Ochrona zewnętrzna domu i posesji

W dzisiejszych czasach, w których stale rośnie wskaźnik przestępczości, system sygnalizacji włamania i napadu (SSWiN) stał się elementem koniecznym każdego domu, mieszkania czy obiektu komercyjnego. Coraz bardziej wyrafi nowane systemy alarmowe w znaczący sposób zwiększają bezpieczeństwo osób i mienia. Rozwój elektronicznych systemów gwarantuje coraz większą skuteczność wykrywania i wysoką odporność na występowanie fałszywych alarmów. Z biegiem lat stają się one coraz bardziej ogólnodostępne. Na pewno przekłada się to w znaczący sposób na spadek liczby przestępstw mających największe znaczenie dla poczucia bezpieczeństwa społeczeństvwa, a mianowicie kradzieży i włamań. Poziom tego typu przestępstw jest jednak wciąż dość wysoki i, jak wynika ze statystyk policyjnych, codziennie 70 domów, mieszkań i domków letniskowych w Polsce pada ofi arą kradzieży z włamaniem.

Wraz z rozwojem systemów sygnalizacji włamania i napadu wzrastają również oczekiwania klientów końcowych. To z jednej strony sprzyja edukacji osób odpowiedzialnych za sprzedaż i instalację, a z drugiej generuje coraz ciekawsze rozwiązania wprowadzane przez producentów, którzy prześcigają się, aby sprostać stawianym oczekiwaniom.

W niniejszym artykule chciałbym skupić się na zagadnieniach związanych z ochroną zewnętrzną, która staje się coraz bardziej popularna także w przypadku domów i posesji. Od dawna dostępne są systemy ochrony perymetrycznej wykorzystujące różne zjawiska fi zyczne. Niegdyś były to przede wszystkim systemy powstające na potrzeby wojska, które następnie były adaptowane do zastosowań komercyjnych. Znacząca większość tych systemów powstała do ochrony rozległych obiektów, takich jak bazy wojskowe czy granice państw. Ze względu na środowisko stosowania i sposób instalacji systemy ochrony zewnętrznej możemy podzielić jak niżej.

1. Systemy ogrodzeniowe instalowane na wewnętrznym ogrodzeniu obwodnicy:

1. kablowe tryboelektryczne,
2. kablowe mikrofonowe,
3. kablowe światłowodowe natężeniowe i interferometryczne,
4. kablowe elektromagnetyczne,
5. czujniki piezoelektryczne punktowe,
6. ogrodzenie aktywne – z wmontowanymi czujnikami mechaniczno-elektrycznymi.

2. Systemy naziemne:

1. aktywne bariery mikrofalowe,
2. aktywne bariery podczerwieni,
3. pasywne czujki podczerwieni,
4. dualne czujki PIR/MW
5. radary mikrofalowe,
6. radary laserowe.

3. Systemy ziemne:

1. kablowe elektryczne aktywne (pole elektryczne),
2. kablowe magnetyczne pasywne (pole magnetyczne),
3. kablowe światłowodowe naciskowe,
4. kablowe elektromagnetyczne naciskowe,
5. czujniki sejsmiczne.

Wymienione systemy są szeroko wykorzystywane w obiektach militarnych, ochrony lotnisk czy granic. Każde rozwiązanie ma swoje wady i zalety. Co więcej, systemy ochrony zewnętrznej ze względu na ciężkie warunki pracy są systemami bardzo złożonymi technicznie, często trudnymi w instalacji oraz dość drogimi. Są to czynniki, które wielu użytkowników i instalatorów odstraszają.

Ze względu na trudne warunki pracy i w celu ograniczenia występowania fałszywych alarmów z reguły stosuje się dwa zewnętrzne systemy ostrzegawcze – system ogrodzeniowy i naziemny lub ziemny. Dodatkowo sprzęga się je z systemem telewizji dozorowej w celu weryfi kacji alarmu. Takie rozwiązanie ochrony zewnętrznej jest zwykle stosowane do ochrony obiektów specjalnych. Na potrzeby ochrony zewnętrznej standardowej posesji czy domku jednorodzinnego stosuje się sprawdzone i przeznaczone do tego typu obiektów rozwiązania; są to głównie systemy naziemne. Najszerzej stosowane z nich to kolejno:

• czujki dualne PIR/MW,
• aktywne bariery podczerwieni,
• pasywne czujki podczerwieni,
• aktywne bariery mikrofalowe.

Poniżej zostaną omówione najbardziej popularne rozwiązania, czyli czujki ruchu oraz bariery podczerwieni.

Aktywne bariery podczerwieni

Aktywne bariery podczerwieni składają się z co najmniej dwóch urządzeń: nadajnika i odbiornika, zainstalowanych naprzeciw siebie. W nadajniku jest wbudowana dioda elektroluminescencyjna (LED – GaAlAs) emitująca podczerwień z zakresu 0,85–0,95 μm.

Każdy nadajnik posiada wbudowany układ optyczny, za pomocą którego ogniskuje wiązkę podczerwieni na powierzchnię odbiornika. W odbiorniku znajduje się fotodioda krzemowa typu p-i-n. Ze względu na duże natężenie promieniowania LED oraz niewielką powierzchnię światłoczułą diody stosuje się specjalne układy optyczne zwiększające powierzchnię odbioru. W związku z tym zwiększa się również moc promieniowania padającego na powierzchnię fotodiody. Układy te stanowią również fi ltr optyczny mający na celu uodpornienie bariery na zakłócenia, takie jak oświetlenie światłem słonecznym lub próba oślepienia (np. latarką).

Bardzo ważnym elementem jest również stosowanie w barierach szyfrowania i zapisywania w odbiorniku charakterystyki nadawanego sygnału z nadajnika. Stosuje się synchroniczną modulację impulsową, która jest charakterystyczna dla konkretnego nadajnika i odbiornika. Odbiornik porównuje sygnał odebrany w postaci ciągu impulsów z zapisanym sygnałem wzorcowym od „swojego” nadajnika. Uniemożliwia to ingerencję osób postronnych, chcących obejść system przez oświetlenie odbiornika promieniami podczerwonymi.

Przy projektowaniu i instalacji barier podczerwieni należy zapewnić ich niezakłóconą pracę. Działanie tych urządzeń może być zakłócone przez rosnące krzaki, drzewa czy wysoką trawę, a także warunki atmosferyczne, np. mgłę, która może w znaczący sposób absorbować promieniowanie podczerwieni. Należy ściśle przestrzegać następujących reguł:

• nadajnik i odbiornik zawsze muszą się „widzieć” (na linii nadajnik – odbiornik musi być zapewniona widoczność, niezakłócona przez roślinność, nierówności terenu czy inne obiekty),
• bariery muszą być przystosowane do pracy w warunkach zewnętrznych,
• należy przestrzegać określonych w instrukcji maksymalnych odległości między nadajnikiem i odbiornikiem, aby zapewnić niezakłóconą pracę barier,
• nie należy montować nadajnika narażonego na bezpośrednie oślepienie przez inne źródła światła,
• w przypadku braku szyfrowania należy unikać krzyżowania się wiązek, które w przypadku zgodnych faz mogą wzbudzać fałszywy alarm.

Specyfika działania aktywnych barier podczerwieni jest obszernym tematem, jednak rozumiejąc ich sposób funkcjonowania oraz przestrzegając wyżej wymienionych reguł można z powodzeniem zaprojektować skuteczny system z wykorzystaniem tych urządzeń.

Czujki zewnętrzne

Najpowszechniej stosowanymi czujkami do ochrony wewnętrznej są pasywne czujki podczerwieni (PIR czyli PCP) oraz czujki zespolone – PIR z czujnikiem mikrofalowym, które są również wykorzystywane do zastosowań zewnętrznych. Ze względu na bardzo ciężkie warunki pracy czujki zewnętrzne, choć bazują na tych samych zależnościach fi - zycznych, są o wiele bardziej zaawansowanymi urządzeniami. W przypadku ochrony zewnętrznej zaleca się stosowanie czujek dualnych pracujących w trybie AND, czyli wywołujących alarm na podstawie informacji z obu detektorów – PIR i MW (mikrofala).

Wielu producentów wprowadza na rynek czujki zewnętrzne PIR, często z poczwórnym piroelementem, polecane i chwalone przez instalatorów. Czujki te są zaawansowane technologicznie i gwarantują minimalizację występowania fałszywych alarmów. Posiadają funkcję analizy sygnału, są odpowiednio uszczelnione i przystosowane. Natomiast w przypadku pracy w trudnym środowisku zewnętrznym czujki powinny mieć bardzo dużą tolerancję warunków pracy. Dlatego czujka generująca alarm na podstawie informacji uzyskanej tylko z torów PIR, w zastosowaniach, w których muszą być tolerowane podmuchy powietrza, zmiany temperatur, odbijające oświetlenie czy drobne zwierzęta, będzie bardzo zawodna. Wielu producentów chwali się, że oferowane przez nich zewnętrzne czujki PIR są odporne na zwierzęta domowe. W takiej sytuacji warto się zastanowić, czy czujki, które generują alarm, wykorzystując tylko pasywną podczerwień, i mają dużą tolerancję w odniesieniu do różnych warunków pracy, będą reagowały właściwie, gdy intruzem będzie niewysoki człowiek.

Z tym tokiem rozumowania nie wszyscy muszą się zgodzić, natomiast pewne jest to, że im więcej informacji w systemach ochrony jest poddanych analizie, tym system jest skuteczniejszy. W przypadku zastosowania do ochrony zewnętrznej czujki dualnej alarm jest generowany w wyniku wykorzystania dwóch niezależnych technologii.

Przy wyborze czujki ważne jest, aby była ona wykonana z jak najlepszych materiałów, gdyż musi funkcjonować w silnym nasłonecznieniu, jak również w niskich temperaturach. Takie warunki pracy sprzyjają zmęczeniu materiału. Ważnym elementem jest optyka, która, jak wcześniej wspomniano, oprócz zadania ogniskowania promieniowania podczerwieni na piroelemencie pełni również rolę fi ltra. W nowoczesnych czujkach stosuje się zaawansowane technologie przetwarzania sygnałów PIR i mikrofali, wykorzystujące różne parametry.

Aby zapewnić stabilną i efektywną pracę czujki, należy zwrócić uwagę na takie czynniki, jak:

• miejsce umieszczenia czujki – takie, aby czujka była skuteczna; powinna być zamontowana jak pułapka, należy przewidzieć ewentualne miejsca wtargnięcia intruza, aby w sposób maksymalny wykorzystać właściwości detektora;
• wysokość instalacji – zgodna z instrukcją instalacji, taka, aby nie powstawały martwe strefy;
• rodzaj podłoża – instalacja powinna zostać wykonana na stabilnym podłożu;
• eliminacja (o ile to możliwe) źródeł fałszywych alarmów, takich jak bezpośrednie oślepianie czujki czy wentylatora powietrza; mimo odporności na niesprzyjające warunki nie należy niepotrzebnie obciążać procesora czujki;
• wzajemna ochrona – czujki powinny być skierowane w tym samym kierunku, aby każda kolejna czujka „patrzyła” na tył następnej i chroniła przed nieuprawnionym podejściem z boku detektora;
• ustawienia i regulacja obszaru chronionego (przydatny jest do tego tzw. walk test);
• odpowiedni montaż przewodów, puszek itp.

Przykładowe rozwiązanie zabezpieczenia zewnętrznego domku jednorodzinnego

Nie istnieją algorytmy, na bazie których można byłoby zaproponować najlepszy i najskuteczniejszy system bezpieczeństwa. Do każdego obiektu należy podchodzić indywidualnie, aby uniknąć popadnięcia w rutynę. Proces projektowania można natomiast podzielić na kolejne fazy, które w większości inwestycji należy wykonać:

• I faza: doradztwo (analiza zagrożeń, a następnie analiza słabych punktów, analiza ryzyka);
• II faza: planowanie systemu – koncepcja i wstępny kosztorys, alternatywne rozwiązania, ocena, wybór wariantu, opracowanie koncepcji systemu;
• III faza: projektowanie – konfi guracja systemu, planowanie szczegółów (montaż, materiały, instalacja, uruchomienie, szkolenie, harmonogram prac), projekt techniczny, kosztorysy, termin realizacji;
• IV faza: realizacja i uruchomienie systemu – dostawa, montaż, uruchomienie, szkolenie, dokumentacja powykonawcza;
• V faza: obsługa systemu – praca systemu, konserwacja i serwis systemu, dozór obiektu.

Mając na uwadze przedstawiony powyżej sposób postępowania, chciałbym przedstawić praktyczne zastosowanie wcześniej omówionych urządzeń w przypadku zabezpieczania przykładowego domu jednorodzinnego usytuowanego na działce o kształcie prostokąta i wymiarach 60 m x 50 m. Przeprowadzona analiza funkcjonalna i czynnikowa wykazała wysoki stopień zagrożenia działaniami przestępczymi. Działka ogrodzona jest płotem z siatki metalowej o wysokości 2 m. Zdecydowano się na zaprojektowanie ochrony zewnętrznej bazującej na aktywnych barierach podczerwieni DS484Q oraz zewnętrznych czujkach dualnych OD850 fi rmy Bosch.

Projekt rozmieszczenia barier podczerwieni został przedstawiony na rys. 3. Są to czterowiązkowe bariery przystosowane do pracy w warunkach zewnętrznych. Ich olbrzymią zaletą jest możliwość ustawienia pracy AND lub OR, czyli wywołanie alarmu może być spowodowane przecięciem wszystkich czterech wiązek albo też dwóch górnych lub dwóch dolnych wiązek. Bariery Bosch są wyposażone również w obwód dyskryminatora czynników środowiskowych. Monitorują stopniową utratę sygnału spowodowaną kurzem, mgłą, śniegiem, deszczem itp., odpowiednio nadzorując i automatycznie regulując wzmocnienie wiązki. Gwarantuje to poprawną pracę nawet w skrajnie niekorzystnych warunkach. Specjalne wyjście typu NC zmienia swój stan, gdy utrata sygnału wynosi 90%. Bariery umożliwiają również pracę wielokanałową – do wyboru jest aż osiem różnych kanałów (osiem różnych częstotliwości wiązki). Pozwala to na korzystanie z wielu barier zainstalowanych blisko siebie przy eliminacji ryzyka interferencji i wystąpienia fałszywego alarmu. Konstrukcja barier została zaprojektowana w taki sposób, aby maksymalnie ułatwić instalację i zestrojenie barier dzięki wbudowanej diodzie sygnalizacyjnej LED alarmu, wewnętrznej diodzie LED zasilania nadajnika, diodzie LED poziomu zestrojenia, wyjścia napięciowego oraz sygnalizatora dźwiękowego w odbiorniku.

Do bezpośredniej ochrony obiektu zastosowano zewnętrzne czujki dualne OD850, które zostały już sprawdzone na polskim rynku i są idealnym rozwiązaniem do tego typu obiektów. Montaż czujek został dokonany z uwzględnieniem fi zycznego obrysu budynku, przez co osiągnięto pełne pokrycie obszaru wokół chronionego obiektu. Czujki OD850 cechuje przede wszystkim najwyższa jakość zastosowanych materiałów oraz inteligentna analiza sygnałów PIR za pomocą technologii Motion Analyzer II. Sygnały mikrofalowe są analizowane dzięki technologii LTD (Linear Travel Distance). Dzięki temu detektory są w stanie odróżnić małe, powtarzające się ruchy, np. kołysanie się drzew na wietrze, od ruchu intruza.

Dzięki technologii Motion Analyzer II uaktywnienie alarmu następuje w wyniku analiz taktowania, amplitudy, czasu trwania i polaryzacji sygnału, wykonywanych przy użyciu różnych progów i okien czasowych detektora PIR. Dzięki temu ekstremalnie wysokie lub niskie temperatury spowodowane podmuchami gorącego i zimnego powietrza, zaburzenia oświetlenia promieniami słonecznymi czy wyładowania atmosferyczne nie powodują generowania fałszywych alarmów.

Istotą technologii LTD jest przetwarzanie sygnału mikrofalowego przez mikroprocesor, który podejmuje decyzję o wygenerowaniu alarmu na podstawie pomiaru długości przemieszczenia liniowego celu. Zapobiega to wywoływaniu alarmu przez obiekty, które wprawdzie się poruszają, ale nie przemieszczają, takie jak gałęzie drzew czy wiszące szyldy. Dodatkowo istnieje możliwość regulacji czułości detektora PIR w zależności od środowiska pracy czujek.

Tak szczegółowa i zaawansowana obróbka sygnału oznacza, że czujki posiadają wbudowaną „inteligencję” i dzięki temu są w stanie odróżnić właściwe zagrożenia od źródeł fałszywych alarmów. Co więcej, czujki są bardzo uniwersalne i można je stosować właściwie w każdym typie obiektu.

Podsumowanie

Dobrze zaprojektowany system ochrony obiektu powinien tak funkcjonować, aby czas sforsowania zabezpieczeń mechanicznych przez intruza był dłuższy od sumarycznego czasu zadziałania systemu sygnalizacji alarmu i dotarcia załóg interwencyjnych.

System ochrony zewnętrznej w znaczący sposób podnosi wartość zainstalowanego systemu oraz skraca czas wczesnego wykrycia, co zwiększa możliwość reakcji, zanim intruz wyrządzi szkody. Do zalet stosowania ochrony zewnętrznej w obiekcie nie trzeba nikogo przekonywać. Oczywiście, jak każde rozwiązanie, ma ono również sporo wad, ale, jak wiadomo, nie ma rozwiązań idealnych. Wskazówki, które zostały przedstawione w artykule, na pewno będą pomocne przy wyborze odpowiednich urządzeń, a zawarte w nim sugestie mogą pomóc przy proponowaniu konkretnego rozwiązania.

Należy pamiętać, że system bezpieczeństwa to nie tylko elektroniczne systemy ostrzegawcze, ale również zabezpieczenia mechaniczne, wprowadzone procedury i zasady dla użytkowników obiektu oraz ich świadomość jako integralnej części systemu bezpieczeństwa.

W artykule zostały przedstawione w ogólny sposób pewne zasady i reguły, jakimi należy się kierować przy projektowaniu, doborze urządzeń i instalacji. Jednak wszystkie te elementy nie zastąpią profesjonalnych szkoleń z tej dziedziny, organizowanych przez różne instytucje. Zapraszamy do odwiedzenia naszej strony internetowej www.boschsecurity.pl oraz do udziału w organizowanych przez nas bezpłatnych szkoleniach, dotyczących produktów z pełnej oferty rynku systemów zabezpieczeń.

Krzysztof Kostecki
Bosch Security Systems

Zabezpieczenia 5/2008