Οι σύγχρονοι αισθητήρες ως ανιχνευτές εισβολής και περιμετρικής προστασίας

Η προστασία εξωτερικών χώρων και ειδικότερα της περιμέτρου των εγκαταστάσεων, αποτελεί πάντα ένα βασικό τομέα εφαρμογών των συστημάτων ασφάλειας. Κύριος στόχος ήταν και παραμένει, ο έγκαιρος και αξιόπιστος εντοπισμός πιθανών εισβολέων σε μια εγκατάσταση, προτού αυτοί εισέρθουν σε μια προστατευόμενη περιοχή. Ας δούμε λοιπόν κάποιες βασικές κατηγορίες λύσεων ανιχνευτών που υπάρχουν για αυτό το σκοπό.

του Δημήτρη Θωμαδάκη

Οι εξελίξεις στη τεχνολογία των συστημάτων ασφάλειας που προορίζονται για το σκοπό της αποτροπής εισβολών και περιμετρικής προστασίας, είναι πολλές και σημαντικές τα τελευταία χρόνια σε όλους τους επιμέρους τομείς των συστημάτων.

Δηλαδή και στις εφαρμογές συστημάτων συναγερμού αλλά και στο τομέα βιντεοεπιτήρησης και των λύσεων ελέγχου πρόσβασης, καθώς επίσης και σε ολοκληρωμένες συνδυαστικές λύσεις που τα τελευταία χρόνια αναπτύσσονται στα πλαίσια της ευρύτερης έννοιας του Integration.

Στο συγκεκριμένο άρθρο θα επικεντρωθούμε στις λύσεις ανιχνευτών παθητικών και ενεργών υπερύθρων (passive & active infrared – PIR & AIR) καθώς και στους έξυπνους ανιχνευτές τύπου LIDAR (Light Detection and Ranging), σε αισθητήρες radar και οπτικών ινών, εξετάζοντας τις κατάλληλες επιλογές ανάλογα την εγκατάσταση που απευθύνονται.

PIR – Η κλασική επιλογή για μικρομεσαίες εγκαταστάσεις

Όταν πρόκειται για οικιακές εγκαταστάσεις ή ακόμα και μικρές επιχειρήσεις που απαιτούν ανίχνευση κίνησης στο εξωτερικό περιβάλλον και στην περίμετρο σε μικρή σχετικά εμβέλεια, η παραδοσιακή επιλογή είναι οι γνωστοί σε όλους μας ανιχνευτές παθητικών υπερύθρων Passive IR (PIR). Οι ανιχνευτές παθητικών υπερύθρων PIR λαμβάνουν τη θερμική ακτινοβολία που εκπέμπεται από όλα τα σώματα των ανθρώπων ή των ζώων και ανιχνεύουν τις μικρές μεταβολές θερμοκρασίας που δημιουργούνται όταν κάποιος στόχος εισέρχεται ή κινείται σε μια προκαθορισμένη περιοχή.

Κατά την εγκατάσταση ενός ανιχνευτή PIR σε εξωτερικό περιβάλλον, είναι σημαντικό να γνωρίζουμε ότι η λειτουργία τους θα πρέπει να μην επηρεάζεται από πηγές υψηλής θερμότητας ή αντανακλάσεις, όπως αυτές που προκαλούνται από μονάδες κλιματισμού ή επιφάνειες που αντανακλούν έντονα το ηλιακό φως. Εάν αυτό δεν είναι εφικτό, θα πρέπει να προβλέπεται η χρήση αισθητήρων διπλής τεχνολογίας που συνδυάζουν παθητικά υπέρυθρα με μικροκύματα. Τα PIR μικρής εμβέλειας μπορούν συνήθως να καλύψουν περιοχές, που κυμαίνονται μεταξύ 15 μέτρων με ευρεία γωνία ή 24 μέτρων με στενότερη γωνία.

Κατά την επιλογή αυτών των αισθητήρων, θα πρέπει να εξεταστούν μια σειρά από χαρακτηριστικά που διακρίνουν την αξιοπιστία και την αποτελεσματικότητα τους, όπως είναι φυσικά, η απόδοση τους σχετικά με την ανοχή σε μικρά ζώα ώστε να μην ενεργοποιείται συναγερμός από κατοικίδια ή άλλες αιτίες που προκαλούν ψευδοσυναγερμούς. Επίσης, ιδιαίτερα σημαντική, είναι η διπλή αγώγιμη θωράκιση για την προστασία από τις ακτίνες του ήλιου ή τους προβολείς οχημάτων, ώστε να εξασφαλίζεται η σταθερότητα λειτουργίας. Με τη σωστή ρύθμιση των οπτικών τους, οι παθητικοί υπέρυθροι ανιχνευτές μπορούν καλύψουν και εφαρμογές ανίχνευσης καλύτερης εμβέλειας.

Τα περισσότερα μοντέλα PIR μεγάλης εμβέλειας, έχουν δυνατότητα να προσφέρουν ανίχνευση στόχων, σε αποστάσεις μεταξύ 30 και 50 μέτρων, ενώ κάποια συστήματα έχουν σχεδιαστεί και για αποστάσεις 100 μέτρων σε ιδανικές συνθήκες. Τα συστήματα ανίχνευσης PIR μεγάλων αποστάσεων συνδέονται και με συστήματα CCTV παρέχονται ογκομετρική ανάλυση σε μια ευρεία περιοχή, όπως για παράδειγμα μπορεί να είναι ένα παρκινγκ ή και άλλοι υπαίθριοι χώροι. Σε αυτή την περίπτωση, η ζώνη ανίχνευσης του κάθε αισθητήρα συνήθως ρυθμίζεται ώστε να ταιριάζει με το οπτικό πεδίο των καμερών και να παρέχει στο προσωπικό ασφάλειας μια ολοκληρωμένη εικόνα για το τι μπορεί να συμβεί σε μια φυλασσόμενη περιοχή.

Photoelectric Beams – Ενεργά υπέρυθρα για μεγάλες αποστάσεις

Σχετικά τώρα με τα συστήματα ανιχνευτών ενεργών υπερύθρων, γνωρίζουμε ότι είναι τα πλέον κατάλληλα για να καλύψουν τις απαιτήσεις των εφαρμογών περιμετρικής προστασίας και να υποστηρίξουν ανίχνευση εισβολών σε αποστάσεις που κυμαίνονται από λίγα μέτρα μέχρι και 200 μέτρα με τη χρήση ενός ζεύγους συστημάτων δέσμης ή όπως τα ξέρουμε Photoelectric Beams. Για την κάλυψη μεγαλυτέρων αποστάσεων -όταν χρειάζεται- τοποθετούνται περισσότερες σειρές από ζεύγη τέτοιων συστημάτων.
Ο τρόπος λειτουργίας τους είναι απλός και γνωστός. Υπάρχει ο πομπός που εκπέμπει τα σήματα με τις υπέρυθρες δέσμες και ο δέκτης που λαμβάνει αυτά τα σήματα αξιοποιώντας φωτοδίοδο ή φωτοηλεκτρικό κύτταρο, όπως αλλιώς λέγεται, σχηματίζοντας έτσι ένα ηλεκτρονικό αόρατο εικονικό φράγμα. Αν αυτό το φράγμα, δηλαδή οι ακτίνες, διακοπούν τότε σημαίνει ότι κάποιος έχει προσπαθήσει να εισέλθει στη προστατευόμενη περιοχή που ορίζεται από τις δέσμες και άμεσα ενεργοποιείται σήμα συναγερμού, προκειμένου να αξιολογηθεί η κατάσταση και το κάθε συμβάν.

Κομβικός παράγοντας επιτυχούς ανάπτυξης ενός έργου βασισμένου σε υπέρυθρα beams, είναι η σωστή ρύθμιση και τοποθέτηση τους, ώστε να επιτευχθεί η απόλυτη ευθυγράμμιση των ακτινών μεταξύ πομπού και δέκτη. Οποιαδήποτε εμπόδια στην οπτική επαφή μεταξύ αυτών όπως μπορεί να είναι η βλάστηση ή άλλοι παράγοντες που μπορούν να προκαλέσουν την μη σωστή ευθυγράμμιση, θέτουν όπως είναι λογικό σε αμφισβήτηση την αποτελεσματικότητα και την ασφάλεια του συστήματος.

Εάν οι δέσμες είναι τοποθετημένες σε ένα περιβάλλον όπου υπάρχουν ζώα ή γενικότερα άλλοι φυσικοί παράγοντες, υπάρχουν επιλογές ρυθμίσεων ώστε ο χρόνος διακοπής των δεσμών να λαμβάνεται υπόψη καθώς επίσης και συστήματα με δυνατότητα εκπομπής πολλών δεσμών ταυτόχρονα ώστε να ενεργοποιείται συναγερμός μόνο στη περίπτωση που διακοπούν όλες μαζί.

Η τεχνολογία ενεργών υπερύθρων δεν βασίζεται στη θερμοκρασία και ως εκ τούτου δεν επηρεάζεται από τις περιβαλλοντικές συνθήκες ακόμα και σε περιοχές με πολύ υψηλή θερμοκρασία εφάμιλλες με το ανθρώπινο σώμα.

Ορισμένοι άλλοι περιβαλλοντικοί παράγοντες, όπως το ισχυρό ηλιακό φως στη φωτοδίοδο θα μπορούσαν να επηρεάσουν την απόδοση τους, αλλά αυτό μπορεί να αποφευχθεί με τη χρήση μιας σειράς άλλων χαρακτηριστικών που εξισορροπούν τη λειτουργία τους.

Σε πολλά μοντέλα photobeams, οι φωτοδίοδοι είναι επίσης εξοπλισμένες με πρόσθετα φίλτρα για να λάβουν το ίδιο μήκος κύματος με αυτό που εκπέμπεται από το υπέρυθρο σήμα από τον πομπό. Ορισμένα μοντέλα διαθέτουν επίσης ένα πρόσθετο επίπεδο προστασίας μέσω μιας τεχνολογίας γνωστής ως «διπλή διαμόρφωση». Η τεχνολογία παράγει ένα πιο εξελιγμένο μοτίβο παλμών και έτσι κάνει διακρίσεις στις παρεμβολές που δημιουργούνται από το ηλιακό φως, ή άλλες εξωτερικές πηγές φωτός.

Υπάρχουν διάφορες πιθανές εφαρμογές, όπου τα συστήματα ανίχνευσης εισβολών με υπέρυθρα μπορούν να χρησιμοποιηθούν αφού μπορούν να τοποθετούνται και σε πάνω σε κάποιο τοίχο για να ανιχνεύσουν ανθρώπους που θα επιχειρήσουν να αναρριχηθούν σε αυτόν ή ακόμα και πάνω από μια επίπεδη στέγη δημιουργώντας «εικονική περίμετρο». Η πιο γνωστή τους όμως εφαρμογή, είναι η τοποθέτηση σε στύλους για προστασία εξωτερικής περιμέτρου εγκαταστάσεων, όπως είναι για παράδειγμα οι βιομηχανικές μονάδες και αποθήκες, αλλά και ειδικά σε απομακρυσμένες περιοχές με περιορισμένες πηγές ενέργειας, όπως γεωργικές εκτάσεις ή Φωτοβολταϊκά πάρκα, όπου χρησιμοποιούνται ως λύσεις ανίχνευσης εισβολών ασύρματης λειτουργίας με αυτονομία τροφοδοσίας μέσω μπαταριών.

Υψηλές απαιτήσεις με ειδικές λύσεις

Σε ότι αφορά τους ανιχνευτές PIR και AIR που περιγράψαμε παραπάνω, αξίζει να αναφέρουμε ότι έχουν εξελιχθεί σημαντικά τα τελευταία χρόνια, διαθέτοντας ακόμα πιο εξελιγμένους αλγορίθμους και αποτελώντας ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο εντοπισμού παραβίασης χώρων σε εξωτερικό περιβάλλον με αξιοπιστία και αποτελεσματικότητα.

Παράλληλα όμως, έχουν αναπτυχθεί και άλλες τεχνολογικές λύσεις ανίχνευσης κίνησης και εντοπισμού εισβολών, που απευθύνονται σε ακόμα πιο απαιτητικές εγκαταστάσεις όπως είναι για παράδειγμα εγκαταστάσεις στρατού και φέρνουν ένα διαφορετικό και πιο υψηλό επίπεδο ασφάλειας.

Σε αυτές τις λύσεις μπορούμε να συμπεριλάβουμε τα συστήματα που χρησιμοποιούν τεχνολογία λέιζερ για την ανίχνευση στόχων και αναφέρονται ως LiDAR – Light Detection and Ranging.

Σε αυτά τα συστήματα υπάρχει μια περιστρεφόμενη κεφαλή στον αισθητήρα ή ένας περιστρεφόμενος καθρέφτης που εκπέμπει μια σταθερή ακτίνα λέιζερ, η οποία σαρώνει την προβλεπόμενη περιοχή ανίχνευσης. Κάθε φορά που η δέσμη “χτυπά” ένα αντικείμενο, το σήμα αντανακλάται πίσω στον αισθητήρα, ο οποίος στη συνέχεια αναλύει και υπολογίζει το χρόνο που χρειάστηκε για την επιστροφή του σήματος. Αυτό ονομάζεται τεχνολογία “Time of Flight” μέσω της οποίας μπορεί να ανιχνεύσει την απόσταση, το μέγεθος και την ταχύτητα των κινούμενων αντικειμένων.

Οι αισθητήρες λέιζερ μπορούν να προσφέρουν ένα ευρύ φάσμα γωνιών ανίχνευσης – 90, 180 και 360 μοιρών – και η εμβέλεια ανίχνευσης κυμαίνεται από μερικά εκατοστά έως και πάνω από 250 μέτρα. Τα δισδιάστατα LiDARs μπορούν να εγκατασταθούν σε περιοχές με οριζόντιες ή κάθετες εφαρμογές, δημιουργώντας είτε ένα λεπτό στρώμα ανίχνευσης, είτε ένα εικονικό επίπεδο ή έναν αόρατο τοίχο προστασίας.
Είναι ανιχνευτές εξαιρετικά ευπροσάρμοστοι και μπορούν να δημιουργήσουν έναν αόρατο φράκτη γύρω από μια περίμετρο, μια πρόσοψη κτηρίου ή ακόμα να ανιχνεύσουν οτιδήποτε πλησιάζει τους τοίχους, τις πόρτες και τα παράθυρα σε πολλαπλούς ορόφους. Οριζόντια, μπορούν να προστατεύσουν επίπεδες στέγες, ενώ μπορούν να αναπτυχθούν και ως εξωτερικές ζώνες προ-προειδοποίησης περιμέτρου, οπού θα ανιχνεύουν τους ανθρώπους ή τα οχήματα που πλησιάζουν στις καθορισμένες περιοχές.

Μερικά συστήματα LiDARs, διακρίνονται για τις λειτουργίες αυτό-εκμάθησης που υποστηρίζουν κάτι που σημαίνει ότι έχουν τη δυνατότητα να αντιλαμβάνονται πώς σε μια περιοχή ανίχνευσης έχουν αλλάξει κάποια χαρακτηριστικά – δηλαδή εάν για παράδειγμα έχει καλυφθεί ξαφνικά από χιόνι ή έχει πέσει μεγάλο κλαδί δέντρου. Το λογισμικό διαμόρφωσης που διαθέτουν παρέχει μεγαλύτερη ευελιξία όσον αφορά τις ρυθμίσεις, με την περιοχή ανίχνευσης να μπορεί να προσαρμοστεί χρησιμοποιώντας τη δυνατότητα κάλυψης περιοχής και μια σειρά από ζώνες ανίχνευσης. Ένα τέτοιο σύστημα, έχει ακόμα τη δυνατότητα να ρυθμιστεί εύκολα για τον εντοπισμό κινούμενων αντικειμένων, μεγαλύτερων ή μικρότερων από ένα καθορισμένο μέγεθος, έτσι ώστε να διακρίνουν την ανίχνευση ανθρώπων, οχημάτων ή άλλα μικρότερα αντικείμενα. Η ευελιξία της τεχνολογίας και των ρυθμίσεων που διαθέτουν, καθιστούν τους αισθητήρες λέιζερ ένα εξαιρετικά αξιόπιστο εργαλείο για την ασφάλεια και την περιμετρική προστασία με πολύ χαμηλά ποσοστά ψευδών συναγερμών.

Η τεχνολογία λέιζερ για εφαρμογές ανίχνευσης κίνησης σε έργα περιμετρικής προστασίας μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί από κοινού με οπτικές ίνες για να δημιουργήσει έναν ισχυρό σύστημα εντοπισμού παράνομων εισβολών, ώστε να τοποθετείται επάνω σε τοίχους ή περιφράξεις. Σε αυτή τη περίπτωση μια μονάδα επεξεργασίας σημάτων συναγερμού θα στείλει έναν παλμό λέιζερ πάνω από το καλώδιο οπτικών ινών και θα αναλύσει την αλλαγή στο μοτίβο παρεμβολών κατά μήκος του καλωδίου προκειμένου να καθορίσει τι είδους διαταραχή συμβαίνει. Αυτό επιτρέπει να ανιχνεύσει αν κάποιος σκαρφαλώνει στον φράχτη ή κόβει μια συρμάτινη περίφραξη. Οι δονήσεις που προκαλούνται από τον άνεμο, την κοντινή κυκλοφορία ή τα μικρά ζώα εντοπίζονται, φιλτράρονται και δεν ενεργοποιούν συναγερμό.
Αυτή η λύση έχει το πλεονέκτημα της αξιοπιστίας και αντοχής για πολλά χρόνια, αφού εξακολουθούν να είναι πολύ σταθεροί ενώ μπορεί να προστατεύσει την περίμετρο από 100 μέτρα το λιγότερο έως πολλά χιλιόμετρα.

Συστήματα ραντάρ για κρίσιμες εφαρμογές

Η τεχνολογία ραντάρ, όπως αυτή που χρησιμοποιείται στην αεροπορία ή ακόμα και σε κάποια σύγχρονα αυτοκίνητα, έχει αρχίσει πλέον να αξιοποιείται και σε κάποια ειδικά τεχνολογικά έργα ασφάλειας υψηλών απαιτήσεων και κρίσιμων εφαρμογών. Τα σταθερά ραντάρ επιτρέπουν την παρακολούθηση μεγάλων, ανοικτών περιοχών σε αποστάσεις που φτάνουν σε απόσταση άνω του ενός χιλιομέτρου. Το ραντάρ αναλύει την αντανάκλαση της μάζας, προκειμένου να διαφοροποιήσει τους συναγερμούς μεταξύ ανθρώπων, οχημάτων, ζώων ή άλλων αντικειμένων ακόμα και μη επανδρωμένων αεροσκαφών, αξιολογώντας τους πιθανούς συναγερμούς κα αναλύοντας διάφορα κριτήρια όπως η κατεύθυνση, η ταχύτητα και η μετακίνηση.

Η ενσωμάτωση των αισθητήρων εξωτερικού χώρου σε συστήματα βίντεο και ευρύτερης διαχείρισης συμβάλλουν στην περαιτέρω βελτίωση της αξιοπιστίας και της απόδοσης των συστημάτων ασφαλείας σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Η χρήση ενός συνδυασμού τεχνολογιών ανίχνευσης εξασφαλίζει την ανάπτυξη πολυεπίπεδης προστασίας – από την εξωτερική περίμετρο μέχρι το ίδιο το κτίριο. Όπως πάντα για κάθε σύστημα ασφαλείας, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε τις συνθήκες εγκατάστασης, τις απαιτήσεις και τον διαθέσιμο προϋπολογισμό του πελάτη.