Systemy monitorowania zagrozen



Pobieranie 0,85 Mb.
Data18.12.2017
Rozmiar0,85 Mb.

dr hab. inż. Zygmunt Mierczyk, prof. WAT

Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa

Zaawasowane technologie monitorowania zagrożeń bezpieczeństwa

1. Wprowadzenie
Począwszy od końca zimnej wojny, niebezpieczeństwo agresji militarnej na dużą skalę zostało zastąpione zupełnie nowymi zagrożeniami, które mają wiele aspektów, są niezwykle złożone i silnie ze sobą powiązane, a ich wpływ na bezpieczeństwo jest coraz bardziej wielonarodowy. W Europejskiej Strategii Bezpieczeństwa za najważniejsze zagrożenia uznano: przestępczość zorganizowaną, terroryzm, upadek państwa, konflikty regionalne oraz rozprzestrzenianie się i wzrost ilości broni masowego zniszczenia. Nowe zagrożenia uzmysławiają fakt, iż bezpieczeństwo wewnętrzne i zewnętrzne stają się coraz bardziej nierozłączne. Ochrona zewnętrznych granic europejskich pozostanie oczywiście sprawą wagi nadrzędnej szczególnie, jeśli Unia pragnie zachować i promować wolność przenoszenia się jej obywateli w ramach swych własnych granic.

Wdrożenie europejskiej strategii bezpieczeństwa wymaga szerokiego dostępu do wewnętrznych oraz zewnętrznych narzędzi bezpieczeństwa, obejmujących wywiad, policję, sądownictwo, środki ekonomiczne, finansowe, dyplomatyczne oraz technologiczne. Badania oraz technologie na rzecz bezpieczeństwa odgrywają w tym zakresie rolę wspierającą, jako pomoc w rozwijaniu skutecznego działania, jednakże nie mogą być jedynym gwarantem bezpieczeństwa.

Badania nad bezpieczeństwem w 7 Programie Ramowym UE zostały zdefiniowane jako „prace badawcze mające na celu identyfikację zagrożeń bezpieczeństwa oraz zapobieganie, zwalczanie, przygotowanie i ochronę przed niezgodnymi z prawem lub zamierzonymi działaniami szkodliwymi dla społeczeństw w Europie (jednostek, organizacji lub struktur, dóbr materialnych i niematerialnych oraz infrastruktury), a także ograniczanie skutków i zapewnienie ciągłości działania po ewentualnym ataku terrorystycznym, jak również po wystąpieniu klęsk żywiołowych lub katastrof przemysłowych”.

W tabeli 1 zestawiono obszary badawcze i związane z tymi obszarami priorytetowe technologie zdefiniowane w Programie Europejskich Badań nad Bezpieczeństwem.
Tabela 1

Obszary badawcze i związane z nimi priorytetowe technologie

zdefiniowane w Programie Europejskich Badań nad Bezpieczeństwem.


Obszar badawczy

Priorytetowe technologie

Technologie informacyjne

Techniki łączenia danych, zbierania i klasyfikacja danych, technologia przetwarzania obrazu, technologia łączenia informacji, technologia zarządzania informacjami i danymi

Sztuczna inteligencja i wspieranie procesu decyzyjnego

Przeszukiwanie informacji i danych, zarządzanie wiedzą, modelowanie i symulacja, optymalizacja i technologie wspomagania decyzji

Urządzenia komunikacyjne

Komunikacja rekonfigurowana, bezpieczna komunikacja mobilna, zarządzanie sieciami komunikacyjnymi i urządze-nia kontrolne, nadzór sieci, komunikacja niezależna od sieci i protokołów, ochrona informacji, bezpieczne, szeroko-pasmowe łącza przesyłu danych, zabezpieczenie sieci komunikacyjnych przed trudnymi warunkami środowiska

Ochrona informacji

Technologie szyfrowania (kryptografia), szyfrowanie i zarządzenie kluczem, przeszukiwanie danych, kontrola dostępu, techniki filtrowania, techniki uwierzytelniania

Technologie komputerowe

Technologia protokołu, architektura SW, techniki bezpiecz-nego przetwarzania, wysoko zintegrowane i krytyczne dla bezpieczeństwa przetwarzanie komputerowe, przetwarzanie wysokowydajne, konstrukcja oprogramowania

Wojna informacyjna, Systemy wywiadowcze

Infrastruktura wspierająca zarządzanie informacjami i ich rozpowszechnianiem, narzędzia bezpieczeństwa w cyberprzestrzeni, systemy optymalizacji i planowania
procesu decyzyjnego

Systemy informatyczne

Infrastruktura wspierająca zarządzanie i rozpowszechnianie informacji, narzędzie polityki bezpieczeństwa cyber-przestrzeni, systemy optymalizacji i wspomagania procesów decyzyjnych

Scenariusze i symulacje decyzji

Koncepcje analizy oddziaływania i ograniczenie oddziaływania, tworzenie zaawansowanych modeli i symulacja zachowań ludzi, symulacje dla procesu decyzyjnego (symulacja w czasie rzeczywistym), przewidywanie podatności struktur, techniki zarządzania ewakuacją i skutkami, symulacja misji

Zabezpieczenie sygnału (działania wojenne)

Rozpoznawanie celu niewspółpracującego, systemy informacji geograficznej

Zintegrowane platformy

Platformy bezzałogowe (lądowe, morskie i lotnicze-UAV), platformy lżejsze od powietrza, satelity obserwacyjne i nawigacyjne

Sprzęt oparty na czujnikach

Kamery, czujniki radarowe, czujniki CBRNE (wykrywające bojowe środki chemiczne i biologiczne, substancje promieniotwórcze, materiały rozszczepialne i wysokonergetyczne materiały wybuchowe), w tym technologie wykrywania szczególnych zagrożeń chemicznych i biologicznych, urządzenia pasywne z czujnikami IR

Czujniki

Czujniki wielowidmowe (multispektralne i hiperspektralne), przetwarzanie sygnałów wielowidmowych, autonomiczne małe czujniki, technologia czujników UV, VIS, IR, THz, radarowych, akustycznych i magnetycznych

Nawigacja, prowadzenie, kontrola i śledzenie

Oznaczenia RFID, śledzenie, GPS, radionawigacja, odnajdywanie kierunku i orientacja według mapy, śledzenie oparte na kodach kreskowych

Elektroniczne uwierzytelnianie

Systemy elektronicznego oznaczania („etykiety”), „inteligentne” karty („smart cards”)

Symulatory, urządzenia szkolące i sztuczne środowiska

Rzeczywistość wirtualna i rozszerzona, systemy szkolenia personelu, systemy dowodzenia i szkolenia załogi, środowiska syntetyczne

Techniki kryminalistyczne – biometria

Rozpoznawanie odcisków palców (cyfrowe odciski palców), rozpoznawanie twarzy, rozpoznawanie tęczówki/ siatkówki/ głosu, charakteru pisma, podpisu

Biotechnologia

Szybka analiza czynników biologicznych i podatności ludzi na choroby i substancje toksyczne, techniki odkażania, techniki badania i oczyszczania wody, techniki badania i kontroli żywności

Materiały biologiczne, chemiczne i medyczne

Chemiczne i biologiczne techniki wykrywania

Przeżywalność
i technologie zwiększające odporność

Ocena i wzmacnianie EMC, „inteligentne” ubrania i urządzenia, materiały przeciwwybuchowe (np. szyby, beton), szczególna architektura krytycznych budowli uwzględniająca skutki wybuchu i wstrząsu

Lekkie i odporne materiały, osłony

Lekkie materiały ochronne dla ludzi, „inteligentne” tkaniny, lekkie materiały ochrony miejsc, technologia ochronnych i odpornych na wybuchy materiałów, obróbka powierzchni poprawiająca żywotność, odporność na korozję

Przechowywanie i dystrybucja, wytwarzanie energii

Generatory elektryczne, akumulatory, rozprowadzanie energii, ogniwa paliwowe, ogniwa fotowoltaiczne (baterie słoneczne)

Systemy kosmiczne

Obserwacji ziemi (zobrazowanie i komunikacja)

Nauki socjologiczne

Analiza i opracowanie modeli zachowań ludzi, zachowań populacji, czynników ludzkich w procesach decyzyjnych, zespołach i kulturach


Współczesne wyzwania w dziedzinie bezpieczeństwa obywateli wymagają harmonijnego współdziałania wszystkich instytucji państwowych, organów władzy i administracji państwowej oraz dostosowania ich metod pracy w obliczu nowych zagrożeń, z uwzględnieniem konieczności dysponowania nowoczesnymi, zintegrowanymi systemami kierowania i zarządzania na wypadek kryzysu. Pociąga to za sobą konieczność wyposażenia służb państwowych, stojących na straży bezpieczeństwa obywateli, w wyspecjalizowany sprzęt techniczny i systemy informacyjne wspomagające monitorowanie, identyfikację i przeciwdziałanie zagrożeniom bezpieczeństwa obywateli, w tym procesy informacyjno–decyzyjne ratownictwa i zarządzania kryzysowego oraz skuteczne kierowanie działaniami ratowniczymi i reagowaniem kryzysowym. Realizacja tych przedsięwzięć, wymaga ciągłego doskonalenia technologii wykrywania i prognozowania rozwoju zagrożeń, teleinformatycznego przetwarzania informacji, ochrony i przeciwdziałania zagrożeniom oraz likwidacji ich skutków. Technologie te są ściśle związane z problematyką badawczą „inżynierii bezpieczeństwa” obejmującej dwa obszary: bezpieczeństwo techniczne i bezpieczeństwo cywilne. Pierwsze z nich - bezpieczeństwo techniczne - dotyczy przede wszystkim projektowania, budowy, eksploatacji i utylizacji obiektów i infrastruktury przemysłowo-komunalnej. Odnosi się to praktycznie do wszystkich dziedzin techniki, takich jak energetyka jądrowa, energetyka konwencjonalna, transport (kolejowy, drogowy, lotniczy, morski), przemysł, budownictwo itp. Tym właśnie tłumaczy się intensywny rozwój „inżynierii bezpieczeństwa” na świecie w obszarze energetyki jądrowej i technologii kosmicznych, zapoczątkowany w latach pięćdziesiątych ubiegłego stulecia.

Bezpieczeństwo cywilne obejmuje natomiast monitorowanie, identyfikację i przeciwdziałanie zagrożeniom bezpieczeństwa obywateli, w tym procesy informacyjno – decyzyjne ratownictwa i zarządzania kryzysowego oraz skuteczne kierowanie działaniami ratowniczymi i reagowaniem kryzysowym.

Nowoczesne technologie na rzecz szeroko rozumianego bezpieczeństwa zostały zdefiniowane przez Ministerstwo Obrony Narodowej, jako „Polskie priorytety w obszarach europejskich badań na rzecz bezpieczeństwa i walki z terroryzmem” i obejmują następujące obszary:

- poprawa świadomości sytuacji - wiedzy o zagrożeniach,

- bezpieczeństwo i ochrona systemów sieciowych,

- ochrona przed terroryzmem (włączając bio-terroryzm oraz przypadki użycia substancji biologicznych, chemicznych, radioaktywnych, nuklearnych, wysokoenergetycznych materiałów wybuchowych i innych),

- procesy zarządzania kryzysowego,

- interoperacyjność i integracja systemów informacyjnych i łączności.

W obszarach tych wytypowano kluczowe technologie dla systemów bezpieczeństwa, do których należą m.in.: technologie sensorów, systemów obserwacji, wykrywania i śledzenia, systemów informacyjnych, modelowania i symulacji. Zakres technologii oraz nowych opracowań naukowo-badawczych zdefiniowanych przez MON mieści się w priorytetach zarówno 6-go, jak też 7-go Programu Ramowego Unii Europejskiej oraz priorytetach technologicznych (CapTech) Europejskiej Agencji Obrony (EDA). Świadczy to o zbieżności polskich priorytetów technologicznych w zakresie bezpieczeństwa z tematyką badawczą Unii Europejskiej i stwarza możliwość rozszerzania i kontynuacji tej tematyki przy wykorzystaniu funduszy europejskich oraz przy współpracy z zagranicznymi ośrodkami badawczymi w ramach wspólnych projektów.



Główne kierunki zainteresowań inżynierii bezpieczeństwa w obszarze bezpieczeństwa technicznego, obejmują zagadnienia dotyczące czujników (sensorów), urządzeń pomiarowych i systemów monitorowania bezpieczeństwa obiektów i środowiska naturalnego oraz automatyzacji zarządzania w przypadku wystąpienia zagrożeń kryzysowych (awarie przemysłowe, klęski żywiołowe, terroryzm).

2. Źródła zagrożeń bezpieczeństwa
Rozszerzenie Unii, obejmującej obecnie 25 krajów i ponad 450 milionów ludzi, stanowi poważne wyzwanie w zakresie bezpieczeństwa zwłaszcza, że granice zewnętrzne wydłużyły się o 34% i stanowią w sumie 6 000 km granic lądowych i 85 000 km morskich z ponad 1 200 portami morskimi, 500 lotniskami i setkami stacji kolejowych stanowiących oficjalne przejścia graniczne. Utworzenie w roku 2003 Agencji ds. Europejskich Granic Zewnętrznych FRONTEX świadczy o dużym zaangażowaniu państw europejskich w tę kwestię oraz świadomości, że zadanie ochrony granic staje się zadaniem coraz trudniejszym. Europejski import i eksport wzrastał w ostatnim dziesięcioleciu o 8% rocznie, przy czym główny przyrost w wymianie towarowej przypada na europejskie porty morskie. Nawet przy współczesnym poziomie przepustowości, tylko niespełna 5% wszystkich kontenerów jest sprawdzanych pod kątem przemytu towarów nielegalnych, ludzi oraz substancji niebezpiecznych. Aby sprostać przyszłym wymaganiom poziomu tej przepustowości, należy niezwłocznie podjąć nowe działania w tym zakresie. Ochrona granic zewnętrznych Europy jest podstawowym elementem walki z terroryzmem i zorganizowaną przestępczością. Wymagany więc będzie zintegrowany system zarządzania granicami, obejmujący obserwację, monitorowanie (w tym wykrywanie CBRNE, narkotyków i innych materiałów niebezpiecznych), ochronę logistyki i łańcucha zaopatrzenia, zarządzenie danymi personalnymi oraz zaawansowane metody i narzędzia szkoleniowe.

Łańcuchy zaopatrzenia stanowią „kręgosłup” gospodarki. Obejmują licznych producentów, węzły logistyczne, operatorów, platformy i punkty kontrolne. Ochrona tych elementów będzie wymagała zastosowania zintegrowanego podejścia do monitorowania i oceny zagrożeń, śledzenia produktów, bezpiecznej wymiany towarowej między krajami i operatorami oraz szybkiej i skutecznej kontroli towarów i platform.

W ciągu ostatniego wieku w gospodarce, a co za tym idzie w środowisku naturalnym zaszły ogromne zmiany. W zasadzie kilkadziesiąt lat wystarczyło człowiekowi na doprowadzenie do rozregulowania światowego ekosystemu. Efekt cieplarniany, dziura ozonowa, kwaśne deszcze, zmniejszanie się obszarów leśnych, smog elektromagnetyczny, to tylko część współczesnych zagrożeń ekologicznych wynikających z działalności wytwórczej człowieka. Zwiększający się poziom zanieczyszczeń atmosfery spowodowany rozwojem przemysłu, transportu, wydobyciem zasobów kopalnych i koncentracją skupisk ludzkich na niewielkich obszarach miejskich wpływa negatywnie na środowisko przyrodnicze, ludzi i obiekty.

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 13 czerwca 2003 roku „w sprawie wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości emisji”, określa wymagania w zakresie ciągłych pomiarów wielkości emisji zanieczyszczeń powietrza, do których zobowiązani są prowadzący urządzenia oraz użytkownicy między innymi instalacji spalania paliw, turbin gazowych, spalania lub współspalania odpadów komunalnych i niebezpiecznych oraz przedsiębiorstwa emitujące lotne zanieczyszczenia organiczne. Pomiary emisji do powietrza należy prowadzić od 28 grudnia 2005 roku. Podobnie dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady nr 2001/81/WE z dnia 23 października 2001 roku nakazuje, aby najpóźniej do 2010 roku państwa członkowskie ograniczyły roczne krajowe emisje dwutlenku siarki, tlenków azotu, lotnych związków organicznych i amoniaku do ilości niewiększych niż poziomy emisji określone w dyrektywie. Dodatkowo dyrektywa 2000/76/WE nakazuje ciągłe monitorowanie zakładów spalających i współspalających odpady.



Zagrożenia środowiska klasyfikuje się według wielu kryteriów, m.in. ze względu na postać fizyczną (pyły, gazy, aerozole), rodzaj i stopień szkodliwości (pyły i gazy niskiej oraz wysokiej szkodliwości, zanieczyszczenia biologiczne, opad radioaktywny, pola elektromagnetyczne, hałas). Gazy stanowią podstawowe źródło zanieczyszczeń, w tym o niskiej szkodliwości (dwutlenek węgla, węglowodory alifatyczne) oraz wysokiej szkodliwości (NOx, SO2, H2S, fosgen, dioksyny, związki aromatyczne).

Źródła zanieczyszczeń mogą być naturalne i sztuczne. Wśród źródeł naturalnych najistotniejsze są: wulkany (związki siarki, pyły wyrzucane do wysokich warstw atmosfery), błota, bagna i rozlewiska (metan, zagrożenia biologiczne, np. malaria), niektóre rozproszone źródła energii, kolonie planktonu i zooplanktonu, pustynie i obszary stepowe (pyły).

Do najgroźniejszych źródeł sztucznych zanieczyszczeń należą: transport samochodowy (drobna sadza, węglowodory aromatyczne, tlenek węgla, ozon, tlenki azotu, pyły zawierające ołów, pyły rakotwórcze, hałas), przemysł chemiczny, rozproszone źródła energii (tlenki azotu, substancje odorowe, dwutlenek siarki, pyły), energetyka (dwutlenek siarki, tlenki azotu, pyły radioaktywne), rolnictwo (środki ochrony roślin, produkty rozpadu substancji biologicznych).

Zagrożenia naturalnego środowiska człowieka mogą również wystąpić na skutek nieprzewidzianych awarii, katastrof, klęsk żywiołowych, działań terrorystycznych. Wynikiem tych wypadków mogą być między innymi zagrożenia chemiczne, biologiczne, radiologiczne, pożarowe i elektro-energetyczne.



W krajach uprzemysłowionych w zakładach chemicznych magazynowane się bardzo duże ilości związków silnie trujących, tzw. toksycznych substancji przemysłowych (TSP). Są to surowce i półprodukty do syntez (np. chlor, amoniak, siarkowodór, arsenowodór, izocyjanian metylu, fosgen), jak i gotowe produkty (np. pestycydy). Substancje te swoją toksycznością niekiedy dorównują dawniej używanym bojowym środkom trującym lub wręcz nimi były (np. fosgen, cyjanowodór). Awaria bądź sabotaż, w wyniku których do środowiska w sposób nagły zostaną wprowadzone duże ilości TSP, może spowodować ogromne straty wśród ludności, a także wśród służb biorących udział w akcji ratowniczej, o ile nie będzie możliwości technicznych szybkiego wykrycia skażeń i określenia aktualnych i przewidywanych stref zagrożenia. Posiadanie efektywnego systemu wykrywania i analizy skażeń chemicznych daje gwarancję odpowiednio wczesnego informowania o przewidywanym i aktualnym skażeniu, jak i o ustąpieniu skażeń i możliwości zdjęcia środków ochronnych.

Nowoczesne budynki wyposażone są w szereg instalacji alarmowych oraz technicznych systemów zapewniających bezpieczeństwo funkcjonowania budynku. Systemy zarządzania bezpieczeństwem budynków - Building Management Systems (BMS) integrują:

a) systemy bezpieczeństwa (system przeciwpożarowy, system napadowo-włamaniowy, system kontroli dostępu, system telewizji dozorowej),

b) teleinformatyczne systemy bezpieczeństwa (system bezpieczeństwa zasobów komputerów, system bezpieczeństwa transmisji danych, system ochrony fizycznej urządzeń teleinformatycznych),

c) systemy sterujące automatyką budynku (klimatyzacja, praca wind, oświetlenie, zasilanie w media - woda, gaz, elektryczność).

BMS zapewnia techniczne narzędzia zarządzania bezpieczeństwem i komfortem pracy w budynku w warunkach codziennej eksploatacji i w sytuacjach awaryjnych. BMS nie zabezpiecza bezpieczeństwa budynku w sytuacji kryzysowej, gdy uszkodzenia infrastruktury i urządzeń technicznych spowodują dezintegrację systemu. W takich wypadach konieczna jest pomoc z zewnątrz w postaci zarządzania kryzysowego, które jest zespołem wcześniej opracowanych procedur postępowania, informacji wprowadzanych na bieżąco w oparciu o dane służb meteorologicznych, ratowniczych i rozpoznania oraz procedur opracowanych dla minimalizacji skutków zagrożenia (chemicznego, biologicznego, radiologicznego, powodziowego itp.). Wymaga to prowadzenia i koordynowania prac w wielu kierunkach zarówno studiów systemowych, jak też doboru i badania bazy czujnikowej.

Wszechstronne wyposażenie służb reagowania kryzysowego w różnego rodzaju przyrządy do wykrywania skażeń chemicznych, biologicznych i radiologicznych oraz tworzenie na ich bazie systemów wykrywania i powiadamiania o skażeniach jest warunkiem początkowym i koniecznym wszelkich działań mających zapewnić ochronę przed skutkami zagrożeń [1].

3. Metody monitorowania zagrożeń bezpieczeństwa
Monitorowanie zagrożeń bezpieczeństwa można prowadzić w stałej sieci pomiarowej lub w ruchomych punktach pomiarowych. W tym drugim przypadku aparatura pomiarowa zainstalowana może być na samochodzie, balonie, spadochronie, helikopterze, samolocie, bezpilotowym statku powietrznym (BSP) lub innym pojeździe bezzałogowym.

Metody stosowane w monitorowaniu zagrożeń CBRNE, z punktu widzenia sposobu pobierania próbek do analizy, można podzielić na dwie grupy:

a) próbkowanie w miejscu występowania zagrożenia,

b) zdalna detekcja, identyfikacja i pomiar stężenia substancji niebezpiecznej.

W pierwszej grupie metod, z powodu rozdzielenia w czasie i przestrzeni miejsc pobrania próbki i jej analizy, dokładność i jednoznaczność pomiarów jest mało precyzyjna. Metody zdalne pozbawione są tych wad i w zależności od zastosowanej techniki pomiarowej umożliwiają prowadzenie monitorowania środowiska nawet na wielokilometrowych odległościach. W zdalnej detekcji szczególną rolę odgrywają metody i technologie optoelektroniczne, które jako bardzo precyzyjne narzędzie wykrywania i określania stężeń gazowych zanieczyszczeń atmosfery coraz częściej wypierają w monitorowaniu środowiska metody dotychczas stosowane (np. metody chemii mokrej, chromatografia). Do najważniejszych zalet metod optoelektronicznych należy zaliczyć możliwość pełnej automatyzacji pomiaru, jednoznaczność wyników, możliwość dokonywania pomiarów bez konieczności pobierania próbki, a także zintegrowanie różnych systemów elektro-optycznych w procesie akwizycji, przetwarzania i transmisji danych.

Wyróżnić można dwa rodzaje systemów zdalnego monitorowania: typu „stand-off” i typu „remote” [2]. Systemy „stand-off” (czujniki optyczne i radary) pozwalają wykrywać zanieczyszczenia (gazy, aerozole, dymy, pyły) ze znacznej odległości bez kontaktu z obszarem występowania tego zanieczyszczenia. Są to aktywne systemy laserowe (lidary z laserami przestrajalnymi i systemami obróbki danych pozwalającymi wyznaczyć absorpcję różnicową – Difference Absorption Lidar DIAL) [3÷5] lub pasywne systemy termowizyjne z wąskimi filtrami dopasowanymi do pasm pochłaniania gazów i obrazujące zmiany transmisji promieniowania pochłanianego wzdłuż drogi występowania gazu [6÷8]. Pojedyncza stacja typu „stand-off” może pokryć znaczny obszar, którego wielkość zależy od zasięgu, pola widzenia i szybkości skanowania.

Systemy typu „remote” wykorzystują różne rodzaje niewielkich czujników punktowych „in situ”, przy czym dane z tych czujników przesyłane są za pomocą łącz przewodowych lub bezprzewodowych do centrów alarmowych. Centra te analizują dane przychodzące z sieci czujników i określają poziom zagrożenia. Jeśli czujniki te umieszczone są na ziemi, to nie wykrywają zanieczyszczeń unoszonych w powietrzu, dlatego wskazane jest by sieci naziemne wspomagane były przez czujniki umieszczone na bezpilotowych środkach latających. Należy podkreślić, że w tym przypadku konieczny jest kontakt czujnika z analizowanym obszarem, zdolność wykrywania osiąga się dzięki systemom transmisji danych.

Niezależnie od przytoczonych rodzajów klasyfikacji systemów monitorowania, można je systematyzować także według innych kryteriów:

a) ogólnie przyjętych parametrów metrologicznych, jak np. czułość i granica oznaczalności, dokładność, selektywność, poziom szumów, czas odpowiedzi itp.,

b) typu oznaczanych substancji,

c) fizykochemicznej zasady działania czujnika zastosowanego w systemie monitorowania.

Ważnym elementem sieci monitoringu bezpieczeństwa jest jednolity system zbierania, przesyłania i przetwarzania danych oraz ewidencji wyników pomiarów. Automatyczne sieci monitoringu dokonują pomiaru w poszczególnych punktach pomiarowych metodami instrumentalnymi z zadanym krokiem czasowym i przekazują zakodowane informacje łączem kablowym lub radiowym do ośrodka, w którym dane te zostają automatycznie rozkodowane, zweryfikowane i zapamiętane w komputerowych bazach danych. Systemy informatyczne w postaci komputerowych baz danych (np. stężeń zanieczyszczeń w atmosferze, analiz wód powierzchniowych i podziemnych, zawartości metali ciężkich w glebach) w powiązaniu z geograficznymi systemami informacyjnymi (GIS) umożliwiają wizualizację danych na mapach tematycznych.



4. Sensory i systemy monitorowania zagrożeń bezpieczeństwa
Podstawowym elementem struktury każdego systemu monitorowania jest czujnik (sensor, detektor), który decyduje o pozostałych modułach i podzespołach urządzenia. Czujnik jest przetwornikiem sygnału fizyko-chemicznego (stężenia lub przepływu masowego) na sygnał analityczny. Najczęściej są spotykane czujniki analogowe, przetwarzające sygnał na postać elektryczną. Bywają czujniki wielostopniowe, gdzie etapem pośrednim przetworzenia jest często sygnał optyczny. Każdy czujnik sprzężony jest z układem obróbki sygnału, którego pierwszym stopniem jest układ wzmacniacza umożliwiający wzmocnienie pierwotnego sygnału do zakresu zapewniającego bezpośrednią rejestrację, teletransmisję lub przetworzenie analogowo-cyfrowe.
Do wstępnego etapu obróbki sygnału zalicza się także ewentualną filtrację szumów i linearyzację sygnału sensora. Często występują także układy zasilania i stabilizacji pracy sensora i modułu pobierania próbki do analizy. Do układów obróbki sygnału zalicza się również sygnalizatory alarmowe przekroczenia wartości progowej. Kolejnym modułem funkcjonalnym systemu monitorowania jest układ rejestracji i przetwarzania sygnału. W układzie głębokiej obróbki sygnału, najczęściej z wewnętrznym specjalizowanym mikroprocesorem, można realizować takie operacje, jak automatyczna rekalibracja, obliczanie wartości uśrednionych, wyróżnianie wartości maksymalnych, czy też przekraczających zadany poziom. Możliwe są także wszystkie operacje związane z przeliczaniem, redukcją i interpretacją wyników, ich zobrazowaniem oraz automatycznym przesłaniem do centrali monitoringu.

Mechanizmy decydujące o reakcji czujnika (sensora) na obecność i zmiany stężenia substancji chemicznych lub wielkości fizycznych w jego otoczeniu mogą mieć charakter chemiczny bądź fizyczny. W zależności od zasady działania sensora, czyli rodzaju procesu fizycznego lub chemicznego zachodzącego w warstwie przypowierzchniowej materiału czułego chemicznie i w warstwie fazy badanej przylegającej do sensora, można je podzielić na następujące zasadnicze grupy: elektrochemiczne, elektryczne, grawimetryczne, termometryczne, magnetyczne, biochemiczne i optyczne [9]. Ważną grupę sensorów optycznych stanową detektory promieniowania elektromagnetycznego, przekształcające sygnał optyczny w elektryczny, stosowane w systemach obserwacyjnych.



Na rysunku 1 przedstawiono schematycznie widmo fal elektromagnetycznych,


Rys. 1. Widmo fal elektromagnetycznych

Do urządzeń stosowanych w systemach obserwacyjnych należy zaliczyć: kamery TV światła dziennego, kamery niskiego poziomu oświetlenia (L3TV), noktowizory i kamery termowizyjne. Widmowy zakres pracy obserwacyjnych urządzeń optoelektronicznych obejmuje podczerwień (IR), zakres widzialny (VIS) i ultrafiolet (UV). Gwałtownie rozwijane są też technologie fal submilimetrowych w zakresie THz. Pasmo to zwane dawniej daleką podczerwienią, leży w obszarze częstotliwości 0,3 THz÷10 THz, inaczej od 300 GHz do 10 000 GHz widma fal elektromagnetycznych. Wypełnia ono obszar widmowy pomiędzy mikrofalami a podczerwienią.

Badania spektroskopowe w dziedzinie fal terahercowych pozwalają na wykrywanie różnego rodzaju substancji niebezpiecznych (np. materiałów wybuchowych) i narkotyków. Promieniowanie terahercowe przenika przez niektóre materiały (tekstylia, cienkie ścianki działowe), co zostało wykorzystane do konstrukcji urządzeń stosowanych w monitorowaniu zagrożeń bezpieczeństwa.

Widmowe pasmo podczerwieni podzielono umownie na cztery obszary. Pierwszy obszar (bliskiej podczerwieni NIR) ograniczony jest długościami fal 0.7 m do 1.1 m i jest zdominowany przez promieniowanie odbite słońca. W tym obszarze widma pracują systemy telewizji niskiego poziomu oświetlenia (L3TV), wzmacniacze obrazu oraz nocne systemy wizyjne. Drugi obszar ograniczony jest długościami fal od 1.1 m do 2.5 m i nazywany krótkofalowym obszarem podczerwieni (SWIR). Trzeci obszar średniofalowej podczerwieni (MWIR) ograniczony jest długościami fal od 2.5 m do 7.0 m. Zwykle obszar ten jest definiowany w granicach od 3 m do 5 m, ponieważ tłumienie atmosfery silnie ogranicza robocze pasmo tego obszaru. Podczerwień MWIR wykorzystywana głównie do wykrywania i obserwacji obiektów o podwyższonych temperaturach. Długofalowy obszar podczerwieni (LWIR) ograniczony jest długościami fal od 7 m do 14 m, ale również wykorzystywane praktycznie jest węższe pasmo tj. od 8 m do 12 m, głównie do wykrywania i obserwacji obiektów niskotemperaturowych.



Tak, jak obrazy kolorowe dają znacznie więcej użytecznych informacji niż czarno-białe, obrazowanie przy pomocy detektorów multispektralnych, czy nawet hiperspektralnych pracujących na wielu pasmach widmowych dostarcza więcej informacji niż konwencjonalne obrazy trójbarwne. Dlatego we współczesnych systemach obserwacyjnych do pasm widzialnych dodane są pasma w podczerwieni i w ultrafiolecie.

5. Podsumowanie
We współczesnych systemach monitorowania bezpieczeństwa obserwujemy integrację urządzeń wieloczujnikowych i wielowidmowych (multispektralnych, hiperspektralnych), które obejmują pasma radiokomunikacyjne, radarowe, optyczne UV-VIS-IR oraz pasmo THz. Systemy te efektywnie realizują funkcje obserwacji, wykrywania, rozpoznania i przeciwdziałania, na potrzeby platform lądowych, powietrznych i morskich (załogowych i bezzałogowych), krytycznej infrastruktury oraz ochrony indywidualnej.

Na rysunku 2 przedstawiono poglądowo główne obszary zastosowań systemów monitorowania zagrożeń bezpieczeństwa.

Rys. 2. Główne obszary zastosowań systemów monitorowania zagrożeń bezpieczeństwa

Rozwój nowoczesnych technologii, wspomagających służby państwowe w realizacji strategicznych zadań, ma charakter interdyscyplinarny i obejmuje wiele sektorów gospodarki oraz służb państwowych. W zakresie technologii komputerowego wspomagania procesów informacyjno – decyzyjnych ratownictwa, zarządzania kryzysowego oraz systemów dowodzenia, polską specjalnością mogą być: środowisko programowe do wytwarzania oprogramowania użytkowego, powielarne, zunifikowane moduły programowe wspomagania procesów informacyjno-decyzyjnych, stanowiące komponenty przy tworzeniu systemów, a także ich wytwarzanie. Wyselekcjonowane technologie, na rozwoju których powinien zostać skoncentrowany wysiłek badawczy, jako strategiczne i stanowiące w przyszłości polską specjalność, powinny być wspierane przez wieloletnie programy finansowane przez państwo i przemysł.



Literatura
1. Jane's NBC Protection Equipment 2001‑2002, Jane's Defence Data, 2001.

2. R. Harig and G. Matz, Toxic Cloud imaging by Infrared Spectrometry: A Scanning FTIR System for Identification and Visualization, Field analytical Chemistry and Technology 5(1-2), 75-90, 2001.

3. V.A. Kovalev, W.E. Eichinger, Elastic Lidar. Theory, Practice and Analysis Methods, J. Wiley Interscience Publication, 2004.

4. M. Szopa, Z. Mierczyk, M. Długaszek, Application of chosen laser techniques in environment analyses, Polish Journal of Environmental Studies, vol. 15, No.2A, 2006.

5. A. Gietka, Z. Mierczyk, M. Muzal, Optoelektroniczne systemy zdalnego wykrywania skażeń i zanieczyszczeń atmosfery, Biuletyn WAT, Vol. 55, Nr 2, 2006.

6. A. Beil, R.Daum, and T. Johnson, Detection of chemical agents in the atmosphere by passive IR remote sensing, in Internal Standardization and Calibration Architectures for Chemical Sensors, Ronald E. Shaffer, Radislav A. Potyrailo, Editors, Proceedings of SPIE Vol. 3856, 44-56, 2000.

7. J-M. Theriault, C. Bradette, and L. Moreau, Passive Remote Monitoring of Chemical Vapors with a Fourier Transform Infrared Spectrometer SPIE Vol. 4087 –Application of Photonic Technology 4, R.A. Lessard and G.A. Lampropoulos Editors, 2000.

8. G. Laufer, Passive stand-off detection of chemical vapors using differential absorption radiometry, Fifth Joint Conference on Standoff Detection for Chemical and Biological Defense, 2001.



9. L. Starostin, Z. Witkiewicz, S. Neffe, Analiza środków trujących. Współczesne wojskowe metody i środki detekcji i rozpoznania skażeń chemicznych. Wyd. WAT, 1995.






©operacji.org 2017
wyślij wiadomość

    Strona główna