограду и соединяют их кабелями с анализаторами, в которых происходит обработка, детектирование сигнала и формирование сигнала тревоги. В системе Psicon производится трехмерная обработка принимаемого сигнала и его сравнение с образцами "опасных" и "неопасных" сигналов, хранящихся в архиве системы. При настройке этой системы осуществляют имитацию опасных и неопасных действий и дополняют архив новыми образцами сигналов, полученных в конкретных реальных условиях. Средой распространения колебаний является ограда, ее фундамент и земля вблизи фундамента, и зона отчуждения при использовании такой системы желательна. При сезонных и погодных изменениях параметров земли требуется дополнительная настройка системы. Основные свойства и потребительские характеристики геофонных систем приведены в Табл.1.
Таблица 1. Свойства и потребительские характеристики геофонных систем охранной сигнализации периметра
Кабельные вибрационные системы
В таких системах используют сенсоры в форме кабелей . В некоторых системах используют приспособленные элементы (реальные кабели, выпускаемые промышленностью для иных целей). В других системах используют сенсорные кабели, специально разработанные для целей охранной сигнализации.
Разница между приспособленными и специально разработанными сенсорами очевидна. В приспособленных элементах для обнаружения вибраций используются, как правило, паразитные эффекты и явления, которые производители стремятся снизить при производстве продукции для ее основного назначения. Подобные эффекты не контролируются при производстве и не нормируются при выпуске продукции. Они слабы и практически всегда носят случайный характер. При использовании приспособленных изделий в качестве сенсоров трудно ожидать стабильности параметров хорошего отношения сигнала к шуму в системе. При производстве специально разработанных сенсоров их сенсорные свойства относят к основным свойствам продукции и следят за поддержанием высоких значений чувствительности и стабильности соответствующих параметров. Поэтому ожидаемая стабильность и надежность систем со специально разработанным сенсором всегда выше, чем у систем с приспособленным сенсором.
На рис. 2 показано сечение многожильного телефонного кабеля. Под воздействием вибрации происходит микродеформация кабеля, и изолированные проводники трутся друг о друга. В результате на изоляции наводится объемный заряд, и на проводниках образуется разность потенциалов (трибоэффект). Дешевый телефонный многожильный кабель часто используют как сенсор для вибрационной системы сигнализации. Это типичный пример применения в качестве сенсора приспособленного кабеля. Несмотря на множество недостатков, присущих таким системам, они продолжают выпускаться в нашей стране (системы "Арал", "Дельфин-М", "Дельфин-МП", "Багульник" и др.) [1] и за рубежом ("FlexiguardTM" фирмы Advance Perimeter System [3], "Intelli Flex" фирмы Senstar-Stellar [7]).
Рис. 2. Трибоэффект в многожильном кабеле
За рубежом распространены системы с использованием специально разработанных коаксиальных сенсорных кабелей. Конструкция сенсорного кабеля IntrepidTM, выпускаемого фирмой SouthwestMicrowave, изображена на Рис. 3 [4]. Два чувствительных проводника свободно размещаются в специальных углублениях в диэлектрике внутри коаксиального кабеля, в котором создается поле между центральным проводником и экраном. При смещении тела кабеля под воздействием вибрации чувствительные проводники, обладающие массой, остаются на месте. Они оказываются под воздействием изменяющегося электрического поля, связанного со смещением тела кабеля, и образуется разность потенциалов, которая воспринимается анализатором. Подобные сенсоры относятся к активным сенсорам, так как сами не генерируют сигнал, а требуют внешнего источника сигнала или поля. Отношение сигнала к шуму и стабильность параметров у подобных систем выше, чем у систем, основанных на трибоэффекте.
Рис. 3. Электростатический сенсор вибраций
Волоконно-оптический кабель используют в качестве сенсора вибраций как в России (например, система "Ворон" [1, 2]), так и за рубежом ("IntelliField" фирмы Senstar-Stellar [7], SouthwestMicrowave [4] и др.). Конструкция волоконно-оптического кабеля показана на Рис. 4 а. Эффект его чувствительности к вибрациям показан на Рис. 4 б.
Рис. 4. Волоконно-оптический сенсор вибраций:
а) конструкция кабеля; б) распространение излучения
На рисунке цифрой 1 обозначен луч инфракрасного излучения, претерпевающий полное внутреннее отражение от внутренних стенок волокна и распространяющийся в нем практически без потерь. Так распространяется луч по оптоволоконному кабелю в отсутствие вибраций. При воздействии на оптоволокно вибраций в точке А возникает сила F, которая приводит к деформации оптоволокна. Луч 2, отразившись от стенки в точке А, падает на противоположную стенку под меньшим углом падения. Происходит расщепление луча, и он отражается «не полностью. Часть его энергии выходит за пределы волокна и теряется. При дальнейшем прохождении луча по оптоволокну потери увеличиваются с каждым новым отражением. В результате наблюдается ослабление выходного сигнала, что и фиксирует анализатор. Достоинство волоконно-оптических сенсоров состоит в нечувствительности их к переменным магнитным и электромагнитным полям, а недостатки связаны с тем, что они являются приспособленными сенсорами.
На Рис. 5 показана конструкция электродинамического сенсорного альфа-кабеля, специально разработанного фирмой Geoquip для обнаружения вибраций при защите периметров [5, б]. В защитной оболочке кабеля размещены два полимерных магнита. В их магнитных зазорах уложены фторопластовые трубки, в которых свободно перемещаются подвижные чувствительные проводники. Для уменьшения трения трубки изнутри смазывают силиконовой смазкой. При смещении тела кабеля под воздействием вибрации перемещаются магниты, а проводники остаются на месте, так как обладают массой. Под действием переменного магнитного поля в проводниках возникает электрический ток, который воспринимается анализатором. Этот сенсор является пассивным. Он не требует внешнего источника электрической энергии, а сам генерирует электрический ток. Чувствительность электродинамического сенсора очень высока. Она соизмерима с чувствительностью капсюля микрофона. Эти сенсоры отличаются высокой стабильностью параметров и обеспечивают высокое отношение сигнала к шуму, приведенному к входу анализатора.
Рис. 5. Электродинамический сенсор вибраций
Кабельные вибрационные сенсоры обычно крепят непосредственно к конструкциям ограды. Общие принципы монтажа кабельных систем приблизительно одинаковы. Они показаны на Рис. б, 7 и 8.
Рис. 6. Крепление анализатора к ограде
Рис. 7. Защита и обход ворот при использовании сенсорных кабелей
Рис. 8. Сопряжение зон охранной сигнализации периметра
Все линейные модули кабельной системы (анализаторы, концевые коробки, соединительные коробки и др.) крепят непосредственно к ограде с помощью винтов и планок. Сенсорный кабель крепят к ограде пластиковыми стяжками, устойчивыми к ультрафиолетовому излучению, через каждые 200 мм. Сигнальные кабели крепят к ограде такими же стяжками. К анализатору кабели подводятся снизу через герметичные вводы. Корпус анализатора заземляют, для чего используют заземлитель, который вбивают в землю. В районах с небольшой высотой снежного покрова сенсорный кабель обычно прокладывают по средней линии ограды. В северных районах рекомендуется прокладывать кабель на высоте до 1,5 м от уровня земли.
Одно из достоинств кабельных вибрационных систем состоит в том, что сенсорным кабелем могут быть защищены ворота и калитки, попадающие в зону охраны. Для этой цели используют комплект для подключения сенсора к воротам, а на створках ворот или калитки крепят петлю сенсора, как показано на Рис. 7. Один конец петли сенсора на створке ворот с помощью этого комплекта электрически соединяется с сенсорным кабелем, прикрепленным к ограде. Другой конец петли подключается к фидерному кабелю, который пропускается под воротами по обводной трубе и с помощью второго комплекта подключается к петле сенсора на второй створке ворот. Петля сенсора на второй створке ворот, в свою очередь, подключается к сенсору, прикрепленному к ограде уже по другую сторону ворот. Так образуется непрерывная цепь охранной сигнализации в зоне.
Если требуется отключить ворота от зоны охраны, используют переключатель обхода ворот, который содержит дистанционно управляемые коммутационные цепи, позволяющие исключить петли сенсора на воротах из общей цепи охранной сигнализации. В дневное время, когда воротами пользуются часто, их отключают от системы охранной сигнализации периметра, перекладывая контроль ворот на систему контроля и управления доступом и систему телевизионного наблюдения. В ночное время ворота вновь включают в общую цепь охранной сигнализации периметра. Важно отметить, что система будет работать эффективно, если механические свойства ворот и ограды идентичны. Это происходит в случае, когда они изготовлены из одинакового материала и конструкции их схожи. Следует учесть, что во избежание ложных срабатываний системы от вибраций, которые могут происходить при открывании и закрытии ворот, подключение петель сенсора на воротах к сенсорам на ограде производят на некотором удалении от стоек ворот. Чтобы сохранить однородность чувствительности системы на стыках отдельных зон охранной сигнализации, в местах сопряжения образуют дополнительные петли сенсора, как показано на Рис. 8.
Рассмотренные кабельные вибрационные системы просты, не требуют зоны отчуждения и удобны в монтаже. Они широко используются для защиты периметра самых разнообразных объектов: особо охраняемых объектов, промышленных предприятий, электростанций, посольств, частных владений. Большинство из них успешно действует в самых разных климатических условиях. На Рис. 9 показан фрагмент охраняемой зоны объекта, расположенного в Заполярье, а на Рис.10 - фрагмент частного объекта в средней полосе России. В обоих случаях использован сенсорный альфа-кабель фирмы Geoquip.
Рис. 9. Фрагмент периметра охраняемого объекта в Заполярье
Рис. 10. Фрагмент периметра охраняемого объекта в средней полосе России
Потребительские свойства и основные характеристики рассмотренных кабельных вибрационных систем сведены в Табл. 2.
В первом случае сенсорный альфа-кабель крепится к плетеной металлической сетке "рабица" ограды. Во втором случае он крепится к декоративной кованой решетке, установленной в верхней линии части кирпичной ограды Конфигурация периметра или перепады высоты не влияют на обнаруживающую способность кабельных систем. Средой распространения вибраций, вызванных нарушителем при воздействии на ограду, служит сама ограда, и зона отчуждения для таких систем не требуется.
Надежная работа вибрационных систем с использованием сенсорных кабелей возможна лишь при выполнении нескольких обязательных условий: механические свойства ограды должны обеспечивать распространение механических колебаний; эти свойства должны быть однородны в пределах зоны охраны; свойства применяемой системы должны быть сопрягаемыми со свойствами ограды; ограда не должна служить источником случайных вибраций. Последнее условие означает, что ограда должна быть исправной; сетчатая ограда - туго натянутой; с ограды должны быть удалены все посторонние предметы, которые под действием ветра могут вызвать вибрации (в том числе и ветви деревьев и кустарника, которые могут касаться ограды). Очевидно, что высота ограды должна быть такой, чтобы ее невозможно было преодолеть без касания.
Таблица 2. Свойства и потребительские характеристики кабельных вибрационных систем охранной сигнализации периметра
Таблица 2, часть1
Таблица 2, часть2
Таблица 2, часть3
Продолжение следует
Об авторе: Щербина Владимир Ильич, к.т.н., технический директор BIS Engineering, e-mail: bisengineering@mtu-net.ru
Источник: Алгоритм безопасности
