Application of terahertz (sub-terahertz) inspection systems in the integrated security systems

В настоящее время построению эффективных интегрированных систем безопасности (ИСБ) уделяется значительное внимание. Это обусловлено интенсивным развитием методов, способов и технических решений, используемых злоумышленниками для создания диверсионно-террористических средств. Так, современные технологии предоставляют возможность изготовления различных изделий, в том числе образцов оружия из нестандартных материалов (керамики, полимеров и др.).

Результаты анализа изделий, конструктивно схожих с холодным и огнестрельным оружием, позволяют заключить, что пластиковые и керамические ножи имеют достаточную прочность для нанесения колотых и резаных ран на теле человека, а пистолеты (ружья) из термопластика обладают такими допустимыми показателями, как эффективная дальность стрельбы (до 8-12 м), ресурс ствола (до 10 выстрелов) и емкость магазина/барабана (на 5-6 патронов), для совершения террористических актов ^[1-4]. Следует отметить, что технологии изготовления данных образцов средствами 3D-печати характеризуются достаточной простотой и невысокой стоимостью, что определяет их доступность для потенциальных нарушителей.

Между тем используемые средства персонального досмотра граждан в составе современных ИСБ не в полной мере обеспечивают обнаружение скрытно проносимого оружия, самодельных взрывных устройств из нестандартных материалов, в том числе изготовленных с использованием технологии 3D-печати, и иных запрещенных предметов (веществ) ^[5]. В этой связи развитие ИСБ в направлении внедрения технических решений по обнаружению таких предметов является актуальной задачей.

Для решения этой задачи предлагается комплексное применение в составе ИСБ металлодетекторов, рентгеновских систем, а также систем персонального досмотра, работа которых основана на принципах ближнего радиовидения в терагерцовом (субтерагерцовом) диапазоне частот ^{[1, 5, 6]}. Данные комплексы характеризуются уникальными особенностями, при этом различные типы данных устройств обладают своими достоинствами и недостатками ^{[1, 7]}. Такие технические средства персонального досмотра обеспечивают возможность дистанционного определения местоположения и контуров предметов, скрытых под одеждой на теле объекта досмотра ^[8-9].

Результаты сравнительного анализа досмотровых комплексов терагерцового (субтерагерцового) диапазона позволяют выделить группы технических средств в соответствии с существующей классификацией ^[1]:

– пассивные субтерагерцовые изделия блочного типа, приемники излучения которых функционируют в диапазоне частот 70-100 ГГц;

– пассивные терагерцовые изделия блочного типа, приемники излучения которых функционируют в диапазоне частот 230-270 ГГц;

– активные субтерагерцовые изделия блочного типа, работа источников (генераторов) излучения которых осуществляется в диапазоне частот 10-100 ГГц;

– активные субтерагерцовые изделия портального типа, работа источников (генераторов) излучения которых осуществляется в диапазоне частот 3-80 ГГц.

В таблице 1 представлено распределение указанных комплексов по классификационным признакам: используемый диапазон частот источника или приемника излучения (субтерагерцовые и терагерцовые), вид источника сканирующего излучения (пассивные и активные), тип исполнения (блочные и портальные). Знак «+» в ячейке означает наличие серийных изделий одного или нескольких производителей в данной группе, знак «–» – готовые изделия отсутствуют или находятся на стадии разработки.

Таблица 1 – Распределение существующих досмотровых комплексов по классификационным признакам

Это обусловлено значительным научно-техническим заделом в области проектирования и производства элементной базы предприятиями промышленности, требуемой для создания систем радиовидения в субтерагерцовом диапазоне частот (от 3 до 100 ГГц). Между тем результаты исследования ^{[8, 10]} показывают, что с увеличением рабочей частоты (от 100 ГГц до 10 ТГц) стремительно растет себестоимость разрабатываемых досмотровых комплексов. Кроме того, отмечается недостаточность исследований терагерцового диапазона частот, что негативно сказывается на ассортименте элементной базы, объемах ее производства и количестве участников производственного процесса.

Важно отметить, что в настоящее время наиболее широкая номенклатура образцов имеется в группе пассивных субтерагерцовых и терагерцовых досмотровых комплексов блочного типа, а также активных субтерагерцовых изделий портального типа. В этой связи рассмотрим предложения по применению данных средств в составе современных ИСБ.

1. Предложения по применению пассивных терагерцовых (субтерагерцовых) досмотровых комплексов блочного типа

Выделенные в ^{[1, 7]} достоинства и недостатки терагерцовых (субтерагерцовых) досмотровых комплексов блочного типа позволили сформировать предложения по их применению в составе ИСБ. Данные комплексы следует использовать для предварительного обследования потока людей с целью выявления оружия, самодельных взрывных устройств из нестандартных материалов, в том числе изготовленных с использованием технологии 3D-печати, и иных запрещенных предметов (веществ), скрытых под одеждой объекта досмотра, в условиях, при которых требуется обеспечить высокую пропускную способность. В существующих системах блочного типа значение данного показателя составляет 720-2000 человек/час ^[7]. Такие устройства могут размещаться на контрольно-пропускных пунктах, в вестибюлях административных зданий и других сооружениях (строениях), а также в местах массового скопления людей (входы в метро, вокзалы, стадионы и т.д.) при соблюдении мер по поддержанию оптимальных климатических параметров работы устройств (температуры окружающей среды, влажности и др.).

На имеющемся техническом уровне терагерцовые (субтерагерцовые) досмотровые комплексы блочного типа позволяют производить обследование людей в движении в режиме реального времени. Результаты сканирования выводятся на экран автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора в виде нескольких изображений (фронтальное, тыльное и др.), на которых все выявленные неоднородности отображаются в виде монохромных (цветных) пятен соответствующей формы, подсвеченных цветной рамкой, сформированной с помощью алгоритмов интеллектуальной обработки информации для обозначения местоположения скрытых предметов. Размытость изображения обнаруженных неоднородностей на экране зависит от технических характеристик применяемого изделия.

Рассмотрим предлагаемые исследовательские варианты применения терагерцовых (субтерагерцовых) досмотровых комплексов блочного типа в составе современных ИСБ.

1.1 Предложения по применению пассивных терагерцовых (субтерагерцовых) досмотровых комплексов блочного типа в составе ИСБ для расширения возможностей подсистемы видеонаблюдения

В ходе решения задачи видеонаблюдения на наиболее уязвимых участках маршрутов преодоления системы защиты с целью выявления потенциальных нарушителей (террористов, психически неуравновешенных лиц и др.) целесообразно рассмотреть возможность совместного использования видеокамер и терагерцовых (субтерагерцовых) досмотровых комплексов блочного типа. В таком случае видеокамера позволяет осуществлять наблюдение и сопровождение потенциальных нарушителей на значительном удалении, а досмотровый комплекс блочного типа обеспечивает возможность предварительного обследования (сканирования) объектов досмотра на наличие опасных предметов (веществ), скрытых под одеждой на расстоянии до 10 м. При необходимости данные комплексы могут дополнительно оборудоваться тепловизионной камерой (например, такую возможность имеют изделия THERZ-7A и БИОСКАН производства АО «ОКБ «Астрон» ^[11]). Кроме того, в состав таких комплексов имеется возможность внедрения дистанционных систем контроля психоэмоционального состояния человека.

Следует подчеркнуть, что совместное использование штатных видеокамер и терагерцовых (субтерагерцовых) досмотровых комплексов с дополнительным оборудованием (тепловизионной камерой, дистанционной системой контроля психоэмоционального состояния) позволит повысить информативность видеонаблюдения в интересах выявления потенциальных нарушителей и принятия своевременных мер по пресечению противоправных действий.

1.2 Предложения по применению пассивных терагерцовых (субтерагерцовых) досмотровых комплексов блочного типа в составе ИСБ для расширения функциональных возможностей подсистемы выявления диверсионно-террористических средств

Пассивные терагерцовые (субтерагерцовые) досмотровые комплексы блочного типа предусматривают несколько вариантов их применения для расширения функциональных возможностей подсистемы выявления диверсионно-террористических средств.

Вариант 1 предполагает такой порядок проведения процедуры досмотра (рисунок 1), при котором объект досмотра самостоятельно (или по предварительной просьбе сотрудника службы безопасности) выкладывает личные вещи (включая пакеты, сумки и др.) в контейнер для ручной клади и ставит его на ленту комплекса досмотра багажа и ручной клади для проведения обследования. Далее он перемещается между радиопрозрачными перегородками по S-образной траектории. При этом происходит поочередное сканирование фронтальной и боковых поверхностей тела объекта досмотра и, как следствие, поиск неоднородностей, скрытых под одеждой. Затем с личными вещами он следует от комплекса досмотра багажа и ручной клади к турникету. В случае обнаружения посторонних предметов на теле объекта досмотра производится его детальный досмотр сотрудником службы безопасности.

Рисунок 1 – Варианты применения досмотровых комплексов блочного типа

Для организации процедуры дистанционного досмотра по варианту 1 необходимо задействовать изделие, способное производить обследование на расстоянии до 8-10 м, обладающее приемлемой по ширине и высоте областью досмотра. Следует отметить, что при таком варианте использования комплексов данного типа тыльная поверхность тела объекта досмотра остается малообследованной.

Вариант 2 применения терагерцовых (субтерагерцовых) досмотровых комплексов блочного типа, реализация которого, в отличие от варианта 1, обеспечивает обследование всех поверхностей тела (фронтальной, тыльной и боковых), однако требует организации более сложной траектории движения объекта досмотра (рисунок 1).

Вариант 3 предполагает такой порядок проведения процедуры досмотра, при котором объект досмотра выкладывает личные вещи на ленту комплекса досмотра багажа и ручной клади для обследования. Далее он самостоятельно или по предварительной команде сотрудника службы безопасности объекта проходит в зону досмотра, делает оборот вокруг своей оси и направляется к турникету (рисунок 2).

Рисунок 2 – Варианты применения досмотровых комплексов блочного типа

При такой организации процедуры досмотра терагерцовый (субтерагерцовый) досмотровый комплекс блочного типа способен произвести сканирование всей поверхности тела. Скорость, с которой объект досмотра должен осуществлять оборот вокруг своей оси, а также соблюдение дополнительных требований к процедуре досмотра (фиксация положения тела, отсутствие верхней одежды и др.) зависят от технических характеристик применяемого изделия. В случае выявления посторонних предметов, потенциальный нарушитель подвергается детальному досмотру сотрудниками службы безопасности объекта.

Реализация варианта 4 (рисунок 2) позволяет обеспечить повышение пропускной способности за счет задействования двух терагерцовых (субтерагерцовых) досмотровых комплексов блочного типа в зоне проведения обследования. Данные комплексы одновременно сканируют фронтальную, тыльную и боковые поверхности тела человека. При этом объект досмотра самостоятельно передвигается с заданной скоростью (скорость определяется техническими характеристиками применяемых изделий) по траектории, представленной на рисунке 2. Результаты обследования агрегируются и выводятся на экран АРМ оператора в виде изображений (вид спереди, со спины и др.), на которых все выявленные неоднородности выделяются цветной рамкой посредством функционирования системы интеллектуальной поддержки принятия решений. В случае выявления предметов, скрытых под одеждой, потенциальный нарушитель препровождается в место проведения детального досмотра сотрудниками службы безопасности объекта.

Реализация представленных вариантов применения терагерцовых (субтерагерцовых) досмотровых комплексов блочного типа требует задействования изделий, обеспечивающих обследование объектов досмотра в режиме реального времени. В случае использования изделий, которым необходимо время на обработку результатов сканирования, следует организовать «искусственную» задержку объекта досмотра на время, требуемое для принятия решения, например, путем настройки время срабатывания турникета.

Необходимо отметить, что внедрение терагерцовых (субтерагерцовых) досмотровых комплексов блочного типа потребует определенных финансовых затрат. Например, включение в состав подсистемы выявления диверсионно-террористических средств субтерагерцового досмотрового комплекса блочного типа TeraSnap Mini компании «Cetc» (Китай) увеличивает ее стоимость на 6,5 млн. рублей (в ценах 2020 г.). В этой связи их целесообразно использовать для организации персонального досмотра на наиболее значимых объектах.

2. Предложения по применению активных субтерагерцовых досмотровых комплексов портального типа

В настоящее время субтерагерцовые досмотровые комплексы портального типа (например, ProVision 2, QPS 200), в отличии от изделий блочного типа, активно применяются в зонах досмотра международных аэропортов гражданской авиации для обнаружения запрещенных предметов, в том числе взрывчатых и наркотических веществ. Комплексы данного типа имеют невысокую заявленную пропускную способность до 700 человек/час ^[1]. При этом фактическое значение данного показателя на практике составляет 150-300 человек/час.

По этой причине субтерагерцовые досмотровые комплексы портального типа необходимо применять в условиях невысокой интенсивности потока людей в таких местах, как входы в охраняемые зоны, конференц-залы, зоны досмотра на объектах оборонных предприятий и т.д. Основное предназначение комплексов такого типа – детальное обследование объектов досмотра с возможностью точного отображения местоположения и контуров предметов, скрытых под одеждой, имеющих размеры от 2-3 мм. Указанные комплексы обладают высокими значениями показателей, характеризующих качество изображения, уровень интеллектуальной обработки результатов сканирования, а также способностью к обучению на основе анализа статистических данных. Вместе с тем субтерагерцовые досмотровые комплексы портального типа имеют ограничения, обусловленные особенностями функционирования (обследование только в легкой одежде, необходимость фиксации положения тела объекта досмотра на определенное время). Данное обстоятельство приводит к появлению дополнительных требований к местам организации процедуры досмотра и порядку его прохождения.

На имеющемся техническом уровне субтерагерцовые досмотровые комплексы портального типа позволяют производить сканирование неподвижного человека в заданном положении (руки вверх / вниз). В случае обнаружения предметов, скрытых под одеждой, изделие выводит на экран АРМ оператора информацию об их местоположении в виде подсвеченной области (бедро, область живота и др.) на обезличенном контуре человеческого тела. При этом оператор комплекса имеет доступ к исходным изображениям результатов сканирования с интеллектуальным выделением выявленных неоднородностей, на которых отображено местоположение и отчетливые контуры предметов.

Существующие достоинства и недостатки данных комплексов позволяют предложить следующий вариант их применения в составе подсистемы выявления диверсионно-террористических средств.

Вариант применения субтерагерцового досмотрового комплекса портального типа (рисунок 3) предполагает, что объект досмотра выкладывает в контейнер личные вещи для обследования с помощью комплекса досмотра багажа и ручной клади. Далее он проходит внутрь устройства, принимая определенное положение на заданное время. После обследования объект досмотра следует к турникету. Ввиду особенностей функционирования комплексов данного типа необходимо предусмотреть их установку после гардероба или организовать процедуру обследования верхней одежды имеющимися техническими средствами досмотра ручной клади.

Рисунок 3 – Вариант применения досмотровых комплексов портального типа

Дальнейшим направлением развития субтерагерцовых досмотровых комплексов портального типа является обеспечение способности производить обследование людей с высокой степенью детализации в движении в режиме реального времени. Единственная модель активного досмотрового комплекса портального типа с такими характеристиками представлена изделием QPS Walk2000 (прежнее наименование Easy Check) производства ООО Специнтек из комплектующих компании «Rohde & Schwarz» ^[12]. Данный комплекс позволяет осуществлять сканирование при скорости перемещения объекта досмотра до 4-5 км/ч. Заявленная пропускная способность изделия составляет 1000-1200 человек/час. На практике подтверждено, что данный комплекс может эффективно функционировать при условии скрытия (маскировки) панелей устройства под радиопрозрачный материал (ПВХ баннер и др.), закрепленный на каркас из металлических профилей.

Важно подчеркнуть высокую эффективность субтерагерцовых досмотровых комплексов портального типа в части обнаружения предметов из любых материалов, включая изделия из металла, полимеров, керамики и т.д. Эта особенность определяет возможность использования комплексов данного типа взамен арочных металлодетекторов, что существенно расширяет функционал ИСБ в части обнаружения оружия, самодельных взрывных устройств из нестандартных материалов, в том числе изготовленных с использованием технологии 3D-печати, и иных запрещенных предметов (веществ). Вместе с тем стоимость данных изделий существенно превышает стоимость магнитометрических арочных средств досмотра. Например, стоимость субтерагерцового досмотрового комплекса ProVision 2 производства компании «L3 Communications» (США) составляет 20 млн. рублей (в ценах 2020 г.), стоимость изделий QPS 200 и QPS Walk2000 (Easy Check) компании ООО Специнтек, комплектующие «Rohde & Schwarz» (Россия / Германия) – 18 млн. рублей и 19 млн. рублей (в ценах 2020 г.) соответственно.

Выводы

Таким образом, в настоящей статье отмечена необходимость развития тактики применения терагерцовых (субтерагерцовых) досмотровых комплексов для обнаружения скрытно проносимого оружия, самодельных взрывных устройств из нестандартных материалов, в том числе изготовленных с использованием технологии 3D-печати, и иных запрещенных предметов (веществ). Представлены предложения по их практическому применению в составе подсистем видеонаблюдения и выявления диверсионно-террористических средств. Сформированные предложения содержат различные исследовательские варианты использования терагерцовых (субтерагерцовых) досмотровых комплексов блочного и портального типов, отличающиеся порядком проведения процедуры досмотра. Внедрение полученных результатов позволит повысить эффективность организации пропускного режима на объектах.

Результаты работы могут быть использованы в практической деятельности сотрудников службы безопасности объектов при построении интегрированной системы безопасности.