Способ обнаружения нарушителя и распознавания его типа с применением пассивного инфракрасного средства обнаружения
Владельцы патента RU 2738213:
Федеральное государственное казенное образовательное учреждение высшего образования "Калининградский пограничный институт Федеральной службы безопасности Российской Федерации" (RU)
Изобретение относится к способам обнаружения нарушителя и распознавания его типа. Способ заключается в контроле изгиба дороги одним пассивным инфракрасным средством обнаружения и в обеспечении регистрации системой сбора и обработки информации сигнала тревоги от средства обнаружения при пересечении нарушителем его зоны обнаружения. При этом средство обнаружения устанавливается таким образом, чтобы его оптическая ось пересекала дорогу на двух участках, с обеих сторон от точки изгиба дороги. Устанавливается минимальное расстояние от средства обнаружения до дальнего от него участка пересечения дороги оптической осью, при котором зона обнаружения человека средством обнаружения пересекает дорогу только на одном, ближнем к средству обнаружения, участке, а зона обнаружения автомобиля средством обнаружения пересекает дорогу на двух участках - ближнем и дальнем от средства обнаружения. Устанавливается максимальное время накопления системой сбора и обработки информации сигналов тревог от средства обнаружения с момента поступления от него первого сигнала тревоги исходя из минимально возможной скорости человека по дороге и расстояния, проходимого им между ближним и дальним участками пересечения дороги оптической осью средства обнаружения. При этом в системе сбора и обработки информации применяется алгоритм, распознающий тип нарушителя, обнаруженного средством обнаружения по числу поступивших от средства обнаружения сигналов тревог за установленное максимальное время накопления сигналов: два сигнала тревоги - движение по дороге нарушителя на автомобиле, один сигнал тревоги - движение по дороге пешего нарушителя. Технический результат заключается в обеспечении возможности распознавания типа нарушителя - пеший нарушитель или нарушитель на автомобиле, с низкой вероятностью ошибки и с применением только одного средства обнаружения. 5 ил.
Изобретение относится к способам обнаружения нарушителя и распознавания его типа и может быть использовано в случаях применения одного двухлучевого пассивного инфракрасного средства обнаружения для сигнализационного контроля участка дороги.
Как правило, маршрут движения нарушителя на местности проходит по имеющейся сети троп и дорог. Важным для сил реагирования является не только знание факта нарушения, но и его типа (пеший или на автомобиле), позволяющее правильно оценить цель и характер последующих действий нарушителя, и тем самым, выбрать наиболее эффективные действия по его поиску и задержанию [1].
Для сигнализационного прикрытия сети троп и дорог широко применяются пассивные инфракрасные средства обнаружения (СО) с двухлучевой зоной обнаружения (ЗО). Анализ СО, применяемых для охраны участков местности, зарубежного производства («Rembass», «Rembass 2» - США, CLASSIC - Великобритания др.) и отечественного (РС-ИК - «Полюс-СТ», Радий БРК-ИК - «Umirs», Мангуст - «Стилсофт» и др.) показывает, что в них используется типовой пироэлектрический преобразователь, состоящий из двух дифференциально включенных полусегментов (DUAL), геометрические размеры ЗО и основные характеристики этих средств имеют близкие друг к другу значения (фиг. 1). [2, 3] При этом двухлучевых СО, определяющих тип нарушителя - пеший или на автомобиле - нет.
Известен способ обнаружения нарушителя и распознавания его типа по скорости его движения, заключающийся в установке средства 1 обнаружения и средства 2 обнаружения вблизи дороги на заранее выбранном расстоянии друг от друга; ориентировании средства 1 обнаружения и средства 2 обнаружения так, чтобы оси их двухлучевых ЗО пересекали участки дороги под углом 90 градусов; переходе средства 1 обнаружения и средства 2 обнаружения поочередно (в зависимости от направления движения нарушителя через данный участок дороги) в режим тревоги при пересечении нарушителем двухлучевых ЗО; обеспечении регистрации системой 3 сбора и обработки информации сигналов тревоги от средства 1 обнаружения и средства 2 обнаружения при пересечении их двухлучевых ЗО нарушителем, движущимся по дороге, вычислении временного интервала между ними и средней скорости нарушителя; определении системой 3 сбора и обработки информации типа нарушителя по скорости его движения: до 5 м/с - нарушитель 4 пеший, свыше 5 м/с - нарушитель 5 на автомобиле (фиг. 2) [1].
Одним из недостатков известного способа обнаружения нарушителя и распознавания его типа являются высокая вероятность ошибки при распознавании из-за наложения двух скоростных диапазонов (пеший нарушитель может двигаться со скоростью больше 5 м/с, а автомобиль со скоростью ниже 5 м/с). Причем, чем ниже проходимость дорог (троп) - тем больше наложение скоростных диапазонов и выше вероятность ошибки. Другим недостатком известного способа является применение двух дорогостоящих СО. Так, рыночная стоимость СО, применяемых для охраны участков местности и входящих в состав мобильных сигнализационных комплексов, доходит до ста тысяч рублей.
Целью изобретения является получение возможности распознавания типа нарушителя - пеший нарушитель или нарушитель на автомобиле с низкой вероятностью ошибки и с применением только одного СО.
Для достижения поставленной цели разработан способ обнаружения нарушителя и распознавания его типа с применением пассивного инфракрасного средства обнаружения, заключающийся в установки СО на изгибе дороги таким образом, чтобы оптическая ось СО пересекала дорогу на двух участках, с обеих сторон от точки изгиба дороги; установки минимального расстояния от СО до дальнего от него участка пересечения дороги оптической осью, при котором ЗО человека СО пересекает дорогу только на одном, ближнем к СО участке, а ЗО автомобиля СО пересекает дорогу на двух участках - ближнем и дальнем от средства обнаружения; в обеспечении регистрации системой сбора и обработки информации (ССОИ) сигнала тревоги от СО при пересечении нарушителем его ЗО; установки максимального времени накопления ССОИ сигналов тревог от СО с момента поступления от него первого сигнала тревоги, исходя из минимально возможной скорости человека по дороге и расстояния, проходимого им между ближним и дальним участками пересечения дороги оптической осью; применении в ССОИ алгоритма, распознающего тип нарушителя, обнаруженного СО, по числу поступивших от СО сигналов тревог за установленное максимальное время накопления сигналов тревог: два сигнала тревоги - движение по дороге нарушителя на автомобиле, один сигнал тревоги - движение по дороге пешего нарушителя (фиг. 3).
Известно, что длина зоны обнаружения человека СО не менее чем в два раза меньше, чем автомобиля [4-6]. Существенная разница в длине ЗО объясняется тем, что геометрические размеры автомобиля (длина от 2 м) сравнимы с размерами конусообразной ЗО в ее конце (от 3 м), тогда как размеры человека (ширина силуэта 0.3-0,4 м) в том же месте на порядок меньше. Температура автомобиля (двигатель, ходовая часть) значительно выше температуры человека. Известно, что чем больше размеры ЗО, одновременно перекрываемой объектом, и больше разница между температурами объекта и фона, тем выше амплитуда полезного сигнала. [3] Указанные различия между автомобиля и человеком объясняют разницу амплитуд полезного сигнала (от автомобиля амплитуда сигнала существенно выше при прочих равных условиях), а значит, автомобиль может быть обнаружен СО на большем расстоянии от него.
Как правило, дорога, проходящая по участку местности, не является абсолютно прямой, одним из наиболее часто встречаемых элементов дорожной сети является изгиб дороги (дугообразный поворот, искривление дороги - состоящие из двух смежных прямых участков дороги соединенных круговой кривой) [7]. СО возможно развернуть на изгибе дороги таким образом, чтобы его оптическая ось пересекала дорогу на двух участках, с обеих сторон от точки изгиба. При установке СО необходимо задаться минимальным расстоянием от средства обнаружения до дальнего от него участка пересечения дороги оптической осью. Это минимальное расстояние должно быть больше длины ЗО человека, но меньше длины ЗО автомобиля (фиг. 3). Тогда при движении по дороге нарушителя на автомобиле он будет обнаруживаться СО два раза, а при движении в пешем порядке - один раз.
Минимальное расстояние от средства обнаружения до дальнего от него участка пересечения дороги оптической осью необходимо брать с учетом обеспечения исключения ошибок вывода о типе обнаруженного нарушителя, когда человек может быть случайно обнаружен СО на расстоянии, превышающем заявленное производителем:
где S2 - минимальное расстояние от средства обнаружения до дальнего от него участка пересечения дороги оптической осью, м;
LАВТО - максимальное длина зоны обнаружения автомобиля, м;
LЧЕЛ _ максимальное длина зоны обнаружения человека, м.
Как правило у двухлучевого СО максимальная длина ЗО человека - до 50 м, автомобиля - до 100 м. [4-6] Для такого СО минимальное расстояние до дальнего от него участка пересечения дороги зоной обнаружения автомобиля (S2) составит 75 м (см. формулу 1).
Минимальное расстояние от СО до дальнего от него участка пересечения дороги оптической осью (S2) задается первоначальным выбором места установки СО относительно точки изгиба дороги (О) (фиг. 3).
Установить минимальное расстояние (S2) более точно возможно за счет:
1. изменения угла пересечения дороги оптической осью (поворачивая СО). Чем острее угол пересечения дороги оптической осью (α), тем больше минимальное расстояние (S2) и наоборот, чем тупее этот угол, тем меньше минимальное расстояние (S2) (фиг. 3).
2. изменения расстояния от СО до ближайшего участка пересечения дороги оптической осью (S1). Чем больше расстояние от СО до ближайшего участка пересечения дороги оптической осью (S1), тем больше минимальное расстояние (S2) и наоборот, чем меньше расстояние от СО до ближайшего участка пересечения дороги оптической осью (S1), тем меньше минимальное расстояние (S2) (фиг. 3).
ССОИ определяет тип нарушителя по следующему алгоритму:
- если за установленное максимальное время накопления сигналов с момента поступления от СО первого больше сигналов не поступило (всего поступил только один сигнал тревоги), то тип нарушителя - пеший нарушитель;
- если за установленное максимальное время накопления сигналов с момента поступления от СО первого поступил еще один сигнал тревоги (всего поступило два сигнала тревоги), то тип нарушителя - нарушитель на автомобиле.
Для исключения ошибок вывода о типе обнаруженного объекта в ССОИ устанавливается максимальное время накопления сигналов тревог от СО с момента поступления от него первого сигнала тревоги (Т). Максимальное время накопления сигналов от СО определяется исходя из минимально возможной скорости человека по дороге и расстояния, проходимого им между ближним и дальним участками пересечения дороги оптической осью СО и берется с коэффициента запаса 1,2 (фиг. 3):
где Т - максимальное время накопления сигналов тревог от СО с момента поступления от него первого сигнала тревоги, с.
АО - расстояние между точкой изгиба дороги и ближним к СО участком пересечения дороги оптической осью, м;
ОВ - расстояние между вершиной изгиба дороги и дальним от СО участком пересечения дороги оптической осью, м.
VMIN - минимально возможная скорость движения нарушителя, м/с.
Минимально возможная скорость берется исходя из условий местности. Диапазон скоростей нарушителя на различных участках местности известен и подтвержден на основе экспериментальных исследований (фиг. 4) [7, 8].
Способ обнаружения нарушителя и распознавания его типа с применением пассивного инфракрасного средства обнаружения включает два этапа: подготовительный и основной.
Подготовительный этап включает:
1. Развертывание средства 1 обнаружения с передатчиком на изгибе дороги по установленной схеме и с учетом рассчитанного минимального расстояния от средства 1 обнаружения с передатчиком до дальнего от него участка пересечения дороги оптической осью (S2) (фиг. 3, 5), (формула 1).
2. Развертывание на местности системы 3 сбора и обработки информации, включающей в себя устройство 6 управления таймером, таймер 7, приемник 8 сигналов, решающее устройство 9 и монитор 10 (фиг. 5).
3. Расчет максимального времени накопления сигналов тревог от СО с момента поступления от него первого сигнала тревоги (Т) и загрузку его в решающее устройство 9 (формула 2).
4. Начало работы средства 1 обнаружения с передатчиком в дежурном режиме.
Основной этап начинается при пересечении нарушителем зона обнаружении средства 1 обнаружения с передатчиком, он включает:
1. Переход средства 1 обнаружения с передатчиком в режим тревоги и передачу им сигнала тревоги на систему 3 сбора и обработки информации (фиг. 5).
2. Регистрацию приемником 8 сигнала тревоги от средства 1 обнаружения с передатчиком, запуском таймера 7 устройством 6 управления таймером, начало отсчета им времени накопления сигналов тревог (фиг. 5).
3. Запись сигнала тревоги в устройство 9 решающее (фиг. 5).
4. Автоматический переход средства 1 обнаружения с передатчиком в дежурный режим после выхода нарушителя из зоны обнаружения (фиг.5).
6. Повторный переход средства 1 обнаружения с передатчиком в режим тревоги и передачу им сигнала тревоги на средства 1 обнаружения с передатчиком при пересечении нарушителем на автомобиле его зоны обнаружения (фиг. 5).
7. Регистрацию приемником 8 второго сигнала тревоги от средства 1 обнаружения с передатчиком, остановкой таймера 7 устройством 6 управления таймером (фиг. 5).
8. Запись второго сигнала тревоги в устройство 9 решающее (фиг. 5).
9. Формирование вывода о движении нарушителя на автомобиле устройством 9 решающим (фиг. 5).
10. В случае, если по изгибу дороги двигается пеший нарушитель, - продолжение работы средства 1 обнаружения с передатчиком в дежурном режиме (фиг. 5).
11. Передачей таймером 7 сигнала на устройство 6 решающее о достижении времени накопления сигналов тревог от средства обнаружения с момента поступления от него первого сигнала тревоги максимального значения (Т) (фиг. 5), (формула 2).
12. Формирование вывода о движения пешего нарушителя устройством 5 решающим (фиг. 5).
13. Обнуление таймера 3 устройством 2 управления таймером. Выведение результата о типе нарушителя на монитор 10 (фиг. 5).
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где представлено на:
- фиг. 1 - обобщенные основные характеристики двухлучевых пассивных инфракрасных средств обнаружения;
- фиг. 2 - схема развертывания двух двухлучевых пассивных инфракрасных средств обнаружения в известном способе обнаружения нарушителя и распознавания его типа;
- фиг. 3 - схема развертывания двухлучевого пассивного инфракрасного средства обнаружения в предлагаемом способе обнаружения нарушителя и распознавания его типа с применением пассивного инфракрасного средства обнаружения с указанием размеров;
- фиг. 4 - таблица диапазонов скоростей нарушителя на различных участках местности;
- фиг. 5 - структурная схема взаимосвязи применяемых устройств при реализации предлагаемого способа обнаружения нарушителя и распознавания его типа с применением пассивного инфракрасного средства обнаружения.
Технический результат заключается в получении возможности распознавания типа нарушителя - пеший нарушитель или нарушитель на автомобиле, с низкой вероятностью ошибки и с применением только одного СО.
Источники информации
1. Шумов, В. В. Применение математических методов и моделей для обоснования решений на охрану государственной границы: Научно-практическое пособие. - Часть 2. - М: Просвещение, 1996. - 196 с.
2. Груба, И. Системы охранной сигнализации. Технические средства обнаружения / И. Груба. - М.: Солон-пресс, 2012. - 220 с.
3. Магауенов, Р.Г. Системы охранной сигнализации: основы теории и принципы построения: уч. пособие / Р.Г. Магауенов - М.: Горячая - Телеком, 2004.-367 с.
4. Звежинский, С.С. Быстроразвертываемые средства обнаружения и системы охранной сигнализации // Специальная техника. - 2003. - №5. - С. 11-23.
5. РСК «Радиобарьер-МФ». Руководство по эксплуатации ПМЕК.424242.9000РЭ - М.: «Полюс-СТ», 2011. - 65 с.
6. Мобильный комплекс охраны участка местности «Мангуст». Руководство по эксплуатации СТВФ.425624.001 РЭ - Ставрополь: «Стилсофт», 2017. - 52 с.
7. Псарев, А.А. Военная топография: Учебник. - М.: Воениздат, 1986. - 384 с.
8. Баленко, С.В. Школа выживания. - М.: 1994. - 140 с.
Способ обнаружения нарушителя и распознавания его типа с применением пассивного инфракрасного средства обнаружения, заключающийся в контроле изгиба дороги одним пассивным инфракрасным средством обнаружения; в обеспечении регистрации системой сбора и обработки информации сигнала тревоги от средства обнаружения при пересечении нарушителем его зоны обнаружения, отличающийся тем, что средство обнаружения устанавливается таким образом, чтобы оптическая ось средства обнаружения пересекала дорогу на двух участках, с обеих сторон от точки изгиба дороги; устанавливается минимальное расстояние от средства обнаружения до дальнего от него участка пересечения дороги оптической осью, при котором зона обнаружения человека средством обнаружения пересекает дорогу только на одном, ближнем к средству обнаружения, участке, а зона обнаружения автомобиля средством обнаружения пересекает дорогу на двух участках - ближнем и дальнем от средства обнаружения; устанавливается максимальное время накопления системой сбора и обработки информации сигналов тревог от средства обнаружения с момента поступления от него первого сигнала тревоги исходя из минимально возможной скорости человека по дороге и расстояния, проходимого им между ближним и дальним участками пересечения дороги оптической осью средства обнаружения; в системе сбора и обработки информации применяется алгоритм, распознающий тип нарушителя, обнаруженного средством обнаружения, по числу поступивших от средства обнаружения сигналов тревог за установленное максимальное время накопления сигналов тревог: два сигнала тревоги - движение по дороге нарушителя на автомобиле, один сигнал тревоги - движение по дороге пешего нарушителя.
