Олег Шилов, 13/05/21
В условиях повсеместной цифровизации и начала цифровой трансформации перед службами безопасности объектов остро стоит вопрос целесообразности применения технологий искусственного интеллекта и видеоаналитики при модернизации существующих систем безопасности и физической защиты, а также при проектировании систем безопасности строящихся объектов. Зачастую заказчикам сложно оценить эффективность от внедрения конкретной технологии, многие решения направлены на узкоспециализированные задачи и не позволяют в целом оценить качественное увеличение уровня защищенности объекта и его способности противостоять новым угрозам и вызовам. Применение сквозных цифровых технологий на различных рубежах безопасности и уровнях обеспечения безопасности объекта позволяет преодолеть существующие барьеры на этом пути.
Полноценному внедрению технологий искусственного интеллекта (ИИ) в периметрах защиты препятствуют:
- низкая доступность данных для интеллектуального анализа в существующих системах сбора и обработки информации (ССОИ);
- отсутствие единой онтологической базы терминов и определений сферы безопасности для систем ИИ и видеоаналитики;
- отсутствие типовых разработанных моделей (шаблонов) получения полезной информации о периметрах защиты из всей совокупности данных и методов их анализа в реальном времени.
Такая ситуация приводит к неравномерному развитию базовых составляющих Индустрии 4.0 (рис. 1). Их часть в той или иной мере уже используется при построении систем безопасности, при этом некоторые направления недооценены и не развиты. Именно в развитии этих направлений и лежит наиболее оптимальный вектор трансформации, и при достаточном уровне интеграции решений и сопутствующих процессов в единое информационное пространство происходит качественный скачок эффективности от внедрения новых технологий.
При этом эффекты от трансформации достигают максимальных значений при задействовании всех ее составляющих.
Рис. 1. Составляющие Индустрии 4.0
Распределение значимости технологий Индустрии 4.0
Рынок оценивает важность технологий по критериям их доступности и востребованности.
Участникам рынка безопасности легче развивать имеющиеся технологии (проводить автоматизацию и цифровизацию в освоенных направлениях развития технологий), чем внедрять прорывные решения. Об этом говорят данные исследования рынка (рис. 2).
Рис. 2. Распределение веса технологий, по мнению участников рынка безопасности
Из него видно, что наибольшее внимание уделяется вопросам кибербезопасности и возможностям применения ИИ, что создает перекос в сторону информационных технологий. При этом взаимосвязь существующих технологий четко не прослеживается рынком, что не всегда позволяет организовать горизонтальную и вертикальную бесшовную интеграцию.
Для построения высокопроизводительных и эффективных решений в области защиты объектов их системы безопасности должны переводить процессы, наблюдаемые в физическом пространстве, в машиночитаемые информационные задачи, формируемые на основе ИИ, а также иметь возможность осуществлять ситуационное управление и физическое реагирование на основе решений, предложенных ИИ прогностических систем.
В этом алгоритме ИИ играет ключевую роль в интерпретации данных видеонаблюдения и охраны для их дальнейшего использования.
Получать, интерпретировать, структурировать, анализировать, сортировать, хранить и извлекать данные – основная задача решений на базе Индустрии 4.0, где цифровые данные из категории "средства" обеспечения безопасности переходят в "сущность" для достижения безопасности объекта.
Далее мы рассмотрим, как, не нарушая целостности существующих систем безопасности, максимально задействовать новые направления.
Искусственный интеллект в видеоаналитике – пути развития в Индустрии 4.0
Цифровая трансформация в Индустрию 4.0 предполагает внедрение принципиально новых видов сквозных технологий, включая ИИ, облачные сервисы и промышленный Интернет вещей (IIIoT). Трансформация призвана обеспечить кратный рост ключевых показателей эффективности технических средств по отношению к классическому пути модернизации и невозможна без таких элементов, как компьютерное моделирование (создание цифровых двойников), роботизация, горизонтальная и вертикальная интеграция.
Переход к цифровому управлению безопасностью (цифровая трансформация) происходит путем замены классической технологии сбора и обработки информации (ССОИ) на интегрированную систему безопасности (ИСБ) с автоматизированной интеллектуальной системой поддержки принятия решений (PSIM), где решения принимаются на основе сбора и анализа данных в режиме реального времени.
Роботизированные комплексы наблюдения, камеры с интеллектуальной аналитикой, комбинированные РЛС и мультиспектральные сенсоры занимают свое место в новой структуре технических средств охраны (ТСО) Индустрии 4.0.
Перед владельцами существующих систем безопасности встает естественный вопрос: с каких изменений начать путь по их трансформации?
Чтобы на него ответить, следует взглянуть на матрицу решений с точки зрения горизонтальной интеграции.
На рис. 3 видно, что технологии ИИ являются сквозными и могут присутствовать как в функционале контроля и управления безопасностью объекта, так и в аналитике прогностических систем, в видеокамерах постоянного наблюдения и системах раннего предупреждения угроз.
Рис. 3. Матрица решений при реализации современной системы защиты периметра
Системы раннего предупреждения угроз и прогностические системы позволяют создать несколько рубежей безопасности, в том числе виртуальные рубежи, что дает возможность наращивать защищенность объекта без существенных изменений в существующих системах ССОИ.
Описываемый далее подход к построению безопасности основан на мультипликативном эффекте от поэтапного увеличения числа рубежей, при котором переход к мультирубежной модели позволяет учесть новые угрозы и реализовать риск-ориентированную модель защиты при сохранении базового уровня защищенности объекта.
Структура сквозных цифровых технологий безопасности объектов
В основе современной системы безопасности объекта лежит интегрированная система безопасности, осуществляющая управление людьми, технологиями и процессами в реальном времени. С точки зрения вертикальной интеграции технологии ИИ также являются сквозными.
Видеоаналитика с элементами ИИ присутствует в видеокамерах ведущих производителей, формируя базовую инфраструктуру современных систем охранного телевидения объекта. Создание дополнительных рубежей охраны периметров и прилегающих к ним территорий позволяет качественно противостоять новым угрозам и получить время на анализ ситуации с использованием ИИ, переводя ССОИ в разряд автоматизированных. Системы поддержки принятия решений (PSIM) могут применять ИИ для формирования решений на уровне управления. Такой формат меняет привычные модели управления безопасностью и требует внедрения принципиально новых видов технологий.
Постепенная автоматизация процессов и внедрение ИИ возможны с помощью расширения уже существующих информационных систем безопасности путем формирования технологических надстроек над существующими ССОИ. Ряд компаний начали предлагать такие решения на рынке безопасности.
Рис. 4. Уровни обеспечения безопасности объекта
Роль ИИ в сквозных технологиях обеспечения безопасности объектов
Сквозные технологии позволяют вести постоянный контроль основных показателей риска и защищенности, работать на упреждение негативных ситуаций на основе сбора объективной, актуальной и полной информации и ее обработки средствами ИИ.
Автоматизация основных процедур мониторинга и реагирования повышает готовность к нейтрализации угроз наравне с проведением тренировок и учений. Постоянное обучение и самообучение (Machine Learning) системы снижает количество ложных тревог.
Использование мультирубежной системы видеонаблюдения с ИИ позволяет быстрее запустить сквозные цифровые технологии и преодолеть существующие административные и технологические барьеры.
Искусственный интеллект в видеокамере или на сервере?
Сегодня говорить о том, что видеоаналитика работает в камере более эффективно, можно только в случае невозможности передачи полноценного потока на сервер в режиме реального времени.. Применение ИИ в ССОИ при анализе видеопотоков более эффективно на уже существующих IP-сетях основного рубежа охраны объекта. В то же время процессоры камер все время совершенствуются, их вычислительные мощности растут, и встроенный ИИ начинает использовать метаданные для придания смысла и структуры видеоматериалам, позволяя видеокамере понимать, что она видит, а интеграторы могут настраивать функционал ИИ, конфигурируя камеры как устройства IIoT и разрабатывая для них специализированные приложения.
Качественные локальные сервисы VMS (Video Management System) с ИИ предоставляются крупными участниками рынка, при этом клиент получает дополнительное звено в цепочке ответственных за работу решения звеньев. Такая зависимость ограничивает заказчика, и сегодня он готов рассматривать облачные сервисы, периферийные серверные вычисления, удаленное конфигурирование и администрирование камер как альтернативу общепринятым решениям. Создание дополнительных рубежей охраны позволяет заказчику с наименьшими рисками задействовать в них технологии Индустрии 4.0 и реализовать эффект от их применения.
Рис. 5. Оценка и снижение рисков с использованием сквозной технологии
Внедрение новых технологий
Цифровые интеграционные решения последовательно реализуют технологии ситуационного управления в области обеспечения антитеррористической защищенности и физической защиты объектов, предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций.
Применение киберфизических систем (IIoT) позволяет оперировать вторичными данными с РЛС, видеокамер, тепловизоров и иных средств раннего обнаружения, снижая нагрузку на центральные вычислительные узлы.
Актуальность приобрели системы нелетального воздействия, робототехнические средства, системы мониторинга воздушного и подводного пространства.
В Индустрии 4.0 ИСБ непрерывно извлекает информацию о состоянии защищенности объекта, интегрируя ее с базами информационных моделей для формирования достоверной картины состояния СФЗ и использования актуальных данных от прогностических систем в целях прогнозирования развития ситуации и предвидения возможных последствий от принимаемых решений.
Мультирубежность как возможность цифровой трансформации
Создание нескольких автоматизированных рубежей охраны под управлением ИСБ объекта (мультирубежность) позволяет заказчикам эффективно выполнить трансформацию с минимальными рисками и высокой отдачей от инвестиций. При этом прогностические системы с ИИ могут формировать виртуальные рубежи охраны.
Рассмотрим несколько решений, позволивших заказчикам внедрить новые прорывные технологии при модернизации или создании СФЗ.
Для достижения максимального результата решения были построены на актуализации и анализе рисков с применением методологии стоимостного инжиниринга для реализации риск-ориентированного подхода в обеспечении безопасности объекта.
Рис. 6. Использование новых охранных технологий в сочетании с традиционными
Кейс 1. Виртуальный рубеж в пределах санитарно-защитной зоны объекта
Виртуальный рубеж охраны прилегающей территории выполнен на базе группировки беспилотных воздушных судов (БВС) самолетного типа, совершающих регулярные полеты в пределах санитарно-защитной зоны объекта с применением мультиспектральной камеры с встроенным ИИ, а также лазерного целеуказания для привязки к рельефу местности, заложенному в автопилот БВС. Протяженность рубежа составила более 10 км.
Обработанное видеоизображение передается с борта БВС в режиме реального времени в ССОИ по защищенным радиоканалам связи. Информация мониторинга прилегающих территорий комплексируется с сигналами стационарной РЛС с мультиспектральной камерой на поворотной платформе, размещенной в пределах территории объекта.
Встроенные в наземный пункт управления БВС алгоритмы сравнения состояния подстилающей поверхности выявляют изменения на рельефе, видеокамера способна распознавать номера автотранспортных средств и вести их автосопровождение, а тепловизор – обнаруживать тепловые аномалии и передавать целеуказания на стационарный пост наблюдения. Такое решение позволило заказчику существенно расширить зону контроля территории, выявлять угрозы на ранних стадиях, на порядок снизить количество правонарушений. Срок окупаемости решения составил менее года.
Кейс 2. Поэтапное создание дополнительных рубежей охраны объекта
Дополнительные рубежи охраны объекта формируются по внешней стороне от основного периметра охраны, с учетом географического положения объекта (берег водоема, лес, степь, равнина, овраги). Для каждого участка местности подбирается оптимальное техническое решение с учетом возможных на данном направлении угроз. Суммарная протяженность новых рубежей зоны безопасности составила более 20 км.
Поэтапное внедрение позволило оптимизировать финансовые затраты заказчика и разделить финансирование на несколько лет. При этом с вводом каждого рубежа качественным образом меняется уровень защищенности, а системы ИИ позволили работать в сложных условиях деятельности хозяйствующих субъектов на контролируемых территориях, интенсивного движения речного и автомобильного транспорта.
Кейс 3. Интегрированные мультирубежные системы безопасности периметра
Проектирование СФЗ для вновь возводимого объекта позволило изначально заложить принцип сквозных цифровых технологий на базе ИИ, что обеспечивает эффективное противодействие как существующим, так и неизвестным или новым угрозам.
При этом вокруг объекта создается виртуальный купол безопасности, который охватывает не только земную поверхность, но и верхнюю полусферу (воздушное пространство) с нижней полусферой (защищенной акваторией).
Мультирубежная защита построена на стратегии применения множества технологий безопасности. Такое решение охватывает все аспекты безопасности и намеренно создает избыточность. Если угроза преодолеет один рубеж, то будут использованы следующие рубежи безопасности, чтобы остановить или нейтрализовать угрозу. Решение устраняет потенциальные уязвимости безопасности, которые неизбежно несут с собой технологии, персонал или нарушитель, и такой комплексный подход впервые был применен к защите технически сложного и особо опасного объекта.
Изменение стратегического вектора
Полученные в результате нового подхода практические результаты показали преимущества мультирубежности перед классическим алгоритмом создания нескольких рубежей защиты.
Основным отличием является то, что при классическом подходе рубежи выстраиваются на пути угроз к объекту, а мультирубежные решения исходят от задач ситуационного управления безопасностью и направлены в сторону потенциального нарушителя. Такое изменение вектора позволяет применять риск-ориентированный подход без нарушения целостности принятых ранее решений и получить ощутимый эффект от внедрения технологий ИИ.
