Разработка методики проектирования системы безопасности объектов индивидуального строительства

Рынок недвижимости развивается в пашей стране более десяти лет, и сегодня можно говорить о реальной конкуренции в этой области, что стимулирует использование высоких технологий при проектировании и строительстве зданий. Дом становится целым комплексом, состоящим из множества инженерных и электронных систем, которые получили название «Электронный дом» (ЭД). Под ЭД понимают объект, включающий в себя всевозможную автоматику, для управления различными устройствами и системами объекта жилищного строительства, построенный па базе компьютерных технологий.

В настоящее время получили распространение названия подобных систем: «Умный дом», «Цифровой дом», «Интеллектуальное здание».

Понятие «Интеллектуальное здание» (ИЗ) возникло в связи с началом использования в строительной индустрии компьютерных технологий автоматизированных систем управления инженерным оборудованием многоэтажных домов, офисных зданий, объектов административного строительства.

На сегодняшний день лидирующее положение па российском рынке занимают иностранные фирмы — производители оборудования систем ЭД. Эти компании можно разделить на применяющие в разработках региональные протоколы (стандарты), например EIB, LonWorks, C-Bus, Х-10, и применяющие собственные закрытые протоколы передачи данных, например Crestron. Традиционное лидерство в этой области принадлежало крупным фирмам: Siemens, Crestron (АМХ), Andover Controls, Honeywell и др. [1].

В корпорации Microsoft создано подразделение, которое так и называетсяеНоше. Задачей подразделения является решение проблемы совмещения персонального компьютера (ПК) с устройствами по управлению жилищем и аппаратурой домашнего развлечения.

Компании Fujitsu, Gateway, HP, IBM, Intel, Kenwood и ряд других сформировали группу для работы над упрощением обмена информацией между бытовой электроникой и средствами вычислительной техники [2].

Имеющиеся разработки в области создания и управления системами ЭД, как правило, ориентированы либо на оборудование крупных объектов, которые можно отнести к системам ИЗ, или предназначены для оснащения небольших объектов индивидуального строительства [3,4].

Кроме того, несмотря на множество фирм, занимающихся этими разработками, созданием оборудования для задач управления, отсутствуют решения, в полпой мере учитывающие определенную специфику реализации систем ЭД для конкретного объекта индивидуального строительства, которые позволят человеку обеспечить комфортное существование в своем доме.

Каждая разработка систем ЭД представляет собой эксклюзивный продукт, отвечающим требованиям индивидуального заказчика, которые могут существенно отличаться друг от друга, как объемом функций, так и режимами их работы, и к тому же могут претерпевать значительные изменения, как на стадии проектирования, так и в процессе эксплуатации.

Практическая реализация системы ЭД, отражающей индивидуальные требования заказчика, может быть успешно решена лишь при создании системы автоматизированного проектирования. Данная система должна учитывать весь комплекс элементов проектирования — различные варианты оборудования, программное обеспечение, имеющиеся каналы связи и кабельные коммуникации, а также вопросы технологии строительства и пожелания заказчика по дизайну.

Современное общество все в большей мере сталкивается с проблемами обеспечения безопасности сформировавшихся в процессе созидательной деятельности человека социальных систем, что повлияло па необходимость тщательной проработки вопросов безопасности при проектировании систем ЭД. Безопасность — это состояние, при котором отсутствует недопустимый риск, связанный с причинением вреда жизни или здоровью граждан, имуществу физических или юридических лиц, государственному или муниципальному имуществу, окружающей среде, жизни или здоровью животных и растений [4]. Для охраны особо важных объектов существуют различного рода законы, ведомственные требования и инструкции по организации противостояния возможным или допустимым угрозам [5,6,7,8,9]. В результате анализа публикаций и работ, посвященных проектированию и оценке эффективности систем безопасности (СБ), можно выделить методику синтеза системы охраны важных объектов на базе концепции упреждающей защиты. Для анализа уязвимости крупных (корпоративных) объектов предложены методы экспертных оценок и компьютерного моделирования. В Зеленограде под руководством директора ГУП НТЦ «Элвис», д.т.и. Петричковичем Я. Я. разработаны и внедрены теоретические и практические принципы построения нового поколения электронных систем обеспечения безопасности на основе интеллектуальных датчиков обработки информации.

В связи со значительным осложнением криминогенной обстановки, методы и способы защиты особо важных объектов могут быть распространены на объекты общественного значения (школы, больницы, театры, гостиницы и т. п. объекты) [10]. В то же время, для обеспечения безопасности объектов индивидуального строительства нерационально напрямую использовать существующие модели и методики, поскольку, как показывает практика, это зачастую ведет с одной стороны к избыточности данных систем и их неоправданно высокой стоимости, а с другой стороны значительно ограничивает характеристики и параметры объектов индивидуального строительства, значительно увеличивает сроки их проектирования и реализации.

Одной из самых известных и подробных зарубежных методик анализа системы физической защиты является методика оценки вероятности перехвата нарушителеймодель (Estimate of adversary sequence interruption) [11]. Основой анализа систем физической защиты при использовании модели EASI являются:

— критерий своевременного обнаружения нарушителей;

— вероятностные характеристики обнаружения нарушителей техническими средствами;

— вероятностные характеристики пути движения нарушителя по территории охраняемого объекта;

— вероятностные характеристики времени развертывания сил охраны;

— вероятность установления связи передачи информации о сигнале тревоги.

Среди существующих отечественных методик можно выделить труды.

Воронежского государственного технического университета, посвященные разработкам моделей и алгоритмов автоматизированного проектирования систем охранной безопасности [12, 13].

Анализ существующих алгоритмов и методик проектирования систем безопасности позволил выделить их следующие недостатки:

— ориентация на неквалифицированных нарушителей;

— отсутствие формальных методик, позволяющих планировать ресурсы защиты от несанкционированных действий нарушителей;

— сложности оценок эффективности системы безопасности;

— избыточности данных систем, что ведет к их неоправданно высокой стоимости, значительному увеличению сроков проектирования и реализации.

Проведенный анализ выделенных недостатков существующих методик проектирования систем безопасности показал, что основной причиной наличия данных недостатков является отсутствие унифицированной модели системы безопасности, которая объединяла бы в себе все компоненты системы, оценивала потенциальный ущерб, учитывала возможные материальные вложения, распределяла усилия, давала дифференцированную оценку эффективности системы. Отсутствие подобной модели, а также методики оценки на ее основе уровня безопасности объекта, не позволяют грамотно и обоснованно провести все стадии проектирования системы с обеспечением заданного уровня безопасности.

Таким образом, разработка унифицированной модели системы безопасности объекта и проведение на ее основе всех стадий моделирования и оценки степени безопасности является актуальной темой.

В связи с этим, цслыо диссертационной работы является разработка методики проектирования системы безопасности объекта индивидуального строительства па основе унифицированной математической модели системы безопасности, а также разработка методики оценки безопасности объекта в рамках предложенной модели.

Предложенная методика с одной стороны, должна учитывать всевозможные характеристики и особенности различных объектов индивидуального строительства, административного или общественного здания, а с другой, быть ориентирована па заказчика, т. е. учитывать его пожелания. Особенности охраны и защиты жилого дома рассмотрены в литературе [14].

Кроме того, методика выбора технических средств комплекса оборудования в данной работе должна стать основой для создания информационной системы, которая позволит заказчику самостоятельно выбрать рациональный вариант электронного оборудования системы безопасности ЭД, получить техническую и цеповую характеристику его составляющих.

Объектом исследования диссертационной работы является система безопасности объекта индивидуального строительства, оснащенного системой ЭД.

Предметом исследования диссертационной работы является методика проектирования системы безопасности объекта индивидуального строительства, оснащенного системой ЭД.

Организация системы безопасности на объекте, оснащенном системой ЭД, и выбор варианта оборудования сопряжены с проблемой отсутствия на сегодняшний день четких рекомендаций и последовательности действий при проектировании системы безопасности для объектов индивидуального и муниципального строительства. Предложенные модели организации систем безопасности, прежде всего, ориентированы на достижение заданного уровня защиты, как правило, не учитывают возможные затраты и актуальны для значимых объектов стратегического и производственного строительства [15,16,17]. Система безопасности частных или муниципальных объектов, кроме обеспечения определенного уровня безопасности, должна учитывать характеристики объекта, пожелания и материальные возможности владельцев.

Научная актуальность темы обусловлена необходимостью решения научной проблемы разработки унифицированной модели системы безопасности объекта и проведение на ее основе всех стадий моделирования и оценки степени безопасности. В процессе исследований и разработок получены следующие новые научные результаты:

— разработана концепция системы безопасности объекта индивидуального строительства;

— разработана унифицированная математическая модель системы безопасности объекта защиты;

— разработана методика структурно-параметрического синтеза системы безопасности;

— разработана методика анализа и оценки уязвимости объекта защиты;

— разработана методика дифференцированной оценки безопасности объекта защиты;

— предложены и исследованы прямые методы многокритериальной оценки альтернатив для реализации приоритетного выбора комплекса технических средств системы безопасности;

— разработан алгоритм проектирования рационального варианта оборудования рубежей защиты на основе прямых методов многокритериальной оценки альтернатив;

— разработана методика расчета надежности рубежей защиты объекта.

Исходя из указанной цели исследования и сформулированной научной проблемы, основными задачами диссертационной работы являются:

1) анализ и классификация существующих и перспективных систем управления.

ЭД;

2) анализ, классификация и выделение функций безопасности систем управления.

ЭД;

3) исследование системных связей и закономерностей функционирования компонентов безопасности;

4) выделение специфических особенностей системы безопасности объекта, оснащенного системой ЭД, относящегося к числу объектов индивидуального строительства;

5) разработка концепции системы безопасности ЭД;

6) разработка унифицированной математической модели системы безопасности;

7) разработка методики структурно-параметрического синтеза системы;

8) разработка методики анализа уязвимости объекта защиты:

— определение категории объекта защиты на основе экспертного анализа;

— моделирование угроз безопасности;

— разработка методики оценки уязвимости зон объекта защиты;

9) разработка методики оценки безопасности объекта па основе выбранной модели безопасности:

— оценка необходимого количества рубежей защиты и определение их приоритета;

— анализ методов принятия решений при проектировании комплекса технических средств рубежей защиты;

— разработка методики проектирования комплекса технических средств рубежей защиты;

— разработка программного обеспечения реализации методики проектирования комплекса технических средств рубежей защиты;

10) оценка достоверности предложенной модели и методики оценки безопасности:

— разработка метода расчета надежности рубежей защиты;

— оценка эффективности модели системы безопасности;

11) внедрение результатов исследований и разработанного программного обеспечения в процесс проектирования систем безопасности.

Для решеиия поставленных задач в работе использовались фундаментальные положения теории вероятности, теории надежности, теории алгоритмов, теории экспертных оценок. При решении частных задач применялись методы теории принятия решений и теории массового обслуживания.

На защиту выносятся следующие положения:

1) концепция и структура системы безопасности объекта индивидуального строительства, оснащенного системой ЭД;

2) унифицированная модель системы безопасности объекта защиты;

3) методика структурно-параметрического синтеза системы безопасности;

4) методика анализа и оценки уязвимости объекта;

5) метод категорироваиия зон объекта защиты;

6) методика оценки безопасности объекта в рамках предложенной модели для объектов индивидуального строительства;

7) алгоритм оценок и выбора рационального варианта оборудования рубежа защиты на примере выбора системы охраны периметра (СОП) для объекта защиты с учетом его характеристик и условий эксплуатации;

8) комплекс программ и методик проектирования варианта оборудования системы безопасности на примере выбора СОП.

Практическая полезность работы. Совокупность разработанных в диссертации положений, методик, моделей, программ и методических указаний позволяет применять их на всех этапах моделирования и оценки степени безопасности разрабатываемых объектов, что, в свою очередь, обеспечивает сокращения сроков проектирования, повышения достоверности получаемых оценок, снижение затрат на разработку и создание системы безопасности требуемого уровня для объектов индивидуального строительства.

Предложенная унифицированная модель системы безопасности и разработанная на ее основе методика моделирования и оценки степени безопасности позволили:

— сократить время на проектирование системы безопасности в целом на 18−34%;

— повысить достоверность оценки проектируемой системы безопасности на 1620%;

— сократить затраты на создание и оборудование рубежей защиты при условии достижения требуемого уровня безопасности на 15−18%.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы нашли практическое применение в ГУП НПЦ «ЭЛВИС» при проведении анализа эффективности интегрированной системы безопасности Огуе11, в научно-исследовательском отделе Военной академии воздушнокосмической обороны при выборе средств защиты учебных командных пунктов (УКП).

Результаты работы используются также в учебном процессе кафедры «Вычислительная техника» Московского государственного института электронной техники.

Внедрение результатов диссертационной работы подтверждено соответствующими актами.

Разработанное программное обеспечение «Выбор системы охраны периметра по заданным условиям» защищено свидетельством об официальной регистрации программ для ЭВМ № 2 006 611 041 Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.

Апробация работы. По теме диссертации делались сообщения и доклады па Всероссийских межвузовских научно-технических конференциях студентов и аспирантов, военно-научной конференции в 2004 — 2006 гг. Положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

— 11-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика» (Москва, МИЭТ, 2004);

— 12-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика» (Москва, МИЭТ, 2005);

— 13-я военно-научная конференции (Смоленск, ВУ ПВО ВС РФ, 2005);

— 5-я Международная научно-техническая конференция «Электроника и информатика» (Москва, МИЭТ, 2005);

— 13-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика» (Москва, МИЭТ, 2006).

— 5-я Всероссийская научно-практическая конференция «Правовая охрана интеллектуальной собственности в современных технологиях» (Москва, МИЭТ, 2006).

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 9 научных работах, в том числе 1 работа опубликована в рецензированном журнале (в соответствии со списком ВАК РФ). Все работы опубликованы без соавторов. Получено свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 99 наименований и 10 приложений. Работа изложена па 165 страницах (117 страниц основного текста), содержит 11 таблиц и 36 рисунков.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4.

1. Представлены основные результаты экспериментальных оценок теоретических положений диссертационной работы и предложенной методики проектирования системы безопасности объектов.

2. На основе методики проектирования системы охраны периметра проведено проектирование технических средств рубежей защиты с учетом с учетом условий применения средств обнаружения, климатических и помеховых факторов, а также с учетом способов возможных действий определенных категорий нарушителя и финансовых возможностей заказчика.

3. В рамках предложенной методики была разработана база данных для проектирования СОП.

4. На основе структуры базы данных разработан программный комплекс проектирования СОП.

5. На основе разработанного программного комплекса был проведен сравнительный анализ разработанной методики проектирования систем безопасности с существующими системами проектирования.

6. В целом, результаты моделирования и внедрения показали, что предложенная унифицированная модель системы безопасности и разработанная на ее основе методика моделирования и оценки степени безопасности позволили:

— сократить время на проектирование системы безопасности на 18−34%;

— повысить достоверность оценки проектируемой системы безопасности на 1620%;

— сократить затраты на создание и оборудование рубежей защиты при условии достижения требуемого уровня безопасности на 15−18%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В итоге исследований, отраженных в данной диссертационной работе, получены следующие результаты, обладающие научной новизной и практической значимостью:

1) проведены анализ и классификация существующих и перспективных систем управления ЭД;

2) проведены анализ и классификация функций безопасности объекта, оснащенного системой ЭД, относящегося к числу объектов индивидуального строительства;

3) разработана концепция системы безопасности ЭД;

4) разработана унифицированная математическая модель системы безопасности объекта защиты;

5) разработана методика структурно-параметрического синтеза системы безопасности;

6) разработана методика анализа уязвимости объекта на основе экспертного анализа;

7) разработана методика дифференцированной оценки безопасности объекта на основе выбранной модели системы безопасности;

8) проведен анализ методов принятия решений при проектировании комплекса технических средств рубежей защиты;

9) разработан алгоритм проектирования комплекса технических средств рубежей защиты;

10) разработан метод расчета надежности рубежей защиты;

11) создано и защищено авторским свидетельством об официальной регистрации программ для ЭВМ № 2 006 611 041 Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам программное обеспечение выбора СОП для объекта защиты с учетом его характеристик и условий эксплуатации.

Результаты диссертационной работы нашли практическое применение в ГУП НПЦ «ЭЛВИС» при проведении анализа эффективности интегрированной системы безопасности Orwell, в научно-исследовательском отделе Военной академии воздушнокосмической обороны при выборе средств защиты учебных командных пунктов (УКП). Результаты работы используются также в учебном процессе кафедры «Вычислительная техника» Московского государственного института электронной техники.

Таким образом, была достигнута цель, поставленная во введении к данной работе, состоящая в разработке методики проектирования системы безопасности объекта индивидуального строительства на основе унифицированной математической модели системы безопасности, а также в разработке методики оценки безопасности объекта в рамках предложенной модели.