Integral approach towards assessment of antiterrorism security of the objects

Sivakova Tatiana Vladimirovna Scientific Associate, Keldysh Institute of Applied Mathematics of the Russian Academy of Sciences 125047, Russia, g. Moscow, Miusskaya ploshchad', 4 sivakova15@mail.ru Baluta Viktor Ivanovich PhD in Technical Science Senior Scientific Associate, Keldysh Institute of Applied Mathematics of the Russian Academy of Sciences 125047, Russia, g. Moscow, Miusskaya ploshchad', 4 vbaluta@keldysh.ru

Karandeev Aleksandr Andreevich Junior Scientific Associate, Keldysh Institute of Applied Mathematics of the Russian Academy of Sciences 125047, Russia, g. Moscow, Miusskaya ploshchad', 4 1qwe432@gmail.com

Обобщённый подход к оценке антитеррористической защищённости объектов

Введение

Тема совершенствования методов оценки эффективности систем обеспечения антитеррористической безопасности объектов (СОБ) является одной из наиболее обсуждаемых при рассмотрении таких систем.

К настоящему времени опубликовано множество работ соответствующей направленности, сложились определенные взгляды на варианты классификации применяемых подходов. В числе первых из наиболее значимых и фундаментальных можно назвать вышедшую в США монографию ^[1], в которой были изложены базовые принципы и способы оценки эффективности СОБ на основании проводившихся многолетних работ по обоснованию систем обеспечения защиты различных объектов. Аналогичной в ряду отечественных можно назвать книгу ^[2], обобщающую разработки специалистов по проектированию систем физической защиты (СФЗ) на тот же период.

В ^[3] была изложена классификация имевшихся подходов. Предлагалось существующие подходы разделить на три группы: детерминистские, связанные с формальным выполнением требований нормативных и руководящих документов, логико-вероятностные, базирующиеся на аппарате теории надёжности, с помощью которых оценивается вероятность перехода защищаемой системы в неприемлемое состояние в результате нерегламентированных воздействий, и методы вероятностно-временного анализа, в ходе которого оценивается вероятность того, что силы реагирования, действующие по сигналам технических средств охраны, успеют пресечь акцию нарушителя. Несмотря на имевшиеся разработки, наличие неудовлетворенного спроса на интенсивное внедрение систем физической защиты в различных сферах приводило к тому, что теоретические разработки фактически не использовались в практической деятельности. Так, автор ^[3] в заключении указывает на необходимость включения такого рода анализа в практику проектирования СФЗ, приводя в пример, что за рубежом повсеместно используются различные программные комплексы, позволяющие проводить оценку эффективности СФЗ в обоснование проектов.

Аналогичное замечание содержится в статье ^[4], где подчеркнуто, что «до сих пор на практике задача [проектирования] решается только на основе опыта и без должного математического обоснования». В качестве инструмента для такого обоснования в ^[4] предложен вариант логико-вероятностного подхода, включающий построение модели возможных состояний объекта защиты в форме графа, учитывающего возможные сценарии атаки и ответные действия сил охраны. При выборе сценариев атаки, построении самой модели и задании её параметров предлагается использовать экспертные знания и оценки. В ^[5] предложен еще один вариант логико-вероятностного подхода, но на базе аппарата нечёткой логики, тоже базирующийся на обработке экспертных оценок.

В опубликованном в 2009 г. учебном пособии Томского политехнического университета ^[6] в кратком изложении представлена общая методология количественной оценки показателей эффективности СФЗ, базирующаяся на проектах ведомственных рекомендаций Минатома. Отмечено, что получение соответствующих количественных показателей является необходимым этапом проектирования СФЗ для сравнения конкурирующих вариантов, включая также обоснование целесообразности модернизации существующих систем. Если опираться на классификацию ^[3], данную методику можно отнести к группе подходов вероятностно-временного анализа. Оценка включает выявление потенциальных целей террористов, построение наиболее вероятных сценариев их действий, экспертное определение уязвимых мест в СФЗ при реализации этих сценариев, оценка соотношений интервалов времени на преодоление рубежей охраны и вероятности пресечения атак дежурными силами. В качестве исходных данных используются схемы объекта и СФЗ, технические характеристики аппаратуры и экспертные оценки возможностей реализации действий конфликтующих сторон в рамках заданных сценариев на тех или иных участках. В ^[7] предложены способы учёта случайного характера значений задаваемых в моделях параметров поведения противоборствующих сторон. Анализируя используемые в ГК «Росатом» методические рекомендации, авторы ^[8] указывают на некоторую ограниченность применяемых подходов в целом и дальнейшую необходимость их совершенствования.

Отличающаяся от ^[3] большей детализацией схема классификации подходов к оценке эффективности CФЗ предложена в ^[10]. В этой работе сделан детальный разбор достоинств и недостатков различных подходов и методов. В частности, по характеру используемой информации предложено выделять апостериорные и априорные подходы. В разрезе последнего рассматриваются особенности интуитивно-рационального метода, метода натурных экспериментов, различных групп методов экспертной оценки, методов логико-вероятностного моделирования, и как наиболее продвинутого - метода виртуального ситуационного моделирования (с использованием игровых компьютерных имитаторов).

Анализируя описание различных методов, можно отметить, что характерной чертой практически всех из них является необходимость априорного (лишь в последнем случае – динамического) формирования некоторой ограниченной совокупности сценариев, реализация которых представляется наиболее вероятной с точки зрения экспертов. Соответственно, при оценке эффективности СОБ проводится анализ только в рамках сформированной совокупности вариантов без рассмотрения каких-то других возможностей достижения цели вероятным нарушителем.

В настоящей работе предлагается расчетный метод интегральной оценки эффективности систем защиты путем территориального зонирования на основе использования небольшого числа входных параметров моделей объекта, СФЗ и нарушителя. Данный подход изначально был разработан для оценки защищенности от нападений на объект с применением беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), но, на наш взгляд, он может применяться и в более расширенной трактовке для оценки качества проектных решений СОБ и их рационализации, в том числе и при наличии ресурсных ограничений. Предлагаемая методика является одним из частных приложений развиваемых авторами ^[10-15] подходов по математическому моделированию антагонистических конфликтов.

Общее описание

Предлагаемый интегральный подход представляет собой достаточно упрощённое оперативное определение ситуационных возможностей противостоящих сторон в рамках рассматриваемого конфликтного взаимодействия. Посредством несложных вычислительных процедур для каждого варианта относительного расположения средств СФЗ в окрестности объекта можно провести зонирование территории в целях определения неких интегральных параметров, которые в совокупности позволяют оценить эффективность СФЗ в целом. К их числу относятся такие, как зона эффективного действия средств обнаружения нарушителя, границы вероятного перехвата нарушителя при входе на охраняемую территорию, зона опасности как зона возможности воздействия противника на целевой объект и т.п. Расчет каждой из поименованных зон можно провести с использованием характеристик пассивных и активных элементов обстановки. Результаты расчетов дополняются исследованием полученных зон на предмет выявления их пересечений, объединений, дополнений и т.п. Результирующая информация может дать комплексное представление о степени эффективности рассматриваемого варианта организации системы физической защиты объекта.

Пример зонирования территории по интегральным показателям при оценке защищенности точечного объекта от нападения с применением БПЛА приведен на рис. 1.

Рис. 1. Пример размещения ключевых зон при оценке защищённости объекта по интегральным показателям.

На рис. 1 представлены следующие элементы и интегральные параметры обстановки:

· рельеф местности (в виде карты высот с цветовой гаммой от светло-зелёного до тёмно-коричневого цвета);

· защищаемый объект (в виде жёлтого круга, расположенного в низине);

· зона гарантированного воздействия противника на защищаемый объект при достижении им этой зоны (в виде тёмно-коричневого кольца вокруг жёлтого круга);

· технические средства обнаружения нарушителя (в виде белых треугольников);

· технические средства воздействия на нарушителя (в виде голубых кружков);

· граница зоны обнаружения (тёмно-зелёная область, окаймлённая белым контуром);

· граница зоны принятия решения на противодействие нарушителю (красный пунктир);

· граница зоны поражения нарушителя (красный контур).

Визуализация расчетной картины обстановки в окрестности расположения объекта позволяет выявить проблемные области, а анализ полученных при этом данных – определить интегральные характеристики защищенности объекта.

Описание алгоритма

Алгоритм решения задачи по определению границ вышеперечисленных зон включает последовательность следующих действий:

1. Формируется модель расчетной области в виде трехмерной модели пространства, включающего расположение защищаемого объекта и смежные территории, на которых возможны активные действия противника.

2. В расчетной области задаются атрибуты охраняемого объекта, включающие его пространственные характеристики и элементы вероятного интереса со стороны нарушителей.

3. Задаются параметры (координаты и характеристики) средств обеспечения безопасности, включая средства обнаружения и средства поражения противника с учетом целевых задач.

4. На основании данных о предполагаемых средствах воздействия со стороны противника рассчитывается граница зоны вероятного (или гарантированного) поражения целевого объекта. Считается, что при достижении этой границы противник может нанести ущерб объекту защиты.

5. Рассчитывается граница зоны обнаружения противника на основании параметров системы обнаружения и сведений о сигнальных характеристиках противника.

6. На основании данных о специфике системы управления силами и средствами обеспечения безопасности, предполагающей наличие интервала времени на обработку и идентификацию получаемых сигналов, выработку решений и доведение указаний до исполнителей, рассчитывается граница зоны принятия решения о формах воздействия, а также граница гарантированного поражения (блокирования) противника.

7. Сопоставляется взаимное расположение границ зоны воздействия на объект и зоны поражения нарушителя. Области пересечения этих зон могут указывать на «слабые места» в системе защиты объекта, в частности, существование возможности для противника достичь такого положения, из которого он может нанести ущерб объекту защиты.

При проведении вычислений желательно учитывать вероятностный характер значений используемых исходных данных и рассчитываемых параметров (например, в соответствии с ^[7]).

Таким образом, предлагаемая методика позволяет получить обобщенную вероятностную картину защищенности объекта для принятия стратегических решений вне зависимости от применяемой противником тактики нападения. Для ускоренной «грубой» оценки можно использовать «консервативную схему», когда расчеты проводятся с использованием граничных значений параметров, трактуемых в пользу противника (то есть путем определения нижнего предела безопасности).

Описанный выше алгоритм схематически представлен на рис.2.

Рис. 2. Алгоритмическая схема расчёта интегральных характеристик.

Дадим краткое описание представленных на схеме сущностей.

В качестве исходных данных при решении задачи используются модель местности, размещение и характеристики вероятной цели противника, предполагаемая информированность нарушителя относительно обстановки на объекте, его собственные характеристики, характеристики используемых технических средств обнаружения факта нападения, характеристики системы управления.

Под моделью местности понимается некоторая территория, в границах которой возможна реализация нападения на объект, включающая в себя участки функционирования всех систем охраны объекта, а также все элементы, оказывающие влияние на формирование и изменение обстановки.

Вероятной целью противника являются те элементы объекта, которые могут представлять интерес для нападения с учетом решаемых им задач. Помимо местоположения задаются защитные характеристики целевого элемента объекта по отношению к имеющимся у противника средствам нападения.

Под информированностью нарушителя понимается некоторая интегральная характеристика, отражающая достоверность и полноту всей информации об обстановке, которой обладает нарушитель и может использовать при планировании нападения.

Помимо информированности, к характеристикам нарушителя относят обычно предполагаемые или любые возможные средства его маскировки, определяющие степень его заметности для систем обнаружения, способы перемещения по объекту, которые в общем случае выражаются через скорость преодоления различных участков, а также средства воздействия на целевой объект, характеризуемые расстоянием, с которого может быть нанесен неприемлемый с точки зрения функционирования объекта ущерб.

К числу характеристик средств обнаружения относят вероятность выявления с их помощью фактов появления посторонних предметов в зоне наблюдения и оперативности идентификации последних с учетом текущей фоновой обстановки. То есть помимо качественных характеристик самих аппаратных средств вероятность обнаружения, как правило, существенно зависит от внешних условий: расстояния до выявляемого объекта, погоды, фона, маскировки нарушителя.

Местоположение средства обнаружения, в свою очередь, предопределяет характер фоновой обстановки и ограничения обзора.

Система управления характеризуется совокупностью параметров, описывающих ее функционирование, включая регламенты обработки поступающих сигналов от технических средств системы обнаружения, вероятность идентификации факта нападения, порядок выработки решения на активное реагирование, общее время доведения распоряжений до исполнительных органов и их результативной реакции.

Зона досягаемости цели описывает совокупность точек пространства, из которых нарушитель может нанести неприемлемый ущерб целевому объекту.

Поле обнаружения нарушителя отражает ту часть территории в окрестности охраняемого объекта, в которой факт проникновения нарушителя к объекту может быть идентифицирован.

Под ближайшей исходной позицией нарушителя понимается пограничная область (граница) вокруг объекта, где нарушитель не обнаруживается средствами охраны, но с которой может быть осуществлено нападение на объект.

Зона скрытного проникновения нарушителя – это совокупность точек пространства внутри зоны досягаемости цели, достижение которых нарушителем осуществляется с нулевой вероятностью обнаружения.

Зона беспрепятственного движения – область возможного перемещения нарушителя от исходной позиции после его обнаружения и до его нейтрализации системой реагирования.

Под зоной неконтролируемого воздействия здесь понимается область пересечения зоны беспрепятственного движения с зоной досягаемости цели.

Красными прямоугольниками обозначены интегральные параметры, рассчитываемые на основании анализа полученных значений, с помощью которых можно охарактеризовать эффективность проектируемой или существующей системы физической защиты объекта.

Пример применения изложенной методики

Продемонстрируем применение данной методики на гипотетическом примере с условной обстановкой, в которой используются: модель местности с препятствиями для обзора и перемещения, включающая в себя объект защиты и расположенные в его ближней окрестности средства обнаружения нарушителя. Будем считать, что известны сигнальные характеристики нарушителя, предельное расстояние его однозначной идентификации имеющимися средствами обнаружения, интервал времени на выработку решения о реагировании со стороны системы управления. Расчетный пример приводится в качестве демонстрации и является гипотетическим, поэтому все используемые исходные данные задаются некоторыми условными значениями.

Рассматриваемая в примере модель местности представлена на рис. 3, на котором участки, считающиеся непреодолимыми для перемещения, наблюдения или воздействия, выделены белым цветом (например, это могут быть здания и сооружения на каком-то производственном объекте). На этом же рисунке желтым квадратом показано условное местоположение объекта защиты.

Рис. 3 – Модель местности с расположенным на ней объектом защиты.

Будем предполагать полную информированность нарушителя о конфигурации поля обнаружения, что даёт ему возможность поиска кратчайшего пути к цели в любых условиях.

На основании боевых характеристик имеющихся у нарушителя средств нападения и защитных характеристик цели определяется зависимость вероятности поражения цели нарушителем от расстояния до цели. Конфигурация зоны досягаемости рассчитывается с использованием полученных характеристик вероятности поражения цели в зависимости от расстояния до нее и доступности цели для применяемых средств поражения, определяемой по местоположению цели и модели местности.

Расчет конфигурации зоны досягаемости

Результат расчета зоны досягаемости на основании некоторых гипотетических характеристик нарушителя и цели приведен на рис.4, где показан результат расчета зоны воздействия на целевой объект со стороны нарушителя. Для простоты принято, что поражение возможно при наличии прямой видимости объекта. Градациями светлых тонов обозначено повышение значений показателя: чем светлее – тем вероятность поражения цели выше. Обозначим эту зону как . Для удобства визуализации на этом же рисунке нанесены места расположения средств обнаружения, обозначенные голубыми точками.

Рис. 4. Конфигурация зоны досягаемости цели .

Расчет конфигурации поля обнаружения

Под полем обнаружения, как отмечено выше, понимается часть пространства, в любой точке которого вероятность обнаружения и идентификации нарушителя имеющимися в системе обеспечения безопасности средствами отлична от нуля. При построении этого поля используются данные о размещении и характеристиках средств обнаружения, а также о сигнальных характеристиках нарушителя.

Результат построения поля обнаружения на основе введенных в модель гипотетических данных показан на рис. 5, на котором результаты расчета также отображены в градациях светлых тонов: чем светлее – тем выше вероятность обнаружения. Индивидуально рассчитанные для каждого аппаратного средства вероятности суммируются, что отражается заметным повышением вероятности в зонах их совместного действия. Полученная в итоге сложения общая граница поля обнаружения выделена фиолетово-синим контуром.

Рис. 5. Расчетная конфигурация поля обнаружения

Для простоты изложения в рассматриваемом примере принимается, что степень идентификации факта проникновения нарушителя абсолютна, то есть в каждой точке внутри границы поля обнаружения вероятность выявления нарушителя равна единице. Таким образом, расчетная зона обнаружения может быть преобразована в вид, приведенный на рис.6. Обозначим эту зону как .

Рис. 6. Условная конфигурация поля выявления нарушителя

Определение исходной позиции нарушителя

При расчетах исходной позицией нарушителя может стать любая достижимая им точка на границе поля обнаружения, то есть элементы границы этого поля, подход к которым не блокируется препятствиями. Они легко определяются на основании данных о модели местности и поля обнаружения. Поле точек, отображающих возможные исходные позиции нарушителя, тонированное красным цветом, приведено на рис. 7. Обозначим совокупность этих точек через .

Рис. 7. Поле возможных исходных позиций нарушителя .

Расчет зоны скрытного проникновения

Выше введено понятие зон скрытного проникновения. Очевидно, что математически зона скрытного проникновения определяется как пересечение поля исходных позиций нарушителя и зоны досягаемости цели. Обозначим совокупность этих зон через .

(1)

Результат наложения указанных зон в расчетном примере приведен на рис. 8, для наглядности места пересечения указаны стрелками. По своему содержанию, как само наличие, так и протяженность таких зон отражают степень открытости объекта защиты.

Рис. 8 – Зоны скрытного проникновения на общей схеме зон.

Определение зоны беспрепятственного движения

Помимо зон скрытного проникновения, сам факт наличия которых позволяет осуществить нападение на объект, минуя систему защиты, на уровень безопасности объекта влияет инерционность системы реагирования, то есть время, которое затрачивается на обработку поступающих сигналов и идентификацию факта проникновения нарушителя, а также на принятие и доведение до исполнителей решений по формам его нейтрализации. Наличие интервала времени между получением сигнала о нарушении и исполнением решения на нейтрализацию нарушителя дает возможность беспрепятственного движения к цели.

Учет инерционности системы реагирования отражается в методике путем введения зоны беспрепятственного движения, которая представляет собой совокупность точек пространства, достигаемых нарушителем за время, необходимое системе реагирования на принятие решения по его нейтрализации. При расчете этой зоны используются данные о скоростных характеристиках нарушителя применительно к его исходной позиции, а также сведения о параметрах системы управления. В рассматриваемом примере предполагается, что нейтрализация нарушителя осуществляется практически в момент принятия самого решения, то есть порядок функционирования других элементов системы реагирования не рассматривается.

Результат расчета зоны беспрепятственного движения приведен на рис.9. Указанная зона выделена розовым цветом.

Рис. 9 - Зона беспрепятственного движения .

При расчетах зона беспрепятственного движения формируется как множество точек, длина кратчайшего пути от которых до точек ближайшей исходной позиции не превышает заданную величину, которая, в свою очередь, определяется как произведение скорости перемещения нарушителя на интервал времени между получением сигнала и исполнением решения.

Расчет зоны неконтролируемого воздействия на целевой объект

Под зоной неконтролируемого воздействия будем понимать часть зоны воздействия на целевой объект, которую способен достичь нарушитель до момента его нейтрализации.

Как определено выше, зона неконтролируемого воздействия рассчитывается как пересечение зоны беспрепятственного движения с зоной досягаемости цели (зоной воздействия на целевой объект). Если обозначить эту зону через , то её значение получается в виде:

(2)

Результат определения зон неконтролируемого воздействия в рассматриваемом гипотетическом примере приведен на рис. 10, где эти зоны выделены светло коричневым тоном на желтоватом поле.

Рис. 10. Зоны неконтролируемого воздействия на объект

Расчёт интегральных показателей

Полученные по настоящей методике и приведенные выше результаты пространственных расчетов являются основой для вычисления интегральных характеристик защищенности объекта, а именно:

· степени защищенности от скрытого проникновения;

· степени защищенности от открытого воздействия;

· интегральный показатель защищенности.

Соответствующие показатели рассчитываются следующим образом.

Защищенность от скрытого проникновения

Для целей оценки системы обеспечения физической безопасности объекта показатель эффективности системы защиты от воздействия при скрытом проникновении может быть определен через вероятность скрытого воздействия, которая обуславливается степенью информированности нарушителя и рассчитывается по формуле (3):

(3)

где:

– вероятность скрытого воздействия;

– длина участков зоны скрытого проникновения;

– параметр, определяющий степень информированности нарушителя об объекте;

– общая длина участков возможной зоны исходной позиции.

Параметр информированности нарушителя задается в диапазоне ^[0,1], где «0» предполагает отсутствие информации о зоне досягаемости цели, а «1» – полное знание ситуации.

Вычислив вероятность скрытого воздействия, легко определить уровень защищенности объекта от скрытого проникновения по формуле (4):

(4)

Защищенность от открытого проникновения

Показатель оценки эффективности системы защиты объекта от открытого воздействия рассчитывается аналогичным образом через вычисление вероятности открытого воздействия по формуле (5):

(5)

в которой:

· – вероятность открытого воздействия;

· – зона неконтролируемого воздействия;

· – зона беспрепятственного движения;

· – информированность нарушителя об обстановке на объекте.

Уровень защищенности от открытого проникновения определяется по формуле (6):

(6)

Интегральный показатель защищенности объекта

На основе полученных выше значений показателей определяется интегральный показатель защищенности объекта как их произведение в виде (7):

(7)

Последняя величина имеет вид мультипликативной свертки, что связано с необходимостью получения значения «нулевой защищенности» объекта при наличии хотя бы малейшей возможности у противника для беспрепятственного нанесения ущерба объекту.

Заключение

В данной работе рассматривается методический подход, с помощью которого путем сравнительно несложных пространственных расчетов, базирующихся на знании некоторых ключевых характеристик системы защиты объекта и стороны нападения можно оценить степень защищенности объекта. При применении дополнительных инструментов автоматической оптимизации размещения на местности средств обнаружения, настоящая методика может применяться для моделирования и автоматизации процессов проектирования конфигурации расположения технических средств физической защиты объекта с учетом их характеристик с целью повышения эффективности защиты объекта.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ №16-29-09550_офи_м.