Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Рассуждения на тему обнаружения металлических предметов на КПП

В рубрику "Системы контроля и управления доступом (СКУД)" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Рассуждения на тему обнаружения металлических предметов на КПП

Актуальность решения задачи автоматизации обнаружения запрещенных к проносу металлических предметов на КПП объясняется неэффективностью использования оперативного персонала для досмотра проходящих лиц (сотрудников и посетителей объекта). Это имеет особое значение для крупных и средних критически важных объектов в условиях массового прохода. Классическое сочетание портальных металлообнаружителей (МО) с вооруженным часовым существенно снижает экономическую эффективность систем контроля и управления доступом (СКУД).

В.А. Тарабрин
Главный конструктор ФГУП "СНПО "Элерон"

М.Н. Попов
Начальник отделения ФГУП "СНПО "Элерон"

В настоящее время развитие получили следующие направления автоматизации обнаружения запрещенных предметов и веществ (ЗПВ):
  • организация шлюзов со встроенными портальными обнаружителями;
  • применение полнофункциональных шлюзовых устройств с функциями обнаружения ЗПВ;
  • создание специальных обнаружителей ЗПВ для их последующего встраивания в типовые пропускные устройства.

В большинстве случаев все вышеперечисленные технические решения используют индукционный (токовихревой) метод выявления металлических предметов.

Сегодня применяются два типа индукционных МО, которые отличаются способом формирования первичного электромагнитного поля: гармонические МО, работающие на фиксированных частотах, и импульсные МО, возбуждающие вторичное поле периодическими короткими импульсами.

При проектировании и последующей эксплуатации подобных устройств внимание уделяют вопросам обеспечения:

  • селективности, т.е. необходимо отделить предметы поиска (ПП) от предметов личного пользования (ПЛП);
  • помехоустойчивости;
  • равномерности чувствительности по объему контролируемой зоны;
  • защиты от различных способов перемещения (проброса) ПП через зону контроля МО;
  • снижения влияния мешающих факторов от соседних МО, а также от подвижных и неподвижных металлических элементов конструкции на КПП.

Немного теории

Список литературных источников по данной тематике достаточно ограничен. Например, можно ознакомиться с книгой "Обнаружение скрытых объектов" Г.Н. Щербакова.

Известно, что величина вторичного магнитного поля от ПП может быть описана применяемым в геологической электроразведке выражением:

                                               (1)

где  - параметр, характеризующий конфигурацию антенной системы и величину первичного поля; r - расстояние от точки измерения до ПП; а - характерный размер предмета; D - коэффициент, зависящий от размера и материала ПП, частоты первичного поля.

Для достаточно крупных металлических предметов с размерами, превышающими 5-10 см, D примерно равен 1 во всем диапазоне частот, на которых работает большинство индукционных металлообнаружителей (1-10 кГц). Величина D характеризуется следующей зависимостью от частоты (см. рис. 1), где:

1 - зависимость для крупного предмета;

2  - зависимость для небольшого предмета из черного металла;

3  - зависимость для небольшого предмета из цветного металла.

Спектральная характеристика сигналов гармонического Аг (2) и импульсного Аи (3) МО, принимаемых приемной антенной, является суммой сигналов первичного (А1) и вторичного (А2) поля (рис. 2):

                     (2)

(3) где  - рабочая частота МО (для импульсного  ).

То есть при перемещении ПП через зону обнаружения МО осуществляется амплитудно-фазовая модуляция опорного сигнала. Ширина спектра полезного сигнала Fп зависит от скорости проноса предмета поиска через зону обнаружения и приблизительно может быть определена из выражения:                                                           (4)

где Т - время прохода через зону обнаружения МО. Для выделения полезного сигнала обычно используют различные вариации методов, основанные на синхронном детектировании, которые одинаково хорошо работают как для импульсных, так и для гармонических МО.

От теории к практике

При проектировании систем обнаружения металлических предметов в настоящее время применяются различные рекомендации, правила и инструкции, которые часто носят общий характер. Рассмотрим далее некоторые рекомендации и постараемся понять, что действительно за ними скрывается.

Рекомендация № 1: "Импульсные МО менее подвержены влиянию перемещающихся больших масс металла и механическим колебаниям конструкции самого МО. Поэтому на КПП следует применять только импульсные МО". Действительно, если посмотреть на функцию D (см. рис. 1), то вторичное поле от больших металлических предметов практически не зависит от частоты, что в свою очередь позволяет придумывать для импульсных МО различные схемы и алгоритмы, понижающие уровень детектируемого сигнала от больших ПП. Для гармонических МО в общем случае этот способ неприменим. Однако критерия, позволяющего однозначно определить, насколько большим является мешающий предмет и насколько существенно влияние от него, не существует.

Рекомендация № 2: "Гармонические МО обладают лучшей помехоустойчивостью по сравнению с импульсными МО. Поэтому на КПП в условиях воздействия электромагнитных помех следует применять гармонические МО". Действительно, спектр полезного сигнала для импульсных МО значительно шире, чем у гармонических (см. рис. 2). Поэтому, как правило, для сохранения отношения сигнал/шум импульсные МО функционируют при более высоких уровнях первичного поля. Таким образом, импульсные МО обычно оказывают более существенное влияние на другие электронные устройства, в том числе на кардиостимуляторы.

Рекомендация № 3: "Колонные МО по сравнению с панельными обладают более неравномерной зоной обнаружения и более низкой чувствительностью, поэтому без надобности их лучше не применять".

Действительно, характеристики чувствительности колонных МО в условиях реальной эксплуатации оказываются ниже, чем у панельных. Следует подчеркнуть, что для портальных МО термины "зона обнаружения" и "зона контроля" не обозначают одно и то же. Зона контроля -это область, располагаемая между панелями МО, а зона обнаружения - пространство как внутри, так и вокруг МО. Для колонных и панельных МО зона обнаружения практически одинакова, вместе с тем размеры зоны контроля существенно отличаются. Непринятие данного фактора в расчет приводит к тому, что посторонние предметы оказываются в зоне обнаружения колонных МО и, как следствие, их чувствительность принудительно уменьшают в процессе эксплуатации.

Следует также отметить, что конструкция колонных МО менее устойчива по сравнению с конструкциями МО, рассмотренными ранее, и в большей степени подвержена механическим воздействиям, что также приводит к необходимости уменьшения их чувствительности. Равномерность характеристик обнаружения по высоте контролируемой зоны для колонных и панельных МО, имеющих несколько антенн, которые в свою очередь обеспечивают взаимное перекрытие зон с минимальной чувствительностью, практически одинакова. Что касается характеристик равномерности параметров обнаружения по ширине контролируемой зоны, то в общем случае у панельных МО они окажутся лучше, чем у колонных.

Рекомендация № 4: "Гармонический МО позволяет отделять ПП из черных металлов от ПЛП из цветных металлов. Таким образом, можно отстраиваться от ПЛП из цветных металлов". Да, при проносе небольших предметов из цветных металлов синхронный детектор может определять фазовые отклонения, характерные для функции D(f) (см. рис. 1), что позволяет диагностировать наличие именно цветного металла малого объема и не формировать сигнал тревоги. Возможна также индивидуальная подстройка порогов обнаружения отдельно для черных и цветных металлов, но все это возможно только для небольших предметов.

Что касается импульсных МО, то и в данном случае возможна аналогичная селекция черных и цветных металлов, но уже по результату анализа неравномерности амплитудно-частотной характеристики D(f) (см. рис. 1).

Рекомендация № 5: "МО не могут работать вплотную друг к другу, поэтому их лучше располагать на расстоянии не менее 0,5-1 м". Могут, если МО не имеют существенных схемотехнических и конструктивных недостатков, используются разные частоты для гармонических МО и взаимная синхронизация для импульсных МО.

Однако проблема заключается в перекрытии зон обнаружения от МО, располагаемых рядом. Таким образом, при проносе ПП может срабатывать соседний МО. Если это важно для условий конкретного применения, то допустимое удаление МО друг от друга целесообразно принять равным ширине зоны контроля МО.

Рекомендация № 6: "Многозонные МО позволяют определять количество проносимых предметов и тем самым не срабатывать на несколько распределенных ПЛП".

В общем случае не позволяют, так как конфигурация антенн имеет симметричную структуру, распределенную по высоте МО, что в свою очередь обеспечивает эффективную локализацию только одного проносимого предмета.

Рекомендация № 7: "МО не реагируют на про-брос ПП через зону контроля, поэтому их легко преодолеть, если рядом не находится часовой". Как уже отмечалось (см. выражение (4), для МО является характерным ограничение максимальной скорости перемещения ПП через зону контроля, что объясняется стремлением разработчиков сузить рабочую полосу частот и, следовательно, повысить помехоустойчивость МО. В большей степени подобное ограничение свойственно гармоническим МО колонного типа. Рекомендация № 8: "Индукционные МО не могут работать в условиях массового прохода в автоматическом режиме, поэтому подобные решения лучше не применять". Для того чтобы ответить на этот вопрос применительно для каждого конкретного случая, необходимо:

  • определиться с выбором ПП, который дает самый маленький сигнал в зоне наименьшей чувствительности (например, по показанию шкального индикатора МО);
  • выбрать ПЛП, который дает самый большой сигнал в зоне максимальной чувствительности;
  • убедиться, что уровень сигнала от ПП больше, чем от ПЛП;
  • установить порог обнаружения между полученными уровнями сигналов;
  • опытным путем определить среднеквадратичное отклонение уровня сигнала для ПП в реальных условиях эксплуатации;
  • по полученным результатам уровней сигнала ПП, ПЛП и среднеквадратичного отклонения определить вероятность ложного срабатывания, вероятность обнаружения для выбранного порога и при необходимости подстроить порог обнаружения;
  • провести анализ полученных результатов, который позволит принять следующие меры:
    -  применить МО с более равномерной зоной обнаружения и, следовательно, улучшить показатели селективности ПЛП от ПП;
    - оптимизировать условия эксплуатации МО на КПП, что в свою очередь уменьшит среднеквадратичную ошибку;
    -  выбрать эталонные ПЛП меньших размеров и предоставить необходимые рекомендации сотрудникам объекта по правилам прохода через КПП и т.д.

Приведенная процедура достаточно сложна, а ее выполнение не гарантирует положительного результата. Поэтому лучшим решением является применение устройств и систем, позволяющих автоматизировать адаптацию характеристик МО на месте их непосредственной эксплуатации. В настоящее время подобные апробированные решения предлагаются Федеральным центром науки и высоких технологий ФГУП "СНПО "ЭЛЕРОН", что предоставляет конечному потребителю возможность применять серийно выпускаемые предприятием МО в составе комплекса инженерно-технических средств физической защиты "Тобол" в автоматическом режиме на КПП критически важных объектов.      

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #4, 2009
Посещений: 8544


  Автор
 

Попов М. Н.

Начальник отделения ФГУП "СНПО "Элерон"

Всего статей:  11


  Автор
Тарабрин В. А.

Тарабрин В. А.

Главный конструктор ФГУП "СНПО "Элерон"

Всего статей:  3

В рубрику "Системы контроля и управления доступом (СКУД)" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций