В рамках 22-й международной
научно-технической конференции "Системы
безопасности - 2013" 28 ноября 2013 г. в Академии ГПС МЧС России
состоялось заседание постоянно действующего открытого
семинара “Электронные системы безопасности”.
Рабочий президиум семинара
Доктор
технических наук, профессор Анатолий Николаевич Членов
- председатель
семинара;
Кандидат технических наук, доцент Татьяна Анатольевна
Буцынская ‑ заместитель председателя семинара;
Адъюнкт
Академии ГПС МЧС России Марина Ивановна Лебедева ‑ секретарь семинара.
В работе семинара приняли
участие представители следующих организаций:
Академия ГПС МЧС России,
НП Гильдия "Безопасность", НОУ "Институт электронных систем
безопасности", Поволжский государственный университет сервиса,
ОАО "Автоваз" г. Тольяти, ОАО "Синкрос" г. Саратов,
представители территориальных подразделений МЧС,
производственных предприятий России.
Семинар открыл профессор Членов
Анатолий Николаевич.
Он приветствовал участников
конференции и семинара "Электронные системы безопасности",
объявил состав участников и порядок выступлений.
Секция "Проблемы автоматизации систем безопасности" была
образована в рамках нашей конференции в прошлом году и это
второе её заседание, хотя сама конференция проводится ежегодно
уже в течение 22 лет. Это конечно не значит, что вопросы
автоматизации раньше не стояли на повестке дня, они
рассматривались в рамках других секций, а также в рамках
семинара "Электронные системы безопасности", поскольку сама
автоматизация широко охватывает все сферы жизнедеятельности
человека, в том числе относящиеся к обеспечению безопасности.
Для меня, как специалиста, непосредственно занимающегося
вопросами автоматизации, это уже 18 конференция, в которой я
участвую с докладами по этой тематике.
Если раньше под автоматизацией понимали лишь разработку и
внедрение устройств, заменяющих человека и облегчающих его труд,
то сегодня, с развитием микроэлектроники и вычислительной
техники автоматизированные системы безопасности – это
человеко-машинные системы, в состав которых входят не только
технические средства, обнаруживающие различные угрозы (опасности),
процессоры, осуществляющие обработку и анализ информации,
исполнительные устройства, предотвращающие опасность или
минимизирующие ущерб, но и различные подсистемы, обеспечивающие
математическую, организационную, информационную и иную поддержку
их функционирования.
Именно это определяет широкую
тематику представленных докладов, хотя конечно, поскольку мы
находимся в Академии ГПС, основное внимание на конференции и
семинаре уделено вопросам автоматизации систем противопожарной
защиты различных объектов.
При этом значительный научный и практический интерес
представляет разработка новых методов и технических средств
обнаружения и тушения пожара.
Далее профессор Членов А..Н. дал краткий обзор получивших
распространение в последние годы новых методов и технических
средств, обеспечивающих уменьшение времени обнаружения и
сигнализации о пожаре.
Система пожарной сигнализации (СПС)
представляет собой совокупность инженерных систем и технических
средств, предназначенных для обеспечения автоматического
обнаружения пожара за время, необходимое для включения
системы оповещения людей о пожаре и других технических средств
противопожарной защиты здания, сооружения.
Раннее обнаружение пожара характеризуется уменьшенным временем
обнаружения и сигнализации относительно некоторого предельно
допустимого "необходимого" времени. Значение этого времени в
общем случае зависит от выбранного вида, технических параметров
пожарных извещателей и характеристик их размещения на объекте, а
также от времени сбора и обработки информации и формировании
команд управления.
Для большинства объектов пожар на начальной стадии
сопровождается появлением дыма, открытого пламени и только
значительно позже развитие пожара приводит к существенному
повышению температуры. Поэтому статистика показывает, что в
России последние годы наблюдается рост производства и продаж
дымовых пожарных извещателей (ДПИ) и извещателей пламени (ИП),
а тепловых извещателей – сокращается.
Снижения времени обнаружения пожара точечными
оптико-электронными дымовыми извещателями добиваются
регулированием порога срабатывания в пределах допустимых
нормативными документами значений. Это обеспечивает уменьшение
времени обнаружения в несколько раз. Еще одним направлением
является применение в оптической системе ДПИ лазеров с
повышенной мощностью излучения и излучателей и приемников,
работающих в ультрафиолетовом диапазоне спектра, что позволяет
обнаружить частицы дыма гораздо раньше, чем обычные ДПИ,
использующие инфракрасный диапазон.
Органические соединения являются распространенными горючими
веществами и материалами, обращающимися как в производстве, так
и в быту. При их сгорании образуются углекислый газ (СO2), угарный газ
(СО), водород (Н2). Для обнаружения этих газов
используются газовые пожарные извещатели (ПИ). Каналы
обнаружения газа, выделяющегося при пожаре, имеются также в
комбинированных "мультикритериальных" ПИ. Применение таких
извещателей, обнаруживающих пожар по появлению 4-х и более
сопутствующих факторов, даёт существенный выигрыш по времени
обнаружения. Кроме того, они одинаково эффективно обнаруживают
все типовые очаги пожара.
Линейные дымовые извещатели применяются для защиты объектов,
имеющих большие площади и сложную пространственную форму, таких
как торговые центры, галереи и производственные цеха. Недавно
появились новые многолучевые двухспектральные дымовые извещатели
серии
OSID
компании
Xtralis
(Австралия), которые позволяют разнести приёмники по нескольким
пространственным осям.
Каждый
излучатель извещателя формирует два световых луча –
ультрафиолетовый и инфракрасный, которые поступают на приемник
для последующего анализа мощности лучей после их прохождения
через слой воздуха. При появлении в воздухе частичек дыма
ультрафиолетовая составляющая сигнала ослабляется значительно
сильнее, чем инфракрасная, благодаря чему линейные дымовые
извещатели обнаруживают возгорание на раннем этапе, не реагируя
при этом на характерные помехи.
Новым,
также быстро развивающимся видом извещателей, являются
аспирационные дымовые извещатели. Их особенность – применение
устройства принудительного отбора воздуха, основным элементом
которого является заборная трубка (трубки) с отверстиями,
размещаемая на защищаемом объекте. Одно из главных преимуществ
такой конструкции – уменьшение времени обнаружения пожара.
По данным
натурных испытаний, проводимых в помещении высотного склада,
только через 2 минуты после того, как аспирационный ПИ первым
обнаружил пожар на его начальной стадии, сработал линейный
дымовой извещатель, а ещё через 3 минуты – точечный
оптикоэлектронный дымовой извещатель.
Световые извещатели пламени имеют
существенное преимущество по времени обнаружения, так как для
них не требуется "транспортирование" обнаруживаемого фактора.
Примером современного развития таких извещателей может служить
извещатель пожарный пламени ИП 329/330 "СИНКРОСС" с функциями
видеоконтроля. Он использует анализ излучения пламени в ИК и УФ
диапазонах в сочетании с многоступенчатой цифровой обработкой
сигнала.
В последние
годы повышенный интерес специалистов вызывают возможности
обнаружения пожара в видимой части спектра с использованием
технических средств видеонаблюдения. При этом могут
использоваться информационные характеристики как пожара, так и
предшествующие ему признаки аварийной ситуации: наличие пламени,
задымленность, обрушение строительных конструкций и др.
Применение сложной алгоритмической обработки видеосигнала
позволяет построить детекторы пожара, которые могут
использоваться как в системе видеонаблюдения, так и
непосредственно в системе пожарной сигнализации.
Для
снижения времени сбора и обработки информации от извещателей
рациональным походом является модульное построение системы
пожарной сигнализации с применением быстродействующих каналов
связи. Здесь признанными "лидерами" считаются адресно-аналоговые
системы, которые имеют преимущества во времени обнаружения, по
сравнению с дискретными, за счёт того, что в них
приёмно-контрольный прибор, получающий текущую информацию о
значениях контролируемого параметра в любом месте защищаемого
объекта, может гораздо раньше выработать сигнал о наличии пожара,
основываясь на сигналах от нескольких извещателей, расположенных
в одной зоне. В настоящее время наибольшее распространение
получили адресно-аналоговые СПС с кольцевым шлейфом сигнализации.
В заключение следует отметить значительную роль кафедры пожарной
автоматики Академии ГПС МЧС России в разработке методов и
технических средств раннего обнаружения пожара и систем пожарной
сигнализации на их основе. Результатами научно-технической
деятельности кафедры явились разработки, защищённые патентами на
изобретения, полезные модели и свидетельства на программные
продукты (за последние 5 лет сотрудниками кафедры получено более
20 таких документов).
По данному направлению исследований за последние 5 лет на
кафедре подготовлены и защищены 4 кандидатских и одна
докторская диссертации, опубликованы две большие работы,
получившие премии НАНПБ за лучшие научные монографии в области
пожарной сигнализации.
Слово для выступления было предоставлено кандидату
физико-математических наук, сотруднику ООО "Синкрос" г. Саратов
Тупицину Анатолию Николаевичу.
Он отметил, что новым направлением в развитии автоматических
пожарных извещателей является детектирование пламени и дыма
непосредственно по видеоизображению с использованием различных
математических методов анализа видеоряда. Использование
видеоматриц, по сравнению с одиночными сенсорами, позволяет
вместо анализа динамики освещённости всей сцены в некотором
диапазоне длин волн проводить анализ таких факторов, как цвет,
форма, размер, локализация, временная и пространственная
динамика объекта и многих других.
Пожарный видеоизвещатель позволяет не только выполнять функции
обнаружения факторов пожара и формирования соответствующего
дискретного сигнала, но и передавать в этом случае
видеоизображение на монитор диспетчера в режиме он-лайн.
Новые разработки компании "СИНКРОСС" совместно с ведущими
учёными Академии ГПС МЧС России основаны на принципе
комплексного подхода к обеспечению безопасности на производстве.
Впервые предлагается уникальная технология обнаружения и
распознавания факторов опасности на производстве, таких как
пожар, аварии оборудования и несанкционированные воздействия на
оборудование и конструкции.
Основным программно-аппаратным средством обработки сигналов в
рамках данной технологии является универсальный интеллектуальный
детектор УИД-01. Устройство представляет собой комбинацию
IP-видеокамеры
и 3-канального датчика инфракрасного излучения, управляемую
микропроцессором с тактовой частотой 1 ГГц и выполненную
во взрывонепроницаемой оболочке "d".
Основная функция УИД-01 – пожарный извещатель. Управление
устройством и передача видеоизображения на пункт контроля и
управления производится посредством интерфейса
Ethernet.
Предлагаемый комплексный детектор сочетает в себе преимущества
применения нескольких ИК-сенсоров, настроенных на разные
частотные диапазоны, и внутреннего анализа сигнала, поступающего
с встроенной IP-видеокамеры, в то же время, позволяя
минимизировать число ложных срабатываний.
Алгоритмы детектирования пламени и дыма по видеоизображению
включают в себя несколько популярных на сегодняшний день
подходов, таких как цветовой и пространственно-временной
вейвлет-анализ изображения, отделение объектов переднего плана
от динамического фона и другие. Комбинация различных методов
детектирования пламени и дыма повышает помехоустойчивость
устройства.
Таким образом, применение извещателей типа УИД-01 в системе
безопасности на предприятии позволяет получить ряд преимуществ
перед традиционными решениями. Устройство является многоцелевым,
что упрощает монтаж и контроль работоспособности системы на его
основе.
Имеется возможность гибкой настройки основных функций извещателя
(детектирование пламени, дыма, движения) применительно к
особенностям выполняемых на объекте задач и условий его
установки, а также возможность добавления новых функций по
желанию заказчика (например, контроль целостности оборудования).
Извещатель можно использовать в составе комплексов
инженерно-технических средств охраны и системах мониторинга
инженерных систем. УИД-01 оснащён подтверждающим трехдиапазонным
ИК-каналом, повышающим помехозащищённость. Устройство также
выполняет запись истории событий в энергонезависимую память.
Слово для доклада предоставлено старшему научному сотруднику
Академии ГПС МЧС России кандидату технических наук, доценту
Буцынская Татьяна Анатольевна, в докладе были рассмотрены
методы количественной оценки комплексного показателя качества
функционирования установок пожаротушения.
Для количественной оценки комплексного показателя качества
предложено применять методы теории надежности технических систем.
Рассмотрим особенности основных из них, наиболее часто
применяемых для расчета вероятностных показателей сложных
систем.
По графо-вероятностный методу расчетная схема системы
представляется в виде связного двухполюсного графа, имеющего
входной и выходной полюса. Сложная древовидная схема путем
известных преобразований поэтапно сводится к последовательной
или параллельной структуре, а затем получают окончательное
выражение для расчета показателей надежности.
Однако на практике некоторые схемы расчета надежности нельзя
преобразовать таким образом, например, имеющие соединения типа "звезда"
или "треугольник".
Метод
минимальных путей и соединений
применяется для приближенного расчета показателей надежности. По
этому методу из схемы выбрасывается один или несколько элементов,
а затем проводится расчет для двух крайних случаев: когда
удаленные элементы абсолютно надежны, и когда они абсолютно
ненадежны, Рмин(t)
и Рмакс(t)
соответственно. Затем находится средневзвешенное значение
вероятностей исключаемых элементов Рср(t)
и окончательно вероятность безотказной работы Рс(t)
вычисляется по формуле:
Рс(t)=
Рмин(t)+
Рмакс(t)
– Рмин(t)
Рср(t).
Логико-вероятностный метод
в отличие от предыдущих методов позволяет получить точные
значения параметров надежности. Метод заключается в
представлении каждого элемента системы в виде булевой переменой,
получении с помощью таблицы истинности булевой функции
работоспособности в совершенной дизъюнктивной нормальной форме,
а затем – переход (замещение) этой функции вероятностной.
Для систем, имеющих в процессе функционирования несколько
дискретных состояний, переход в которые осуществляется скачком,
расчет осуществляется с применением теории марковских
процессов. Марковский процесс удобно описывать
ориентированным графом переходов, вершины которого представляют
собой состояния, а ребра имеют "вес", соответствующий
интенсивностям перехода из одного состояния в другое. На
основании графа переходов составляют систему дифференциальных
уравнений, с помощью которой определяют вероятности пребывания
системы в указанных состояниях.
Приведенное выше краткое описание методов для расчета
вероятностных показателей сложных систем показывает на наличие
в них следующих трех общих этапов:
1. Формализованное описание системы, включающее разработку
сценариев возникновения отказов и аварийных ситуаций и/или
структурных схем надежности.
2. Разработку математических моделей для расчета показателей
надежности.
3. Выполнение расчетов, анализ результатов и формирование
выводов по проведенному анализу (или синтезу) системы.
Учитывая возрастающую сложность и потенциальную опасность
современныхтехнологических объектов в последние годы в ряде
стран были разработаны и получили распространение
автоматизированные системы моделирования надежности и
безопасности. Наиболее известными из них являются:
·
Технологии деревьев отказов и деревьев событий (программный
комплекс Risk Spectrum Шведской фирмы Relkon AB), применяемой
ФГУП "СПбАЭП" для проведения вероятностного анализа безопасности
(ВАБ) и расчета показателей надежности систем проектируемых
атомных электростанций (АЭС);
·
Технологии автоматизированного структурно-логического
моделирова-ния (АСМ) – программные комплексы ПК АСМ СЗМА, ПК АСМ
СЗМА БД, ПК АСМ 2001, NEWАСМ, NEWАСМ-3 и др.), применяемые в ОАО
"СПИК СЗМА" для оценки надежности и безопасности
автоматизированных систем управления технологическими процессами
(АСУТП) на стадии проектирования.
·
Технологии и программных средств автоматизированного
моделирования показателей надежности и безопасности (программный
комплекс Relex), используемый специалистами ИПУ РАН,
представляющими Компанию Relex Software.
Технология
АСМ СЗМА
автоматизированного структурно-логического моделирования
основывается на общем логико-вероятностном методе системного
анализа, в котором аппарат алгебры логики используется для
структурного и аналитического описания свойств надежности и/или
безопасности системных объектов, а количественная оценка
указанных свойств выполняется с помощью теории вероятности.
В
технологии АСМ для построения структурных моделей на этапе
постановки задач используется универсальный графический аппарат
– схемы функциональной целостности (СФЦ). С помощью СФЦ могут
представляться структурные схемы надежности и безопасности
систем.
Понятие "безопасность" – включает свойство "технического
риска" возникновения или не возникновения аварийных ситуаций
и аварий системного объекта с последствиями определенного уровня
(класса), вследствие отказов его технических устройств (элементов),
показатели которого определяется соответствующими методами
теории надежности.
Для решения задачи, поставленной в диссертации –
определение комплексного показателя качества функционирования
УЛГПТ "технический риск" идентичен вероятности невыполнения
установкой своей целевой задачи – тушения пожара. Таким образом,
при оценке КПК может эффективно использоваться программный
комплекс АСМ СЗМА ("Арбитр"). Критерием "аварии" для УЛГПТ
является отсутствие тушения пожара установкой при его
возникновении на защищаемом объекте.
Технология моделирования и расчета КПК УЛГПТ характеризуются
следующими тремя основными этапами:
-
определение главных функций F проектируемой УЛГПТ и
результатов её неправильного функционирования, вероятностных
показателей, которые должны быть определены в процессе
моделирования и расчетов;
-
построение формализованной структурной модели некачественного
функционирования проектируемой УЛГПТ и определение критериев
реализации главных функций (F) и неправильного
функционирования;
-
определение вероятностных параметров качества функционирования
элементов УЛГПТ и нежелательных, определяющих условия не
выполнения установкой своей целевой задачи;
- ввод
исходных данных в ПК АСМ;
-
автоматическое построение математических моделей и расчеты на их
основе КПК.
Таким
образом, программный комплекс АСМ СЗМА ("Арбитр") в настоящее
время может эффективно использоваться как при проектирования,
так и при экспертизе принимаемых проектных решений по
формированию АСУПЗ критически важных промышленных объектов, в
частности атомных электростанций.
В процессе проведения семинара с сообщениями выступили:
профессор Корнеев Н.В профессор Фомин В.И., сотрудник ГУ МЧС
России по Тверской области Кольцов И.В., инж. Мальцев Н.В., г.
Москва.
Доклады
опубликованы в сборнике "Материалы
XXII научно-технич. конф. "Системы
безопасности" – СБ-2013". –М.: Академия ГПС МЧС России.
Подводя итоги работы семинара и секции в целом, Членов А.Н.
отметил, что она была довольно представительной, как по составу
участников, тематике, так и уровню представленных докладов. Это
были и известные ученые, и специалисты практики, и молодые
ученые и преподаватели.
Превалировали доклады с пожарно-технической тематикой, но были
интересные доклады и в области технического обеспечения работы
противопожарной службы, и в области противокриминальной защиты.
Членов А.Н. поблагодарил всем выступавших и присутствующих за
активное участи в работе семинара.
Справки
по телефонам: (495) 362-70-30,
589-41-56
e-mail:
gildia@takir.rus
Интернет:
www.npgb.ru
