Система физической защиты ядерной установки. Проектирование подсистемы телевизионного наблюдения и анализ требований основных руководящих документов к проведению физической инвентаризации защищаемых ядерных материалов на установках Украины

Для организации второго рубежа охранной сигнализации наиболее оптимальным является выбор сейсмические СО, которые имеют ряд преимуществ: скрытность установки, отсутствие помех при сильном ветре, осадках. Для установки было выбрано сейсмическое СО: «Годограф-СМ-С-1»

Изделие предназначено для сигнализационного блокирования периметров объектов и позволяет обнаруживать нарушителя, передвигающегося шагом, бегом или ползком. Нарушитель - человек массой не менее 50 кг или группа людей (до 3 человек).

Третий рубеж охранной сигнализации устанавливается на ограждения, состоящее из мотков колючей ленты типа АСКЛ, для блокировки рубежа выбрано вибрационное средство обнаружения, так как предотвращает ложные сигналы тревоги, связанные с деформацией ограждения. «Багульник-М» - является единственным на отечественном рынке извещателем, способным охранять рубежи из режущей ленты.

Изделие «Багульник-М» по функциональному назначению принадлежит к вибрационным средствам охраны и регистрирует деформацию чувствительного элемента (кабеля).

Все решетки и металлические двери (ворота) и сейфы, для защиты от пролома, оборудуются вибрационным средством обнаружения «ПАУК-В», так как он обеспечивают надежную работу и отсутствие ложных срабатываний от движения персонала рядом с окнами.

Для защиты от сдвига и открытия металлических ворот, дверей и сейфов, оборудуются извещателем точечным магнитоконтактным «ИО 102-6.»

Для защиты полотна ворот, и помещения с ИР используется активный двухпозиционный микроволновой, который обеспечивает надежное блокирования зон обнаружения и минимальное количество ложных сигналов тревоги. Для установки был выбран извещатель «АБРИС».

Для блокировки полотна дверей хранилищ используем активный двухпозиционный ИК. Для оценки было выбрано извещатели фирмы OPTEX, которая прочно закрепилась на отечественном рынке и имеют оптимальное отношение цена/качество. Для установки была выбрана модель AX-500 Plus.

Для охраны помещений административного здания используем пассивный ИК извещатель. «AQUA PRO» Современные ИК извещатели надежно защищены от помеховых факторов, поэтому для помещений персонала являются оптимальным вариантом.

Для блокировки помещения с ИР используем радиоволновой извещатель. «Астра-552 лит.1,2»

Подсистема телевизионного наблюдения (ПТН) как составляющая СФЗ

объекта применяется для оценки состояния на объекте. Она используется как и для наблюдения за обстановкой на объекте, так и для контроля доступа и обнаружения несанкционированного проникновения на объект.

Основной задачей подсистемы телевизионного наблюдения является наглядное представление видеоинформации об оперативной обстановке на контролируемом объекте. Это позволяет в реальном масштабе времени получать наиболее полную и достоверную информацию о ситуации на охраняемом объекте.

Особенности конкретного вида оборудования определяются рядом технических требований, которые накладываются на создаваемую ПТН. И дорогие, и дешевые компоненты систем ПТН обладают характеристиками, необходимыми для передачи и обработки видеоизображения. Однако при создании систем видеонаблюдения на больших объектах, при наращивании возможностей системы, резко возрастают требования к качеству и надежности системы в целом. Качество и надежность любой сложной системы зависят от входящих в ее состав компонентов. Возможны ситуации, когда высококачественное оборудование не может реализовать свои показатели из-за низкого качества устройств, входящих в состав системы (даже из-за соединительных проводов). Если же речь идет о ПТН, призванной обеспечивать контроль за ситуацией на особо важных объектах, то требования к качеству и надежности входящих в состав комплекса компонентов еще более ужесточаются. Обеспечение высокого качества работы всей системы заключается в выборе согласованных и качественных компонентов. Как правило, подобрать всё необходимое оборудование у одного производителя невозможно. В такой ситуации, при создании интегрированной системы, приходится "собирать" её из разнородных компонентов, различных по качеству и не всегда полноценно совместимых, что может привести к ухудшению характеристик всей ПТН в целом.

Правильное использование подсистемы контроля доступа (ПКД) позволяет закрыть несанкционированный доступ на территорию, в здание, отдельные этажи и помещения. В то же время они не создают препятствий для прохода персонала и посетителей в разрешенные для них зоны. Интерес к ПКД неуклонно растет, что в недалеком будущем приведет к их широкому распространению. Следует помнить, что ПКД не устраняет необходимость контроля со стороны человека, но значительно повышает эффективность работы службы безопасности, особенно при наличии многочисленных зон риска. ПКД освобождает охранников от рутинной работы по идентификации, предоставляя им дополнительное время по выполнению основных функций: охране объекта и защите сотрудников и посетителей от преступных посягательств. Оптимальное соотношение людских и технических ресурсов выбирается в соответствии с поставленными задачами и допустимым уровнем возможных угроз.

Подсистема контроля доступа - подсистема СФЗ, которая обеспечивает решение задач управления доступом в зоны ограничения доступа.

Мероприятия по контролю доступа - комплекс организационно- правовых мероприятий и инженерно-технических средств, предназначенных для обеспечения процесса контроля за зонами ограничения доступа и защиты информации.

Подсистема контроля доступа должна обеспечивать выполнение таких функций:

- позволять вход/выход только санкционированных лиц и въезд/выезд санкционированного транспорта через установленные пункты прохода в зоны ограничения доступа ;

- осуществление временного контроля перемещения персонала и посетителей на ядерной установке;

- фиксацию времени входа и выхода персонала и посетителей;

- регистрацию и выдачу информации о попытках вторжения в зоны ограничения доступа;

- контроль над действиями охраны во время дежурства;

- обнаружение и предупреждение попыток внесения оружия, взрывчатых веществ и других, запрещенных к проносу/везению материалов;

- обнаружение и предупреждение попыток недозволенного выноса/вывоза из территории ядерной установки ядерных материалов, радиоактивных веществ, других источников ионизирующего излучения;

- обеспечение вооруженной охране информации, которая способствует быстрой оценке ситуации и применения и применения мероприятий по реагированию.

Подсистема контроля доступа предназначена для контроля доступа персонала в зоны ограничения доступа (защищенные, внутренние, особо важные зоны) и уязвимые (жизненно важные) места. Эти зоны и места отделены физическими барьерами (изгородями, стенами домов) и оборудованные пунктами контроля доступа (входы/выходы, въезды/выезды). Контроль доступа осуществляется в этих пунктах, на грани таких зон и мест.

Рубеж ПКД - условная граница в охранной зоне или объекте, которая охраняется с помощью ПКД.

Идентификатор - предмет, в который (на который) с помощью специальной технологии занесена кодовая информация, подтверждающая полномочность прав его владельца и служащий для управления доступом в охраняемую зону. Идентификаторы могут быть изготовлены в виде карточек, ключей, брелков и т.п.

Считыватель - электронное устройство, предназначенное для считывания кодовой информации с идентификатора и преобразования ее в стандартный формат, передаваемый для анализа и принятия решения в контроллер.

Существует порядка десяти видов индентификаторов и считывателей, использующих различные способы записи, хранения и считывания кодовой информации, обеспечивающие разный уровень секретности и имеющие существенно отличающиеся цены.

Контроллеры - это высоконадежный электронный прибор (специализированный компьютер), в котором хранится информация о конфигурации, режимах работы системы, перечень лиц, имеющих право доступа на объект, а также уровень их полномочий (куда и когда именно можно ходить). В простых случаях минимальный вариант контроллера может быть встроен в считыватель. Контроллеры контролируют работу считывателей и управляющие устройствами исполнительными. Контроллеры бывают однофункциональными и многофункциональными.

Основное функциональное назначение - это хранение баз данных кодов пользователей, программирование режимов работы, прием и обработка информации от считывателя, принятие решений о доступе на основании поступившей информации, управление исполнительными устройствами и средствами оповещения.

Наиболее существенными дополнительными функциями контроллеров являются:

- защита от повторного использования карточки, повторный вход по данной карточке возможен только после "ее выхода";

- наличие и возможности программирования временных зон;

- наличие релейных выходов для подключения средств оповещения, телевизионного оборудования;

- возможность подключения охранной сигнализации;

-возможность установки двух и более считывателей на одну дверь для организации двухстороннего прохода или многоуровневого контроля.

На практике применяются контроллеры рассчитанные на управление 1-8 считывателями. Все контроллеры, используемые на объекте, в свою очередь могут быть объединены в единую систему и подключаться либо к ведущему контроллеру (мастер-контроллеру), либо к компьютеру, управляющему работой всех контроллеров. Обычно ведущий контроллер отличается от остальных только заложенной программой. К нему же может подключаться управляющий компьютер, принтер и другие периферийные устройства. Однофункциональные контроллеры являются интеллектуальным аналогом кодового замка и работают только в автономном режиме. Многофункциональные контроллеры не только управляют доступом, но и обладают функциями мониторинга состояния устройств исполнительных и вывода данных на компьютер и печать. С помощью многофункциональных контроллеров можно создавать сложные комплексы, интегрированные с другими подсистемами безопасности, например, с охранно-пожарной сигнализацией и телевизионными системами видеоконтроля. Связь контроллеров между собой в единую сеть осуществляется через стандартный интерфейс RS 485. Для связи ведущего контроллера с компьютером используется стандартный интерфейс RS 232. Многофункциональные контроллеры работают в основном в сетевом режиме (централизованный контроль и управление доступом).

На гипотетической ядерной установке применяется ПКД с компьютерным управлением для КПП периметра и внутренней и особо важной зон. Подсистема обладает высокой универсальностью, поскольку имеет в своем составе контроллеры как централизованной, так и распределенной архитектуры. ПКД совместима с контроллерами и считывателями, что делает данную систему уникальной. Подсистема обладает возможностям расширения и создания эксклюзивных вариантов конфигурации под конкретный объект. Полностью интегрируется в IT инфраструктуру предприятия с использованием существующих сетевых коммуникаций.

Сетевая система ПКД универсальна, поскольку имеет в своем составе контроллеры как централизованной, так и распределенной архитектуры. Позволяет использовать считыватели различной технологии. Для управления подсистемой применяется персональный компьютер, с помощью которого возможно программирования ПКД, получения информации о пользователях системы, дате и времени прохода пользователей через контрольные устройства, срабатывании средств подсистемы обнаружения, видеонаблюдения, попыток, несанкционированного прохода, аварийных ситуациям. Для работы в ПКД может использоваться любой персональный IBM- совместимый компьютер. Наряду с работой в составе ПКД он может выполнять и другие функции.

Персональный компьютер, используя специально разработанное для охраняемого объекта программное обеспечение, которое осуществляет общее управление и программирование ПКД, собирает информацию с контроллеров, создает общий банк данных, формирует различные отчеты и сводки. Программное обеспечение позволяет осуществлять автоматическую запись данных по всем операциям входа/выхода. В любой момент можно запросить разнообразные сведения, например, о местонахождении сотрудников и посетителей. Текущее состояние ПКД отображается в удобной графической форме. В компьютер вводится план охраняемого объекта, на котором стандартными значками указываются считыватели, замки, технические средства охранно-пожарной сигнализации, видеоконтроля. На плане система автоматически в реальном масштабе времени показывает состояние всех нанесенных объектов контроля - открыта или закрыта дверь, какой именно извещатель сработал в случае тревоги. Таким образом, в любой момент времени можно быстро оценить ситуацию и в случае внештатной ситуации оперативно и эффективно принять меры предосторожности.

Программное обеспечение, как необходимый элемент подсистемы ПКД поддерживает аппаратные средства связи с контроллерами и обеспечивает выполнение важнейших функций по обслуживанию ПКД:

- конфигурирование контроллеров с обеспечением процедуры занесения в них списков пользователей и прав доступа;

- предотвращения доступа посторонних лиц на подконтрольную территорию;

- обеспечение регламентированного прохода сотрудников и посетителей;

- протоколирования событий на подконтрольной территории;

- регистрации времени присутствия персонала на территории;

- учета рабочего времени;

- ведения базы данных персонала с фотографиями пользователей;

- предотвращения повторного использования одной и той же карточки;

- оперативное управление системой;

- предоставление оператору текущей информации.

Устройства исполнительные принимают команды управления с контроллеров и обеспечивают блокировку возможных путей несанкционированного проникновения через устройства заграждения (двери, ворота, турникеты, кабины прохода и) людей, имущества, транспорта в помещения, здания и на территорию. В устройствах исполнительных применяются исполнительные механизмы электромеханического и электромагнитного принципа действия.

Для контроля прохода персонала в помещения был выбран бесконтактный считыватель proximity карт 125 кГц со встроенной цифровой клавиатурой HID ProxPro.

Электромеханические замки представляют собой обычные замки, у которых механизм секретности дополнен элементами электромеханики, позволяющими открывать замок как механическим ключом, так и подачей импульса тока от исполнительного устройства - контроллера.

Отпирание замков производится двумя способами: основной (электрический) - подачей управляющего напряжения контроллером; резервный (механический) - поворотом механического ключа, вставляемого в механизм секретности снаружи двери, или при повороте постоянного ключа изнутри.

Электромагнитный замок предназначен для запирания правых и левых внутренних дверей объекта.

Основная особенность такого замка состоит в применении специальных магнитных материалов с высокой коэрцитивной силой, позволяющей создавать усилие на разрыв до 500 кг при потребляемой замком мощности всего 5-10 Вт.

Конструктивно все замки такого типа устроены одинаково и имеют схожие технические характеристики.

Замки имеют повышенную надежность из-за отсутствия в конструкции подвижных деталей и трущихся частей. В случае отказа электроники системы (контроллера), касание считывателя даже зарегистрированной картой не поможет открыть дверь - необходимо разорвать цепь питания электромагнитного замка. Это поможет сделать ключ аварийного отпирания двери

Для возвращения устройств заграждения в закрытое состояние, они дооборудуются специальными устройствами - доводчиками, без которых ПКД теряют свою основную функцию - ограничения доступа, так как без них устройство заграждения может находиться в любом состоянии. По виду исполнительного механизма доводчики подразделяются на пружинные, пневматические, гидравлические и электромеханические.

Функция доводчика - не только гарантировать закрытие устройства заграждения (например, двери), но и оберегать замок от механических ударов, а при пожаре автоматически раскрывать двери и помогать эвакуации. В некоторых типах доводчиков используется, так называемая "система торможения с подтягом" - вначале доводчик дает разогнаться, потом тормозит движение и уже в конце, у самой дверной коробке, резко подтягивает дверь, обеспечивая гарантированное ее закрытие. Кроме того некоторые доводчики могут иметь встроенный режим безопасности, исключающий случайное придавливание человека в момент прохождения через устройство заграждения.

По принципу действия доводчики напоминают обычную пружину, снабженную демпфирующим устройством. Демпферы доводчиков могут быть гидравлическими и пневматическими. Гидравлические доводчики более надежны и долговечны, так как в качестве рабочего тела в них используется специальная жидкость, обладающая смазывающими свойствами. При выборе доводчика следует учитывать массу двери. Ограждения предназначены для формирования потоков людей и ограничения зон прохода, устанавливаются на проходных различных объектов. Они могут быть поворотного типа, позволяющие в экстренных случаях быстро образовать широкий проход.

Турникеты (полноростовые и полуростовые) обеспечивают высокую пропускную способность. Наличие функции однократного прохода и возможность разделения потока людей по одному позволяет эффективно использовать турникеты в подсистеме ПКД.

В качестве исполнительного устройства для КПП гипотетической ядерной установки был выбран полноростовой турникет Sesame. Данное устройство обеспечивает полный контроль доступа, выступая в качестве физического барьера. Санкционированный проход осуществляется путем использования считывателей, пульта управления или ручного доступа. Модель имеет достаточно широкий проход (649 мм), что делает комфортным перемещение с объемными вещами и багажом.

Шлюзовые кабины и тамбуры предназначены для защиты от попыток несанкционированного прохода на объект, обнаружения металлических предметов, блокирования нарушителей, управления движением и разделения потока посетителей.

Шлюзовые кабины и тамбуры обеспечивают:

- организацию прохода на объект таким образом, что при открытой наружной двери внутреннюю дверь открыть невозможно, и наоборот;

- запрет посетителям на вход и выход из шлюза до окончания процедуры выдачи пропусков и разрешения на посещение объекта;

- блокирование в шлюзе выявленных потенциальных нарушителей.

3.4 Роль охраны и сил реагирования в обеспечении физической защиты

Охрана как вид деятельности в сфере использования атомной энергии является одним из основных элементов систем физической защиты ядерных установок, ядерных материалов, радиоактивных отходов и источников ионизирующего излучения. В каждой стране, владеющей ядерной инфраструктурой, которая подлежит физической защите, существуют различные подходы и принципы к организации ее охраны. Эти подходы и принципы зависят вот многих внутригосударственных факторов: социально-политических и экономических, наличия внутренних угроз и т.п. Кроме того, подходы к охране объектов определяются и внешнеполитическими факторами, характерными для того или иного государства. Эти подходы могут меняться с течением времени и в зависимости от изменений внутренних и внешних условий в государстве.

Как было сказано ранее, основными функциями системы физической защиты являются:

обнаружение;

задержка;

реагирование.

Первые две функции могут выполняться как техническими средствами защиты, так и персоналом, осуществляющим охрану ядерного объекта. Это, в первую очередь, зависит от общей организации охраняемого объекта и системы его физической защиты, а также от установленных на данном объекте инженерно-технических средств защиты. Осуществление последней функции лежит исключительно на силах охраны и силах реагирования. Силы реагирования - специально обученные и оснащенные военные подразделения правоохранительных органов. Силы реагирования состоят из специальных групп подразделений охраны ядерной установки и сил помощи извне.

Одним объединяющим условием организации охранной деятельности в сфере использования атомной энергии является наличие высококвалифицированного в профессиональном отношении персонала подразделений охраны и сил реагирования (ответного действия).

Проблемы организации охраны и применение тех или иных сил охраны и ответного действия напрямую связаны с категорией ядерного объекта или категорией ядерных материалов, радиоактивных отходов или источников ионизирующего излучения, которые хранятся или используются на данном объекте. Поэтому в дальнейшем мы будем рассматривать общие подходы к организации охраны и обороны ядерных объектов, а также требования и рекомендации основных законодательных актов Украины в данной области.

В Украине охрана особо важных объектов (в том числе АЭС и других ядерных установок), а также особо важных грузов и дипломатических представительств и консульств осуществляется Внутренними Войсками Министерства внутренних дел Украины. Перечень особо важных объектов, охраняемых Внутренними Войсками, устанавливается Кабинетом Министров Украины. Деятельность Внутренних Войск строго регламентирована Законами и подзаконными актами Украины.



4. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

4.1 Описание гипотетической ядерной установки

Рассматриваемая гипотетическая установка представляет собой исследовательский реактор с ХСТ и ХРЭ (рисунок 4.1)Располагается на холмистой местности в 70 км от ближайшего населенного пункта. Ядерная установка удалена на 30 км от главной автотрассы. Оживленное движение по автотрассе наблюдается только во время рабочих пересмен - около 8, 16 и 24 часов. На расстоянии 12 км от гипотетической ЯУ находится железнодорожная станция.

Климат в данном районе отличается средней влажностью. Среднегодовая влажность воздуха - 50 %. Дожди умеренные. Уровень осадков в данной местности 250 мм от дождей и 200 мм от снегопадов. Снегопады наблюдаются крайне редко. Температура зимой от минус 10 0С до плюс 10 0С, летом от плюс 25 0С до плюс 35 0С. В регионе расположения гипотетической установки град выпадает в среднем 1 раз в год, грозы бывают 5-6 раз в году.



Рисунок 4.1 - Общий план гипотетической ядерной установки

На территории данного объекта расположены:

- двухэтажное здание с ядерной установкой, хранилищем свежего топлива, БЩУ и хранилищем для радиоактивных экспериментов. Наружные стены здания выполнены из кирпича, толщиной 0,6 м. Внутренние стены выполнены из кирпича, толщиной 0,3 м. Высота служебный помещений на первом и втором этажах - 3м.

Толщина стен здания с ядерной установкой - 1 м.Высота помещения с ядерной установкой - 6 м; окна расположены на высоте 4 м. Вход в помещение с ЯУ осуществляется с 1 и 2 этажа. В здании работает 100 человек. План второго этажа представлен на рисунке 2.

- караульное помещение - одноэтажное здание. В нем располагается мобильная группа охраны в составе 18 человек.

- одноэтажное здание КПП периметра. В нем находятся пост охраны, помещение для досмотра, ящики для хранения личных вещей. Рядом располагается автомобильное КПП. В здании постоянно дежурит персонал охраны в составе 8 человек. Наружные стены здания выполнены из кирпича, толщиной 0,6 м. Внутренние стены выполнены толщиной 0,3 м. Окна в здании с наружной стороны периметра отсутствуют.

- одноэтажное здание центрального пульта физической защиты. В здании постоянно дежурит персонал охраны в составе 6 человек. Наружные стены здания выполнены из кирпича, толщиной 0,6 м. Внутренние стены выполнены толщиной 0,3 м.

- аварийный источник электропитания. Толщина наружных стен 0,5 м, внутренних стен 0,3 м.

Трасса периметра холмистая. Вдоль границы периметра убраны деревья, кустарники и высокая трава. Вблизи периметра высоковольтные ЛЭП вдоль ограждения отсутствуют.

В районе расположения гипотетической ядерной установки обитают небольшие животные, такие как зайцы, белки, собаки и коты, а также различные птицы.

Некоторый шум может исходить от низко летящих самолетов. Имеется подъездная автомобильная дорога.

Транспорт осматривается на предмет контрабанды во время разгрузки на соответствующих платформах. Частный транспорт персонала не допускается на территорию объекта.

Внимание нарушителя сфокусировано на исследовательском реакторе. Исследовательский реактор не производит коммерческой электроэнергии. Исследовательский реактор - реактор бассейнового типа, максимальная тепловая мощность 2 кВт. Исследовательский реактор предназначен для проведения научно-исследовательских работ по ядерной и нейтронной физики, радиационного материаловедения, радиобиологии. Активная зона состоит из элементов концентрического типа, урановых топливных стержней обогащенных по U-235 до 36%. Замедлителем и теплоносителем является легкая вода. Система охлаждения реактора двухконтурная. Циркуляция воды принудительна.

Свежее ядерное топливо поступает на исследовательский реактор в транспортных контейнерах. Существует специальная процедура получения топлива в хранилище, перемещение в реакторный зал и загрузку в активную зону свежего топлива. Выдержанное в приреакторном бассейне, отработанное топливо отправляется за пределы площадки исследовательского реактора.

Созданная система физической защиты гипотетической установки должна противостоять следующей модели нарушителя. Внешний нарушитель - террористическая группа. Вес одного нарушителя с оборудованием составляет 110 кг, рост 1,70 метров, передвигается со скоростью 5 км/час.

Такой нарушитель характеризуется:

-общим уровнем осведомлённости об СФЗ, основанным на её визуальном изучении, и о расположении предметов физической защиты;

-высокой вероятностью наличия холодного и огнестрельного оружия (в том числе автоматического), взрывчатых и зажигательных веществ (лестница, ножовка, нож, взрывчатка, огнестрельное оружие);

-высоким уровнем подготовки к преодолению физических барьеров, сигнально-заградительных и сигнализационных рубежей;

-готовностью вступить в открытый вооружённый конфликт с подразделениями охраны ЯУ;

-возможностью (в зависимости от численности) разделяться на группы, решающие различные тактические задачи;

- возможным наличием в группе лиц, способных пожертвовать собой для достижения целей акции.

Наиболее вероятная тактика действий - насильственная с вооружённым нападением и прорывом системы охраны (в том числе с применением транспортных средств), захват заложников (по необходимости).

Нарушитель этого типа может вступать в сговор с персоналом объекта или личным составом подразделений охраны для получения дополнительной информации.

4.2 Анализ и выбор компонентов подсистемы теленаблюдения для помещений внутренней и особо важной зон гипотетической ядерной установки

Основные компоненты ПТН можно разделить по выполняемым функциям следующим образом:

устройства получения видеоинформации: телекамеры, и их неотъемлемая часть - объективы;

устройства отображения видеоинформации: видеомониторы, видеопринтеры, мониторы персональных компьютеров (ПК);

средства передачи видеосигнала;

устройства обработки видеосигнала: коммутаторы, мультиплексоры, квадраторы, видеодетекторы движения, ПК;

устройства регистрации и хранения видеоинформации: специальные видеомагнитофоны; системы цифровой записи;

устройства удаленного управления: системные контроллеры; пульты управления (ПУП) камерами, ПУП поворотными устройствами и трансфокаторами, ПУП коммутаторами; ПК.

вспомогательных устройств, к которым можно отнести:

блоки питания;

светофильтры;

дежурное освещение;

кожухи и устройства крепления для камер и средств освещения;

муляжи камер;

поворотные устройства для камер.



4.2.1 Выбор телекамеры

Телекамера - устройство, преобразующее световой поток, отраженный от объекта, в электрические сигналы, используя физические и химические свойства фоточувствительных материалов. Цель камеры - обеспечить быстрое получение надежной видеоинформации. Камера содержит следующие основные компоненты (рисунок 4.2):

датчик изображения;

устройство формирования сигнала;

устройство синхронизации;

усилитель видеосигнала;

схема автоматической регулировки уровня (АРУ) сигнала;

блок питания (не во всех камерах).

Рисунок 4.2 - Общая структура телекамеры

Рассмотрим подробнее назначение и принципы работы отдельных узлов и блоков видеокамер.

Все современные телевизионные камеры строятся на основе полупроводниковых ПЗС-матриц (ПЗС - прибор с зарядовой связью). Существуют камеры на электронно-лучевых трубках типа “видикон”, которые практически не используются в настоящее время. Свет, падающий на матрицу, преобразуется в электрический сигнал, который затем обрабатывается и выводится на монитор. Поверхность ПЗС-матрицы состоит из множества светочувствительных элементов - пикселей, которые являются самыми маленькими деталями датчика изображения. Количество пикселей определяет такую характеристику ТК, как разрешающая способность. Чем больше пикселей содержит ПЗС-матрица, тем выше четкость и качество получаемого от камеры изображения.

В телевидении используется принцип последовательной во времени передачи изображения - элемента за элементом. Этот принцип лежит в основе происходящего на ПЗС преобразования изображения в электрический сигнал. Оптическое изображение объекта проектируется с помощью объектива на светочувствительную поверхность (ПЗС-матрица). Величина зарядов, образующихся на каждом пикселе ПЗС-матрицы, пропорциональна яркости отдельных элементов изображения. Последовательно происходит считывание накопленных на ПЗС-матрице зарядов. Считывание происходит одновременно по горизонтали и по вертикали. При считывании слева направо развертывается строка изображения. Заряды считываются последовательно: элемент за элементом и строка за строкой (рисунок 4.3). В результате образуется сигнал изображения, несущий информацию об изменении яркости элементов передаваемого изображения. Эффект движения достигается путем передачи достаточного количества неподвижных изображений (кадров) в секунду, представляющих собой отдельные статические фазы движения.

Рисунок 4.3 - Считывание строк кадра

Синхронная и синфазная работа считывающих устройств на передающей и развертывающих устройств на приемной сторонах, обеспечивается с помощью синхронизирующих импульсов, создаваемых схемой синхронизации. В ней вырабатываются также гасящие импульсы, предназначенные для закрывания приемной трубки кинескопа монитора на время обратных ходов развертки по строкам и кадрам (наличие светлых линий на экране кинескопа - следов обратных ходов - мешало бы наблюдению за изображением). Гасящие импульсы вводятся в видеосигнал во время обратного хода луча. Они следуют после передачи каждой строки и кадра и называются соответственно строчными и кадровыми гасящими импульсами. Амплитуда гасящего импульса всегда соответствует уровню черного, т. е. занимает 75% от общего уровня видеосигнала. Синхронизирующий импульс по своему уровню занимает место от 75 до 100% общего уровня видеосигнала, т. е. располагается в области “чернее черного”.

В интервалах гасящих импульсов в видеосигнал вводится сигнал синхронизации приемников, состоящий из строчных и кадровых синхронизирующих импульсов. Эти импульсы должны быть такими, чтобы можно было с помощью простых средств отделить их от сигнала изображения и друг от друга. Уровень синхронизирующих импульсов расположен ниже уровня гасящих импульсов. Это позволяет легко отделить синхронизирующие импульсы от сигнала изображения. Чтобы отделить строчные синхронизирующие импульсы от кадровых синхронизирующих импульсов (например, с помощью дифференцирующих и интегрирующих цепочек), их делают разными по длительности.

Полный видеосигнал включает сигнал изображения, строчные и кадровые синхронизирующие импульсы и гасящие импульсы. Параметры всех импульсов, вводимых в телевизионный сигнал, нормируются соответствующим стандартом.

Синхронизация ТК может быть внутренняя (от встроенного в камеру кварцевого генератора) и внешняя. В свою очередь, камеру с внешней синхронизацией можно синхронизировать:

от сети питания:

от специального устройства - синхрогенератора;

от другой, выбранной ведущей, телекамеры.

При использовании камеры в условиях сильно изменяющейся освещенности, для поддержания выходного видеосигнала в определенных пределах, в камерах предусмотрены специальные устройства и схемы, способные автоматически устанавливать выдержку, диафрагму и параметры усиления по некоторому фрагменту изображения.

Во многих современных моделях камер предусмотрена специальная функция - аппаратная "компенсация заднего света". В простейшем случае камера с компенсацией заднего света настраивается не на среднюю освещенность, а на освещенность центральной части изображения. Тогда, за счет некоторого ухудшения качества изображения в засвеченной части матрицы, получается хорошее качество в центре поля обзора.

В течение суток освещенность на контролируемом объекте претерпевает существенные изменения. Для того чтобы поддерживать на постоянном уровне видеосигнал, используется встроенный в камеру автоматический электронный затвор (Electronic Shutter или Auto-Shutter).

Электронный затвор - устройство, которое встроено в ПЗС-матрицу камеры, изменяющее чувствительность камеры путем управления временем накопления электронного заряда - аналог выдержки фотоаппарата. В некоторых случаях электронный затвор может заменить объектив с автоматической диафрагмой. Время “выдержки” может изменяться в пределах от 1/50 до 1/10000 с, что позволяет работать камерам при освещенности от 1 до 8000 лк. Камеры с объективами без диафрагмы следует использовать только внутри помещений, так как мощности электронного затвора не достаточно, чтобы отработать яркий солнечный свет или его отражение.

Уровень электрического сигнала в полном видеосигнале, представляющего собой черный цвет. В видеокамере может применяться специальное устройство автоматической привязки к черному цвету, которое определяет самую темную часть изображения как оптически черный цвет, повышая в некоторых случаях контрастность изображения.

Наличие в видеокамере гамма-коррекции влияет на точность передачи контраста изображения. Эта корректировка необходима из-за несоответствия преобразования изображения в камере и мониторе.

Правильно выбранная видеокамера обеспечивает изображение высокого качества , а это основное, хотя и не единственное требование для получения необходимого изображения. Как правило, при выборе видеокамеры отдают предпочтение высокому качеству изображения, дизайну модели и минимальному набору функций видеокамеры. В настоящее время на рынке CCTV представлен широкий набор моделей камер видеонаблюдения, которые занимаются решением целого ряда задач. В каждом случае, в зависимости от задачи, нужно найти компромисс между набором необходимых параметров, возможностями выбираемой модели и ее ценой. видеокамера. Для сравнения было выбрано камеры «Partizan CBX-31 HDN» и «ВР-200» так как изучая отечественный рынок предлагаемых видеокамер, они являются одними из лучших моделей по отношению цена/качество

Сравнительные технические характеристики видеокамер сведены в таблицу 4.1



Таблица 4.1 - Основные технические характеристики видеокамеры «ВР-200»

Характеристика	«ВР-200»	«Partizan CBX-31
Матрица	ПЗС 1/3” LG CCD	1/3 Sharp Hi-Res ССD
Разрешение	480 ТВЛ	540 ТВЛ
Чувствительность	0,1 Lux/ F1.2	0,02 люкс - высокая
Соотношение сигнал/шум	50 дБ	55 дБ
Электронный затвор	1/50~1/100,000SEC ON/OFF	1/60~1/100,000SEC ON/OFF
Видеовыход	1,0Vp-p 75 Ом	1,0Vp-p 75 Ом
Ток потребления	DC 12 V, 100 mA	12V DC 75 mA

Видеокамера «Partizan CBX-31 HDN» обладает лучшими характеристиками, необходимым соотношением цена/качество и оптимальна для выполнения своих функций. Внешний вид видеокамеры изображен на рисунке 4.4

Рисунок 4.4 - Внешний вид видеокамеры Partizan CBX-31 HDN

Для использования видеокамеры вне помещений используется гермокожух SANHOTAI GL-618H (12V) с кронштейном Gl-210. Внешний вид гермокожуха изображен на рисунке 4.5

Рисунок 4.5 - Внешний вид гермокожуха



Для размещения видеокамер внутри помещений используется кронштейн Fine MB-812, внешний вид которого изображен на рисунке 4.6

Рисунок 4.6 - Внешний вид кронштейна Fine MB-812

В общем виде проектирование подсистемы телевизионного наблюдения осуществляется следующим образом. Пространство, охраняемое видеосистемой, разбивается на зоны обзора, формируемые каждой из видеокамер.

При дальнейшем рассмотрении зоной обзора будем называть пространство внутри четырехугольной пирамиды, основанием которой является прямоугольник ABCD с соотношением сторон 3:4, в вершине этой пирамиды расположена видеокамера VC1(рисунок 4.7).

Рисунок 4.7 - Пространственная модель зоны обзора

Если выполнить сечение данной пирамиды горизонтальной плоскостью по оси ОО1, то полученный равнобедренный треугольник FOE будет соответствовать зоне обзора видеокамеры в горизонтальной плоскости (рисунок 4.8)



Рисунок 4.8 - Зона обзора в горизонтальной плоскости

Если выполнить сечение данной пирамиды вертикальной плоскостью по оси ОО1, то полученный равнобедренный треугольник HOG будет соответствовать зоне обзора видеокамеры в вертикальной плоскости (рисунок 4.9)

Рисунок 4.9 - Зона обзора в вертикальной плоскости

При проектировании ПТН выбор количества видеокамер, их мест расположения на охраняемой территории, а также совместно с ними используемых объективов должен гарантировать попадание в зоны наблюдения на вполне определенное время любого объекта при любой траектории его движения для того, чтобы этот объект был обнаружен и зарегистрирован.

ПТН решает две основные функции: обнаружение и идентификация объектов. Функция обнаружения сводится к предоставлению оператору визуальной информации или выработке автоматическим устройством сигнала тревоги при обработке видеосигнала, что является важным при попытке пересечении периметра нарушителем или попытке прорыва автотранспорта. Здесь нужно, как можно раньше распознать тревожную ситуацию, чтобы успеть осуществить ответные действия.

Идентификация наиболее важна при анализе видеозаписей и при совместном использовании подсистемы телевизионного наблюдения и подсистемы контроля и управления доступом для сопоставления личности с компьютерной фотографией.

Для расчета зоны обзора видеокамеры важно четко сформулировать, что должен видеть оператор для правильной оценки ситуации.

Расположение камер во многом определяет результирующие характеристики подсистемы телевизионного наблюдения. Количество видеокамер и места их расположения, зависят от зон обзора видеокамер (от углов обзора, длины мертвой зоны, длины условно-мертвой зоны, расстояния до границы дальней зоны). В настоящее время решение этой задачи носит итерационный характер, после определения приоритетных зон наблюдения видеокамеры размещают на плане объекта таким образом, чтобы добиться максимальной информативности видеосистем при минимальном количестве видеокамер.

Затем выбирают наиболее подходящее фокусное расстояние каждого объектива, оценивают, какая часть площади попадает в его поле зрения, определяют ближнюю и дальнюю зоны. При неудовлетворительном результате задаются другим фокусным расстоянием или изменяют место установки видеокамеры.

Варианты расположения видеокамер можно разделить на следующие:

- видеонаблюдение внутри помещений;

- видеонаблюдение вне зданий;

- видеонаблюдение периметра территории.

Расположим ранее выбранные видеокамеры (размер ПЗС-матрицы 1/3") по объекту, с учетом решаемых задач. Для видеонаблюдения за периметром расположим видеокамеры последовательным способом. Такая установка позволит контролировать мертвую зону под видеокамерой, а также не позволит потенциальному нарушителю произвести повреждение или хищение видеокамеры. Для наблюдения за лицами, выходящими из КПП и транспортом, въезжающим на территорию охраняемого объекта, установим видеокамеру на стене здания, противоположной КПП. Контроль внутреннего помещения осуществляется с помощью 1 камеры, установленной в углу помещения. Такая установка позволит контролировать материальные ценности, расположенные в данном помещении, и лиц входящих/выходящих из помещения.

Структурная схема подсистемы теленаблюдения изображена в Приложении Б

Далее нам предстоит выполнить расчет и определить правильность предварительной установки видеокамер.

Определение зоны обзора для видеокамер, устанавливаемых на периметре

Определение фокусного расстояния объектива. В нашем случае будем определять фокусное расстояние аналитическим методом.

Фокусное расстояние может быть получено:

а) Из расстояния до объекта и ширины либо высоты поля зрения

(4.1)

(4.2)

где f - фокусное расстояние объектива, мм; l - расстояние до объекта наблюдения,м; h- ширина ПЗС-матрицы, мм; v - высота ПЗС-матрицы, мм; H - горизонтальное поле зрения, м; V - вертикальное поле зрения, м.

б) Из угла обзора в горизонтальной либо вертикальной плоскости:

(4.3)

(4.4)

где бH - угол обзора в горизонтальной плоскости; бv - угол обзора в вертикальной плоскости.

Для расчета нам необходимы следующие данные:

- расстояние до объекта наблюдения l - 60 м;

- средний рост человека принимаем 1,65 м;

- размеры ПЗС-матрицы 1/3" выбираем из таблицы 4.2.

Таблица 4.2 - Размеры ПЗС-матрицы

Формат ПЗС-матрицы	1/4"	1/3"	1/2"	2/3"	1"
v, мм	2,7	3,6	4,8	6,6	9,6
h, мм	3,6	4,8	6,4	8,8	12,8

Для обнаружения человека необходимо, чтобы его изображение занимало не менее 10% высоты экрана монитора. Это значит, что вертикальное поле зрения на границе дальней зоны должно в 10 раз превышать рост человека (в нашем случае 1,65 м, а именно 10 ·1,65 = 16,5 м). Тогда фокусное расстояние объектива определяем по формуле:

мм (4.5)

Тогда угол обзора в горизонтальной плоскости можем определить из формулы:

0 С (4.6)



Значение фокусного расстояния выбираем из ряда стандартных значений

( 1,6; 1,9; 2,4; 2,9; 3,2; 3,6; 3,8; 4,8; 6; 6,4; 7,2; 8; 9,6; 10,8; 12; 14,4; 16; 18; 20 и т.д) , которые приводятся в каталогах на видеооборудование. В нашем случае выбираем объектив с трансфокатором, позволяющим изменять фокусное расстояние в диапазоне от 10 до 25 мм. При наблюдении за периметром объекта фокусное расстояние объектива будет установлено 20 мм, а в случае обнаружения нарушителя фокусное расстояние увеличивается до 25 мм для точной оценки сигнала тревоги. Для дальнейшего расчета принимаем фокусное расстояние объектива f = 20 мм и угол обзора в в горизонтальной плоскости 140.

Влияние высоты установки видеокамеры на значение фокусного расстояния объектива. Рассмотренные соотношения (1), (2), (3) и (4), которые используются для определения фокусного расстояния объектива, верны для случая, когда видеокамера расположена на оси, перпендикулярной середине плоскости наблюдения.

Видеокамеры, как правило устанавливаются несколько выше вертикального поля зрения (рисунок 4.10). Чем выше устанавливается камера, и чем меньше расстояние до объекта, тем реально требуемый угол обзора по вертикали будет меньше по сравнению с рассчитанным. И тем большим должно быть фокусное расстояние объектива по сравнению с рассчитанным.

Оценим, во сколько раз следует увеличить фокусное расстояние объектива f1, при высоте установки видеокамеры h, по сравнению с фокусным расстоянием f, вычисленным для установки видеокамеры на уровне середины плоскости наблюдения.



Рисунок 4.10 - Увеличение требуемого фокусного расстояния при установке видеокамеры на высоте n

Поправочный коэффициент K может быть вычислен по следующей формуле:

, (4.7)

где n - высота установки видеокамеры;

l - расстояние до объекта наблюдения.

Видеокамеры по периметру устанавливаем на высоте 3 м.

(4.8)

Из этого следует, что высота установки видеокамеры в нашем случае практически не влияет на фокусное расстояние объектива.

Определение длины мертвой зоны под видеокамерой. Чтобы определить длину мертвой зоны m следует рассмотреть треугольник ABD, в который необходимо опустить перпендикуляр EF на основание AD (рисунок 4.11).Перпендикуляр EF равен росту человека р.



Рисунок 4.11 - Определение длины мертвой зоны под видеокамерой

Из подобных треугольников ABD и FED получаем следующее выражение

(4.9)

где m - длина мертвой зоны под видеокамерой;

l - расстояние до объекта;

n- высота установки видеокамеры;

p - рост человека.

В нашем случае примем рост человека p = 1,65 м и если видеокамера установлена на высоте n =3 м, то длина мертвой зоны будет равна

м (4.10)

Радиальная длина обнаружения с учетом высоты установки камеры. В реальных условиях подсистеме ТН необходимо обнаруживать (и регистрировать), движущиеся объекты, которые как правило, лишь на время попадают в поле зрения видеокамеры. Ограничение зоны обзора, вызванные динамическими параметрами контролируемого объекта, будем называть динамическими ограничениями зоны наблюдения.

Практический интерес представляет определение радиальной длины r (по отношению к видеокамере, которая установлена на высоте n на плоскости, в пределах которой движущийся человек может быть гарантировано обнаружен видеокамерой.

Рассмотрим случай, когда на расстоянии l от видеокамеры (в положении EF) в ее поле зрения целиком попадает человек, рост которого равен p (рисунок 4.12)

Определим расстояние r, в пределах которого человек, перемещаясь от положения CD до GH, будет находиться в поле зрения камеры. Когда камера находится на высоте, превышающей высоту плоскости наблюдения, зона наблюдения ограничивается поверхностью и простирается за плоскость наблюдения p на расстояние q.

(4.11)

Рисунок 4.12 - Отображение стоящего человека

Определим радиальную длину обнаружения, для видеокамер расположенных на периметре, в пределах которой, человек перемещаясь от положения CD до GH будет находиться в поле зрения видеокамеры.

м (4.12)

Определение условно мертвой зоны. В условиях реального использования подсистемы телевизионного наблюдения, кроме мертвой зоны под видеокамерой, часть сектора обзора по горизонтали в ближайшей зоне оказывается непригодной для использования. Поэтому термин ,,условно-мертвая зона” понимается так, это та часть сектора обзора по горизонтали, которая оказывается ,,невидимой” видеосистемой для некоторых движущихся объектов.

Термином, «условно-мертвой зоны» мы определим ту часть сектора наблюдения вблизи видеокамеры, в пределах которой объект наблюдения (человек, автомобиль и т.п.) может пересечь сектор наблюдения, однако этот факт может оказаться незамечен человеком-оператором или не зафиксирован регистрирующим устройством.

Рассмотрим треугольник EOD (рисунок 4.13), который представляет собой сектор наблюдения камеры по горизонтали с углом обзора бH. Наиболее короткий путь равен АС длиной s, параллельный плоскости DE, на расстоянии u от места установки камеры.

Рисунок 4.13 - Определение условно мертвой зоны в горизонтальной плоскости

Длина условно-мертвой зоны вычисляется по формуле:

(4.13)

где s - длина пути пересечения в горизонтальной плоскости;

бH - угол обзора в горизонтальной плоскости.

Для того чтобы определить u, нам необходимо знать длину пути пересечения горизонтального поля обзора.

Длина пути s пересечения сектора наблюдения объектом равна произведению скорости движения этого объекта на время пересечения t:

(4.14)

Время t зависит от того, какая цель стоит перед подсистемой ТН:

обнаружение движущегося объекта человеком-оператором системы видеонаблюдения;

регистрация происшествия с помощью видеомагнитофона, цифрового регистратора или компьютерной системы.

Если обнаружение движущихся объектов осуществляется с помощью нескольких видеокамер, то реализация задачи может быть выполнена с помощью различных технических решений:

а) параллельными каналами ( 1 видеокамера - 1 видеомонитор);

б) видеокоммутатор;

в) видеомультиплексор.

Максимальная скорость движения человека по открытой местности может быть принята 10 м/с, по пересеченной местности 5 м/с, а скорость движения автомобиля по закрытой территории объекта можно принять равной 16,7 м/с.

Расстояние до границы дальней зоны можно определить по предельному количеству ТВЛ, приходящихся на контролируемый объект и решить следующие вопросы:

кто будет принимать решение в задаче обнаружения - человек или вычислительная машина;

какое количество ТВЛ является минимальным для принятия решения об обнаружении;

какие линейные размеры обнаруживаемого объекта можно использовать в качестве типовых.

Существует возможность обнаружения человека в дальней зоне обзора с помощью детектора движения, а также оператора системы охранного телевидения.

Определение расстояния до границы дальней зоны при обнаружении человека оператором. В случае, когда задачу обнаружения объектов решает оператор, следует учитывать влияние человеческого фактора, а также условия наблюдения изображения на экране монитора (освещенность, расстояние до экрана, количество одновременно выводимых изображений и т.д.)

Существуют рекомендации по выбору угла обзора видеокамеры, где говорится, что для обнаружения человека он должен занимать не менее 10% высоты экрана монитора. Используя эти рекомендации, можно рассчитать расстояние до границы дальней зоны обнаружения. Это значит, что вертикальное поле зрения на границе дальней зоны должно в 10 раз превышать рост человека ( в нашем случае 1,65 м, а именно 10 ·1,65 = 16,5 м)

С учетом этого расстояние до границы дальней зоны при обнаружении человека оператором равно:

; (4.20)

где v - размер ПЗС-матрицы по вертикали.

f- фокусное расстояние объектива.

Так как у нас телекамера 1/3”, то максимальное расстояние до объекта при обнаружении человека оператором, в соответствии с формулой :

м (4.21)

В результате полученных значений, можно сделать вывод, что максимальное расстояние до объекта при обнаружении человека оператором достаточно для нормального функционирования подсистемы.

Определение зоны обзора видеокамеры в помещении

Если задачей подсистемы телевизионного наблюдения при установке камер в помещении является только видеонаблюдение приоритетных зон, то задача проектирования такой системы является сравнительно простой. Например, если должны осуществляется видеонаблюдение и видеорегистрация входящих/выходящих через определенную дверь, то для выбора положения видеокамеры должны выполняться следующие условия:

- удобство и возможность размещения, прокладки кабелей;

-отсутствие прямой засветки источниками света;

- возможность выбора объектива с таким фокусным расстоянием, чтобы на видеомониторе дверной проем отображался бы во весь экран (с некоторым запасом).

Для видеонаблюдения людского потока не следует устанавливать видеокамеру слишком высоко. Если требуется наблюдать не отдельную зону, а максимум площади внутри помещения, то варианты установки видеокамер зависят от соотношения сторон помещения. При установке видеокамер в помещении следует помнить, что тут возрастает роль идентификации, входящих в помещение.

В нашем случае размер помещения 30 х15 м, поэтому выбираем попарно-встречную установку четырех видеокамер Камеры должны располагаться как можно ближе к двери, для того чтобы оператор мог идентифицировать входящих людей, а ПТН могла записывать эти события. Такая установка решает следующие задачи: