Система идентификации личности по отпечаткам пальцев

1. CONFIRM_VAL = 9; DELTA_L = 10.0; DELTA_A = 10.0; confirmDot = 0; short needVal = |min(this->size(),fng.size())/3.0 +0.5|;

2. для каждой точки на входном tekFing отпечатке выполнить пункты 3-14

3. для каждой точки на отпечатке из базы baseFing выполнить пункты 4-14

4. confirmVal = 0;

5. для каждой относительной точки tekIter для точки tekFing выполнить пункты 6-13

6. поиск первой подходящей по расстоянию точки в списке baseFing для tekIter

7. Если точка не найдена, перейти к п. 5.

8. для каждой относительной точки baseIter для точки baseFing выполнить п. 9

9. Если точка baseIter не удовлетворяет условиям с погрешностью, то переход к п. 8

10. confirmVal = confirmVal + 1;

11. Если confirmVal <= needVal, то переход к п. 5

12. Удалить точку baseFing из последующего перебора, т.к. она уже совпала

13. confirmDot = confirmDot + 1; переход к п. 3

14. Конец

1.7.6. Требования к контрольному примеру

Контрольный пример должен содержать не менее одного отпечатка пальца, похожего на обрабатываемый, одного отпечатка, не похожего на обрабатываемый, и одного отпечатка, являющегося похожим на обрабатываемый, но смещенный и повернутый на некоторый угол.

1.7.7. Список условных обозначений

confirmVal - количество совпавших сопряженных СТ с текущей СТ

confirmDot - количество совпавших СТ (спец точек)

min - функция с 2 входными параметрами, результатом которой является минимальное из входных значений.

CONFIRM_VAL = 9

DELTA_L = 10.0

DELTA_A = 10.0

|| - округление до ближайшего целого

tekFing - список точек в относительных параметрах на входном отпечатке.

baseFing - список точек в относительных параметрах на отпечатке из базы

tekIter - список точек относительно исследуемой (ее относительные параметры) для точки на входном отпечатке

baseIter список точек относительно исследуемой (ее относительные параметры) для точки отпечатке из базы

1.8. Описание подпрограммы «OnBnClickedCompare»

1.8.1. Вводная часть

Подпрограмма OnBnClickedCompare предназначена для обработки события на диалоговом окне - нажатие кнопки «Сравнить». Подпрограмма производит проверку, был ли проведен анализ отпечатка пальца. Результат поиска сохраняется в файл.

Текст подпрограммы приведен в приложении 1.3

1.8.2. Функциональное назначение

Подпрограмма OnBnClickedCompare предназначена для

1) проверки входного отпечатка на анализ;

2) сохранение результата в файл отчета.

1.8.3. Описание информации

Структура TCompareFing предназначена для хранения информации о сравниваемых отпечатках пальцев. Структура TCompareFing объявлена следующим образом:

struct TCompareFing

{

double val;

short cDot;

short nfng;

CString name;

list<TPairAbsDot> dots;

list<TPairSur> surdots;

};

val - уровень схожести отпечатков

cDot - количество совпавших точек

nfng - номер отпечатка

name - файл отпечатка

dots; - совпавшие точки на отпечатках

surdots - окружения на одинаковых отпечатках

Структура TAbsFing - список точек в абсолютных параметрах, полученый в разультате работы подсистемы анализа. Структура TAbsFing объявлена следующим образом:

class TAbsDot

{

public:

CPoint coord;

double alpha;

bool type;

bool show;

};

coord - координаты

alpha - направление в точке

type - тип точки (1- окончание, 0- раздвоение)

show - видимость точки (1- видима, 0- скрыта)

Входные данные для данной подпрограммы представлены:

TAbsFing fing - список точек в абсолютных параметрах, полученый в разультате работы подсистемы анализа. Каждый элемент списка содержит все наобходимые параметры для обработки и преобразования в подсистеме распознавания:

Выходные данные для данной подпрограммы представлены:

Результат работы подпрограммы сохраняется в файл отчет

1.8.4. Используемые подпрограммы

В подпрограмме используются следующие подпрограммы:

1. PrintReport - вывод результата поиска в файл отчет;

2. CompareWithBase - функция сравнения текущего отпечатка с отпечатками из базы данных;

3. Convert - преобразование абсолютных параметров к относительным.

1.8.5. Схема подпрограммы «OnBnClickedCompare»

Схема подпрограммы «OnBnClickedCompare» приведена на рис. 2.7.

Схема подпрограммы OnBnClickedCompare

9

Рис. 2.7

1.9. Описание подпрограммы «Convert»

1.9.1. Вводная часть

Подпрограмма Convert предназначена для реализации алгоритма преобразования отпечатка из абсолютных параметров к относительным. Подпрограмма сравнивает каждую точку на входном отпечатке со всеми остальными точками на отпечатке. Результат преобразования возвращается как выходной параметр функции.

Текст подпрограммы приведен в разделе П.1.2

1.9.2. Функциональное назначение

Подпрограмма Convert предназначена для

1) преобразовать отпечаток из абсолютных параметров к относительным;

2) отсортировать список относительных параметров, для увеличения скорости распознавания.

1.9.3. Описание информации

Структура TRelFing предназначена для хранения информации о отпечатках пальцев в относительных параметрах. Структура TRelFing объявлена следующим образом:

class TRelFing: public list<listTRelDot>

typedef list<TRelDot> listTRelDot;

class TRelDot

{

public:

short l,a1,a2;

TAbsDot absDot;

}

l - растояние между точками

a1 - угол между направлением точки А и направлением A->B

a2 - угол между направлением точки В и направлением A

absDot - абсолютные параметры (необходимо для отображения на экране совпавших точек)

TAbsFing fing - список точек в абсолютных параметрах, полученый в разультате работы подсистемы анализа. Каждый элемент списка содержит все наобходимые параметры для обработки и преобразования в подсистеме распознавания:

class TAbsFing: public list<TAbsDot>

class TAbsDot

{

public:

CPoint coord;

double alpha;

bool type;

bool show;

};

coord - координаты

alpha - направление в точке

type - тип точки (1- окончание, 0- раздвоение)

show - видимость точки (1- видима, 0- скрыта)

Входные данные для данной подпрограммы представлены

TAbsFing &fng - ссылка на список точек отпечатка пальца в абсолютных параметрах.

Выходные данные для данной подпрограммы представлены:

TRelFing *-указатель на список точек отпечатка пальца в относительных параметрах.

1.9.4. Используемые подпрограммы

В подпрограмме используются следующие подпрограммы:

1) GetAlpha - получение направления из точки А в точку В [-pi,pi);

2) GetS - получение расстояния между двумя точками.

1.9.5. Схема подпрограммы «Convert»

Схема подпрограммы «Convert» приведена на рис. 2.8.

1.10. Описание подпрограммы «CompareWithBase»

1.10.1. Вводная часть

Подпрограмма CompareWithBase предназначена для загрузки данных из файла базы данных, преобразования их к относительным параметрам. Подпрограмма сравнивает каждый отпечаток из базы данных с отпечатком, открытым для исследования. Результат возвращается как выходной параметр функции.

Текст подпрограммы приведен в разделе П.1.3

1.10.2. Функциональное назначение

Подпрограмма CompareWithBase предназначена для:

1) преобразовать каждый отпечаток из базы данных из абсолютных параметров к относительным;

2) сравнить каждый отпечаток из базы данных с отпечатком, открытым для сравнения.

Схема подпрограммы Convert

9

Рис. 2.8

1.10.3. Описание информации

Структура TCompareFing предназначена для хранения информации о сравниваемых отпечатках пальцев. Структура TCompareFing объявлена следующим образом:

struct TCompareFing

{

double val;

short cDot;

short nfng;

CString name;

list<TPairAbsDot> dots;

list<TPairSur> surdots;

};

val - уровень схожести отпечатков

cDot - количество совпавших точек

nfng - номер отпечатка

name - файл отпечатка

dots; - совпавшие точки на отпечатках

surdots - окружения на одинаковых отпечатках

Структура TRelFing предназначена для хранения информации о отпечатках пальцев в относительных параметрах. Структура TRelFing объявлена следующим образом:

class TRelFing: public list<listTRelDot>

typedef list<TRelDot> listTRelDot;

class TRelDot

{

public:

short l,a1,a2;

TAbsDot absDot;

}

l - растояние между точками

a1 - угол между направлением точки А и направлением A->B

a2 - угол между направлением точки В и направлением A

absDot - абсолютные параметры (необходимо для отображения на экране совпавших точек)

TAbsFing fing - список точек в абсолютных параметрах, полученый в разультате работы подсистемы анализа. Каждый элемент списка содержит все наобходимые параметры для обработки и преобразования в подсистеме распознавания:

class TAbsFing: public list<TAbsDot>

class TAbsDot

{

public:

CPoint coord;

double alpha;

bool type;

bool show;

};

coord - координаты

alpha - направление в точке

type - тип точки (1- окончание, 0- раздвоение)

show - видимость точки (1- видима, 0- скрыта)

Входные данные для данной подпрограммы представлены

TRelFing fingR -исследуемый отпечаток в относительных параметрах;

Bse - содержимое базы данных с отпечатками.

Выходные данные для данной подпрограммы представлены:

list<TCompareFing> - список, содержащий результаты сравнения отпечатков для каждого отпечатка из базы данных с исследуемым отпечатком.

1.10.4. Используемые подпрограммы

В подпрограмме используются следующие подпрограммы:

1) LoadFing - загрузка отпечатка из базы данных

2) Compare - сравнение двух отпечатков

1.10.5. Схема подпрограммы « CompareWithBase »

Схема подпрограммы «CompareWithBase» приведена на рис. 2.9.

1.11. Описание подпрограммы «Compare»

1.11.1. Вводная часть

Подпрограмма Compare предназначена для сравнения двух поданных на вход отпечатков. Подпрограмма реализует задачу поиска совпадающих отпечатков по базе данных. Сравнивает каждую точку на входном отпечатке с каждой точке на втором отпечатке. Результат возвращается как выходной параметр функции.

Текст подпрограммы приведен в разделе П.1.2

1.11.2. Функциональное назначение

Подпрограмма Compare предназначена для

1) сравнения двух отпечатков, вычисления степени сходства;

2) реализация алгоритма распознавания отпечатка.

Схема подпрограммы CompareWithBase

9

Рис. 2.9

1.11.3. Описание информации

Структура TCompareFing предназначена для хранения информации о сравниваемых отпечатках пальцев. Структура TCompareFing объявлена следующим образом:

struct TCompareFing

{

double val;

short cDot;

short nfng;

CString name;

list<TPairAbsDot> dots;

list<TPairSur> surdots;

};

val - уровень схожести отпечатков

cDot - количество совпавших точек

nfng - номер отпечатка

name - файл отпечатка

dots; - совпавшие точки на отпечатках

surdots - окружения на одинаковых отпечатках

Структура TRelFing предназначена для хранения информации о отпечатках пальцев в относительных параметрах. Структура TRelFing объявлена следующим образом:

class TRelFing: public list<listTRelDot>

typedef list<TRelDot> listTRelDot;

class TRelDot

{

public:

short l,a1,a2;

TAbsDot absDot;

}

l - растояние между точками

a1 - угол между направлением точки А и направлением A->B

a2 - угол между направлением точки В и направлением A

absDot - абсолютные параметры (необходимо для отображения на экране совпавших точек)

Входные данные для данной подпрограммы представлены

TRelFing &fng - ссылка на список точек отпечатка пальца в относительных параметрах.

This - указатель на список точек второго отпечатка пальца в относительных параметрах

Выходные данные для данной подпрограммы представлены:

TCompareFing -результат сравнения двух отпечатков.

1.11.4. Используемые подпрограммы

В подпрограмме используются следующие подпрограммы: нет

1.11.5. Схема подпрограммы «Compare»

Схема подпрограммы «Compare» приведена на рис. 2.10.

1.12. Описание контрольного примера

1.12.1. Назначение

Основной целью работы программы является опознавание личности по отпечаткам пальцев на основе сравнения структурного представления папиллярных узоров. Контрольный пример должен содержать большое количество тестовых отпечатков пальцев, при этом отпечаток одного и того же пальца должен быть представлен как минимум в двух экземплярах для сравнения их между собой.

Схема подпрограммы Compare

9

Рис. 2.10

1.12.2. Исходные данные

Для теста использовалось около 50 отпечатков разных людей и разного возраста. На рис. 2.11, 2.12, 2.13 приведены несколько изображений папиллярного узора, которые предполагается сравненить между собой и другими отпечаткаи в базе данных отпечатков. Данные изображения получены посредством зачернения пальца и приложения его к листу белой бумаги, после чего отпечатоки были отсканированы и сохранены в виде bmp файлов на компьютере. Полученные таким образом отпечатки имеют не высокое качество, поэтому можно полностью проверить все этапы работы программы.

На рис. 2.11, 2.12 представлены отпечатки одного и тогоже пальца, а значит, в результате работы программы они должны совпасть. Рис. 2.13 это отпечаток другого пальца, нежели предыдущие три отпечатка.

Подсистема распознавания в качестве входных параметров принимает результат работы подсистемы анализа изображения. На рис. 2.14 изображен обработанный отпечаток А1, на рис. 2.15 - А2, на рис. 2.16 - В

Исходный образ A1

Рис. 2.11

Исходный образ A2

Рис. 2.12

Исходный образ B

Рис. 2.13

Обработанный образ A1

Рис. 2.14

Обработанный образ A2

Рис. 2.15

Обработанный образ В

Рис. 2.16

1.12.3. Контрольный пример

При снятии отпечатков для проверки корректности работы программы их изображениям давались имена, однозначно идентифицирующие палец, чтобы при сравнении по имени файла можно было определить правильно ли прошло распознавание.

Имя файла имеет формат:

Имя или номер - человек, с которого снимали отпечаток

L или R - правая или левая рука

1,2,3,4 или 5 - палец на руке - от большого к мизинцу

символ «_»

номер - с каждого пальца снималось несколько отпечатков.

Пример: отпечаток с именем файла 2r1_0.bmp должен совпасть с отпечатками 2r1_1.bmp и 2r1_2.bmp, но должен отличаться от отпечатка 2r2_0.bmp или 3r1_0.bmp.

1.12.4. Тестирование программного обеспечения системы распознавания личности по отпечаткам пальцев

Для испытания программного обеспечения системы на вход были поданы тестовые образы, описанные в п.2.8.2. Испытания проводились согласно руководству программиста, приведенному в приложении 2, и руководству оператора, приведенному в приложении 3. В результате были получены структурные описания представленные на рис. 2.14, 2.15, 2.16.

Полученные структурные представления точно описывают входные образы, что не трудно проверить визуальным сравнением с входными образами. Статистически было выявлено, что на отпечатках имеется около 40-50 минюций, эта величина может изменяться в зависимости от размеров пальца. На тестовых образах найдено 19, 40, 37 соответственно.

В приложении 4 можно увидеть что отпечатки A1 (1.bmp), A2 (1R1_3rotate2.bmp) схожи между собой и отпечатком 1R1_1.bmp, что является верным, так как все они являются образами большого пальца правой руки одного и того же человека. Отпечаток B (3l2_2.bmp) не совпадает ни с одним из A1 и A2, но совпадает с 3l2_1.bmp, что является также верным результатом, это отпечатки указательного пальца правой руки другого человека.

Тестирование показало, что разработанное программное обеспечение способно сравнивать и отыскивать схожие отпечатки, а значит и есть возможность определить человека, которому принадлежит, обрабатываемы отпечаток. Полученные результаты совпадают с ожидаемыми и совпадают с ручным сравнением.

Помимо объектного описания папиллярного узора отпечатков и последующего распознавания личности по отпечаткам пальцев реализованный в программе алгоритм пригоден для описания и распознавания символьной информации и подписей. Для распознавания других, в отличие от отпечатков, образов в программе достаточно изменить параметры выделения локальных особенностей и убрать несколько этапов. Этап восстановление растра для символов не годится, так как он специально разработан для папиллярного узора.

Программа, после небольшой корректировки параметров анализа и сравнения, была настроена для распознавания символов алфавита. Результаты работы приведены в приложении 5.

Для проверки был введен в базу данных набор символов изображенных на рис. 2.17, который в последующем сравнивался с алфавитом на рис. 2.18.

Алфавит для базы данных

Рис. 2.17

Алфавит для сравнения

Рис. 2.18

ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.13. Обоснование необходимости разработки подсистемы распознавания в системе идентификации личности по отпечаткам пальцев.

Подсистема распознавания отпечатка пальца является неотъемлимой частью системы идентификации личности по отпечаткам пальцев, предназначенной для сравнения исследуемого отпечатка с отпечатками, хранящимися в базе данных посредством сравнения минюций на двух отпечатках. Разрабатываемая система носит исследовательский характер и предназначена для поиска и отладки наиболее эффективных алгоритмов обработки изображений отпечатков пальцев. Реализация подсистемы позволит в значительной степени облегчить труд программиста-исследователя посредством автоматизации процесса поиска интересующего отпечатка, вычисления статистических параметров найденых отпечатков.

Распознавание помимо непосредственного поиска интересующего отпечатка дает несколько других преимуществ:

1) преобразование параметров минюций к относительным происходит практически без потери качества;

2) сохранение в виде открытых нешифрованных файлов позволяет использовать результат расчетов в других подсистемах.

Рапределение доступа к секретной информации, имеет большое значение. Самый простой способ однозначной идентификации личности является идентификация по отпечатку пальца. Таким образом, разработка системы позволит, помимо выполнения основной задачи распознавания личности, уменьшить вероятность несанкционированного доступа к конфеденциальной информации и снять нагрузку на системы шифрования и с систем, отвечающих за сохранность информации.

1.14. Расчет затрат на разработку подсистемы распознавания в системе идентификации личности по отпечаткам пальцев

Для определения величины расходов на создание подсистемы, используем прямой метод калькуляции.

Расчет сметы затрат осуществляется по следующим статьям

- расходы на материалы;

- расходы на оплату труда исполнителей;

- расходы на социальные налоги;

- расходы на содержание и амортизацию ВТ;

- накладные расходы;

- прочие расходы.

К статье «Расходы на материалы» относятся покупные изделия, необходимые для выполнения работы, перечисленные в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Расходы на материалы

Наименование материала	Количество	Стоимость, р.
Матрица CD-R	1 шт.	20
Матрица CD-RW	3 шт.	75
Бумага писчая 80 г.	250 листов	80
Тонер для принтера	1 шт.	100
Прочие канцелярские товары		25
Итого		300

Оклад инженера-программиста в период разработки составлял 5000 р. в месяц. Продолжительность разработки 3 месяца.

З_П = ЗП_М*П_М (3.1)

З_П = 5000 * 3 = 15000 руб.

К окладу начисляется премия. Процент премиальных составил 15% в месяц.

З_П,% = З_П*1.15 (3.2)

З_П,% = 15000 * 1.15 = 17250 руб.

Плановые накопления в фонд резерва отпусков (З_Д) рассчитывается в размере 10% от тарифной платы:

ЗП_Д = З_П * 0.10 (3.3)

ЗП_Д = 15000 * 0.10 = 1500 руб.

В расходы на оплату труда необходимо включить уральский коэффициент (15%). Районный коэффициент рассчитывается от оклада вместе с премиальными и дополнительной заработной платой.

К_УР = (15000 + 1500) * 0.15 = 2475 руб.

Следовательно, расходы на оплату труда с учетом зонального коэффициента составят:

ЗП_ОСН = З_П,% + ЗП_Д + К_УР (3.4)

ЗП_ОСН = 17250 + 1500 + 2475 = 21225 руб.

Сумма налоговой базы не превышает 280000 руб., поэтому статья «Расходы на социальные налоги» включает в себя отчисления в пенсионный фонд (20%), на медицинское (3.1%) и социальное страхование (2.9%), отчисления в фонд страхования от несчастных случаев (0.2%), что составляет 26.2% /7/. Отчисления производятся c общих расходов на оплату труда. Сумма отчислений составляет:

С_ОТЧ = ЗП_ОСН * 0.262 (3.5)

С_ОТЧ = 21225 * 0.262 = 5560,95 руб.

Статья «Расходы на амортизацию и содержание ВТ» включает расходы, связанные с эксплуатацией вычислительной техники. Стоимость одного машинного часа рассчитывается по формуле:

А_Ч = С_ИСП / (Ч_М * К_Ч), (3.6)

где А_Ч - аренда за час использования;

С_ИСП - общая стоимость использования ЭВМ (рассчитывается по формуле (3.7));

Ч_М - число месяцев в году;

К_Ч - количество рабочих часов в месяце.

С_ИСП = А_КОМП + ЗП_ОБСЛ + С_ЗЧ + С_ЭЛ + А_ПО, (3.7)

где А_КОМП - амортизация компьютера за год эксплуатации;

ЗП_ОБСЛ - расходы на оплату труда обслуживающего персонала за год эксплуатации;

ЗП_ОБСЛ = 2000 руб/мес.

С_ЗЧ - стоимость комплектующих для компьютера за год эксплуатации.

С_ЗЧ = 800 руб/год.

С_ЭЛ - стоимость израсходованной электроэнергии за год эксплуатации.

С_ЭЛ = 1000 руб/год.

А_ПО - годовая амортизация программного обеспечения.

А_КОМП = С_КОМП / С_ПИ, (3.8)

где С_КОМП - стоимость компьютера;

С_ПИ - срок полезного использования (в годах).

А_КОМП = 19000 / 5 = 3800 руб. (3.9)

А_ПО = СТ_ПО / С_ПИ,

где СТ_ПО - стоимость программного обеспечения;

С_ПИ - срок полезного использования (в годах).

А_ПО = 4000 / 5 = 800 руб.

С_ИСП = 3800 + 2000*12 + 800 + 1000 + 800 = 30400 руб.

А_Ч = 30400 / (12 * 176) = 14.394 руб

ЭВМ использовалась на этапах проектирования (40 час), программирования (80 часов), отладки (320 часов) и документирования (160 часов), таким образом, всего 600 часов. Следовательно, сумма амортизационных отчислений составит:

С_АР = Эч * Ач (3.10)

С_АР = 600 * 14.394 = 8636,4 руб.

Статья «Прочие расходы» содержит расходы, неучтенные в предыдущих статьях (до 50 % от расходов на оплату труда) :

П_Р = ЗП_ОСН * 0.5 (3.11)

П_Р = 21225 * 0.5 = 10612,5 руб.

Статья «Накладные расходы» включает в себя расходы по управлению (заработная плата управления, расходы на все виды командировок управленческого аппарата), содержание пожарной и сторожевой охраны, содержание и текущий ремонт зданий, сооружений, инвентаря; содержание персонала, не относящегося к аппарату управления; расходы по изобретательству и рационализации; по подготовке кадров; расходы на содержание ВЦ; канцелярские, почтово-телеграфные расходы и др. общехозяйственные расходы; непроизводственные расходы. Накладные расходы составляют 130% от расходов на оплату труда, таким образом, получаем:

Н_Р = ЗП_ОСН * 1.3 (3.12)

Н_Р = 21225 * 1.3 = 27592,5 руб.

Сумма затрат на разработку подсистемы в целом составила 73930 руб. Табл.3.2 отражает затраты по статьям и структуру этих затрат в общей сумме.

Таблица 3.2

Смета затрат на разработку подсистемы

Статья затрат	Сумма затрат, руб.	Структура затрат, %
Расходы на материалы	300	0,4
Расходы на оплату труда	21230	28,7
Расходы на социальные налоги	5560	7,5
Расходы на содержание и амортизацию ВТ	8640	11,7
Накладные расходы	27590	37,3
Прочие расходы	10610	14,4
Итого	73930	100

Округлим полученную сумму до тысяч для учета непредвиденных затрат. Получим, что сумма затрат на разработку системы составит 74000.0 руб.

Структура затрат на разработку ПО приведена на рис. 3.1.

Структура затрат на разработку ПО

Рис. 3.1

БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА

1.15. Анализ опасных и вредных факторов, возникающих при работе на компьютере

Исследовательская работа в рамках данного проекта заключается в выполнении многих этапов, практически все из которых проходят в тесном контакте с ЭВМ. Длительная работа инженера-программиста с компьютером сопряжена с целым рядом вредных и опасных факторов. Рассмотрим некоторые из них.

Постоянное напряжение глаз

Работа с компьютером характеризуется высокой напряженностью зрительной работы. В выполняемом исследовании значительный объем информации на разных стадиях обработки представлен в графической форме с большим количеством мелких деталей, что дает серьезную нагрузку на зрение. Постоянное напряжение глаз может привести к снижению остроты зрения. Экран видеомонитора должен находиться от глаз пользователя на оптимальном расстоянии 600…700 мм, но не ближе 500 мм с учетом размеров алфавитно-цифровых знаков и символов. Также для снижения утомляемости рекомендуется делать 15-минутные перерывы в работе за компьютером в течение каждого часа.

Влияние электростатических и электромагнитных полей

Большинство ученых считают, что как кратковременное, так и длительное воздействие всех видов излучения от экрана монитора не опасно для здоровья персонала, обслуживающего компьютеры. Однако исчерпывающих данных относительно опасности воздействия излучения от мониторов на работающих с компьютерами не существует и исследования в этом направлении продолжаются.

Допустимые значения параметров неионизирующих электромагнитных излучений от монитора компьютера представлены в табл. 4.1 /8/.

Максимальный уровень рентгеновского излучения на рабочем месте оператора компьютера обычно не превышает 10 мкбэр/ч, а интенсивность ультрафиолетового и инфракрасного излучений от экрана монитора лежит в пределах 10…100 мВт/м² /9/.

Таблица 4.1

Допустимые значения параметров неионизирующих электро-магнитных излучений (в соответствии с СанПиН 2.2.2.542-96)

Наименование параметра	Допустимые значения
Напряженность электрической составляющей электромагнитного поля на расстоянии 50см от поверхности видеомонитора	10В/м
Напряженность магнитной составляющей электромагнитного поля на расстоянии 50см от поверхности видеомонитора	0,3А/м
Напряженность электростатического поля не должна превышать: для взрослых пользователей для детей дошкольных учреждений и учащихся средних специальных и высших учебных заведений	20кВ/м 15кВ/м

Для снижения воздействия этих видов излучения рекомендуется применять мониторы с пониженным уровнем излучения (MPR-II, TCO-92, TCO-99), устанавливать защитные экраны, а также соблюдать регламентированные режимы труда и отдыха.

Длительное неизменное положение тела

Работа с компьютером характеризуется значительным умственным напряжением и нервно-эмоциональной нагрузкой операторов, высокой напряженностью зрительной работы и достаточно большой нагрузкой на мышцы рук при работе с клавиатурой ЭВМ. Большое значение имеет рациональная конструкция и расположение элементов рабочего места, что важно для поддержания оптимальной рабочей позы человека-оператора.

Шум

Шум ухудшает условия труда, оказывая вредное действие на организм человека. Работающие в условиях длительного шумового воздействия испытывают раздражительность, головные боли, головокружение, снижение памяти, повышенную утомляемость, понижение аппетита, боли в ушах и так далее. В табл. 4.2 указаны предельные уровни звука в зависимости от категории тяжести и напряженности труда, являющиеся безопасными в отношении сохранения здоровья и работоспособности.

Таблица 4.2

Предельные уровни звука, дБ, на рабочих местах

Категория напряженности труда	Категория тяжести труда
	I. Легкая	II. Средняя	III. Тяжелая	IV. Очень тяжелая
I. Мало напряженный	80	80	75	75
II. Умеренно напряженный	70	70	65	65
III. Напряженный	60	60	-	-
IV. Очень напряженный	50	50	-	-

Уровень шума на рабочем месте инженеров-программистов и операторов видеоматериалов не должен превышать 50дБА, а в залах обработки информации на вычислительных машинах - 65дБА. Для снижения уровня шума стены и потолок помещений, где установлены компьютеры, могут быть облицованы звукопоглощающими материалами. Уровень вибрации в помещениях вычислительных центров может быть снижен путем установки оборудования на специальные виброизоляторы.

1.16. Техника безопасности при эксплуотации компьютера

Техника безопасности на ПК тесно связана с электробезопасностью. Большинство компьютеров имеют трехштырьковый разъем кабеля питания (в отличие от двухштырьковой вилки большинства бытовых приборов). Третий разъем - это так называемая «земля». В грамотно оборудованных компьютеризированных помещениях существует настоящая земля ? заземляющий контур, который через металлическую ленту выводится на заземляющий штырь. Все это довольно громоздкое и дорогостоящее оборудование и часто разъем заземления не используется или используется «земляная» фаза обычной электросети. Результатом неправильного заземления могут быть удары статического напряжения от корпуса ПК. Часто из-за этого сгорает сетевое оборудование компьютеров. Следует соблюдать не только правила электробезопасности, но и следить за состоянием здоровья обслуживающего персонала и пользователей ПК, защищая их от вредного воздействия электромагнитных излучений, заботясь о зрении, так как именно оно испытывает основные нагрузки при работе с вычислительной техникой.
Важно также следить за состоянием техники и соблюдать основные правила бережного обращения с ней, так как техника эта дорогостоящая.
Системный блок следует включать как можно реже (обычно включается в начале рабочего дня и выключается в конце дня). Для того чтобы не выгорал экран и не расходовалась лишняя энергия, в компьютере предусмотрен специальный режим гашения экрана - через определенное время, если никто не работает на нем (нет обращения к клавиатуре или мыши) он выключается. Если монитор получает питание от системного блока, включая системный блок, включается и монитор (не надо щелкать выключателем на мониторе). Если соединение монитора и системного блока параллельно, то сначала необходимо включить монитор, потом системный блок. Выключать в обратной последовательности.

Экран монитора стеклянный, а потому и хрупкий, и поэтому надо обращаться с ним осторожно. Недопустимо попадание жидкости за заднюю часть экрана может замкнуть проводка, что выведет из строя монитор и может привести к возникновению пожара. В случае попадания жидкости следует отключить электропитание.

Защита от излучения расположена только на экране, поэтому, находясь прямо перед экраном, пользователь наиболее защищен от вредного воздействия излучения. На заднюю и боковые части монитора в целях экономии защиту не устанавливают. Следовательно, находясь сбоку или сзади монитора, можно получить максимально вредное воздействие.

При работе с клавиатурой стоит придерживаться следующих правил:

1) сильно не ударять по клавишам, это приводит к быстрой изнашиваемости прибора;

2) при наличии защитной панели следует закрывать клавиатуру, тем самым, защищая ее от пыли;

3) применяйте чёткий, отрывистый и лёгкий удар пальца по клавише без малейшего прижатия. При тяжёлых, ударах по клавишам может развиться заболевание суставов пальцев;

4) удар по всем клавишам клавиатуры, независимо от их расположения должен быть равномерным и одинаковой силы;

5) при ударах по клавишам неосновной позиции палец должен возвращаться на своё основное место;

6) при ударе по клавише пальцы не должны прогибаться, а неучаствующие пальцы подниматься со своих мест;

7) если вы почувствовали напряжение или усталость, то можно на несколько секунд прервать работу, закрыть глаза, откинуться на спинку стула и вытянуть ноги.

1.17. Организация рабочего места оператора

Разработка данного дипломного проекта проводится одним автором на персональном компьютере. Проведем расчет параметров рабочего места инженера-программиста с точки зрения эргономических требований.

В табл. 4.3 приведены параметры стола для занятий с ПЭВМ. Рост автора данного дипломного проекта в обуви составляет 184 см, что входит в категорию «выше 175 см». Это означает, что согласно эргономическим правилам и нормам высота поверхности стола над полом должна составлять 760 мм, при этом размер пространства для ног в столе должен быть не менее 700 мм.

Таблица 4.3

Высота одноместного стола для занятий с ПЭВМ

	Высота над полом, мм
Рост учащихся или студентов в обуви, см	поверхность стола	пространство для ног, не менее
116 - 130	520	400
131 - 145	580	520
146 - 160	640	580
161 - 175	700	640
Выше 175	760	700

Примечание. Ширина и глубина пространства для ног определяются конструкцией стола.

Реальная высота стола на рабочем месте автора данного проекта составляет 760 мм. Размер пространства для ног составляет 800 мм. Эти показатели соответствуют допустимым.

В табл. 4.4 приведены параметры стула, которым должно быть оснащено рабочее место инженера-программиста. Рост автора данного дипломного проекта в обуви составляет 184 см, что входит в категорию «выше 175 см». Это означает, что согласно эргономическим правилам и нормам высота сиденья над полом должна составлять 460 мм, ширина сиденья не менее 360 мм, глубина сиденья 400 мм, высота нижнего края спинки над сиденьем 190 мм, высота верхнего края спинки над сиденьем 400 мм, высота линии прогиба спинки не менее 220 мм, радиус изгиба переднего края сиденья от 20 до 50 мм, угол наклона сиденья от 0 до 4 градусов, угол наклона спинки от 95 до 108 градусов, радиус спинки в плане не менее 300 мм. Стул, которым оборудовано рабочее место автора данного проекта, является подъемно-поворотным и обладает возможностью регулирования по высоте и углам наклона сиденья и спинки, а также расстоянию спинки от переднего края сиденья. Стул имеет стационарные подлокотники длиной 250 мм и шириной 50 мм. Параметры, которые могли быть настроены в зависимости от роста инженера-программиста, были настроены. Остальные параметры стула (ширина и глубина сиденья и т.д.) удовлетворяют допустимым нормам.

Таблица 4.4

Основные размеры стула для учащихся и студентов

	Рост учащихся и студентов в обуви, см
Параметры стула	116-130	131-145	146-160	161-175	> 175
Высота сиденья над полом, мм	300	340	380	420	460
Ширина сиденья не менее, мм	270	290	320	340	360
Глубина сиденья, мм	290	330	360	380	400
Высота нижнего края спинки над сиденьем, мм	130	150	160	170	190
Высота верхнего края спинки над сиденьем, мм	280	310	330	360	400
Высота линии прогиба спинки не менее, мм	170	190	200	210	220
Радиус изгиба переднего края сиденья, мм	20 - 50
Угол наклона сиденья, град.	0 - 4
Угол наклона спинки, град.	95-108
Радиус спинки в плане не менее, мм	300

Рабочее место должно быть оборудовано подставкой для ног, имеющей ширину не менее 300 мм, глубину не менее 400 мм, регулировку по высоте в пределах до 150 мм и по углу наклона опорной поверхности подставки до 20 градусов. Поверхность подставки должна быть рифленой и иметь по переднему краю бортик высотой 10 мм. На рабочем месте подставка для ног отсутствует.

Исходя из эргономических требований, пространство рабочего места можно разделить на несколько частей:

1) моторное поле - пространство рабочего места, в котором могут осуществляться дви-гательные действия человека;

2) максимальная зона досягаемости рук - это часть моторного поля рабочего места, ограниченного дугами, описываемыми максимально вытянутыми руками при движе-нии их в плечевом суставе;

3) оптимальная зона - часть моторного поля рабочего места, ограниченного дугами, описываемыми предплечьями при движении в локтевых суставах с опорой в точке локтя и с относительно неподвижным плечом.

Зоны досягаемости рук в горизонтальной плоскости

а - зона максимальной досягаемости;

б - зона досягаемости пальцев при вытянутой руке;

в - зона легкой досягаемости ладони;

г - оптимальное пространство для грубой ручной работы;

д - оптимальное пространство для тонкой ручной работы.

Рис. 4.1

Оптимальное размещение предметов труда и документации в зонах досягаемости:

ДИСПЛЕЙ размещается в зоне а (в центре);

СИСТЕМНЫЙ БЛОК размещается в предусмотренной нише стола;

КЛАВИАТУРА - в зоне г/д;

«МЫШЬ» - в зоне в справа;

СКАНЕР в зоне а/б (слева);

ПРИНТЕР находится в зоне а (справа);

ДОКУМЕНТАЦИЯ: необходимая при работе - в зоне легкой досягаемости ладони - в, а в выдвижных ящиках стола - литература, неиспользуемая постоянно.

На рис. 4.2 показан образец размещения основных и периферийных составляющих ПК на рабочем столе инженера-программиста.

Размещение основных и периферийных составляющих ПК

1 - сканер, 2 - монитор, 3 - принтер, 4 - поверхность рабочего стола,

5 - клавиатура, 6 - манипулятор типа «мышь».

Рис. 4.2

На рис. 4.3 показана схема реального размещения основных и периферийных составляющих ПК на рабочем столе инженера-программиста.

Реальное размещение основных и периферийных составляющих ПК.

1 - принтер, 2 - монитор, 3 - поверхность рабочего стола,
4 - клавиатура, 5 - манипулятор типа «мышь».

Рис. 4.3

Положение экрана определяется расстоянием считывания (0,6…0,7м), углом считывания, направлением взгляда на 20 ниже горизонтали к центру экрана, причем экран перпендикулярен этому направлению. Должна также предусматриваться возможность регулирования экрана по высоте +3 см, по наклону от -10 до +20 относительно вертикали, в левом и правом направлениях.

Большое значение также придается правильной рабочей позе пользователя. При неудобной рабочей позе могут появиться боли в мышцах, суставах и сухожилиях. Требования к рабочей позе пользователя видеотерминала следующие:

1) голова не должна быть наклонена более чем на 20;

2) плечи должны быть расслаблены;

3) локти - под углом 80…100;

4) предплечья и кисти рук - в горизонтальном положении.

Причина неправильной позы пользователей обусловлена следующими факторами: нет хорошей подставки для документов, клавиатура находится слишком высоко, а документы - низко, некуда положить руки и кисти, недостаточно пространство для ног.

В целях преодоления указанных недостатков даются общие рекомендации: лучше пе-редвижная клавиатура; должны быть предусмотрены специальные приспособления для регулирования высоты стола, клавиатуры и экрана, а также подставка для рук.

Существенное значение для производительной и качественной работы на компьютере имеют размеры знаков, плотность их размещения, контраст и соотношение яркостей символов и фона экрана. Если расстояние от глаз оператора до экрана дисплея составляет 60…80 см, то высота знака должна быть не менее 3мм, оптимальное соотношение ширины и высоты знака составляет 3:4, а расстояние между знаками - 15…20% их высоты. Соотношение яркости фона экрана и символов - от 1:2 до 1:15.

Во время пользования компьютером медики советуют ус-танавливать монитор на расстоянии 50-60 см от глаз. Специалисты также считают, что верхняя часть видеодисплея должна быть на уровне глаз или чуть ниже. Когда человек смотрит прямо пе-ред собой, его глаза открываются шире, чем когда он смотрит вниз. За счет этого площадь обзора значительно увеличивается, вызывая обезвоживание глаз. К тому же если экран установлен высоко, а глаза широко открыты, нарушается функция моргания. Это значит, что глаза не закрываются полностью, не омываются слезной жидкостью, не получают достаточного увлажнения, что приводит к их быстрой утомляемости.

Рабочее место инженера-программиста в составе данного проекта в целом соответствует предъявляемым к нему эргономическим требованиям, связанным с параметрами мебели и размещением предметов труда в рабочих зонах. При этом можно сформулировать следующие рекомендации: установить на рабочее место подставку для ног.

4.4. Требования к параметрам микроклимата помещения

Под метеорологическими условиями (ГОСТ 12.1.005-88) понимают сочетание температуры, относительной влажности, скорости движения и запыленности воздуха. Перечисленные параметры оказывают огромное влияние на функциональную деятельность человека, его самочувствие и здоровье и на надежность средств вычислительной техники. Эти микроклиматические параметры влияют как каждый в отдельности, так и в различных сочетаниях.

Температура воздуха является одним из основных параметров, характеризующих тепловое состояние микроклимата. Суммарное тепловыделение в помещении поступает от:

- ЭВМ;

- вспомогательного оборудования;

- приборов освещения;

- людей;

- внешних источников.

Наибольшее количество теплоты выделяют ЭВМ и вспомогательное оборудование. Средняя величина тепловыделения от компьютеров колеблется до 100 Вт/м². Тепловыделения от приборов освещения также велики. Удельная величина их составляет 35 Вт/м². При этом, чем больше уровень освещенности, тем выше удельные величины тепловыделений. Количество теплоты от обслуживающего персонала незначительно. Оно зависит от числа работающих в помещении, интенсивности работы, выполняемой человеком.

К внешним источникам поступления теплоты относят теплоту, поступающую через окна от солнечной радиации, приток теплоты через непрозрачные ограждения конструкций. Интенсивность этих источников зависит от расположения здания, ориентации по частям света, цветовой гаммы и прочее.

С целью создания нормальных условий труда программиста, ГОСТом 12.1.005-88 установлены оптимальные и допустимые значения всех параметров микроклимата. Оптимальные параметры при длительном и систематическом воздействии на организм человека обеспечивают сохранение нормального функционирования и теплового состояния организма, создают ощущение теплового комфорта и являются предпосылкой высокого уровня работоспособности. Допустимые параметры микроклимата могут вызвать приходящие и быстро нормализующиеся изменения организма, не выходящие за пределы физиологически приспособительных возможностей, не создающие нарушений состояния здоровья, но вызывающие дискомфортные теплоощущения, ухудшение самочувствия и понижение работоспособности. Оптимальные и допустимые значения основных микроклиматических параметров представлены в табл. 4.5.

Таблица 4.5

Параметры микроклимата производственных помещений

Параметры	Значения параметров
	оптимальные	допустимые
Температура	20-22 °С	17-22 °С
Относительная влажность	40-60 %	до 75%
Скорость движения воздуха	0,1 м/с	не более 0,3 м/с

Для обеспечения нормальных условий труда необходимо придерживаться вышеуказанных данных. В целях поддержания температуры и влажности воздуха в помещении можно использовать системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

На исследуемом предприятии температура воздуха, влажность и скорость движения воздуха держится в рамках оптимальных параметров. Вредные вещества в воздухе рабочей зоны не превышают предельной допустимой концентрации.

1.18. Требования к освещению и расчет искусственного освещения

Организация рационального освещения рабочих мест является одним из основных вопросов охраны труда. Основные параметры освещения приведены в СНиП 23-05-95 "Естественное и искусственное освещение". Правильно спроектированное и выполненное производственное освещение сохраняет зрение рабочего, снижает утомляемость, способствует повышению производительности труда, качеству выпускаемой продукции, безопасности труда и снижению травматизма. Неправильно выбранные при проектировании осветительные приборы и аппаратура, а также нарушение правил их технической эксплуатации могут быть причиной пожара, взрыва, аварии на предприятии.

К современному освещению помещений, где работают с вычислительной техникой, предъявляют высокие требования как гигиенического, так и технического характера. Правильно спроектированное и выполненное освещение обеспечивает высокий уровень работоспособности, оказывает положительное психологическое воздействие, способствует повышению производительности труда. Условия деятельности пользователя в системе «человек-машина» связаны с явным преобладанием зрительной информации - до 90% общего объема.

В помещениях с компьютерной техникой применяется совмещенная система освещения. К таким системам предъявляют следующие требования:

1) соответствие уровня освещенности рабочих мест характеру выполняемых зрительных работ;

2) достаточно равномерное распределение яркости на рабочих поверхностях и в окружающем пространстве;

3) отсутствие резких теней, прямой и отраженной блеклости;

4) постоянство освещенности во времени;

5) оптимальная направленность излучаемого осветительными приборами светового потока;

6) долговечность, экономичность, пожаробезопасность, эстетичность, удобство и простота эксплуатации.

Искусственное освещение в помещениях эксплуатации ЭВМ должно осуществляться системой общего равномерного освещения. В производственных и административно-общественных помещениях, в случаях преимущественной работы с документами, допускается применение системы комбинированного освещения (к общему освещению дополнительно устанавливаются светильники местного освещения, предназначенные для освещения зоны расположения документов).

Согласно СНиП /10/ освещенность при системе общего освещения составляет 200 лк, а при системе комбинированного освещения 400 лк, в том числе от общего освещения 200 лк.

Для искусственного освещения помещений с вычислительной техникой следует использовать люминесцентные лампы, у которых высокая световая отдача (до 75 лм/Вт и более), продолжительный срок службы (до 10000 ч), малая яркость светящейся поверхности, близкий к естественному спектр излучения, что обеспечивает хорошую цветопередачу. Наиболее приемлемыми являются люминесцентные лампы белого света и тепло-белого света мощностью 40, 80 Вт.

Для исключения засветки экранов дисплеев прямым световым потоком, светильники общего освещения располагают сбоку от рабочего места, параллельно линии зрения пользователя и стене с окнами. Такое расположение светильников позволяет производить их последовательное включение по мере необходимости и исключает раздражение глаз чередующимися полосами света и тени, возникающее при поперечном расположении светильников.

При периметральном расположении компьютеров линии светильников должны располагаться локализовано над рабочим столом ближе к его переднему краю, обращенному к оператору.

Для обеспечения оптимальных условий зрительных работ для пользователей дисплейных устройств необходима определенная световая отделка помещения.

Следует ограничивать неравномерность распределения яркости в поле зрения пользователя ЭВМ, при этом соотношение яркости между рабочими поверхностями не должно превышать 3:1 - 5:1, а между рабочими поверхностями и поверхностями стен и оборудования - 10:1.

Освещенность рабочего места пользователя на исследуемом предприятии является совмещенной (искусственное + естественное), расположение рабочих мест исключает попадание прямых солнечных лучей на экран дисплея и в глаза. В качестве источника искусственного освещения используют люминесцентные лампы белого света мощностью 40 Вт. Точность зрительной работы характеризуется размером объекта различения. Объект различения это элемент рассматриваемого объекта минимального размера, который нужно узнавать и различать (элемент буквы или толщина ее начертания, размер отдельных деталей или расстояние между ними и т.п.). По степени точности все зрительные работы делятся на восемь разрядов.

Для естественного освещения нормируется коэффициент естественного освещения (КЕО), который определяется с помощью освещенности в данной точке внутри помещения и освещенности снаружи помещения. Причем нужно отметить, что КЕО при IV разряде зрительных работ должно быть не менее 1,2.

Для искусственного освещения нормируемым параметром является освещенность. В зависимости от контраста объекта с фоном и яркости фона каждый из восьми разрядов зрительных работ подразделяется на четыре подраздела, для каждого из которого нормируется освещенность. Например, при IV разряде зрительных работ нормированное значение освещенности принимает 400 лк.

Необходимый уровень освещенности тем выше, чем темнее фон, меньше объект различения и контраст объекта с фоном.

Наиболее часто для расчета искусственного освещения используется метод коэффициента использования осветительной установки, который сводится к определению светового потока:

,

где F_Л - световой поток источника света, лм;

Е_Н - нормированное значение освещенности - Е_Н=400 лк (разряд зрительной работы IV(в), комбинированное освещение);

к_з - коэффициент запаса, к_з=1.3;

S_n - площадь рабочей поверхности помещения, S_n=45=20 (м²);

Z - поправочный коэффициент, численно равный отношению средней освещенности к минимальной, Е_ср/E_min - Z=1,1;

n - количество источников света - n=12;

И - коэффициент использования осветительной установки, значение которого зависит от типа светильника, коэффициента отражения стен _с, потолка _п, рабочей поверхности _р, размеров освещаемого помещения (индекса помещения).

Для определения индекса помещения следует применять уравнение:

,

где b, l_n - соответственно ширина и длина освещаемого помещения;

Н_р - высота подвеса светильников над рабочей поверхностью.

Коэффициент использования светового потока светильников с лампами накаливания И определяем по таблице, приведенной в СНиП 23-05-95, с помощью следующих значений:

; _р=0,1; _с=0,2; _п=0,7.

В итоге И = 0,73.

Соответственно:

Для полученного значения светового потока источника света F_Л=3130 лм наиболее подходят два типа ламп накаливания: ЛБ40-М и ЛД65-7.

Все необходимые данные определены в СНиП 23-05-95.

1.19. Пожарная безопасность

Помещение, в котором установлено рабочее место инженера-программиста, относится к категории “Д” по взрывопожароопасности, так как не содержит горючих веществ, но лишь негорючие вещества и материалы в холодном состоянии.

Пожары в помещении, в котором находится ЭВМ, представляют особую опасность, так как сопряжены с большими материальными потерями. Площадь помещения, в котором ведется проектирование, невелика и составляет 8 м². Как известно пожар может возникнуть при взаимодействии горючих веществ, окисления и источников зажигания. В помещении присутствуют все три основные фактора, необходимые для возникновения пожара. Горючими компонентами являются: строительные материалы для акустической и эстетической отделки помещений, двери, полы, бумага, изоляция кабелей и др.