Способ обнаружения нарушителя, распознавания его типа и определения направления движения с применением пассивных инфракрасных средств обнаружения
Владельцы патента RU 2777744:
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 Τ-образном перекрестке дорог двух СО таким образом, чтобы оптическая ось зоны обнаружения (ЗО) каждого СО пересекала две дороги, одно СО находилось вблизи основной дороги, другое СО находилось вблизи примыкающей к ней дороги, оптические оси СО пересекались друг с другом на примыкающей дороге, далее устанавливают минимально допустимое расстояние от СО до дальней от него дороги, при котором ЗО человека СО пересекала только ближнюю к нему дорогу, а ЗО автомобиля пересекала ближнюю и дальнюю дороги, устанавливают максимальное время накопления системой сбора и обработки информации (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. Затем обеспечивают регистрацию ССОИ сигналов от СО, а также обнаруживают СО нарушителя и определяют его стороны движения относительно центра пересечения дорог при пересечении им ЗО; применении алгоритма, распознающего тип нарушителя - нарушитель на автомобиле (НА) или пеший нарушитель (ПН) и определяющего направление его движения по одному, двум или трем сигналам тревоги, поступившим от СО, очередности передачи этих сигналов тревог СО и указанным ими при этом сторонам движения нарушителя относительно центра Τ-образного перекрестка дорог за установленное максимальное время накопления сигналов тревог. Технический результат: обеспечение 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 Т-образный перекресток 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 Τ-образном перекрестке дорог средства 1 обнаружения и средства 2 обнаружения таким образом, чтобы зона обнаружения каждого из них прикрывало сразу две дороги; обнаружении средством 1 обнаружения и средством 2 обнаружения нарушителя при пересечении им зоны обнаружения средств; в обеспечении регистрации системой 3 сбора и обработки информации сигналов от средств обнаружения; установке максимального время накопления системой 3 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; определении системой 3 сбора и обработки информации типа нарушителя по скорости его движения: до 5 м/с - нарушитель пеший, свыше 5 м/с - нарушитель на автомобиле, определении направления движения нарушителя по очередности поступления сигналов тревог от средств обнаружения (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. [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 в развертывании на Τ-образном перекрестке дорог двух СО таким образом, чтобы оптическая ось зоны обнаружения (ЗО) каждого СО пересекало две дороги, одно СО находилось вблизи основной дороги, другое СО находилось вблизи примыкающей дороги, оптические оси СО пересекались друг с другом на примыкающей дороге; установке минимально допустимого расстояния от СО до дальней от него дороги, при котором ЗО человека СО пересекала только ближнюю к нему дорогу, а ЗО автомобиля пересекала ближнюю и дальнюю дороги; установке максимального время накопления системой сбора и обработки информации (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; в обеспечении регистрации ССОИ сигналов от СО; обнаружении СО нарушителя и определении его стороны движения относительно центра пересечения дорог при пересечении им ЗО; применении алгоритма, распознающего тип нарушителя - нарушитель на автомобиле (НА) или пеший нарушитель (ПН) и определяющего направление его движения по одному, двум или трем сигналам тревоги, поступивших от СО, очередности передачи этих сигналов тревог СО и указанным ими при этом сторонам движения нарушителя относительно центра Τ-образного перекрестка дорог за установленное максимальное время накопления сигналов тревог (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. Предложенная схема развертывания СО позволяет получить от одного до двух сигналов тревог при движении пешего нарушителя и от двух до трех сигналов тревог при движении нарушителя на автомобиле. Одно и тоже СО выдает два раздельных сигнала только при движении нарушителя на автомобиле. Анализ этих данных, совместно с указываемой СО стороной движения нарушителя относительно центра пересечения дорог используется в алгоритме ССОИ для распознавания типа нарушителя и определения направления его движения (фиг.4). При движении нарушителя на автомобиле по примыкающей дороге (ОС) сигнал тревоги передают оба СО с указанием одной и той же стороны движения относительно центра пересечения дорог, при этом последовательность срабатывания СО может быть разной и имеет случайный характер: CO1, CO2 или CO2, CO1 (фиг.3, 4). В алгоритме распознавания эти последовательности равнозначны и указывают на один и тот же тип нарушителя и направление его движения (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:
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 Τ-образный перекресток и расстояния, проходимого нарушителем между зонами обнаружения СО, и берется с коэффициента запаса 1,2:
где Τ - 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 определяется как сумма длин двух наибольших отрезков OA', OB' или ОС (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 и средства 2 обнаружения с передатчиком на Τ-образном перекрестке дорог по установленной схеме, с учетом рассчитанного минимального расстояния (Smin) от средства 1 обнаружения с передатчиком до дальней от него дороги и от средства 2 обнаружения с передатчиком до дальнего от него дороги (фиг.3), (формула 1).
2. Развертывание на местности системы 3 сбора и обработки информации, включающей в себя устройство 4 управления таймером, таймер 5, приемник 6 сигналов, решающее устройство 7 и монитор 8 (фиг.6).
3. Расчет максимального времени накопления сигналов тревог от средства 1 обнаружения с передатчиком и средства 2 обнаружения с передатчиком с момента поступления от него первого сигнала тревоги (Т) и загрузку его в решающее устройство 7 (формула 2), (фиг.6).
4. Начало работы средства 1 обнаружения с передатчиком и средства 2 обнаружения с передатчиком в дежурном режиме.
Основной этап начинается при пересечении нарушителем ЗО средства 1 обнаружения с передатчиком или средства 2 обнаружения с передатчиком, он включает:
1. Переход средства 1 (2) обнаружения с передатчиком в режим тревоги, определение стороны движения нарушителя относительно центра Τ-образного перекрестка и передачу сигнала системе 3 сбора и обработки информации (фиг.6).
2. Регистрацию приемником 6 сигнала от средства 1 (2) обнаружения с передатчиком, запуском таймера 5 устройством 4 управления таймером, начало отсчета им времени накопления сигналов тревог (фиг.6).
3. Запись информации в устройство 7 решающее (фиг.6).
4. Автоматический переход средства 1 (2) обнаружения с передатчиком в дежурный режим после выхода нарушителя из зоны обнаружения (фиг.6).
5. Продолжение обнаружения нарушителя средствами 1 (2) обнаружения в случае повторного пересечения им их ЗО (при условии, что пеший нарушитель движется в этот момент по ближней к средству 1 (2) обнаружения дороги и при любых условиях движения для нарушителя на автомобиле), определение направления его движения и передачей сигналов системе 3 сбора и обработки информации (фиг.6).
6. Регистрацию приемником 6 сигналов от средства 1 (2) обнаружения с передатчиком (фиг.6).
7. Запись информации в устройство 7 решающее (фиг.6).
8. Передача таймером 6 сигнала на устройство 7 решающее о достижении времени накопления сигналов тревог от средств обнаружения с момента поступления первого сигнала тревоги максимального значения (Т) (фиг.5), (формула 2).
9. Формирование вывода о типе нарушителя и направлении его движения устройством 7 решающим (фиг.6).
10. Обнуление таймера 6 устройством 5 управления таймером. Выведение результата о типе нарушителя и направлении его движения на монитор 8 (фиг.6).
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, определения направления его движения и распознавания его типа по скорости движения;
- фиг.3 - схема развертывания двух двухлучевых пассивных инфракрасных средств обнаружения 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 Τ-образном перекрестке дорог двух пассивных инфракрасных средств обнаружения таким образом, чтобы зона обнаружения каждого из них перекрывала сразу две дороги; 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 времени 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 средства обнаружения устанавливаются так, чтобы одно из них находилось вблизи основной дороги, другое средство обнаружения находилось вблизи примыкающей к ней дороги, оптические оси средств обнаружения пересекались друг с другом на примыкающей дороге; устанавливается минимальное допустимое расстояние от средства обнаружения до дальней от него дороги, при котором зона обнаружения человека средством обнаружения пересекала только ближнюю к нему дорогу, а зона обнаружения автомобиля пересекала ближнюю и дальнюю дороги; применяется алгоритм, распознающий тип нарушителя - нарушитель на автомобиле или пеший нарушитель и определяющий направление его движения через Τ-образный перекресток дорог по одному, двум или трем сигналам тревоги, поступившим от средств обнаружения, очередности передачи этих сигналов тревог средствами обнаружения и указанным ими при этом сторонам движения нарушителя относительно центра Τ-образного перекрестка дорог за установленное максимальное время накопления сигналов тревог.
