Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ технологий идентификации субъекта доступа в системе контроля и управления доступом на строительных объектах 13
1.1. Анализ современного состояния и перспективы развития автоматизированных систем управления на строительных объектах 15
1.2. Анализ алгоритмов управления передачей данных в системах видеонаблюдения 29
1.3. Анализ современного состояния и перспективы развития систем контроля и управления доступом на строительных объектах 30
1.4. Оценка применимости известных технологий идентификации субъекта доступа в системе контроля и управления доступом на с троительных объектах 41
1.5. Постановка задачи повышения эффективности визуальной идентификации субъекта в системе контроля и управления доступом
персонала на строительных объектах 55
Выводы по первой главе 62
Глава 2. Разработка математической модели автоматизированной системы контроля и управления доступом на строительных объектах 64
2.1. Математическая формулировка задачи контроля и управления доступом 67
2.2. Математическая модель автоматизированной системы контроля и управления доступом, использующей технологию передачи мультимедийного потока 70
2.3. Обоснование выбора показателя эффективности визуальной идентификации субъекта доступа 89
2.4. Задачи исследования 93
Выводы по второй главе 97
Глава 3. Разработка методики идентификации кадров-вставок в мульти медийном потоке видеоданных 98
3.1. Обобщенный алгоритм идентификации кадров-вставок в мультимедийном потоке видеод а нных 100
3.2. Идентификация кадров-вставок в потоке видеоданных на основе оценки интегра льной ярк ос ти изоб ра жений ка д ров - с верток 110
3.3. Идентификация кадров-вставок на основе корреляционного анализа гис т ограмм из об ражений ка дров 116
3.4. Идентификация кадров-вставок в потоке видеоданных на основе сравнения коэффициентов полиномов, аппроксимирующих гистограммы изображений кадров 125
3.5. Предложения по реализации процессов формирования мультимедийного потока и идентификации кадров -вставок в потоке видеоданных
3.5.1. Трехэ лементное м а жоритарное устройс тво ре зервиров а ния 137
3.5.2. Система дистанционного диагностирования объектов 138
Выводы по третьей главе 141
Глава 4. Моделирование и экспериментальное исследование процессов формирования и обработки мультимедийного потока с фотографически ми данными о субъекте доступ а 143
4.1. Постановка задачи моделирования процессов формирования мультимедийного потока и идентификации кадров-вставок в потоке видеоданных 143
4.2. Имитационная модель процессов формирования мультимедийного потока и идентификации кадров -вставок в пот оке видеод анных 145
4.3. Основные результаты имитационного моделирования процессов формирования мультимедийного потока и идентификации кадров-вставок в потоке видеоданных 166
4.4. Перспективы использования методики идентификации кадров-вставок в потоке видеоданных для удаленного мониторинга объектов жилищно-к ом м у н а л ьного хоз яйс тв а и с троитель с тва 171
Выводы по четвертой главе 1..7..6..
Заключение 178
Список использованной литературы
- Анализ современного состояния и перспективы развития систем контроля и управления доступом на строительных объектах
- Математическая модель автоматизированной системы контроля и управления доступом, использующей технологию передачи мультимедийного потока
- Идентификация кадров-вставок в потоке видеоданных на основе оценки интегра льной ярк ос ти изоб ра жений ка д ров - с верток
- Имитационная модель процессов формирования мультимедийного потока и идентификации кадров -вставок в пот оке видеод анных
Введение к работе
Актуальность. Исходя из того, что строительный объект это – организационно-техническая территориально распределенная сложная система, предназначенная для выполнения комплекса строительно-монтажных и специальных строительных работ при возведении и реконструкции, техническом перевооружении, капитальном ремонте зданий и сооружений, автоматизированную систему управления предприятием строительного объекта традиционно образуют подсистемы управления технологическими процессами, финансами, логистикой и персоналом, среди которых подсистемы контроля и управления доступом обеспечивают контроль и охрану объектов инфраструктуры. К основным функциям подсистемы контроля и управления доступом относят управление и контроль территориальной целостности объекта, предотвращение несанкционированного доступа и перемещения персонала и транспорта по территории объекта.
Организация санкционированного доступа сводится к разделам ввода идентификационных признаков; идентификации и аутентификации субъекта доступа (СД); отображения фотографических данных субъекта доступа оператору; визуальной идентификации субъекта доступа; сбору, хранению и обработке событий. В последние годы в России наблюдается значительное увеличение масштабных инвестиционных проектов в области строительства и реконструкции, ведущих к возрастанию числа точек доступа (ТД), и как правило, существенному росту интенсивности их использования при потребности соответствующего сокращения времени идентификации субъекта. В условиях ограниченного времени эти факторы принципиально сужают возможности оператора по исполнению функций с требуемыми показателями качества, что обуславливает актуальность заявленной тематики.
Известные разработки систем контроля и управления доступом (СКУД) ведущих производителей PERCo (РФ), Parsec (РФ), Gate (РФ), Anviz Biometric Inc (США), APOLLO (США), Honeywell (США), Bosch Security Systems (Германия) и SYNEL (Израиль) не позволяют обеспечить решение вопросов визуальной идентификации субъекта доступа оператором уже при количестве точек доступа, большим 8–12, поскольку результаты исследований PSDB (Великобритания) показали, что восприятие человеком изображения на мониторах ухудшается с увеличением их количества (с 85% для одного, до 53% для девяти).
Кроме того, известный методический материал, отечественных и зарубежных ученых Ворона В.А., Тихонова В.А., Магауенова Р.Г., Кругля Г., Дамьяновски В., Гарсиа М., не касается вопросов централизованного контроля и управления доступом на строительных объектах по результатам идентификации и аутентификации субъекта с фотографических данных, а в большей степени затрагивает структуру системы видеонаблюдения совместно с техническими или биометрическими идентификаторами на локальных участках точек доступа. С другой стороны, применение систем видеонаблюдения позволяет оператору контролировать строительный процесс с терминального устройства, имеющего доступ к сети, но не дает детального представления о состоянии строительных объектов в реальном формате времени. Причем влияние «человеческого фактора» (эмоциональная напряженность, снижение внимания, случайное отвлечение, несанкционированное прерывание деятельности) существенно уменьшает адекватность и оперативность принятия решений. Поэтому исследование вопросов автоматизации процессов идентификации персонала на строительных объектах, используя видеопоток, не только актуально, но и научно необходимо, и технически целесообразно.
Научная проблема: отсутствие метода передачи в видеопотоке фотографических данных о субъекте доступа и их идентификации (выделения) для одновременного отображения реальных и эталонных фотографических данных в системах контроля и управления доступом на строительных объектах.
Объект исследования: процессы визуальной идентификации персонала в системе контроля и управления доступом на строительных объектах.
Предмет исследования: модели, методы и алгоритмы формирования и обработки мультимедийного потока видеоданных в процессе визуальной идентификации персонала.
Целью работы является: повышение эффективности визуальной идентификации субъекта в системе контроля и управления доступом персонала на строительных объектах на основе разработанных моделей, алгоритмов и методики.
Для достижения цели были сформулированы и решены следующие задачи:
-
Оценка применимости известных технологий идентификации субъекта доступа в системе контроля и управления доступом на строительных объектах.
-
Разработка математической модели процесса контроля и управления доступом с использованием технологии формирования и обработки мультимедийного потока видеоданных.
-
Разработка методики идентификации кадров-вставок в мультимедийном потоке видеоданных.
-
Моделирование и экспериментальное исследование процессов формирования и обработки мультимедийного потока с фотографическими данными субъекта доступа для оценки результативности визуальной идентификации субъекта доступа оператором.
Методы исследования. В работе использованы теория системного анализа (при выборе и обосновании критерия идентификации кадра-вставки), теории моделирования и случайных процессов (для организации имитационного моделирования процессов формирования и обработки мультимедийного потока), теория множеств (при описании теоретической модели СКУД), теория распознавания образов (при решении задачи идентификации и классификации кадров), математическая статистика (при оценке характеристик изображений кадров), теория массового обслуживания (при оценке эффективности функционирования СКУД).
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, представленных в диссертационной работе, подтверждается корректностью использованных и апробированных теорий, подходов, методов, алгоритмов и согласованностью программных экспериментов и реальных результатов.
Научная новизна:
-
Предложена математическая модель процесса контроля и управления доступом, основанная на моделях докторов Юсупова Р. М., Дмитриева А. К. и Максвелла Д. К., отличающаяся множеством состояний точек доступа, операторами переходов и использующая кадры-вставки для формирования мультимедийного потока видеоданных.
-
Разработана методика идентификации кадров-вставок в мультимедийном потоке видеоданных, базирующаяся на оценке интегральной яркости изображений кадров-сверток, корреляционном анализе гистограмм и сравнении коэффициентов полиномов, аппроксимирующих гистограммы изображений кадров, отличающаяся использованием динамического порога при идентификации кадров и принятия решения об их классе на основе мажоритарного способа обработки данных.
-
Разработана имитационная модель формирования мультимедийного потока видеоданных на основе предложенной математической модели процесса контроля и управления доступом, обеспечивающая оценку эффективности визуальной идентификации субъекта доступа, с учетом применения разработанной методики.
Практическая значимость заключается в разработанной программе для ЭВМ «Система дистанционного диагностирования объектов» свидетельство о государственной регистрации программы 2010612001 от 17.03.10 г., патенте на изобретение «Трехэлементное мажоритарное устройство резервирования» RU 2347264 от 20.02.2009 и заявке на изобретение «Способ идентификации кадров потока мультимедийных данных на основе корреляционного анализа гистограмм изображений кадров» №2015115030/08(023486) от 21.04.2015.
Результаты работы внедрены в ПАО «Брянское специальное конструкторское бюро» г. Брянск (2015), ЗАО «Научприбор» г. Орел (2015), Академия ФСО России г. Орел (2015).
Апробация результатов работы. Научные и практические результаты диссертационной работы были представлены и обсуждались на: VIII-ой Всероссийской межведомственной научной конференции «Актуальные проблемы развития технологических систем государственной охраны, специальной связи и специального информационного обеспече-
ния», г. Орел, Академия ФСО РФ, 2013 г.; IV-ой Международной научно-практической конференции, г. Курск: Юго-Зап. гос. ун-т, 2014 г.; Международной научно-практической конференции «Новая наука: от идеи к результату», г. Сургут, 22.09.2016 г.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе 9 статей в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК при Минобрнауки России, включая три самостоятельных работы и 5 публикаций в материалах научных конференций; 1 патент на изобретение, 1 свидетельство о государственной регистрации программы.
На защиту выносятся положения, составляющие научную новизну диссертационного исследования.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений и имеет 207 страниц основного текста, 37 страниц приложений, 229 наименование списка литературы (в том числе 24 ссылки на электронные ресурсы), 62 рисунка, 4 таблицы.
Анализ современного состояния и перспективы развития систем контроля и управления доступом на строительных объектах
Устройство ввода идентификационных признаков (УВИП) – электронное устройство, предназначенное: - для ввода запоминаемого кода (кода, вводимого вручную с помощью клавиатуры, кодовых переключателей или других подобных устройств); - ввода биометрической информации (сведений об индивидуальных физических признаках человека); - считывания кодовой информации с идентификаторов. В состав УВИП входят идентификаторы и считыватели. В рамках диссертации термин идентификатор (идентификатор доступа) ис пользуется с двумя смысловыми значениями. С одной стороны идентификатор - это идентификационный признак (уникальный признак субъекта или объекта доступа). При таком понимании в качестве идентификатора может использоваться запоминаемый код, биометрический признак или вещественный код. С другой стороны под идентификатором понимается сам носитель идентификационного признака. При таком понимании к идентификатору относиться предмет, в который (на который) с помощью специальной технологии занесен вещественный код (идентификационный признак в виде кодовой информации или код, записанный на физическом носителе). В качестве вещественного кода в СКУД могут использоваться карты, электронные ключи и брелоки и т. д.
К считывателям относятся устройства, предназначенные для считывания (ввода) идентификационных признаков.
Исполнительные устройства (ИУ) - устройства или механизмы (например, электромеханические и электромагнитные замки, защелки, механизмы привода шлюзов, ворот, турникетов), обеспечивающие приведение в открытое или закрытое состояние управляемых преграждающих устройств. К управляемым преграждающим устройствам (УПУ) в СКУД относят устройства, обеспечивающие физическое препятствие доступу людей, транспорта и других объектов и оборудованные исполнительными устройствами для управления их состоянием (например, дверей, ворот, турникетов, шлюзов, проходных кабин).
Контроллеры – интеллектуальные блоки, управляющие системой и принимающие решение о возможности прохода.
Устройства управления (УУ) - устройства и программные средства, устанавливающие режим доступа и обеспечивающие прием и обработку информации с УВИП, управление УПУ, отображение и регистрацию информации. К основным характеристикам современным СКУД относятся [104]: – стоимость; – надежность функционирования; – быстродействие; – время регистрации пользователя; – емкость памяти; – устойчивость к злонамеренным действиям; – вероятность ошибочного отклонения законного пользователя (ошибки 1-го рода); – вероятность ошибочного предоставления доступа незаконному пользователю (ошибки 2-го рода). В зависимости от способа проверки на предприятиях применяют следующие виды СКУД [104]: – ручные (подлинность личности определяет контролер на основе предъявляемого пропуска с фотографией владельца); – механизированные (фактически та же ручная проверка с элементами автоматизации хранения и предъявления пропусков); – автоматизированные (идентификация пользователя и проверка личностных атрибутов осуществляется электронным автоматом, а аутентификация и принятие решения о предоставлении доступа производится оператором); – автоматические (вся процедура проверки и принятия решения осуществляется компьютером). Как показывает анализ, на современных строительных объектах применяются автоматические и автоматизированные СКУД, которые в зависимости от способа управления бывают автономные, централизованные, распределенные и со смешанной логикой [22, 63, 109, 118]. Автономные (локальные) автоматические и автоматизированные СКУД управляются микрокомпьютером. Типовая схема построения такой системы приведена на рисунке 1.8.
Данные СКУД, как правило, обслуживают один контрольно-пропускной пункт (возможно, с несколькими линейками прохода и, соответственно, контрольными терминалами). В таких системах идентификационная информация о пользователях и их полномочиях хранится в локальной базе данных [104]. Анализ СКУД такого типа, показывает, что они просты по конфигурации, однако обладают низкой надежностью с точки зрения возможности вывода их из строя [46]. Они применяются в основном на тех объектах, где не требуется высокий уровень безопасности. Часто в литературе такие системы носят название как «однодверные». В рассматриваемой системе к контроллеру чаще всего подключаются до двух считывателей, которые устанавливают для контроля входа и выхода, один из них можно заменить на клавиатуру для набора кода. Кроме этого, система позволяет подключать электронные замки, кнопки выхода, гер-коны, ИК-датчики, извещатели и др.
Исследования, проведенные в рамках диссертации, показывают, что существуют «однодверные» системы, в которых считыватель и контроллер объединены в один корпус, т.е. блок, принимающий решение об открытии замка, сосредоточен в считывающем модуле. Это, с одной стороны, удешевляет систему, но с другой – уменьшает функциональные возможности, а главное, увеличивает вероятность взлома путем вскрытия корпуса считывателя и замыканием контактов, к которым подключен замок [104].
В еще более дешевых системах совмещаются в одном корпусе принимающий решение блок, клавиатура для набора кода, считыватель и замок. На объектах с требованиями повышенной безопасности применяются контроллеры с цифровым управлением реле замка [33, 145]. Выносной модуль реле замка монтируется непосредственно возле замка и управляется особым цифровым кодом. Примером таких систем являются СКУД на основе контроллеров, предлагаемых США фирмой APOLLO [129]. Чаще всего в автономных системах используются считыватели магнитных карт «touch memory» и «Proximity-карты», гораздо реже – биометрия, Виганд или другие считыватели [145, 146].
В большинстве автономных систем считыватели совмещены с клавиатурой для набора индивидуального кода. С помощью клавиатуры осуществляется программирование систем.
Централизованные СКУД, структурная схема которых показана на рисунке 1.9, находятся под непосредственным и постоянным управлением центрального компьютера системы охраны объекта, обслуживающего все периферийные звенья КПП [104].
База данных централизована. Применение таких систем экономически оправдано лишь тогда, когда к центральному компьютеру подключено достаточно большое количество терминалов – несколько десятков и более. Преимущество таких систем состоит в том, что они, в отличие от автономных, позволяют вести централизованную регистрацию событий, времени прохода служащих и осуществлять статистическую машинную обработку этих сведений, а также оперативно вводить все необходимые изменения в режимы доступа тех или иных лиц или в целом на объект. Такие СКУД способны обеспечить высокий уровень безопасности объекта [104, 160].
Для повышения надежности функционирования в таких системах может быть применена параллельная обработка данных на двух ПЭВМ [67, 147, 171]. Число контроллеров зависит от емкости системы и максимального количества считывателей, обслуживаемых одним контроллером [104].
Математическая модель автоматизированной системы контроля и управления доступом, использующей технологию передачи мультимедийного потока
В обобщенной модели АСКУД совокупность программно-аппаратных средств и людей, принимающих решения о допуске, рассматривается как субъект управления.
Эта организованная совокупность людей и материальных средств преследует главную цель – наилучшим образом обеспечить контроль и управление доступом, под которым понимается комплекс мероприятий, направленных на ограничение и санкционирование доступа людей, транспорта и других объектов (далее объектов доступа) в (из) помещения, здания, зоны и территории [33].
Учитывая вышесказанное, в работе контроль и управление доступом рассматривается как процесс, реализуемый автоматизированной СКУД и осуществляемый для выработки (по результатам наблюдений состояний точек доступа) необходимых воздействий на исполнительные устройства с целью ограничения и санкционирования перемещения объектов доступа через управляемые преграждающие устройства.
В данном определении приняты термины, которые имеют следующее толкование.
Поскольку в соответствии с ГОСТ Р 51241-2008 под точками доступа (ТД) понимаются места, где непосредственно осуществляется контроль доступа, поэтому в работе точки доступа рассматриваются как территории, помещения, зоны и пространства, на которых могут находиться и находятся объекты доступа, группа быстрого реагирования, блокирующие устройства, а также управляемые преграждающие устройства, оборудованные исполнительными устройствами. Состояние точек доступа определяется статусом объекта доступа, наличием (или отсутствием) группы быстрого реагирования, а также состояниями управляемых преграждающих устройств.
Под объектами доступа (ОД) понимаются люди, транспорт и другие объекты, относительно которых принимается решение об их санкционированном или несанкционированном доступе. Статус объекта доступа определяется наличием или отсутствием у него права доступа. Субъект доступа (СД) – это лицо или процесс, действие которых регламентируется правилами разграничения доступа (РД 25.03.001-2002).
К управляемым преграждающим устройствам (УПУ) в АСКУД отнесем устройства, обеспечивающие физическое препятствие перемещению объектов доступа в точках доступа. В зависимости от реализации точек доступа в АСУКД управляемыми преграждающими устройствами могут быть двери, ворота, турникеты, шлюзы, проходные кабины и. т.д. В рамках диссертационного исследования будем рассматривать два состояния управляемых преграждающих устройств: открытое, при котором обеспечивается допуск субъекта, и закрытое, при котором запрещается допуск субъекта.
Исполнительные устройства (ИУ) – это устройства или механизмы (например, электромеханические и электромагнитные замки, защелки, механизмы привода шлюзов, ворот, турникетов), обеспечивающие приведение в открытое или закрытое состояние управляемых преграждающих устройств сигналам, поступающим от устройств управления.
Устройства управления (УУ) - устройства и программные средства, устанавливающие режим доступа и обеспечивающие прием и обработку информации с точек доступа (в частности от устройств ввода идентификационных признаков, камер видеонаблюдения и т. д), управление исполнительными устройствами, отображение и регистрацию информации.
Система сигнализации (СС) представляет собой совокупность совместно действующих технических средств (датчиков) для обнаружения появления признаков нарушителя на охраняемых объектах и/или пожара на них, сбора, обработки, передачи и представления информации в заданном виде (РД 25.03.001-2002).
Совокупность точек доступа, связанных общим местоположением, организационно-техническими принципами или другими характеристиками, будем рассматривать как зону доступа (ЗД). Состояние зоны доступа будем характеризовать состояниями точек доступа.
Совокупность зон доступа, связанных общими организационно-техническими принципами или другими характеристиками, будем рассматри 67 вать как пространство доступа (ПД). Состояние пространства доступа будем характеризовать состояниями зон доступа.
Одной из основных задач контроля и управления доступом является выработка, по результатам наблюдений Y состояний SТД точек доступа, необходимых воздействий X на управляемые преграждающие устройства, группу быстрого реагирования и блокирующие устройства с целью ограничения или санкционирования перемещения людей, транспорта и других объектов через управляемые преграждающие устройства.
За основу взята модель контроля, предложенная докторами Юсуповым Р. М. и Дмитриевым А. К. [26, 44, 45, 187], при этом формально данную задачу можно представить в виде уравнений (отображений F1 «вход – выход» и F2 «состояние – выход»): F1 :T X SТД SТД ; (2.1) F2 :T X SТДY , (2.2) где T – множество моментов времени, в которые наблюдается ТЧ; X – множество входных сигналов (воздействий) на элементы точки доступа; Y – множество выходных сигналов (реакций) точки доступа; SТД – множество состояний точки доступа. Решение данной задачи сводится к нахождению операторов F1 и F2 , определяющих необходимое состояние точек доступа SТД для обеспечения требуемого качества контроля и управления доступом (рис. 2.2).
Идентификация кадров-вставок в потоке видеоданных на основе оценки интегра льной ярк ос ти изоб ра жений ка д ров - с верток
Проведенный анализ показал, что в СКУД ведущих мировых производителей, использующих визуальную идентификацию СД, высокая интенсивность запросов ограничивает возможности оператора в принятии решения с требуемыми показателями качества. В подобных СКУД используется два варианта действий оператора. Первый из них, когда оператор наблюдает за видеоданными, поступающими от ТД и в случае несовпадения с фотографическими данными, хранящимися в БД, переводит УПУ в закрытое состояние, блокируя дальнейшее продвижение СД. Данный подход имеет высокое значение вероятности несанкционированного допуска, особенно в случае использования идентификаторов зафиксированных на материальном носителе, что может привести к их хищению, копированию, передаче или утере. Данный подход неприемлем для организации пропускного режима на особо охраняемые объекты. Второй подход подразумевает перевод оператором УПУ в открытое состояние, но в даже случае обслуживания нескольких ТД, требует высокой сосредоточенности и оперативности принятия решения. При этом процесс функционирования оператора СКУД соответствует системе массового обслуживания с отказами.
Предложенные в работе модель контроля и управления доступом и методика идентификации кадров-вставок в мультимедийном потоке видеоданных позволяют изменить процесс обслуживания заявок в СКУД поступающих от ТД. Для передачи кадров от всех ТД одной ЗД используется мультимедийный поток, формирующийся из потока видеоданных поступающих от видеокамеры ЗД и кадров-вставок несущих фотографические данные. При этом кадр видеопотока заменяется кадром-вставкой, что не приводит к увеличению кадровой частоты, следовательно, и объема передаваемых данных. При предъявлении СД идентификатора на считыватель, выполняется захват одного кадра (изображения), содержащего фотографические данные. Оператору СКУД отображается восстановленный поток видеоданных ЗД и формируется очередь кадров-вставок, несущих данные о СД, длинною mСМО, для их дальнейшего сопоставления с фотографическими данными, хранящимися в БД, которые отображаются на отдельном мониторе. В данном случае процесс функционирования оператора СКУД соответствует СМО (рис. 2.7) с комбинированным способом обслуживания (ограничение по длине очереди mСМО), а для оценки эффективности используются как абсолютная (QСМО) и относительная ( qСМО ) пропускная способность, так и характеристики ожидания ( tСоМжО , tСсМО ). 1 ( 1-PCMOHPCMOTСМО+1 СМО = і WLMOJ , Рсмо = 1, wСМО + 2 СМО где РСМО = – приведенная интенсивность потока заявок; МСМО СМО = СМО- СМО . Рисунок 2.7 – Система массового обслуживания с комбинированным способом обслуживания с ограничением по длине очереди
Для проведения сравнительного анализа существующих и предлагаемого подходов к реализации СКУД с визуальной идентификацией СД, будем использовать относительную пропускную способность СМО [139, 161], характеризующуюся средней долей поступивших заявок, обслуживаемых системой.
Проведенный анализ функционирования существующих систем контроля и управления доступом, на базе которых планируется развитие и создание АСКУД строительных объектов свидетельствует о том, что эта система обладает большими потенциальными возможностями. Вместе с тем, реализация этих потенций встречает на своем пути ряд существенных трудностей организационного, технического и программно-алгоритмического характера.
Вопросы организационного и технического совершенствования СКУД выходят за рамки задачи диссертационной работы. Поэтому основное внимание в работе будет уделено вопросам совершенствования программно-алгоритмического обеспечения планирования и эксплуатации этой системы в рамках автоматизированной системы управления предприятием строительного объекта с целью выявления и максимально полного использования ее предельных возможностей. Очевидно, что одним из основных способов достижения предельных возможностей СКУД является решение проблемы оценки и реализации максимального число точек доступа, обеспечивающих ограничение и санкционирование доступа на строительных объектах. Проблема повышения эффективности визуальной идентификации в СКУД на строительных объектах сводится к задаче, которую сформулируем в следующем виде.
Имитационная модель процессов формирования мультимедийного потока и идентификации кадров -вставок в пот оке видеод анных
При исследовании и анализе процессов обмена данными между элементами системы контроля и управления доступом в рамках данного раздела диссертационной работы будем применять моделирование на цифровых вычислительных машинах, под которым будем понимать как замещение одного объекта другим с целью получения информации о важнейших свойствах объекта-оригинала с помощью объекта-модели [1, 51, 55]. Здесь и в дальнейшем под объектом понимается все, на что направлена человеческая деятельность.
Поскольку в основу моделирования положена теория подобия, которая утверждает, что абсолютное подобие имеет место лишь при замене одного объекта точно таким же другим, а абсолютное подобие при моделировании не имеет места, поэтому при исследовании будем стремиться к тому, чтобы разрабатываемая модель достаточно хорошо отображала только наблюдаемую сторону функционирования объекта – процессы формирования мультимедийного потока и идентификации кадров-вставок в потоке видеоданных.
При этом будем выделять следующие основные этапы моделирования: - построение и формализация концептуальной модели процессов обмена данными в системе контроля и управления доступом (в частности, процессы формирования мультимедийного потока и идентификации кадров-вставок); - алгоритмизация этой модели и ее машинная реализация; - получение результатов машинного моделирования и их интерпретация. На первом этапе моделирования формулируется ее цель, разрабатывается и обосновывается формальная схема модели, собственно, решается вопрос об эффективности и целесообразности моделирования исследуемых процессов на ЭВМ.
На данном этапе применяется математическое моделирование, с помощью которого устанавливается соответствие данному реальному объекту некоторой конструкции, называемой математической моделью. При этом будем учитывать, что математическая модель, как и всякая другая, описывает реальный объект только с некоторой степенью приближения [1, 49, 161].
Характерной особенностью математического моделирования на этом этапе является аналитическое моделирование, при котором процессы функционирования элементов или всей системы в целом записываются в виде некоторых функциональных соответствий или логических условий.
В работе аналитическая модель исследуется: - аналитическим методом, когда для наблюдаемых характеристик требуется получить явные зависимости в общем виде; - численным методом, когда, не решая уравнения в общем виде, требуется получить результаты при конкретных исходных данных и заданной точности; - качественно, когда, не имея решения в явном виде, необходимо найти некоторые его свойства. На втором этапе математическая модель, сформулированная на первом этапе, воплощается в машинную модель, т. е. решается проблема алгоритмизации модели, ее рационального разбиения на блоки и организации интерфейса между ними; при этом также решается задача обеспечения получения необходимой точности и достоверности результатов при проведении машинных экспериментов.
Характерной особенностью математического моделирования на этом этапе является имитационное моделирование, при котором процессы формирования мультимедийного потока и идентификация кадров-вставок отображаются в виде алгоритмов, воспроизводящих во времени составляющие процессы с сохранением их логической структуры и последовательности протекания. Это позволяет по исходным данным получить для оценки характеристики сведения о состояниях процесса в определенные моменты времени [1, 55, 64, 161].
На третьем этапе имитация процессов формирования мультимедийного потока и идентификации кадров-вставок в потоке видеоданных для сбора необходимой информации, ее статистической обработки в интерпретации результатов моделирования осуществляется с помощью ЭВМ.
Для исследования имитационной модели на ее вход (входы) подаются реальные входные воздействия (кадры-вставки и видеокадры), а реакции на ее выходе (выходах) обрабатываются аппаратурно или математически.
Таким образом, в отличие от аналитического моделирования, когда с помощью разрабатываемой модели (формулы, уравнения, соотношения) получают численные (качественные) характеристики объекта, имитационное моделирование кроме разработки моделирующего алгоритма включает в себя проведение эксперимента с моделью в реальном режиме времени и обработку результатов экспериментирования с моделью.
Для решения задачи оптимизации конструктивных и системных параметров систем контроля и управления доступом, а также оценки частот пропуска и ложного обнаружения, возникающих при идентификации кадров-вставок, разработана имитационная модель, отражающая процессы формирования и цифровой обработки мультимедийного потока видеоданных, поступающих от видеокамер, обеспечивающих наблюдение за объектами доступа [84, 85].
Имитационная модель реализуется на универсальной ЭВМ. Она представляет собой совокупность отдельных блочных модулей и связей между ними в их взаимодействии в пространстве и во времени (рис. 4.1).
Основными элементами имитационной модели являются: - поток видеокадров, поступающий с устройства ввода видеоданных ()мь (видеокамеры) Kвид t = нkвид э=kвид1 ,kвид2 ,kвид3 ,L,kвидk ,L; о k ю ров-вставок Kвст(t) = нмk эь =kвст ,kвст ,kвст , K,k банк фотоизображений, используемый для формирования потока кадь встk юэ =kвст1,kвст2 ,kвст3,K,kвстk , K; э= потk ю блок формирования мультимедийного потока K(t)= нмk =kпот1,kпот2 ,kпот3 ,K,kпотk ,K, обеспечивающий моделирования мультимедийного потока, содержащего видеокадры kвидk ОY1 и кадры-вставки k ОY ; встk 2 - блок управления формированием потока данных, определяющий структуру мультимедийного потока по случайному закону с участием автора; - блок идентификации, включающий четыре алгоритма, реализующих методику идентификации кадров-вставок, основанную на оценке интегральной яркости изображений кадров-сверток, проведении корреляционного анализа гистограмм изображений кадров, сравнении коэффициентов полиномов, аппроксимирующих гистограммы изображений кадров, и принятии решения о классе кадров мультимедийного потока по мажоритарному правилу; - блок отображения видеоданных, отображающий на мониторе ЭВМ отдельно множество видеокадров и кадров-вставок.
Остальные элементы (блок идентификации и аутентификации личности, группа блокирования, исполнительные устройства), показанные на рисунке 4.1, совместно с вышеназванными блоками, используются для обеспечения функционирования автоматизированной СКУД в рамках предложенной модели.