Никитин В. В, Цицулин А. К.

Учебно-методическое пособие "Телевидение в системах физической защиты" подготовлено на основе курса лекций, входящих в образовательную программу кафедры аудиовизуальной техники СПбГЭТУ (ЛЭТИ). В нем обобщены теоретические исследования и многолетний практический опыт сотрудников ЗАО "СКН". Пособие ориентировано на широкую читательскую аудиторию — менеджеров по безопасности, инсталляторов и интеграторов оборудования, разработчиков и консультантов в области охранного ТВ.

Никитин В. В, Цицулин А. К.

Уровень современной цивилизации определяется объемом передаваемой и перерабатываемой информации. Как показывают теоретические и статистические исследования, объем передаваемой информации возрастает пропорционально квадрату прироста валового продукта, при этом реальный спрос постоянно превышает прогнозируемый. Бурное развитие телекоммуникационных технологий, применение оптических методов передачи информации не оставило в стороне и технику охранного телевидения.

Наиболее важные преимущества оптоволоконных линий связи приведены ниже [39,40]:

• Низкие потери при передаче 
  Волоконно-оптические кабели с малыми потерями позволяют передавать сигналы изображения на расстояния в десятки и сотни километров без регенерации сигнала. Это особенно удобно для организации видеонаблюдения на площадных объектах и объектах с распределенной структурой.
• Отсутствие частотных искажений видеосигнала
  Оптические методы передачи информации обеспечивают неискаженную передачу всего спектра видеосигнала, что обеспечивает требуемое разрешение и исключает необходимость применения различных частотных корректоров.
• Широкополосность линии связи
  Широкая полоса передачи сигналов в оптическом волокне позволяет одновременно передавать по одному кабелю несколько видеосигналов одновременно, реализовать двунаправленную передачу видео, звука и цифровых данных и т.д.
• Невосприимчивость к помехам и наводкам
  Полная нечувствительность оптоволоконного кабеля к внешним электрическим помехам и наводкам обеспечивает устойчивую работу системы передачи информации в сложной электромагнитной обстановке, характерной для промышленных объектов.
• Электрическая изоляция
  Благодаря тому, что оптические сигналы не требуют заземления, источник и приемник видеосигнала изолированы друг от друга и, следовательно, свободны от проблем, связанных с организацией заземляющего контура и выравнивания потенциалов. Отсутствие проблемы заземления при передаче видеосигналов и защита от искрения и возгорания делают оптоволоконный кабель самым приемлемым для использования в системах наблюдения, где требуется соблюдение повышенных требований взрыво- и пожаробезопасности.
• Компактность
  При передаче одинакового по мощности сигнала по коаксиальному и оптоволоконному кабелю последний будет иметь меньший вес и диаметр, что существенно упрощает процесс его прокладки. Оптоволоконный кабель с одной центральной жилой имеет линейный вес 9 г/м, а соответствующий коаксиальный кабель — 119 г/м, то есть в 13 раз больше.
• Конфиденциальность
  Электронный съем информации основан на контроле побочных электромагнитных излучений информативного сигнала и его наводок на цепи питания и заземления. Оптоволоконные системы защищены от подобного вмешательства, так как для извлечения данных они должны быть физически разрушены, что влечет за собой неизбежное ослабление или пропадание сигнала. Это может быть легко обнаружено без применения специальных технических средств.
• Коррозионная стойкость
  Поскольку сердцевина и оболочка волоконно-оптического кабеля изготавливаются из диэлектрика (стекло или пластик), то они обладают устойчивостью к воздействию агрессивных веществ и влаги, содержащихся в атмосфере.
• Простота модификации
  Волоконно-оптические сети можно модернизировать для передачи большего объёма видеоинформации путем замены только приемопередающего оборудования. С другой стороны, часть или даже всю сеть можно использовать для решения других задач, например, объединения в одной транспортной среде системы охранного телевидения и локальной вычислительной сети.
• Тенденция к снижению цены
  Оптоволокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния - широко распространенный, а потому недорогой материал. Запасы песка на планете, в отличие от меди, вряд ли будут истощены в ближайшем будущем.

Основными недостатками волоконно-оптических линий связи являются

• подверженность волоконных световодов радиации, за счет которой появляются пятна затемнения и возрастает затухание;
• водородная коррозия стекла, приводящая к микротрещинам в волокне и ухудшению его свойств.
• высокая стоимость как самой аппаратуры, так и работ по концевой заделке и сращиванию кабеля.
• трудности, связанные с применением специфичного оборудования (оптические кроссы, муфты и т.д.), необходимого для маршрутизации видеоинформации.

Тем не менее, использование волоконно-оптических технологий является одним из ключевых направлений развития систем охранного телевидения.

Источник: http://www.security-bridge.com

Никитин В. В, Цицулин А. К.

Телевизионная система в составе СФЗ предназначена выполнять следующие задачи [7], [25]:

• оперативное наблюдение за зонами объекта;
• видеозапись событий на объекте в зонах наблюдения;
• видеозапись и экстренное предоставление видеоинформации по тревожным ситуациям;
• видеоохрану на объекте в выделенных зонах наблюдения;

В состав телевизионной системы входят:

• телевизионные камеры в качестве источников видеоинформации;
• видеомониторы в качестве средств визуализации;
• матричный видеокоммутатор (коммутаторы) в качестве средства распределенного управления потоком видеоинформации; видеомультиплексор (видеомультиплексоры) в качестве средств цифровой обработки видеосигналов с целью их временного уплотнения для дальнейшей видеозаписи;
• специализированные видеомагнитофоны для аналоговой видеорегистрации текущей информации;
• устройства цифровой видеозаписи в качестве средства видеорегистрации тревожных событий;
• видеодетекторы движения в качестве средств телевизионной охраны.

Источник: http://www.security-bridge.com

Проектирование оптических систем является самостоятельной областью приборостроения. Инженер, руководящий проектированием СФЗ, должен иметь правильное представление о проблемах оптики и методах их решения, а также ясно понимать ограничения, которые оптическая часть накладывает на систему телевидения в целом. Излагаемый далее материал дает радиоинженеру информацию по оптике, необходимую для правильного проектирования телевизионных систем обнаружения и опознавания объектов.

Известно, что свет является разновидностью электромагнитных колебаний. Поэтому оптическая система и телевизионная камера имеют радиотехнические аналоги и могут рассматриваться как некоторые фильтры, со свойствами, определяемыми характером и степенью отличий выходных изображений от входных. Такой подход позволяет использовать для анализа и синтеза оптических систем линейные методы, широко используемые в радиотехнике. К ним относятся в первую очередь интеграл свертки и преобразование Фурье.

Системы охранного телевидения существенно отличаются от систем телевещания соотношением количества передающих ТВ-камер и устройств отображения. В системах вещательного телевидения число приёмников изображения на несколько порядков превосходит число телекамер. При обеспечении безопасности объектов многочисленные телекамеры выступают в роли периферийных устройств, а ядром системы ТВ-наблюдения являются так называемые системообразующие блоки, подключённые к одному монитору или нескольким. Изучение телевизионных комплексов для обеспечения безопасности можно начать с рассмотрения системных блоков. Такой подход более понятен пользователю системы, в то время как проектировщик должен иметь чёткое представление о процессе зарождения видеоинформации. Общепринятую концепцию "глаз является вынесенной частью мозга" мы распространяем на современные системы прикладного телевидения, где телекамера становится вынесенной частью компьютера. Именно эта часть компьютера ответственна за ряд качественных показателей СФЗ, входящих в уравнение безопасности (В.1). Поэтому после обсуждения общих вопросов физической защиты объектов в 1 следует детальное рассмотрение телевизионных камер и их основных характеристик.

Сердцем большинства современных телевизионных камер для систем безопасности являются твердотельные матричные фотоприёмники, причём более 95% камер в настоящее время реализуется на матричных приборах с зарядовой связью (ПЗС). Фотоприёмник телекамеры преобразует многомерный оптический сигнал (функцию пространственных координат, времени и длины волны) в одномерный электрический сигнал (функцию времени). Такое преобразование основано на реализации главных принципов телевидения: накопления потока фотонов, дискретизации и развёртки изображения.

Никитин В. В, Цицулин А. К.

Потребность человека жить вне опасности существует с незапамятных времен. С древности и по сей день для обеспечения этого используются три класса средств: средства обнаружения (гуси, спасшие Рим), физические барьеры (з'aмки и замк'и) и силы охраны.

Развитие этих средств показывает, что в последнее время революционные изменения произошли именно в средствах обнаружения. Так, древние крепостные стены были прочнее современных бетонных или стальных заграждений; дружинники Владимира Красное Солнышко физически не уступали нынешним сотрудникам охранных предприятий (в этой области фундаментальные изменения обусловлены изобретением и совершенствованием огнестрельного оружия). А вот древние методы обнаружения противника "на глаз" и "на слух" получили принципиально новый облик с появлением современных методов радиолокации, телевидения (ТВ), инфракрасной (ИК) техники. Революция в способах обнаружения и оценки тревожной ситуации обусловила экспоненциальный рост сложности систем физической защиты (СФЗ).

Неуклонное усложнение СФЗ привело к настоятельной потребности в появлении профессионалов, способных пойти по верному пути на самом важном этапе – на этапе замысла системы, где большинство узких специалистов может не учесть все факторы для принятия правильного решения.

В большинстве случаев людям вообще не свойственно принимать решение сознательно. Коснувшись пальцами оголенной проводки, вы и без совета специалиста отреагируете правильно. Для принятия более сложных жизненных решений механизмы инстинктов и рефлексов абсолютно неприемлемы.

Второе место по частоте применения занимает метод проб и ошибок. Успешность его применения зависит от скорости обучения, а скорость обучения – от памяти, т. е. от способности фиксировать, был ли результат конкретного эксперимента хорошим или плохим. Человечество, конечно, преодолело многие недостатки данного метода благодаря объединению своего опыта и передаче его последующим поколениям, но не изменило его сущности – все-таки это подход животного к новой ситуации. В нашем случае возможность преодоления грабителем комплекса видеоохраны банка несомненно стимулирует творческое мышление его создателей, но ошибка собственника в выборе разработчиков ТВ-системы будет оплачена слишком дорогой ценой.

Немногим лучше оказывается и казуистика – использование прежних решений для принятия новых. Метод ссылок на авторитеты, принимавшие подобные решения, может иметь много форм. Он может составлять альтернативу разуму, как у древних, обращавшихся к богам, демонам, духам и музам для указания наилучшего пути решения поставленной задачи. Он может переходить в уклонение от ответственности или в умственную лень, например, когда человек слепо выполняет установки руководства. Обращение к авторитету может быть и разумным актом, когда мы советуемся со специалистом или ищем ответ на вопрос в учебнике. Наконец, этот метод становится необходимостью в случае обращения к нормативным документам, чтобы избежать их нарушения.

Следование авторитету оправдано, когда консультант знает предмет лучше, чем консультируемый. Если же консультант, в свою очередь, также ссылается на авторитет, то возникают неизбежные вопросы: кто является исходным авторитетом, каким методом он пользовался для принятия решения и т. д.

Очевидны четыре альтернативных метода принятия решения авторитетом: произвол, интуиция, примат этики или различные математические критерии. Первые три метода относятся к эвристическому синтезу, отличающемуся высокой скоростью получения решений и низкой (нулевой) точностью получаемых оценок выбираемых свойств системы.

1. Произвольное решение, подкрепленное красноречием, мудростью, волей руководителя или голой экономической (а может быть и физической) силой, является большей частью необоснованным независимо от того, принимается ли оно безапелляционно или со ссылкой на авторитет.

2. Всякое интуитивное зарождение идеи, основанное на предчувствии, вдохновении, ощущении, догадке, также неприемлемо для авторитетного принятия решения, поскольку интуиция находится как раз посередине между биологическими механизмами и научными рассуждениями.

3. Чтобы не опираться всецело на интуицию, авторитеты могут обращаться к различным этическим системам. Некоторые могут подумать, что этике нет места при решении вопросов охраны и безопасности. Однако многие обстоятельства не позволяют нам игнорировать этические стороны проблемы. Техника всегда имеет точки соприкосновения с некоей системой ценностей, неотъемлемую часть которой составляют этика и мораль нашего общества.

Существует множество этических систем, и ни одна из них не решает всех проблем выбора. Руководящие принципы, применимые для многих решений при создании систем безопасности, сформулировали стоики – Зенон, Сенека и (наиболее систематически) Эпиктет – раб, живший во времена правления Нерона. Основной принцип стоиков гласит: желай то, что можешь получить, и не беспокойся о том, что тебе недоступно.

Как бы ни был прост приведенный принцип, тем не менее нетрудно найти примеры "нестоического" поведения организаций, которые принимаются строить грандиозные системы безопасности, не позаботившись о проверке их физической или экономической осуществимости.

Любая философия неполна, поэтому специалист должен избегать ее необоснованного применения, поскольку ее можно использовать, например и для оправдания политики бездействия. Кроме того, если установлено, что желаемое осуществимо, никакая философская система не скажет, разумно ли оно или глупо. Ограниченность этического подхода вынуждает нас искать опору в других нормах, чтобы обеспечить правильность наших решений.

Четвертая, наиболее плодотворная концепция для создания систем безопасности опирается на математические методы синтеза и является вероятностной. Основы теории вероятности были заложены еще в XVII веке выдающимися теоретиками азартных игр Паскалем, Ферма и Гюйгенсом. Развитые позже составляющие этой теории – теория статистических решений, теория информации и теория массового обслуживания позволяют выбрать критерий принятия решения (например, минимизировать риск) и выбрать систему, наиболее отвечающую этому критерию.

Математический синтез СФЗ по характеру решаемых задач подразделяется на структурный и параметрический [1]. Основная структура СФЗ жестко определена нормативными документами. Уточнение структуры системы производится на этапе разработки концепции обеспечения безопасности объекта. Концепция безопасности выражает общий замысел реализации мер по обеспечению защиты объекта от возможных угроз [2], [9]. При формулировании концепции безопасности необходимо учитывать, что задача доказательства полной безопасности произвольного объекта алгоритмически неразрешима.

Суть концепции обеспечения безопасности заключается в претворении в жизнь трёх принципов:

• определения целей и предметов защиты (кого и что защищать);
• определения и оценки угроз (от кого защищать);
• разработки и реализации адекватных мер защиты (как защищать).

Заключительным этапом синтеза СФЗ является определение характеристик ее подсистем, которые могут быть сведены к числовым параметрам (например, численность и время развёртывания сил охраны, число телекамер, ошибка опознавания нарушителя оператором ТВ-комплекса).

Это позволяет применить известные подходы к параметрическому синтезу сложных систем. Основу синтеза составляют:

• характеристики объекта (план объекта, характер угроз, модель нарушителя и т. п.);
• критерий качества работы системы;
• ограничения на реализацию системы.

В наступивший век глобальной информатизации угрозу объекту могут представлять не только физические, но и информационные атаки. Теоретические основы компьютерной безопасности близки к рассматриваемой проблеме и могут быть использованы при создании ряда технических средств, входящих в структуру СФЗ. Проблема защиты информации в СФЗ в настоящем пособии не рассматривается – подробную информацию по этому вопросу можно найти в литературе [3].

Реализация угроз, обнаружение нарушителей, оценка ситуации охраной с помощью ТВ-техники и взаимодействие сил охраны с нарушителями являются случайными процессами, поэтому синтез СФЗ является статистическим. Результатом синтеза являются параметры системы и показатель качества её работы, соответствующие выбранному критерию. Возможны различные статистические критерии, например минимум среднего риска, учитывающий потери от вероятных угроз и затраты на безопасность [4].

Основным критерием качества работы системы является вероятность P(V) защиты объекта, т. е. есть вероятность выполнения СФЗ своей цели. Главным ограничением естественно принять количество S_o выделяемых средств, которое не должно превышать затраты ΣS_i на все компоненты системы. Формальная запись задачи синтеза имеет вид уравнения безопасности [5], [6], позволяющего связать набор искомых параметров {A_j} (численность сил охраны, количество рубежей обнаружения, число телекамер, времена задержки нарушителей и развёртывания сил охраны по тревоге и т. д.) с вероятностью защиты объекта:

{Aj}=argmax P(V) ΣSi≤Sо

(В.1)

Системная характеристика P(V), определяющая эффективность функционирования системы физической защиты, при изменении параметров системы имеет максимальное значение, к которому стремится пользователь. Ему необходимо так распределить средства S_о между компонентами системы, чтобы выбранный показатель качества достиг максимума. Тогда многочисленные параметры системы станут аргументом этого максимума, а сама СФЗ станет самой эффективной среди систем на данном объекте при заранее определённых средствах на её реализацию.

Решение уравнения безопасности может быть получено как аналитически, так и с помощью различных итерационных процедур, известных в исследовании операций как методы динамического программирования. Они дают два результата: максимально возможную вероятность P_max(V) пресечения последовательности действий нарушителей силами охраны при ограниченных средствах ΣS_i≤S_о и значения основных параметров составляющих СФЗ. Наиболее просто уравнение безопасности решается в случае, когда максимизируемая вероятность защиты объекта является произведением вероятностей успешных действий каждого из компонентов СФЗ:

P(V) = P(A) P(R|A) P(V|R),

где P(A) – вероятность получения сигнала тревоги, зависящая от вероятности обнаружения нарушителей техническими средствами и вероятности установления связи с силами охраны;

P(R|A) – вероятность развёртывания сил охраны в точке перехвата при условии приёма сигнала тревоги. Вероятность P(R|A) зависит от готовности сил охраны, возможности их развёртывания в нужном месте, от точности определения места вторжения телевизионными и другими средствами обнаружения;

P(V|R) – вероятность нейтрализации нарушителей, зависящая от соотношения сил охраны и нарушителей.

Естественно, что эффективность i-го компонента СФЗ зависит от выделяемых на него средств S_i.

Анализ уравнения безопасности показывает, что в оптимальной СФЗ отводимые ресурсы S_o целесообразно распределить между всеми её составляющими так, что по всем компонентам должны быть выравнены нормированные частные производные:

(∂Р_i/∂S_i)/P_i = const

Это означает, что в оптимальной системе безопасности при заданной цене должно существовать определённое равновесие между высотой забора, числом ТВ-камер и количеством бодрствующих охранников. Инженер, владеющий методами статистического синтеза, сможет реализовать это равновесие и обеспечить созданному им продукту победу в конкурентной борьбе.

Источник: http://www.security-bridge.com