Методы и средства защиты хозяйственных объектов

1. Радиотомография ионосферы с использованием данных высокоорбитальных спутников
2. Применение технологий видеодетектирования для повышения пожарной безопасности
3. Программно-информационный комплекс моделирования динамических полей концентрации электронов в ионосфере
4. Эффективное кодирование изображений границ объектов видеонаблюдения
5. О некоторых вопросах классификации критически важных объектов
6. Метод проектирования структуры технологического цикла с резервированием схем управления
7. Использование технологий технического зрения для решения проблем обеспечения промышленной безопасности
8. Повышение эффективности комплексных систем защиты критически важных объектов

Радиотомография ионосферы с использованием данных высокоорбитальных спутников 

Исследования ионосферы начались в 30-е годы ХХ века и продолжаются по сегодняшний день. После развертывания глобальной навигационной системы GPS появился инструмент, способный проводить мониторинг состояния ионосферы путем измерения задержек радиосигналов практически в непрерывном режиме.

Подобный инструмент может служить составной частью глобальной системы мониторинга Земли и околоземного пространства в целях улучшения качества спутниковой и радиосвязи. Это требует разработки нового метода, обеспечивающего анализ и интерпретацию наблюдений.

Данный метод радиотомографии с использованием данных GPS не требует значительных материальных затрат. Реализация его возможностей обеспечивается обширной сетью станций навигационных поправок, на которых непрерывно ведутся наблюдения задержек радиосигналов спутников.

Для достижения поставленной цели необходимо адаптировать и реализовать алгоритмы реконструкции случайных динамических полей концентрации электронов в ионосфере и провести экспериментальную реконструкцию сечений полей ионосферы по реальным данным, полученным от дифференциальных приемников сигналов наземной сети навигационных систем.

Применение технологий видеодетектирования для повышения пожарной безопасности 

Пожар на начальном этапе развития проходит, как правило, четыре стадии: термодеструкция или тление (термическое разложение) твердого горящего материала, выделение дыма, пламя с дымом и открытое пламя.

Анализ проведенных исследований позволяет сделать вывод о том, что обнаружение пожара на первой стадии с применением видеотехнологий дает больше времени для борьбы с его распространением прежде, чем он причинит значительный ущерб и разрушения. Традиционные дымовые пожарные извещатели, как правило, обнаруживают дым, когда пожар уже перешел во вторую стадию, что снижает эффективность его ликвидации.

Кроме этого, с помощью систем видеодетектирования могут быть защищены сложные и протяженные технологические установки, которые не удается эффективно защищать традиционными средствами пожарной автоматики. При использовании современной оптики видеокамеры можно устанавливать за сотни метров от зоны контроля, полностью исключив воздействие на них агрессивной (пожаровзрывоопасной) среды, обнаруживать огонь и дым вне помещений. Наконец, этим системам присуща самодиагностика работоспособности.

Перспективными системами, отличающимися быстротой детектирования пожара и высокой вероятностью правильного их обнаружения, должны стать системы на основе комбинации цифровых видеокамер и тепловых датчиков.

Программно-информационный комплекс моделирования динамических полей концентрации электронов в ионосфере 

Одним из подходов при решении задачи повышения качества спутниковой и радиосвязи является моделирование состояния верхних слоев атмосферы, в частности – мониторинг концентрации электронов в ионосфере. Неоднородность концентрации электронов является существенным фактором, ухудшающим передачу радиосигнала.

Специфика задачи состоит в необходимости учета ряда факторов: высокой размерности вектора изображения, некорректности задачи реконструкции, динамического характера изображения и нестационарности модели наблюдения томографических проекций.

Разработанный программно-информационный комплекс позволяет создавать модели пространственного распределения концентрации электронов, основанные на реальных и случайным образом полученных данных, удовлетворяющие статистическим требованиям. Результаты моделирования представляются в текстовом и графическом виде.

Основным направлением развития системы является переход от моделирования динамических полей к их реконструкции, увеличение производительности системы.

Эффективное кодирование изображений границ объектов видеонаблюдения 

Одним из требований, предъявляемых к современным интеллектуальным системам безопасности, является наличие автоматизированной системы визуального контроля некоторого пространства. Задача видеонаблюдения может включать в себя процесс автоматического выделения «объекта интереса».

Далее идет его описание и идентификация, эффективное кодирование и передача полученной информации сцен в режиме реального времени по имеющимся каналам. При обработке большого количества изображений требуется память значительного объема.

Большое количество обращений к устройству ввода-вывода, на котором хранятся изображения, снижает производительность компьютерной системы видеонаблюдения, эффективность канала передачи. Известно, что границу объекта можно представить в сжатом виде используя коэффициенты дискретного преобразования Фурье — Фурье- дескрипторы. Однако действительнозначное изображение преобразуется в область комплексных чисел, что является недостатком, т.к. на вычисления расходуется больше времени.

В работе рассматривается подход, который может использоваться для представления сегментированного бинарного изображения замкнутой границы объекта наблюдения. Информация о границе объекта в виде данных представляется списком пространственных координат точек, упорядоченных в направлении обхода по часовой стрелке.

Эффективность описания и кодирования границы достигается применением спектральных дескрипторов, получаемых посредством вычисления действительного дискретного преобразования. Получены сравнительные характеристики точности восстановления изображения границы при использовании таких действительных преобразований как дискретное преобразования Хартли (ДПХ) и дискретное преобразование Уолша-Адамара (ДПУ-А).

Показано, что для заданного коэффициента понижения размерности обрабатываемого входа, восстановление границы изображения объекта с меньшей среднеквадратической ошибкой обеспечивается применением ДПХ.

О некоторых вопросах классификации критически важных объектов 

На современном этапе развития общества нет четкого, нормативно закрепленного понятия «критически важного объекта», соответственно нет и классификации таких объектов.

Обусловлено это отсутствием, до недавнего времени, острой необходимости в определении и классификации таких объектов. Международный опыт, и, прежде всего опыт Российской Федерации, в сфере обеспечения безопасности государства, наглядно показывает что такая необходимость становится все актуальнее. Прежде всего, рост актуальности необходимо связывать с все более остро возникающей в мире проблемой терроризма.

Нельзя сбрасывать со счетов и причины природного и техногенного характера. Осознание важности этих проблем подтолкнуло многие страны к формированию пакета нормативных правовых актов, предназначенного для согласования и определения порядка взаимодействия различных органов государственного управления в сфере национальной безопасности.

Понятие «критически важный объект» в этих нормативных правовых актах присутствует в различном виде. Анализ терминов и их определений позволяет утверждать, что речь идет об одних и тех же объектах, предназначенных для реализации основных функций государства, которые реализуются посредством процесса государственного управления.

Функции могут быть внешними и внутренними. Анализ этих функций позволяет говорить о том, что государственное управление осуществляется в четырех сферах: экономической, социально-культурной, административно- политической и информационной. В каждой из этих сфер имеются критически важные объекты, которые являются частью системы государственного управления.

Следует отметить, что информационная сфера пронизывает собой все остальные, и ее критически важные объекты в том или ином виде присутствуют во всех сферах.

Принимая во внимание вышеизложенное, под критически важным объектом будем понимать объект, прекращение или ограничение (даже временное) функционирования которого, а так же его уничтожение может привести к невозможности выполнять управляющим субъектом административно-территориальной единицы своих функций в экономической, социально-культурной, административно-политической и информационной сферах жизнедеятельности общества.

Метод проектирования структуры технологического цикла с резервированием схем управления 

В настоящее время во многих приложениях оптимизационных моделей, позволяющих исследовать реальные процессы для принятия решений в условиях неопределенности и риска, растет интерес к динамическим постановкам задач.

Подобный интерес наблюдается как при исследовании технических систем, так и при анализе функционирования производственных, и в частности, когда осуществление производственной деятельности может представлять реальную угрозу или нести в себе потенциальную техногенную опасность.

Разработанный метод предназначен для исследования управляемых производственных систем (УПС) с параллельно-последовательной организацией технологического цикла и состоит в поэтапном использовании агрегатно-процессного способа формализации, создания и испытания имитационных моделей вероятностных сетевых графиков.

В основе метода лежит использование процедур создания моделей, которые являются средствами малой автоматизации моделирования и позволяют облегчить реализацию имитационной модели на основе библиотеки универсальных агрегатов-компонентов.

Использование технологий технического зрения для решения проблем обеспечения промышленной безопасности

В ОИПИ НАН ведутся работы, направленные на создание аппаратурно-программных средств для защиты хозяйственных объектов и обеспечения промышленной безопасности. При решении проблемы, в качестве базовых, приняты технологии, использующие принципы технического зрения и метод пассивного эталонного образа — эталонной сцены (passive reference pattern techniques).

В основу таких технологий принимается применение алгоритмов идентификации и учета расположения характерных особенностей в изображениях объекта и фона, зарегистрированных на пиксельной плоскости сенсора.

Когда особенности объекта найдены, они связываются с внутренней системой координат, в свою очередь имеющей связь с внешней системой координат охраняемого объекта. Мониторинг осуществляется дистанционно, на расстоянии, в автоматическом режиме, при котором не вносятся помехи технологическому процессу и исключается влияние так называемого «человеческого фактора».

К таким требованиям относятся: обеспечение заданного быстродействия всеми компонентами системы — от датчика изображения, имеющего заданную частоту опроса, вычислительных блоков-модулей предварительной обработки «сырого» изображения и их фильтрации, до модуля принятия решений.

Исходными данными для определения оптимальных показателей быстродействия являются: реальная или прогнозируемая скорость приближения подвижного объекта к пассивному, время переходных процессов в системе при переходе от безопасного состояния к опасному, с учетом реакции подсистемы, останавливающей опасный процесс.

Обеспечение фильтрации и учета оптических помех: изменения частотного диапазона света, участвующего в освещении «сцены», изменения его уровня, бликов, мерцаний, вспышек света, случайных перекрытий оптического тракта, теней, камуфляжности объектов.

Должны быть обеспечены: устойчивость системы к влияниям окружающей среды и помехам (задымлению, пыли и т.п.), устойчивость к температурным перепадам, изменению влажности, к образованию конденсата на оптических элементах, устойчивость к механическим воздействиям. Система должна быть стабильной и надежной: ее первоначальные настройки не должны «дрейфовать», она должна обладать надежностью, обеспечивающей работу с нулевым риском. 

Повышение эффективности комплексных систем защиты критически важных объектов 

В последнее время имеются тенденции роста угроз, связанных с использованием компьютерной техники, программных средств и сети интернет.

Показано, что для построения эффективной системы комплексной безопасности КВО необходимо проведение анализа и оценки рисков, которые заключаются в определении характеристик объекта, информационной системы и их ресурсов. На основе анализа существующих методов оценки эффективности систем защиты КВО показано, что существующие подходы не позволяют проводить полноценный анализ и динамическую коррекцию результатов оценки.

Разработано следующее построение территориальной структуры распределенной комплексной системы мониторинга и управления безопасности КВО: главный (республиканский) центр, областные центры, районные центры мониторинга и управления.