Способ обнаружения нарушителя, распознавания его типа и определения направления движения с применением пассивных инфракрасных средств обнаружения
Владельцы патента RU 2743779:
Федеральное государственное казенное образовательное учреждение высшего образования "Калининградский пограничный институт Федеральной службы безопасности Российской Федерации" (RU)
Изобретение относится к способам охранного мониторинга местности и может быть использовано в случаях применения двухлучевых пассивных инфракрасных средств обнаружения (СО) для сигнализационного контроля дорожной сети. Способ заключается в развертывании на трехсторонней развилке дорог трех пассивных инфракрасных СО; установке каждого из трех СО вблизи одной из трех расходящихся дорог так, чтобы оно оптической осью своей зоны обнаружения (30) пересекала ее; ориентирование осей всех трех СО по часовой стрелке или против часовой стрелки, чтобы они пересекались друг с другом попарно на дорогах образуя треугольник ниже центра трехсторонней развилки дорог; установке для каждого из трех СО минимально допустимого расстояния до дальней от него дороги, при котором ЗО человека и автомобиля СО пересекала только ближнюю к нему дорогу, а ЗО только автомобиля пересекала только дальнюю дорогу; обнаружении СО нарушителя и определении его стороны движения при пересечении им ЗО; в обеспечении регистрации системой сбора и обработки информации (ССОИ) сигналов от СО; установке максимального время накопления ССОИ сигналов от СО с момента поступления первого сигнала тревоги, исходя из минимально возможной скорости человека по дороге и расстояния, проходимого им между ЗО средств обнаружения, применении алгоритма, распознающего тип нарушителя по числу сигналов тревоги, поступивших за установленное максимальное время накопления сигналов: один сигнал тревоги - пеший нарушитель (ПН), два или три сигнала - нарушитель на автомобиле (НА); распознавании алгоритмом направления движения нарушителя по номеру одного или номерам нескольких СО, выдавших сигнал тревоги, и указанной стороне движения нарушителя относительно центра трехсторонней развилки дорог. Способ включает подготовительный этап с развертыванием по разработанной схеме СО на развилке дороги и основной этап, который начинается с поступлением сигнала тревоги и заканчивается формированием вывода о типе обнаруженного нарушителя: ПН или НА и направлении его движения. Технический результат заключается в получении возможности распознавания типа нарушителя - ПН или НА с низкой вероятностью ошибки. 6 ил.
Изобретение относится к способам охранного мониторинга местности и может быть использовано в случаях применения двухлучевых пассивных инфракрасных средств обнаружения для сигнализационного контроля дорожной сети.
Как правило, маршрут движения нарушителя на местности проходит по имеющейся сети троп и дорог. Важным для сил реагирования является не только обнаружение нарушителя и определение направление его движения, 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). [2-6] Наиболее информативные из них («Rembass», «Rembass 2» - США, CLASSIC - Великобритания др.) определяют сторону пересечения двухлучевой ЗО по очередности поступления разнополярных импульсов полезного сигнала (положительный, отрицательный или отрицательный, положительный). [2] При этом двухлучевых СО, определяющих тип нарушителя - пеший или на автомобиле - нет. Известен способ распознавания типа нарушителя инфракрасным средством обнаружения, но он требует программную модернизацию уже выпускаемых промышленностью СО. [7] Одним из наиболее распространенных элементов дорожной сети является трехсторонняя развилка дорог. [8]
Известен способ обнаружения нарушителя, определения направления его движения и распознавания его типа по скорости движения, с применением пассивных инфракрасных средств обнаружения, заключающийся в развертывании на пересечении трех дорог средства 1 обнаружения, средства 2 обнаружения и средства 3 обнаружения так, чтобы ЗО средства 1 обнаружения пересекала все три дороги, ЗО средства 2 и 3 обнаружения пересекали по две дороги; обнаружении средством 1 (2, 3) обнаружения нарушителя при пересечении им его зоны обнаружения и определении стороны движения нарушителя: к центру трехсторонней развилки дорог или от центра трехсторонней развилки дорог; обеспечении регистрации системой 5 сбора и обработки информации сигналов от средств 1 (2, 3) обнаружения; вычислении временного интервала между ними и средней скорости нарушителя; распознавании системой 4 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; в применении в системе 4 сбора и обработки информации алгоритма распознавания направления движения обнаруженного нарушителя по комбинации номеров средств обнаружения, выдавших сигнал тревоги, и указанной ими стороны движения нарушителя относительно центра трехстороннего пересечения дорог (фиг. 2). [9]
Как и для всех способов распознавания типа нарушителя по скорости его движения, определенной на короткой дистанции, недостатком рассмотренного способа является высокая вероятность ошибки при распознавании типа нарушителя из-за возможной задержки поступления сигналов от СО на ССОИ и 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) и меньше расстояние, преодолеваемое нарушителем от одной ЗО до другой зоны - тем больше наложение скоростных диапазонов и выше вероятность ошибки. [1, 10]
Целью изобретения является получение возможности распознавания типа нарушителя - пеший нарушитель или нарушитель на автомобиле с низкой вероятностью ошибки.
Для достижения поставленной цели разработан способ обнаружения нарушителя, распознавания его типа и определения направления движения с применением пассивных инфракрасных средств обнаружения, заключающийся развертывании на трехсторонней развилке дорог трех пассивных инфракрасных СО; установке каждого из трех СО вблизи одной из трех расходящихся дорог так, чтобы оно оптической осью своей зоны обнаружения (ЗО) пересекала ее; ориентирование осей всех трех СО по часовой стрелке или против часовой стрелки, чтобы они пересекались друг с другом попарно на дорогах образуя треугольник ниже центра трехсторонней развилки дорог; установке для каждого из трех СО минимально допустимого расстояния до дальней от него дороги, при котором ЗО человека и автомобиля СО пересекала только ближнюю к нему дорогу, а ЗО только автомобиля пересекала только дальнюю дорогу; обнаружении СО нарушителя и определении его стороны движения при пересечении им ЗО; в обеспечении регистрации системой сбора и обработки информации (ССОИ) сигналов от СО; установке максимального время накопления ССОИ сигналов от СО с момента поступления первого сигнала тревоги, исходя из минимально возможной скорости человека по дороге и расстояния, проходимого им между ЗО средств обнаружения, применении алгоритма, распознающего тип нарушителя по числу сигналов тревоги, поступивших за установленное максимальное время накопления сигналов: один сигнал тревоги - пеший нарушитель, два или три сигнала - нарушитель на автомобиле; распознавании алгоритмом направления движения нарушителя по номеру одного или номерам нескольких СО, выдавших сигнал тревоги, и указанной стороне движения нарушителя относительно центра трехсторонней развилки дорог (фиг. 3, 4).
Известно, что длина ЗО человека СО не менее чем в два раза меньше, чем автомобиля. [2, 3] 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 чем человек.
При установке СО необходимо задаться минимально допустимым расстоянием от СО до дальней от него дороги. Это минимальное расстояние должно быть больше длины ЗО человека, но меньше длины ЗО автомобиля (фиг. 3). Тогда при движении по любой из дорог нарушитель на автомобиле будет обнаруживаться при пересечении ЗО в любом из ее участков (дальнем и ближнем к СО), а при движении в пешем порядке только при пересечении участка ЗО, ближнего к СО (зона обнаружения человека и автомобиля).
Предложенная схема развертывания СО позволяет получить только один сигнал тревоги при движении пешего нарушителя и от двух (на дорогах ОВ и OD) до трех (на дороге ОС) сигналов тревоги при движении нарушителя на автомобиле (фиг. 3, 4). Направление движения (дорога и сторона относительно центра трехсторонней развилки дорог) распознается алгоритмом по номеру средства обнаружения, выдавшего сигнал тревоги, и указанной им стороне движения нарушителя относительно центра трехстороннего пересечения дорог - для пешего нарушителя и по комбинации средств обнаружения и указанной им стороне движения нарушителя относительно центра трехстороннего пересечения дорог - для нарушителя на автомобиле (фиг. 4).
Минимальное допустимое расстояние от СО до дальней от него дороги необходимо брать с учетом обеспечения исключения ошибок вывода о типе обнаруженного нарушителя, когда человек может быть случайно обнаружен СО на расстоянии, превышающем заявленное производителем (фиг. 3):
где SMIN - минимальное расстояние от средства обнаружения до дальнего от него дороги, 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. [2, 4-6] При таких характеристиках минимальное расстояние от СО до дальней от него дороги (SMIN) составит 75 м (см. формулу 1). Максимальную ЗО по человеку и, следовательно, по автомобилю можно задавать устанавливая порог чувствительности СО (например, 20 м, 30 м, 40 м, 50 м). [5] Наличие указанной функциональная возможность у СО позволяет решить задачу их размещения по предложенной схеме на различных по типам участках местности.
Максимальное время накопления сигналов от СО с момента поступления первого сигнала тревоги (Т) устанавливается для исключения ошибок вывода о типе обнаруженного объекта в ССОИ. Максимальное время накопления сигналов от СО определяется исходя из минимально возможной скорости человека через Т-образный перекресток и расстояния, проходимого нарушителем между зонами обнаружения СО, и берется с коэффициента запаса 1,2:
где Т - максимальное время накопления сигналов от СО с момента поступления первого сигнала тревоги, с.
S - расстояние, проходимое нарушителем между зонами обнаружения средств обнаружения, м;
VMIN - минимально возможная скорость движения нарушителя, м/с.
Расстояние S берется на дороге ОС между осью зоны обнаружения средства 1 обнаружения и местом пересечения осей зон обнаружения средства 2 обнаружения и средства 3 обнаружения (фиг. 3). Минимально возможная скорость берется исходя из условий местности. Диапазон скоростей нарушителя на различных участках местности известен и подтвержден на основе экспериментальных исследований (фиг. 5). [8, 10]
Способ обнаружения нарушителя, распознавания его типа и определения направления движения с применением пассивных инфракрасных средств обнаружения включает два этапа: подготовительный и основной.
Подготовительный этап включает:
1. Развертывание средства 1 обнаружения с передатчиком, средства 2 обнаружения с передатчиком и средства 3 обнаружения с передатчиком на трехсторонней развилке дорог по установленной схеме и с учетом рассчитанного минимального расстояния (SMIN) от средства 1 (2, 3) обнаружения с передатчиком до дальней от него дороги (фиг. 3), (формула 1).
2. Развертывание на местности системы 4 сбора и обработки информации, включающей в себя устройство 5 управления таймером, таймер 6, приемник 7 сигналов, решающее устройство 8 и монитор 9 (фиг. 6).
3. Расчет максимального времени накопления сигналов тревог от СО с момента поступления от него первого сигнала тревоги (Т) и загрузку его в решающее устройство 8 (формула 2).
4. Начало работы средства 1 обнаружения с передатчиком, средства 2 обнаружения с передатчиком и средства 3 обнаружения с передатчиком в дежурном режиме.
Основной этап начинается при пересечении нарушителем ЗО одного из СО: средства 1 обнаружения с передатчиком, средства 2 обнаружения с передатчиком или средства 3 обнаружения с передатчиком, он включает:
1. Переход средства 1 (2, 3) обнаружения с передатчиком в режим тревоги, определение стороны движения нарушителя и передачу сигнала системе 4 сбора и обработки информации (фиг. 6).
2. Регистрацию сигнала приемником 7 сигналов от средства 1 (2, 3) обнаружения с передатчиком, запуском таймера 6 устройством 5 управления таймером, начало отсчета им времени накопления сигналов тревог (фиг. 6).
3. Запись информации в устройство 8 решающее (фиг. 6).
4. Автоматический переход средства 1 (2, 3) обнаружения с передатчиком в дежурный режим после выхода нарушителя из зоны обнаружения (фиг. 6).
5. В зависимости от типа нарушителя и направления его движения окончание регистрации или регистрацию еще одного или двух сигналов тревог от средств 1 (2, 3) обнаружения с передатчиком приемником 7 системы 4 сбора и обработки информации (фиг. 4, 6).
6. Запись информации в устройство 9 решающее (фиг. 6).
7. Передачей таймером 6 сигнала на устройство 8 решающее о достижении времени накопления сигналов тревог от средства обнаружения с момента поступления от него первого сигнала тревоги максимального значения (Т) (фиг. 6), (формула 2).
8. Формирование вывода о типе нарушителя и направлении его движения устройством 8 решающим (фиг. 6).
9. Обнуление таймера 6 устройством 5 управления таймером. Выведение результата о типе нарушителя и направлении его движения на монитор 9 (фиг. 6).
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где представлено на:
- фиг. 1 - обобщенные основные характеристики двухлучевых пассивных инфракрасных средств обнаружения;
- фиг. 2 - схема развертывания двухлучевых пассивных инфракрасных средств обнаружения в известном способе обнаружения нарушителя, определения направления его движения и распознавания его типа по скорости движения;
- фиг. 3 - схема развертывания двухлучевых пассивных инфракрасных средств обнаружения с ориентированием осей их зон обнаружения по часовой стрелке в предлагаемом способе обнаружения нарушителя, распознавания его типа и определения направления движения с применением пассивных инфракрасных средств обнаружения;
- фиг. 4 - таблица принятия решения о типе нарушителя и направлении его движения (алгоритм) в предлагаемом способе обнаружения нарушителя, распознавания его типа и определения направления движения с применением пассивных инфракрасных средств обнаружения;
- фиг. 5 - таблица диапазонов скоростей нарушителя на различных участках местности;
- фиг. 6 - структурная схема взаимосвязи применяемых устройств при реализации предлагаемого способа обнаружения нарушителя, распознавания его типа и определения направления движения с применением пассивных инфракрасных средств обнаружения.
Технический результат заключается в получении возможности распознавания типа нарушителя - пеший нарушитель или нарушитель на автомобиле с низкой вероятностью ошибки.
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. Пат. 2712648 Российская Федерация, МПК51 G08B 13/19 Способ распознавания типа нарушителя инфракрасным средством обнаружения / С.А. Удот, И.Д. Соболь - №2019114471; заявл. 08.05.19; опубл. 30.01.20, Бюл. №4.
8. Псарев, А.А. Военная топография: Учебник. - М.: Воениздат, 1986. - 384 с.
9. Коршняков, В.Г. Сигнализационные средства охраны локальных участков: уч. пособие / В.Г. Коршняков - Калининград: КПИ ФСБ РФ, 2004. - 135 с.
10. Баленко, С.В. Школа выживания. - М.: 1994. - 140 с.
Способ обнаружения нарушителя, распознавания его типа и определения направления движения с применением пассивных инфракрасных средств обнаружения, заключающийся в развертывании на трехсторонней развилке дорог трех пассивных инфракрасных средств обнаружения; обнаружении средством обнаружения нарушителя и определении его стороны движения при пересечении им зоны обнаружения; в обеспечении регистрации системой сбора и обработки информации сигналов от средств обнаружения; установке максимального время накопления системой сбора и обработки информации сигналов от средств обнаружения с момента поступления первого сигнала тревоги, исходя из минимально возможной скорости человека по дороге и расстояния, проходимого им между зонами обнаружения средств обнаружения, отличающийся тем, что каждое из трех средств обнаружения устанавливается вблизи одной из трех расходящихся дорог и оптической осью своей зоны обнаружения пересекает ее; оси всех трех средств обнаружения ориентируются или по часовой стрелке или против часовой стрелки и пересекаются друг с другом попарно на дорогах, образуя треугольник ниже центра трехсторонней развилки дорог; для каждого из трех средств обнаружения устанавливается минимальное допустимое расстояние до дальней от него дороги, при котором зона обнаружения человека и автомобиля средством обнаружения пересекала только ближнюю к нему дорогу, а зона обнаружения только автомобиля пересекала только дальнюю дорогу; применяется алгоритм, распознающий тип нарушителя по числу сигналов тревоги, поступивших за установленное максимальное время накопления сигналов: один сигнал тревоги - пеший нарушитель, два или три сигнала - нарушитель на автомобиле; алгоритм распознает направление движения нарушителя по номеру одного или номерам нескольких СО, выдавших сигнал тревоги, и указанной стороне движения нарушителя относительно центра трехсторонней развилки дорог.
