W artykule omówiono problematykę zabezpieczenia obwodnic w obiektach wojskowych, dokonano analizy możliwych rozwiązań, oraz przedstawiono przykładowy projekt zabezpieczenia obwodnicy oparty na czujniku ochrony obwodowej HF400 prod. STEKOP SA i barierach mikrofalowych.

Typowym elementem w systemie ochrony obiektów rozległych, a w szczególności obiektów wojskowych, jest obwodnica. Tworzy ją kilkumetrowej szerokości pas terenu wewnątrz obiektu, bezpośrednio przyległy do ogrodzenia. Norma Obronna NO-04-A004-1 zalicza obwodnicę wraz z ogrodzeniami do strefy ochrony zewnętrznej obwodowej, która formalnie jest definiowana jako „wydzielony obszar terenu pomiędzy ogrodzeniem zewnętrznym a wewnętrznym obiektu wojskowego (obwodnica wraz z ogrodzeniami)” [1].

Zgodnie z Normą Obronną NO-04-A004-1 strefa ochrony zewnętrznej obwodowej powinna być zabezpieczona za pomocą co najmniej dwóch niezależnie działających systemów ochrony. Możliwe do zastosowania układy tych systemów zestawiono w tabeli 1.

Tabela 1. Układy systemów ochrony obwodowej zalecane do zabezpieczania obwodnicy obiektu wojskowego (wg [1])

Oczywiste jest, że dobierając systemy ochrony do zabezpieczenia obwodnicy należy kierować się obowiązującymi przepisami, warunkami lokalnymi, specyfiką obiektu i wymaganiami inwestora. Na rynku oferowana jest cała gama najróżniejszych systemów ochrony obwodowej (ich wyczerpujący przegląd zamieszczono w [3]). Co prawda Norma Obronna NO-04-A004-4 dopuszcza do stosowania w obiektach wojskowych tylko niektóre z nich, jednak wybór możliwych do instalacji systemów ochrony obwodowej pozostaje nadal dość duży i może sprawiać problemy.

W większości obiektów wojskowych występują jednak pewne cechy wspólne, których zebranie umożliwia przeprowadzenie ogólniejszej analizy przydatności poszczególnych typów systemów ochrony obwodowej (i ich układów) do zabezpieczania obwodnicy. Obiekt wojskowy jest bowiem
zazwyczaj obiektem rozległym, położonym w terenie zalesionym, posiadającym wielokilometrowe granice. W większości przypadków jest on ogrodzony pojedynczym płotem, znajdującym się w nie najlepszym stanie technicznym.

Często jest to płot z siatki ogrodzeniowej rozpiętej na betonowych
słupach. Powyższe cechy w znaczący sposób rzutują na możliwości zastosowania poszczególnych typów systemów ochrony obwodowej do zabezpieczenia obwodnicy obiektu wojskowego.

Zazwyczaj pierwszym rozważanym w projektach obwodnic typem systemów ochrony obwodowej są systemy ogrodzeniowe. Jest to stosunkowo duża grupa systemów. Norma Obronna NO-04-A004-4 wymienia 8 ich rodzajów. Niezależnie jednak od metody przetwarzania, prawie wszystkie systemy napłotowe (poza czujnikami typu „E-Field” i „E-Flex”, które reagują także na zbliżenie się intruza) opierają się na detekcji i analizie drgań ogrodzenia. W związku z tym ogrodzenie, na którym są instalowane, nie może być zbyt sztywne. Musi ono drgać przy próbie pokonania go przez intruza. Ogrodzeniem nie może być więc np. ceglany mur.

Z drugiej stronyelementy ogrodzenia nie mogą być zbyt luźne i drgać pod wpływem wiatru lub pracujących w pobliżu maszyn, albo też przejeżdżających pojazdów, co ma miejsce w przypadku luźno napiętej siatki ogrodzeniowej. Grozi to bowiem dużą liczbą fałszywych alarmów. Jeśli nawet płot spełnia wymagania sztywności i stabilności mechanicznej, w większości przypadków bezpośrednia instalacja na nim systemu ogrodzeniowego i tak nie jest możliwa.

Należy bowiem pamiętać, że montaż systemu ogrodzeniowego na płocie zewnętrznym mija się z celem. Po pierwsze taki system byłby narażony na przypadkowe wzbudzenie przez osoby przebywające w pobliżu płotu, ale na zewnątrz chronionego obszaru. Po drugie, kabel czujnika byłby dostępny z zewnątrz i tym samym byłby bardzo podatny na mechaniczne uszkodzenia (umyślne bądź też nie).

Dlatego też Norma Obronna NO-04-A004-1 zaleca instalację systemów ogrodzeniowych na ogrodzeniu wewnętrznym, co w wielu przypadkach może wymagać budowy drugiej linii płotu. Przy wielu kilometrach ogrodzenia jest to kosztowne.

Oddzielnym problemem są wszystkie narożniki płotów, które z racji pełnionej funkcji mechanicznej są bardzo sztywne i mało podatne na drgania. Dodatkowo, nie są one mechanicznie sprzęgane z kablami sensorycznymi systemów napłotowych. Kable te mają bowiem minimalny promień gięcia i muszą być instalowane łukami omijającymi narożnik. Tym samym narożniki ogrodzeń są szczególnie podatne na atak intruza. Problemy może także sprawiać zabezpieczenie bram i furtek w ogrodzeniu.

Konstrukcja płotu, chociaż decydująca, nie określa niestety w 100% liczby fałszywych alarmów generowanych przez system ogrodzeniowy. Drugim, nie mniej ważnym, czynnikiem jest otoczenie płotu. Fałszywe sygnały alarmowe mogą być bowiem wzbudzane również przez drgania ogrodzenia wywoływane przez uderzenia o płot gałęzi drzew i krzewów, a także zwierzęta.

Prawdopodobieństwo ich występowania jest szczególnie wysokie na terenach leśnych, a taki właśnie modelowy obiekt jest rozpatrywany.

Drugą grupą systemów ochrony obwodowej, które mogą być stosowane do zabezpieczenia obwodnicy obiektu wojskowego, są systemy naziemne. W tej grupie Norma Obronna NO-04-A004- 4 dopuszcza do używania dwa typy czujek zewnętrznych (tj. czujki PIR i czujki mikrofalowe Dopplera), dwa systemy liniowe (tj. bariery mikrofalowe i aktywne tory podczerwieni) oraz działka laserowe.

Przy zabezpieczaniu typowej obwodnicy najmniej przydatne okazują się czujki zewnętrzne. Czujki mikrofalowe Dopplera najlepiej wykrywają bowiem obiekty poruszające się w kierunku prostopadłym do czujki, zaś mają problemy z detekcją obiektów poruszających się równolegle, co ma miejsce gdy czujka „patrzy” wzdłuż ogrodzenia. Z kolei czujki PIR dobrze wykrywają obiekty przecinające prostopadle jej wiązki i mogą pracować jako kurtyna, jednak są czułe na gwałtowne zmiany temperatury obiektów w polu widzenia czujki.

Zjawisko to występuje szczególnie często w terenie otwartym, gdy nagrzane przez słońce obszary w polu widzenia czujki PIR są przesłaniane cieniem przez chmury lub poruszające się na wietrze gałęzie drzew. Skutkuje to oczywiście generacją fałszywych alarmów. Drugim problemem jest kątowa charakterystyka pola widzenia czujek PIR, objawiająca się tym, że sygnał termiczny pochodzący od małego zwierzęcia znajdującego się w bliskiej odległości od czujki i sygnał termiczny pochodzący od człowieka znajdującego się w dużej odległości od czujki są dla detektora takie same.

Zjawisko to utrudnia poprawną detekcję intruza przy dużych długościach sektora ochrony i wymusza kompromisowe ustawienie progu detekcji czujki PIR tak, aby nie reagowała ona na małe zwierzęta w pobliżu czujki i jednocześnie wykrywała człowieka na końcu sektora ochrony. W przypadku długich sektorów obwodnicy nie zawsze jest to możliwe.

Pozostałe systemy naziemne wydają się lepiej dostosowane do zabezpieczenia długich i wąskich obszarów jakim są obwodnice, aczkolwiek także mają swoje ograniczenia. Aktywne tory podczerwieni są np. wrażliwe na mgłę, ulewny deszcz i kurz, które tłumią promieniowanie podczerwone, co w efekcie może znacznie ograniczyć efektywny zasięg bariery. Ze względu na wąską wiązkę promieniowania, bariery mogą też być zakłócane przez poruszane wiatrem rośliny.

Nawet pojedyncza gałąź jest w stanie całkowicie przesłonić wiązkę i tym samym wygenerować alarm. Bariery mikrofalowe są bardziej odporne na takie zjawiska. Największą wadą barier mikrofalowych jest natomiast niejednorodność ich strefy detekcji. Ma ona kształt wrzeciona o końcach opartych w środkach anten nadawczej i odbiorczej, którego średnica osiąga maksimum w połowie długości sektora bariery. Dodatkowo szerokość strefy detekcji zmienia się ze zmianą zaprogramowanego progu detekcji (rys. 1). W pobliżu anten tworzą się z kolei strefy martwe, co wymusza instalację barier mikrofalowych na tzw. nakładkę. Mimo tej specyfiki,bariery mikrofalowe są najczęściej stosowanymi systemami naziemnymi ochrony obwodowej.

Rys.1. Zależność średnicy strefy detekcji bariery mikrofalowej w połowie sektora od jego długości dla anten o średnicy 300mm (wg [4]).

Ostatnią grupą systemów ochrony obwodowej przeznaczonych do zabezpieczania obwodnic są systemy podziemne. Norma Obronna NO-04-A004-4 wymienia w tej grupie trzy typy systemów: „H-Field”, detektory magnetyczne i światłowody. Wszystkie one bazują na zakopywanych ziemi czujnikach – kablach sensorycznych. W związku z tym ich instalacja zawsze wiąże się z pracami ziemnymi. Największych nakładów pracy wymaga system światłowodowy, którego instalacja jest związana z usunięciem pasa gruntu na całej szerokości i długości zabezpieczanego obszaru w celu ułożenia dwóch warstw metalowych mat, pomiędzy którymi jest instalowany sensoryczny kabel światłowodowy.

W przypadku systemu magnetycznego wymagane jest z kolei wykopanie rowów w kształcie nakładających się ósemek, w których są układane pętle kabla sensorycznego. Najmniej prac ziemnych jest natomiast związanych z instalacją systemów „H-Field”, które zazwyczaj wymagają wykopania tylko dwóch równoległych rowów o głębokości ok. 30cm w odległości ok. 2m od siebie.

Przeprowadzony przegląd systemów ochrony obwodowej sugeruje, iż najmniej potencjalnych problemów pod względem pewności działania, liczby fałszywych alarmów i prostoty instalacji przy zabezpieczeniu obwodnicy typowego obiektu woskowego można spodziewać się po układzie barier mikrofalowych i podziemnego systemu „H-Field”. Aby maksymalnie uprościć infrastrukturę konieczną dla instalacji obu systemów pożądane jest, aby długości sektorów ochrony obu systemów były takie same. Pozwala to nie tylko na ograniczenie liczby studzienek kablowych ale również na pracę obu systemów w koincydencji (tzn. alarm o przekroczeniu przez intruza obwodnicy jest generowany wtedy, gdy został on zarejestrowany zarówno przez barierę mikrofalową jak i czujnik „H-Field”). Taka praca drastycznie obniża liczbę fałszywych alarmów.

Norma Obronna NO-04-A004-4 dla barier mikrofalowych dopuszcza maksymalną długość sektora ochrony równą 300m. Należy jednak zauważyć, że wraz z odległością między antenami bariery mikrofalowej rośnie szerokość jej strefy detekcji. Dla sektora o długości 200m może ona osiągać nawet 20m (rys. 1).

Zarezerwowanie w zabezpieczanym obiekcie pasa terenu o takiej szerokości wzdłuż całego ogrodzenia może być jednak kłopotliwe. Dlatego też nie wydaje się sensowne tworzenie dłuższych sektorów. Poza tym, na rynku dostępne są bariery o maksymalnym zasięgu nie przekraczającym 200-250m. Ponieważ zgodnie z Normą Obronną NO-04-A004-4 nie powinno się wykorzystywać więcej niż 80% maksymalnego zasięgu bariery, długość rzeczywistego sektora ochrony waha się w granicach 160-200m. Wartość ta bardzo dobrze komponuje się z systemem „H-Field”, dla którego dopuszczalna długość sektora wynosi 200m [2].

Na rysunku nr 2 przedstawiono schemat systemu zabezpieczenia obwodnicy obiektu wojskowego złożony z barier mikrofalowych i czujnika „H-Field”. Prezentowany projekt wykorzystuje podziemny czujnik ochrony obwodowej typu HF400 produkcji STEKOP SA i cyfrowe bariery mikrofalowe o zasięgu 200m, co skutkuje rozmiarem pojedynczego sektora ochrony równym 160m. Instalacja barier mikrofalowych w konfiguracji „basketweave” oraz czujnika HF400 w środku pasa obwodnicy do minimum ogranicza jej szerokość i optymalnie
wykorzystuje dostępny teren.

Rys. 2. Rozmieszczenie systemów ochrony obwodowej na obwodnicy (widok z góry)

Aby maksymalnie wykorzystać zalety przedstawionej konfiguracji, pożądane jest by oba systemy ochrony obwodowej były systemami cyfrowymi. Dzięki temu unika się konieczności instalacji dodatkowego okablowania systemowego, a transmisja sygnałów alarmowych, zarządzanie i monitorowanie pracą systemów ochrony obwodowej odbywa się za pomocą jednej magistrali komunikacyjnej. W przypadku obwodnicy optymalnym rozwiązaniem wydaje się magistrala światłowodowa sieci IP o strukturze pierścienia.

Jej głównymi zaletami są: możliwość przyłączenia różnego typu urządzeń i systemów, duży zasięg, duża przepustowość, odporność na zakłócenia, redundancja toru transmisji, wreszcie galwaniczna izolacja poszczególnych segmentów obwodnicy.

Strukturę sieci światłowodowej obwodnicy przedstawia rysunek 4. Sieć bazuje na przemysłowych przełącznikach typu EDS508 firmy Moxa, które umożliwiają pracę w konfiguracji pierścienia. Obsługę łączy szeregowych do poszczególnych czujników realizują z kolei serwery portów szeregowych typu DS100 firmy Tibbo.

Rys. 3. Schemat magistrali komunikacyjnej obwodnicy

Przedstawione rozwiązanie jest stosunkowo uniwersalne. Może ono być zastosowane do zabezpieczenia większości obwodnic w obiektach wojskowych. Jego główne zalety to uniezależnienie się od stanu ogrodzenia, brak konieczności budowy drugiej linii płotu, ograniczenie do minimum ilości i rozmiaru niezbędnych do wykonania prac ziemnych, wreszcie zunifikowana długość sektorów ochrony systemów naziemnego i podziemnego, stwarzająca możliwość pracy obu czujników ochrony obwodowej w koincydencji.

Wśród niewielu systemów podziemnych ochrony obwodowej, które spełniają wszystkie wymagania zaprezentowanej koncepcji budowy systemu zabezpieczenia obwodnicy obiektu wojskowego, znajduje się czujnik ochrony obwodowej typu HF400 produkcji STEKOP SA (rys. 4).

Jest to wydajne i niezawodne urządzenie umożliwiające zabezpieczenie dwóch niezależnych sektorów obwodnicy o długości do 200m każdy[4]. W odróżnieniu od wielu podobnych systemów pracuje ono w paśmie ISM. Dzięki temu instalacja czujnika nie wymaga uzyskiwania pozwoleń Państwowej Agencji Radiokomunikacyjnej, a jego eksploatacja nie jest związana z opłatami za wykorzystywanie przydzielonej częstotliwości radiowej. Czujnik HF400 odznacza się wysokim prawdopodobieństwem detekcji intruza i niską stopą fałszywych alarmów w szerokim zakresie zmian warunków pogodowych.

Zaimplementowane w nim algorytmy cyfrowego przetwarzania sygnału zapewniają automatyczną adaptację czujnika i zaprogramowanych progów detekcji do zmian warunków otoczenia. Tym samym zdolność czujnika HF400 do wykrywania intruza pozostaje na stałym poziomie, niezależnie od panujących warunków atmosferycznych i poziomu szumów tła. Dostosowywanie się czujnika do zmian warunków otoczenia zabezpiecza także przed fałszywymi alarmami powodowanymi przez opady deszczu.

Dalsze zmniejszenie stopy fałszywych alarmów jest osiągane dzięki definiowaniu (niezależnie w każdej strefie) minimalnej wykrywanej masy intruza i zakresu wykrywanych prędkości poruszania się intruza. Pozwala to na eliminację alarmów, które w innych podziemnych systemach ochrony obwodowej często są generowane przez małe zwierzęta.

Rys.4. Moduł czujnika ochrony obwodowej HF400 firmy STEKOP SA

Konstrukcja czujnika HF400 umożliwia przyłączenie go do magistrali komunikacyjnej obwodnicy i przesyłanie wygenerowanych zdarzeń do jednostki nadrzędnej. Czujnik generuje całą gamę zdarzeń, poczynając od informacji o alarmach, poprzez informacje o uszkodzeniach, a kończąc na raportach stanu pracy urządzenia. Zdarzenia alarmowe z czujnika HF400, oprócz standardowych informacji o czasie alarmu i numerze strefy, w której wygenerowano alarm, zawierają także dane o szacowanej masie i prędkości poruszania się intruza, co nie jest spotykane w innych systemach tej klasy. Oprócz monitorowania stanu pracy czujnika HF400, z poziomu systemu nadrzędnego możliwa jest również zdalna konfiguracja urządzenia, a nawet całkowita wymiana jego oprogramowania systemowego. W przypadku, gdy system nadrzędny nie obsługuje protokołu komunikacyjnego czujnika HF400, możliwe jest sprzężenie czujnika z systemem nadrzędnym za pomocą wyjść przekaźnikowych. Do dyspozycji projektanta dostępne jest 8 wyjść, które mogą być dowolnie programowane.

Czujnik HF400 jest w pełni dostosowany do warunków klimatycznych, jakie są wymagane od urządzeń instalowanych w systemie ochrony obwodnicy. Zastosowany kabel sensoryczny posiada 12 letnią gwarancję producenta, zaś jednostka centralna jest umieszczana w obudowie o klasie szczelności IP68.

Standardowo kabel sensoryczny jest zakopywany na głębokości 25cm, jednak gdy wymagają tego warunki lokalne (np. użytkowanie sprzętu mechanicznego do utrzymania pasa obwodnicy), możliwe jest umieszczanie kabla sensorycznego na głębokości 50cm. Okupione jest to niewielkim pogorszeniem się równomierności charakterystyki czujnika HF400 wzdłuż strefy
detekcji. W konstrukcji czujnika HF400 duży nacisk położono na jego niezawodność.

Zarówno przyłącza kabli sensorycznych jak i kabli sygnałowych są wyposażone w zabezpieczenia przed przepięciami i wyładowaniami atmosferycznymi. Dodatkowo, interfejsy komunikacyjne jednostki centralnej (RS232 i RS485) są izolowane galwanicznie. Wysoka jakość i niezawodność czujnika ochrony obwodowej HF400 zostały potwierdzone świadectwem kwalifikacyjnym klasy „S” nadanym przez Zakład Rozwoju Technicznej Ochrony Mienia TECHOM.

STEKOP SA

Literatura

1. Norma Obronna NO-04-A004-1, Obiekty wojskowe. Systemy alarmowe. Wymagania ogólne.
2. Norma Obronna NO-04-A004-4, Obiekty wojskowe. Systemy alarmowe. Wymagania dotyczące urządzeń.
3. Perimeter Security Sensor Technologies Handbook, NISE East Electronic Security Systems. Engineering Division, 1997
4. ERMO 482x PRO. External Microwave Protection Barrier Installation Handbook, Edition 4.1, CIAS Elettronica S.r.l.
5. Czujnik ochrony obwodowej HF400. Instrukcja instalatora, ver.2. STEKOP SA, 2007