Сейсмические средства обнаружения

Сейсмические извещатели реагируют на колебания или деформации контактирующей с ними среды, вызванные перемещением людей. ЧЭ извещателя устанавливается непосредственно в грунт и преобразует микроперемещение грунта (сейсмосигнал) в электрический сигнал ЧЭ, который анализируется в БОC (блоке обработки сигналов) (рисунок 7).

 

Рисунок 7 – Взаимодействие объекта обнаружения через среду с ЧЭ

Рисунок 7 – Взаимодействие объекта обнаружения через среду с ЧЭ

 

Существует термин «вибросейсмический» извещатель. Это связано с тем, что в вибрационном или сейсмическом извещателе зачастую используется одинаковый преобразователь физических величин в электрический сигнал. Например, вибрационный кабель, установленный на бетонном ограждении или в грунте, полностью определяет назначение прибора – для обнаружения пролома или подкопа. Другой термин "сейсмоакустический" обусловлен близостью физических процессов, происходящих при распространении акустических и сейсмических волн вдоль границы раздела двух сред с разной плотностью. Иногда употребляют термин "сейсмометрический»", происходящий из метрологии, когда речь ведется об измерении каких-либо параметров сейсмических сигналов.

В настоящее время наблюдается рост интереса к сейсмическим средствам обнаружения (ССО) в связи с открывшимися возможностями извлечения информации из сейсмосигналов за счет применения новой элементной базы, в том числе мощных микропроцессоров. Развивается так называемая "концепция сейсмических информационных полей" (СП), определяющая облик ССО ближайшего будущего. Классификация объектов сейсмического воздействия может осуществляться либо на основе анализа временной структуры сейсмосигнала, принимаемого одним преобразователем, либо на основе анализа принимаемых сигналов с нескольких СП.

В последнее время появились сообщения о создании отечественными разработчиками многоканальных ССО нового поколения, обеспечивающих не только обнаружение, но и слежение за нарушителем на основе использования методов пеленгации с помощью сейсмолокаторов («Коридор» (НИКИРЭТ), «Форшлаг» (НПО «Север»), сейсмическая станция обнаружения «Крот» (ГСО «Импульс Интернейшлн»).

Структура построения этих систем примерно одинакова, включает в себя выносную линейную часть и цифровой комплект отображения информации. Выносная часть предназначена для приема сейсмических сигналов, их предварительного усиления и передачи в цифровой комплекс. В состав выносной части входят сейсмические датчики, предварительные усилители, блоки питания, магистральные кабели. Цифровой комплекс на базе IBM PC предназначен для обработки принятых сигналов, выделения полезного сигнала, принятия решения и отображения информации. Такие системы способны обеспечить обнаружение, пеленгацию, классификацию и восстановление траектории движения в полосе шириной от 30 до 70 м от осевой линии охраняемой зоны.

Относительно высокая стоимость этих извещателей определяется сложными условиями эксплуатации его линейной части, располагаемой в грунте. Необходимость мощного программного обеспечения, надежной герметизации узлов, устойчивости к коррозии, к воздействию грызунов и т.д. требует трудоемких технологических решений и определяет повышенные затраты при производстве и эксплуатации.

Применение сейсмических средств обнаружения

В этом разделе не проводится анализ применения сейсмолокации, а рассматривается вопрос усиления блокируемого рубежа (оборудованного другими ТСОС) для обнаружения попыток проникновения на охраняемую территорию, совершаемых путем подкопов, попыток спрыгивания с ограждения или с помощью подручных средств.

Различная установка ЧЭ обеспечивает возможность охранять подступы к периметру, обнаруживать попытку подкопа под ограждением, а также охранять неогороженный рубеж.

По сравнению с другими средствами обнаружения сейсмические извещатели имеют два главных преимущества:

- скрытый, маскируемый ЧЭ визуально не обнаруживает рубеж охраны, а пассивный принцип действия исключает возможность его обнаружения по акустическим и электромагнитным полям, что фактически сравнивает шансы подготовленного и неподготовленного нарушителей;

- высокая вероятность обнаружения при перемещении нарушителя ползком или при попытке подкопа.

Сейсмические средства обнаружения с вибрационным кабелем

В достаточно простых по конструкции извещателях в качестве ЧЭ используется вибрационный кабель (рисунок 8).

 

Рисунок 8 – Установка ЧЭ для определения подкопа

Рисунок 8 – Установка ЧЭ для определения подкопа

 

ЧЭ извещателя может устанавливаться под любыми видами заграждений. Используется фланговое включение ЧЭ, симметрично от места установки БОC. Достаточная вероятность обнаружения обеспечивается принципом действия и используемым алгоритмом обработки сигнала (частотная фильтрация, счет числа импульсов, анализ формы сигнала).

Например, производители извещателя «Вереск» гарантируют его работоспособность во всех климатических зонах России и СНГ при уровне снежного покрова до 1 м и высоте травы до 0,5 м. Допускается установка ЧЭ во все виды грунта, кроме болотистого и скального.

К недостаткам этих извещателей можно отнести возможность выдачи ложной тревоги:

- при перемещении корней деревьев, которые при сильных порывах ветра могут вызывать колебания почвы;

- от воздействия индустриальных помех, прежде всего в городской зоне, где располагаются такие источники сейсмических помех, как автомобильный и железнодорожный транспорт, аэропорты, промышленные предприятия, хозяйственные коммуникации и т.д.;

- при резких перепадах температуры природной среды, при замерзании или оттаивании грунта, подвижках грунта.

Главным недостатком этих извещателей является уменьшение чувствительности при промерзании грунта больше глубины установки виброкабеля.

Исходя из изложенного, необходимо учесть, во-первых, то, что при обслуживании извещателя предусмотрены сезонные регламентные работы, во время которых производится регулировка чувствительности с учетом реального состояния грунта.

Во-вторых, при подземной установке кабелей очень важно обеспечить эффективную ширину чувствительной зоны не менее 1 м. Чтобы гарантировать однородную чувствительность ЧЭ, в подземных системах кабель крепят к металлической или пластиковой решетке (рисунок 9), которую помещают горизонтально под землей на глубине нескольких сантиметров для определения подхода или прыжка с ограждения. При вертикальной установке сетки под ограждением извещатель настраивается на удары лопатой по сетке с кабелем, что позволяет определить подкоп. При этом за счет понижения чувствительности извещателя повышается его помехоустойчивость к природным помехам.

 

Рисунок 9 – Установка кабеля на сетке

Рисунок 9 – Установка кабеля на сетке

 

В подземной системе австралийской компании Future Fiber Technologies (FFT), получившей название Secure Fence BGS (от Below Ground System – подземная система), два отдельных кабеля прокладываются вдоль периметра. Обычно эта система применяется как второй рубеж охраны, параллельный основному ограждению. Они укладываются в траншею на глубине от 50 до 75 мм и прикрепляются к пластиковой сетке, которая повышает чувствительность системы и вероятность регистрации идущего по земле человека. Корреляционная обработка сигналов от двух ЧЭ позволяет отфильтровать сигналы помех (шум дождя, транспорта и т. п.) и выделить на их фоне сигналы реального вторжения. Система позволяет обнаруживать идущего или бегущего нарушителя, а также регистрировать попытки подкопа под линией периметра.

Сейсмические средства обнаружения с геофонами

Применение в качестве ЧЭ сейсмических датчиков - геофонов повышает чувствительность извещателей. Геофон является более сложным и дорогим устройством по сравнению с вибрационным кабелем. Конструкция геофона представлена на рисунке 10.

 

Рисунок 10 – Геофон

Рисунок 10 – Геофон

 

Геофон представляет собой проводящую обмотку и помещенный внутрь нее магнитный сердечник, который может свободно колебаться вдоль оси обмотки. При колебании магнита в катушке наводится напряжение, регистрируемое анализатором.

Геофоны могут устанавливаться на ограждении. Монтаж на «жестком» ограждении позволяет обнаруживать нарушителя, преодолевающего массивную бетонную или кирпичную стену.

В некоторых случаях геофоны устанавливают под землей, но крепят их к основаниям стен (рисунок 11, грунт с геофона снят). Такая конструкция позволяет обнаруживать нарушителя как вблизи периметра, так и при попытках преодолеть стену.

 

Рисунок 11 - Геофон под землей на кирпичной стене

Рисунок 11 - Геофон под землей на кирпичной стене

 

Геофоны сравнительно редко используются в качестве автономных сенсоров. Обычно их устанавливают на периметре в виде линий, включающих до 50 дискретных сенсоров. Геофоны монтируют под землей на глубине от 15 до 35 см на расстоянии от 2 до 4 м друг от друга. Рекомендуется устанавливать сенсоры в стабильный и плотный грунт. Можно монтировать датчики в слое плотного песка, так как такая почва является хорошей проводящей средой для вибраций. Рыхлая или неоднородная почва приводит к снижению чувствительности системы.

Во всех случаях охранная система состоит из двух основных компонентов: процессора и кабельного шлейфа с подключенными к нему геофонами. Сенсоры регистрируют вибрации, создаваемые проходящим человеком, и посылают сигналы на анализатор для обработки. Когда принимаемые процессором сигналы соответствуют заданным критериям, система генерирует сигнал тревоги.

Одним из типичных представителей данного вида сейсмических извещателей является «Годограф-СМ-С-1», предназначенный для организации скрытого рубежа охраны и обнаружения нарушителя, пересекающего рубеж шагом, бегом, ползком или перекатом.

Извещатель позволяет организовать охраняемый рубеж как при наличии заграждения, так и без него. Один извещатель обеспечивает охрану двух последовательно расположенных участков с выдачей извещений о тревоге и неисправности раздельно по каждому участку. На рисунке 12 показано размещение геофонов на двух флангах.

ЧЭ извещателя выполнен из отдельного звена (до 6 шт. на один участок). Звенья подключаются друг к другу с помощью герметизированных разъемных соединений, что обеспечивает высокую ремонтопригодность ЧЭ путем замены вышедшего из строя звена.

 

Рисунок 12 – Размещение геофонов

Рисунок 12 – Размещение геофонов

 

Каждое звено ЧЭ состоит из четырех геофонов, соединенных между собой кабелем.

Удобство настройки извещателя на местности и контроль его работоспособности обеспечивается наличием встроенной панели управления. В извещателе имеется возможность дистанционной настройки с помощью удаленного ПК, подключаемого к БОС по интерфейсу RS-485.

По информации производителя, извещатель надежно функционирует в различных типах грунта, кроме рыхлого песчаного и болотистого.

При монтаже геофонов под землей надежно обнаруживается ползущий нарушитель или нарушитель, спрыгнувший с ограждения. Вместе с тем при такой установке возникает проблема, связанная с высокой чувствительностью геофонов. Установленный под землей геофон позволяет уверенно обнаруживать сигнал от идущего человека на расстоянии от 1,5 до 2,0 м, поэтому геофоны монтируют вдоль периметра на расстоянии 3,0 м друг от друга.

Однако, эти же геофоны будут регистрировать движение транспорта или перемещение корней деревьев при ветровых порывах на расстоянии нескольких десятков метров (рисунок 13).

 

Рисунок 13 – Расположение геофонов среди растительности

Рисунок 13 – Расположение геофонов среди растительности

 

Повышение помехоустойчивости в зарубежных сейсмических средствах обнаружения с геофонами

Помехоустойчивость ССО с геофонами в основном устраняется двумя способами.

В системе S-103 (Safeguard Technology Inc. США) геофоны устанавливаются под асфальтом, бетоном следующим образом:

1 Если вблизи охраняемого объекта нет движения транспорта, то вдоль его периметра устанавливается одна сейсмолиния, в которой геофоны располагаются на расстоянии 3,0 м друг от друга, и система настраивается на обнаружение человека, пересекающего охраняемый периметр.

2 В случае объекта, расположенного вблизи шоссе или другого источника вибраций, вокруг него параллельно основной сейсмолинии устанавливают еще одну (внешнюю) линию, отстоящую от внутренней примерно на 20 м. Геофоны внешней линии расположены с шагом около 13 м и предназначены для регистрации фоновых вибраций почвы. БОС сравнивает отклики от обеих сейсмолиний и отфильтровывает сигналы, не связанные с реальным вторжением.

Такая организация охраны предполагает увеличения количества геофонов и большую зону отторжения для движущихся автомобилей.

В системе «Pcicon» («Джеокуип», Великобритания) селекция от помех основана на использовании мощного «интеллектуального» процессора для обработки сигналов и фильтрации помех, создаваемых окружающей средой (шум транспорта, движение корней деревьев, дождь и т.п.). В системе «Pcicon» для этого используется разработанная фирмой «Джеокуип» технология, получившая название TESPAR.

Система преобразует аналоговый сигнал датчиков в цифровую кодовую последовательность, которая затем подвергается матричному преобразованию в анализаторе. Последний использует принцип распознавания образов и сравнения их с эталонными, записанными в памяти анализатора. Сравнение происходит в реальном масштабе времени и позволяет надежно распознавать слабые сигналы нарушителя на фоне даже весьма интенсивных помех или шумов. Систему можно «обучать» непосредственно на объекте, сохраняя в памяти процессора как «тревожные», так и «помеховые» сигналы. Для настройки системы используется портативный компьютер, подключаемый к порту БОС.

В таблице 2 приложения А приведены тактико-технические характеристики некоторых сейсмических извещателей.

Выводы

Наиболее актуальными проблемами развития ССО на современном этапе, не решенными до настоящего времени отечественными и зарубежными разработчиками, остаются:

- обеспечение заданной помехоустойчивости функционирования ССО на фоне различных помех метеорологического, биологического и техногенного характера;

- обеспечение автоматической адаптации ССО в различных условиях применения (в разных грунтах и в разных природно-климатических условиях, при изменении погоды, промокании или промерзании грунта).

Источник:
http://www.ktso.ru/normdoc8/r78_36_026-2012/r78_36_026-2012_2-2.php

Яндек�.�е��ика