Система идентификации личности по отпечаткам пальцев. Подсистема анализа изображения

9. Вывод List

10. Конец

2.3.5.1. Описание алгоритма «Формирование списка линий»

Алгоритм для нахождения на растре точек принадлежащих разным папиллярным линиям приведен в п.п. 2.2.5.1.

2.3.5.2. Описание алгоритма «ReadLine»

Алгоритм для поиска окончаний и раздвоений, формирования списка параметров локальных особенностей.

dot0, dot1 - точки принадлежащие контуру линии

vec0, vec1 - локольные направления

GetVec(dot0, dot1) - направление из точки dot0 в dot1

alphaTest - предопределенная константа

NextDotCW(dot0, step) - получение координат точки следующей через step точек

Return - возвращаемый список

Условия обрыва и слипания описаны в п.п. 2.2.4

1. Начало

2. dot0 ::= начальное значение

3. dot1 ::= NextDotCW(dot0, step);

4. vec0 ::= GetVec(dot0, dot1);

5. dot0 ::= dot1;

6. dot1 ::= NextDotCW(dot0, step);

7. vec1 ::= GetVec(dot0, dot1);

8. Если |vec1 - vec0| < alphaTest, то перейти к п. 11

9. type ::= vec1 < vec0;
alpha ::= предположительное направление продолжения линии;

10. {dot0, alpha, type} Return

11. Если обход по контуру привел к начальной точке, то перейти к п.13

12. vec0 ::= vec1; перейти к п.5

13. Конец

1.1. 2.4. Описание постановки задачи сортировки списка абсолютных параметров, исключение ложных и ненадежных минюций

2.4.1. Характеристика задачи

В результате выделения специальных точек, есть такие, которые не являются минюциями и могут не присутствовать при следующем анализе, что отрицательно повлияет на результат сравнения и скорость работы, так как размер обрабатываемой информации будет больше. Для исключения таких точек выведем правила надежной точки:

? пара точек не может находиться ближе определенного расстояния;

? пара точек имеющих одинаковый тип и направленные друг на друга не могут находиться ближе 3*d, где d - расстояние между центрами соседних гребней;

? рядом с окончанием обязательно должны проходить пара соседних гребней;

? рядом с раздвоением обязательно должна проходить пара соседних впадин.

2.4.2. Входная информация

Входной информацией является выходная информация предыдущего этапа описанная в п.п. 2.3.3.

2.4.3. Выходная информация

Выходной информацией является список минюций в абсолютных параметрах. Данное структурное представление на основе минюций достаточно для распознавания личности по отпечаткам пальцев. Такое представление гораздо меньше растрового по размеру, благодаря чему организуется удобное хранение и быстрая обработка. Каждый элемент массива содержит все необходимые параметры: координаты целого типа - 2х4 байта, угол направления 8 байт, тип точки 1 байт. При среднем количестве точек 50 получаем объем занимаемый одним обработанным отпечатком примерно 850 байт.

2.4.4. Математическая постановка

Для исключения ненадежных точек определим еще одно положение локальных особенностей на входном растре.

На рис. 2.6 показан вид пореза или складки кожи, при этом выполняется следующее условие:

, (3)

Порез

D1, D2 - прилегающие области;

L1, L2 - вероятные соседние линии папиллярного узора.

Рис. 2.6

Точки, образованные порезами и инородными телами не являются минюциями и не влияют на сравнение.

Полученный список сортируется по условию:

(4)

где: i, j - найденные точки;

x, y - координаты минюции на растре;

a - угол направления;

T - тип минюции (раздвоение или окончание);

1, 2, aMin, aMax - константы (устанавливаются экспериментально).

2.4.5. Алгоритм решения задачи

1. Начало

2. i,j : ij выполнить Delete(Array,j), Delete(Array,i)

3. i,j : ij

4.
выполнить Delete(Array,j), Delete(Array,i)

Конец

2.5. Описание подпрограмм

2.5.1. Подпрограмма NextDotCW

Подпрограмма NextDotCW производит поиска следующей точки на контуре линии «по часовой стрелке», благодаря ей организуется обход линии по контуру. Предназначена для реализации алгоритма исправления искажений и используется при поиске минюций на входном образе. Схема подпрограммы изображена на рис. 2.7.

Синтаксис:

CPoint TFingPicture::NextDotCW(const CPoint dot, int &vec)

Входные данные для данной подпрограммы представлены:

CPoint dot - структура данных - точка {x,y} от которой нужно найти соседствующую точку;

int vec - направление предыдущего перехода при поиске, vec[0..7]. Служит для ускорения поиска;

COLORREF clMas[9] - массив цветов окрестных точек;

Выходные данные для данной подпрограммы представлены:

CPoint incXY[8] - координаты окрестных точек;

CPoint newDot - найденная точка, которая является смежной с точкой dot. Переход от точки dot к найденной смежной точке образует обход «по часовой стрелке».

2.5.2. Подпрограмма NextDotCCW

Подпрограмма NextDotCCW производит поиска следующей точки на контуре линии «против часовой стрелки», благодаря ей организуется обход линии по контуру. Предназначена для реализации алгоритма исправления искажений и используется при поиске минюций на входном образе. Схема подпрограммы изображена на рис. 2.8.

Синтаксис:

CPoint TFingPicture::NextDotСCW(const CPoint dot, int &vec)

Входные данные для данной подпрограммы представлены:

CPoint dot - структура данных - точка {x,y} от которой нужно найти соседствующую точку;

int vec - направление предыдущего перехода при поиске, vec[0..7]. Служит для ускорения поиска;

COLORREF clMas[9] - массив цветов окрестных точек;

Выходные данные для данной подпрограммы представлены:

CPoint incXY[8] - координаты окрестных точек;

CPoint newDot - найденная точка, которая является смежной с точкой dot. Переход от точки dot к найденной смежной точке образует обход «против часовой стрелки»

Схема подпрограммы «NextDotCW»

Рис. 2.7

Схема подпрограммы «NextDotСCW»

Рис. 2.8

2.5.3. Подпрограмма LookPic

Подпрограмма LookPic предназначена для обработки загруженного изображения и получение из него списка папиллярных линий. Каждая линия определяется одной точкой {x,y}. Схема подпрограммы изображена на рис. 2.9.

Синтаксис:

list<TMapElDot> TAnalysePicture::LookPic()

Входные данные для данной подпрограммы представлены:

TFingPicture *pic - указатель на битовый образ в памяти, который был загружен для обработки

Выходные данные для данной подпрограммы представлены:

list<TMapElDot> Map - список папиллярных линий на растре.

Используемые переменные:

Map - список обрабатываемых линий на папиллярном узоре, каждой линии соответствует точка {x,y}.

Используемые подпрограммы:

Pic.GetPixel(x,y) - возвращает цвет пикселя с координатами {x,y} на растре pic;

ClearLine(pic,x,y) - удаление области с цветом GetPixel(x,y) на растре pic.

Схема подпрограммы «LookPic»

Рис. 2.9

Подпрограмма ChangeLine

Подпрограмма ChangeLine предназначена для модификация линии на растре, производит исправление слипаний и обрывов. Схема подпрограммы изображена на рис. 2.10.

Синтаксис:

int TAnalysePicture::ChangeLine(list<TMapElDot>::iterator _dot, list<TMapElDot> &_map)

Входные данные для данной подпрограммы представлены:

TFingPicture *pic - указатель на битовый образ в памяти, который был загружен для обработки;

list<TMapElDot>::iterator _dot - указатель на текущую обрабатываемую линию;

list<TMapElDot> &_map - список обрабатываемых линий на растре.

Выходные данные для данной подпрограммы представлены:

int changeN - произведенное количество исправлений на растре;

TFingPicture *pic - в результате обработки входной образ подвергается изменениям.

Используемые переменные:

Dot0, dot1 - точки принадлежащие контуру обрабатываемой линии. Начальное значение dot0 = _dot.

vec0, vec1 - локальные направления;

step - шаг получения последующей точки;

alphaTest - предопределенная константа, определяющая сильное искривление контура папиллярной линии.

Используемые подпрограммы:

GetVec(dot0, dot1)- направление из точки dot0 в dot1;

NextDotCW(dot0, step) - получение координат точки следующей через step точек.

Слипание и обрыв описаны в п.п. 2.2.4.

Схема подпрограммы «ChangeLine»

Рис. 2.10

2.5.4. Подпрограмма ReadPic

Подпрограмма ReadPic пердназначена для поиска локальных особенностей на растре. Схема подпрограммы изображена на рис. 2.11.

Синтаксис:

TAbsFing TAnalysePicture::ReadPic(list<TMapElDot>::iterator _dot)

Входные данные для данной подпрограммы представлены:

TFingPicture *pic - указатель на битовый образ в памяти, который был загружен для обработки;

list<TMapElDot>::iterator _dot - указатель на текущую обрабатываемую линию.

Выходные данные для данной подпрограммы представлены:

TAbsFing absfing - список параметров локальных особенностей, формат описан в п.п. 2.1.3.

Используемые переменные:

Dot0, dot1 - точки принадлежащие контуру обрабатываемой линии. Начальное значение dot0 = _dot;

vec0, vec1 - локальные направления;

step - шаг получения последующей точки;

alphaTest - предопределенная константа, определяющая сильное искривление контура папиллярной линии.

Используемые подпрограммы:

GetVec(dot0, dot1)- направление из точки dot0 в dot1;

NextDotCW(dot0, step) - получение координат точки следующей через step точек.

Раздвоение и окончание описаны в п.п. 2.3.4.

2.5.5. Подпрограмма DotsFilter

Подпрограмма DotsFilter предназначена для сортировки списка найденных локальных особенностей и выделение списка минюций. Схема подпрограммы изображена на рис. 2.12.

Синтаксис:

int TAnalysePicture::DotsFilter(TAbsFing &_dots)

Входные данные для данной подпрограммы представлены:

TAbsFing &_dots - список точек найденный на растре, он содержит помимо нужных точек - минюций, лишние, непостоянные точки, которые не подходят для объектного описания папиллярного узора.

Выходные данные для данной подпрограммы представлены:

TAbsFing _dots - список параметров минюций, формат описан в
п.п. 2.1.3.

Используемые подпрограммы:

Порез(dot) - относится ли данная точка к точкам образованным порезами и инородными телами (см. п.п. 2.4.4);

Filter(dot1, dot2) - условие фильтрования (см. п.п. 2.4.4).

Схема подпрограммы «ReadPic»

Рис. 2.11

Схема подпрограммы «DotsFilter»

Рис. 2.12

2.5.6. Подпрограмма AnalysePicture

Подпрограмма AnalysePicture предназначена для обработки загруженного изображения и получение из него объектного образа для последующего хранения и сравнения. Схема подпрограммы изображена на рис. 2.13.

Синтаксис:

TAbsFing TAnalysePicture::AnalysePicture()

Входные данные для данной подпрограммы представлены:

TFingPicture *pic - указатель на битовый образ в памяти, который был загружен для обработки.

Выходные данные для данной подпрограммы представлены:

TAbsFing Ret - список координат минюций в абсолютных параметрах, формат описан в п.п. 2.1.3.

Используемые переменные:

Map - список обрабатываемых линий на папиллярном узоре, каждой линии соответствует точка {x,y};

ChangeN - хранит количество сделанных изменений на растре.

Используемые подпрограммы:

LookPic - возвращает список линий на отпечатке;

ChangeLine(i, Map) - корректировка линии на растре, избавление от слипаний и обрывов;

ReadPic - возвращает список параметров специфических точек, см. формат в п.п. 2.1.3;

DotsFilter(Ret) - сортировка специфических точек, см. условия в п.п. 2.4.

2.6. Описание контрольного примера

2.6.1. Назначение программы

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 «AnalysePicture».

Рис. 2.13

2.6.2. Исходные данные

Для теста использовалось около 50 отпечатков разных людей и разного возраста. На рис. 2.14, 2.15, 2.16 приведены несколько изображений папиллярного узора, которые предполагается сравнить между собой и другими отпечатками в базе данных отпечатков. Данные изображения получены посредством зачернения пальца и приложения его к листу белой бумаги, после чего отпечатки 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. 2.14, 2.15 представлены отпечатки одного и того же пальца, а значит, в результате работы программы они должны совпасть. Рис. 2.16 это отпечаток другого пальца, нежели предыдущие два отпечатка.

Исходный образ A1

Рис. 2.14

Исходный образ A2

Рис. 2.15

Исходный образ B

Рис. 2.16

2.6.3. Контрольный пример

Результат работы подсистемы приведен на рис. 2.17, 2.18, 2.19 - это визуализированные структурные представления входных отпечатков.

Структурное представление A1

Рис. 2.17

Структурное представление A2

Рис. 2.18

Структурное представление B

Рис. 2.19

2.6.4. Тестирование программного обеспечения системы

распознавания личности по отпечаткам пальцев

Для испытания программного обеспечения системы на вход были поданы тестовые образы, описанные в п.2.6.2. 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. 2.17, 2.18, 2.19.

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 варьироваться в больших пределах в зависимости от размеров пальца. На тестовых образах найдено 19, 40, 37 соответственно. Меньшее количество объясняется тем, что тестовые образы это лишь фрагменты полного отпечатка, а образ B это указательный палец, который меньше по размерам, чем большой.

В приложении 4 можно увидеть, что отпечатки A1 (1.bmp), A2 (R1_3rotate2.bmp) схожи между собой и схожи с 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 обрабатываемый отпечаток. Полученные результаты совпадают с ожидаемыми результатами и совпадают с ручным сравнением. Для проверки этого в приложении 4 приведено полное сравнение всех имеющихся отпечатков.

А также программа, после небольшой корректировки параметров анализа и сравнения, была настроена для распознавания символов алфавита. Для проверки был введен в базу данных набор символов изображенных на рис. 2.20, который в последующем сравнивался с алфавитом на рис. 2.21.

Алфавит для базы данных

Рис. 2.20

Алфавит для сравнения

Рис. 2.21

В результате разработанный алгоритм, после минимальных изменений, стал пригоден для распознавания символов. Результаты работы приведены в приложении 5.

3. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1. Обоснование необходимости разработки системы

распознавания личности по отпечаткам пальцев

Система распознавания личности по отпечаткам пальцев производит структурный анализ папиллярного узора посредством выделения на нем локальных особенностей. Разрабатываемая система носит исследовательский характер и предназначена для поиска и отладки наиболее эффективных алгоритмов обработки изображений. Реализация подсистемы позволит в значительной степени облегчить труд программиста-исследователя посредством автоматизации процесса поиска и выделения специфических точек на изображении.

Подсистема анализа изображения производит преобразование наиболее полно, с минимальным количеством недостоверных данных, в форму удобную для структурного анализа.

Установка защиты информации на основе дактилоскопии существенно усилит защиту от несанкционированного доступа и упростит этап идентификации пользователей и назначение им соответствующих прав доступа.

Таким образом, разработка системы позволит, помимо выполнения основной задачи - структурного анализа и идентификации, упростить работу с защитой данных и предоставлении доступа к ним.

3.2. Расчет затрат на разработку системы распознавания личности по отпечаткам пальцев

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

Расчет сметы затрат осуществляется по следующим статьям

- расходы на основные и вспомогательные материалы;

- расходы на оплату труда исполнителей;

- расходы на социальные программы;

- расходы на содержание и амортизацию основных фондов;

- накладные расходы;

- прочие расходы.

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

Таблица 3.1

Расходы на основные и вспомогательные материалы

Наименование материала	Количество	Стоимость, р.
Матрица CD-R	1 шт.	20
Матрица CD-RW	3 шт.	75
Бумага писчая 80 г.	250 листов	60
Тонер для принтера	1 шт.	70
Прочие канцелярские товары		25
Итого		250

Оклад инженера-программиста в период разработки составлял 5500 р. в месяц. Продолжительность разработки 3 месяца.

З_П = ЗП_М*П_М (3.1)

З_П = 5500 * 3 = 16500 руб.

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

З_П,% = З_П*1.15 (3.2)

З_П,% = 16500 * 1.15 = 18975 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 = 16500 * 0.10 = 1650 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 = (16500 + 1650) * 0.15 = 2722,50 руб.

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

ЗП_ОСН = З_П,% + ЗП_Д + К_УР (3.4)

ЗП_ОСН = 18975 + 1650 + 2722.50 = 23347.50 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% /33/. Отчисления производятся от общих расходов на оплату труда и сумма отчислений составляет:

С_ОТЧ = ЗП_ОСН * 0.262 (3.5)

С_ОТЧ = 23347.50 * 0.262 = 3117.05 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 = 1000 руб/мес

С_ЗЧ - стоимость запчастей 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

А_ПО = СТ_ПО / С_ПИ, (3.9)

где СТ_ПО - стоимость программного обеспечения;

С_ПИ - срок полезного использования (в годах);

А_ПО = 4000 / 5 = 800 руб

С_ИСП = 3800 + 1000*12 + 800 + 1000 + 800 = 18400 руб

А_Ч = 18400 / (12 * 176) = 8,71 руб

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

С_АР = Эч * Ач (3.10)

С_АР = 600 * 14.394 = 5227.40 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 = 21337.50 * 0.5 = 10668.75 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 = 23347.50 * 1.3 = 30351.75 руб.

Сумма затрат на разработку подсистемы в целом составила 76970 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	250	0,3
Расходы на оплату труда	23350	30,3
Отчисления на социальные налоги	6120	8,0
Расходы на содержание и амортизацию ВТ	5230	6,8
Накладные расходы	30350	39,4
Прочие расходы	11670	15,2
Итого	76970	100

Округлим полученную сумму до тысяч для учета непредвиденных затрат. Получим, что сумма затрат на разработку системы составит 77000 руб.

Структура затрат на разработку ПО приведена на рис. 3.1.

Структура затрат на разработку ПО

Рис. 3.1

4. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА

4.1. 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 воздей-ст-вие всех видов излучения от экрана мони-тора не опасно для здоровья персонала, об-слу-живающего ком-пьютеры. Однако исчерпывающих данных относительно опасно-сти воз-действия излучения от мониторов на работающих с ком-пьютерами не сущест-вует и ис-следования в этом направлении продолжаются.

Допустимые значения параметров неионизирую-щих электромагнитных излучений от монитора компьютера представлены в табл. 4.1 /32/.

Максимальный уровень рентгеновского излучения на рабочем месте оператора ком-пьютера обычно не превышает 10 мкбэр/ч, а интенсивность ультрафиолетового и ин-фра-красного излучений от экрана монитора лежит в пределах 10…100 мВт/м² /31/.

Таблица 4.1

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

Наименование параметра	Допустимые значения
Напряженность электриче-ской составляющей электромагнитного поля на расстоянии 50см от поверхно-сти видеомонитора	10В/м
Напряженность магнитной составляющей электромагнитного поля на расстоянии 50см от поверхности ви-деомонитора	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 реко-мен-дуется применять монито-ры с пониженным уровнем излучения (MPR-II, TCO-92, TCO-99), устанавливать за-щитные экраны, а также соб-людать регламентированные режи-мы труда и отдыха.

Длительное неизменное положение тела

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

Шум

Шум ухудшает условия труда, оказывая вредное действие на организм человека. Ра-бо-тающие в условиях длительного шумового воздействия испытывают раздражитель-ность, головные боли, головокружение, снижение памяти, повышенную утомляе-мость, 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.

4.2. Техника безопасности при работе на ПК

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. Частенько 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 обращения с ней.

Системный блок следует включать как можно реже (обычно включается в начале рабочего дня и выключается, выключается работа на нем -- 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, т.е. нет обращения к клавиатуре или мыши, он выключается. Если монитор получает питание от системного блока, включая системный блок, включаем и монитор. 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 его из строя 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) не распивать напитки над клавиатурой, так как попадание жидкости в нее приводит к короткому замыканию и выводит из строя клавиатуру, в случае попадания необходимо обесточить компьютер.

3) не кушать над клавиатурой бутерброды, семечки, так как крошки, попадающие в клавиатуру, нарушают ее работу.

4) при наличии защитной панели следует закрывать клавиатуру, тем самым, защищая ее от пыли.

4.3. 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

Рост учащихся или студентов в обуви, см	Высота над полом, мм
	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.

Таблица 4.4

Основные размеры стула для учащихся и студентов

Параметры стула	Рост учащихся и студентов в обуви, см
	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

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.

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:

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

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

? 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 до-сягаемости; б - зона досягаемости пальцев при вытянутой руке; в - зона легкой досягаемо-сти ладони; г - оптимальное простран-ство для грубой ручной работы; д - оптимальное простран-ство 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 не-удобной рабочей позе могут появиться боли в мышцах, суставах и сухожилиях. Требо-ва-ния к рабочей позе пользователя видеотерминала следующие:

1) голова не должна быть нак-лонена 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 до-кумен-ты - 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 качествен-ной работы на компью-тере имеют размеры знаков, плотность их размещения, контраст и соотношение яркос-тей символов и фона экрана. Если расстояние от глаз оператора до экрана дисплея сос-тавля-ет 60…80 см, то высота знака должна быть не менее 3мм, оптимальное соотно-шение ширины и высоты знака со-ставляет 3:4, а расстояние между знаками - 15…20% их вы-со-ты. Соотношение яркости фона экрана и символов - от 1:2 до 1:15.

Во время пользования компьютером медики советуют ус-танавливать монитор на рас-стоянии 50-60 см от глаз. Специалисты также считают, что верхняя часть видео-дисплея 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 пло-щадь обзора значительно увеличивается, вызывая обезвоживание глаз. К тому же если экран установ-лен высоко, а глаза широко открыты, нарушается функция морга-ния. Это зна-чит, что глаза не закрываются полностью, не омываются слезной жидко-стью, не получают доста-точного увлажнения, что приводит к их быстрой утомляе-мости.

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.

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.

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

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.

4.5. 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 /34/ 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.

4.6. 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.

Противопожарная защита - это комплекс организационных и технических мероприятий, направленных на обеспечение безопасности людей, на предотвращение пожара, ограничение его распространения, а также на создание условий для успешного тушения пожара.

Источниками зажигания в помещении, содержащем ЭВМ, могут быть электронные схемы от ЭВМ, приборы, применяемые для технического обслуживания, устройства электропитания, где в результате различных нарушений образуются перегретые элементы, электрические искры и дуги, способные вызвать загорания горючих материалов.

В современных ЭВМ очень высока плотность размещения элементов электронных схем. В непосредственной близости друг от друга располагаются соединительные провода, кабели. При протекании по ним электрического тока выделяется значительное количество теплоты. При этом возможно оплавление изоляции. Для отвода избыточной теплоты от ЭВМ служат системы вентиляции и кондиционирования воздуха. При постоянном действии эти системы представляют собой дополнительную пожарную опасность.

Одной из наиболее важных задач пожарной защиты является защита строительных помещений от разрушений и обеспечение их достаточной прочности в условиях воздействия высоких температур при пожаре. Учитывая высокую стоимость электронного оборудования, а также категорию его пожарной опасности, здания, в которых предусмотрено размещение ЭВМ должны быть 1 и 2 степени огнестойкости.

К средствам тушения пожара, предназначенных для локализации небольших возгорании, относятся пожарные стволы, внутренние пожарные водопроводы, огнетушители, сухой песок, асбестовые одеяла и т. п.

В соответствии с “Типовыми правилами пожарной безопасности для промышленных предприятий” залы ЭВМ, помещения для внешних запоминающих устройств, подготовки данных, сервисной аппаратуры, архивов, копировально-множительного оборудования и т.п. необходимо оборудовать дымовыми пожарными извещателями. В этих помещениях в начале пожара при горении различных пластмассовых, изоляционных материалов и бумажных изделий выделяется значительное количество дыма и мало теплоты.