ТЕХНОЛОГИЯ СКРЫТОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СОТРУДНИКА

Левитская Е.А.

ФГУП “РФЯЦ – ВНИИТФ им. академ. Е. И. Забабахина”

ТЕХНОЛОГИЯ СКРЫТОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СОТРУДНИКА

Аннотация

В работе рассмотрена проблема контроля за психофизиологическим состоянием сотрудников на опасных производственных объектах, представлена технология, реализующая способ скрытой идентификации психофизиологического состояния субъекта в процессе его профессиональной деятельности.

Ключевые слова: скрытая идентификация психофизиологического состояния, ИК – спектроскопия, системы контроля и управления доступом.

Levitskaya E.A.

FSUE “RFNC – VNIITF”

TECHNOLOGY COVERT IDENTITY OF PSYCHOPHYSIOLOGICAL STATE EMPLOYEE

Abstract

The article considers the problem of control of psychophysiological States of employees of hazardous production facilities, the technology that implements the method of latent identification of the psychophysiological state of the subject in the process of his professional activity.

Keywords: hidden identification of the psychophysiological state, IR – spectroscopy, control systems and access control.

Введение

Предприятия нефтеперерабатывающей, химической и атомной отраслей относятся к категории наиболее опасных производственных объектов, поэтому особое место на них занимают вопросы защиты информации. Важной составляющей комплексной системы обеспечения информационной безопасности на таких предприятиях является система контроля и управления доступом (СКУД).

Стандартные процедуры аутентификации в СКУД выполняют функцию разграничения понятий “свой” и “чужой”, как правило, на основе предъявления субъектом «секретного ключа» (пароля, магнитной карты, радио – брелка и т.п.) или биометрических данных [1]. При этом не учитывается психофизиологическое состояние субъекта. То есть доступ может получить потенциально опасный для информационной безопасности субъект (человек в состоянии алкогольного или наркотического опьянения).

В настоящее время контроль психофизиологического состояния операторов технологических процессов, пользователей информационных систем осуществляется исключительно нормативными документами, регламентирующими действия и поведение сотрудников.

Проведенный анализ методов, изложенных в существующих патентах и периодической литературе в области определения концентрации алкоголя и наркотических веществ на основе конопли в крови субъекта показал наличие достаточного числа решений для экспресс – диагностики пользователей [2,3] и выявил их основные недостатки: человек, который проходит психофизиологическое тестирование всегда знает об этом; ограниченность методов; возможность обхода систем; неудобство функционального использования.

Таким образом, сформировалась точка зрения сделать процедуру распознавания потенциально опасного для информационной безопасности поведения сотрудника скрытой, и проводить ее непрерывно в процессе его работы [4].

Основная часть

В рамках решения поставленной задачи был разработан способ скрытой идентификации психофизиологического состояния субъекта в процессе его профессиональной деятельности [5].

Сущность предлагаемой технологии заключаются в том, что вначале решается задача обнаружения лица субъекта, так как именно в этом направлении будет наибольшая концентрация интересующих нас веществ. Для этого в направлении субъекта осуществляют посылки импульсов оптического излучения на двух длинах волн, характеризующих локальные максимум и минимум отражения меланина кожи человека. Так на длине на длине волны λ₁= 1,1 мкм коэффициент отражения лица превышает отражение на длине волны λ₂= 1,2 мкм вне зависимости от национальности субъекта в 1,5 раза [6]. С учетом этого обстоятельства, для обнаружения меланина в поле зрения оптического прибора необходимо произвести посылки импульсов оптического излучения на указанных длинах волн и сравнить отраженные сигналы путем вычисления отношения

 (1),

где U_λ1, U_λ2 – амплитуды принятых и усиленных импульсов на длинах волн λ₁ и λ₂ соответственно. Если результат отношения попадет в заранее установленный диапазон, можно говорить, что «меланин в поле зрения оптического прибора присутствует» [7]. После этого возможно проведение измерения концентрации содержания паров алкоголя и наркотических веществ в выдыхаемом субъектом воздухе.

С этой целью в выбранном направлении дополнительно проводятся посылки импульсов оптического излучения на длинах волн поглощения этанола и аммиака и на так называемых опорных к ним длинах волны [8]. При работе на близких расстояниях (несколько десятков метров) предпочтительнее использование длин волн 3,1 мкм (для этанола) и 2,8 мкм (для аммиака) ввиду более мощных полос поглощения излучения исследуемых веществ, наличию в этом диапазоне «окна прозрачности» атмосферных газов [9]. На выбранных длинах волн помехи, связанные с поглощением водяных паров пренебрежимо малы, а уровень СО₂ относительно постоянен. Таким образом, поглощение излучения, обусловленное Н₂О и СО₂ можно считать постоянным, и эту величину вычитать как постоянное смещение. Переход на обозначенную полосу ведет к снижению амплитуды полезных сигналов, а с учетом низкого отражения кожи в этом диапазоне (~7%) отношение сигнал/шум в измерительном канале приближается к единице. Чтобы увеличить это отношение до уровня решения задач измерительного плана введем в каждый канал операцию накопления.

Измерение проводят с помощью классической схемы сравнения. Если облучать газовую смесь излучением на опорной и измерительной длинах волн, то прошедшие через нее потоки согласно закону Бугера-Ламберта соответственно равны [10]

(2)

и

 (3),

где k - коэффициент передачи оптического канала, учитывающий потери энергии в оптическом канале, усиление электронной схемы, чувствительность приемника излучений, I₀- плотность потока излучения посылаемых импульсов, - коэффициенты поглощения паров исследуемого вещества в выдыхаемом воздухе соответственно на длинах волн и , d – протяженность пути лучей в воздухе, содержащем пары вещества.

Логарифм отношения регистрируемых сигналов будет иметь следующий вид:

(4).

Коэффициент поглощения связан с концентрацией поглощающего газа. По закону Бера – каждая молекула или атом независимо от относительного расположения других молекул или атомов поглощает одну и ту же долю энергии излучения, т.е.

(5),

где A – молярный коэффициент поглощения, характеризующий поглощающие свойств вещества, л*моль^-1*см^-1, Ср – концентрация искомого вещества, моль/л,

Тогда

(6).

Соотношение концентрации алкоголя и наркотических веществ в крови и альвеолярном воздухе определяется разностью плотности сред: крови и воздуха. Величина соотношения кровь альвеолярных капилляров/выдыхаемый воздух определена, но в разных странах принятое значение этой величины несколько отличается. В рамках данной работы будем использовать соотношение, принятое законодательством РФ [11]. Это означает, что в 2200 см³ альвеолярного воздуха содержится такое же количество искомых веществ, как в 1 см³ крови.

Содержание паров алкоголя в выдыхаемом воздухе выражается в миллиграммах на 1 м³ и с учетом отношения плотностей крови и воздуха может быть выражено в промиллях по крови. При этом 0,1 ⁰/₀₀ алкоголя в крови соответствует приблизительно 45 мг/м³ алкоголя в выдыхаемом воздухе, т.е.

(7),

В результате построения и программной реализации математической модели прохождения ИК излучения через выдыхаемый субъектом воздух и измерения концентрации этанола и аммиака в нем, с учетом влияния комплекса возмущающих факторов (расстояние до субъекта, помехи в оптическом канале, температура, влажность) была оценена возможность применения данного способа для скрытой идентификации психофизиологического состояния субъекта, а также получены зависимости погрешности вычислений концентрации искомого вещества от расстояния до субъекта и от количества посылаемых импульсов. Так при концентрации этанола в крови субъекта равной 0,3⁰/₀₀ расчетная зарегистрированная концентрация этанола составит от 0,28 до 0,26⁰/₀₀ (в зависимости от расстояния между источником/приемником излучения и лицом субъекта). Установлено, что при расстоянии от субъекта до источника излучения 0,7 м и 10000 посылаемых импульсов с частотой 40 мксек средняя квадратичная погрешность вычислений составит 0,0094. Что приемлемо для решения практической задачи.

С учетом, всего вышесказанного, блок-схема устройства, реализующего предлагаемую технологию представлена на рисунке 1.

Рис. 1 – блок-схема работы устройства, реализующего технологию скрытой дистанционной идентификации степени алкогольного и наркотического опьянения субъекта.

Устройство для реализации предложенного способа содержит три блока: блок 1, предназначенный для сканирования пространства с целью захвата субъекта для исследования, блок 2 – состоящий из излучателей оптических сигналов на разных длинах волн в направлении исследуемого пространства и приемников излучения, блок 3 – регистрирующая схема, принимающая решение о наличии субъекта в поле зрения оптической системы и оценивающая концентрацию алкоголя и наркотических веществ в крови субъекта по содержанию их паров в выдыхаемом воздухе.

Блок 2 содержит измерительный 2.1 и опорный 2.2 ИК-излучатели (на длинах волн 1,1 и 1,2 мкм), переключающиеся генератором 3.1, который также перераспределяет сигнал от приемника на два канала, основным звеном каждого из которых является схема накопления (суммирование результатов отражения по каналу с λ=1,1 мкм и λ= 1,2 мкм). В процессе накопления идет непрерывное сравнение выходных сигналов и принимается решение «меланин в поле зрения оптического прибора». Перечисленные операции выполняются схемами 3.3 и 3.2. Схема 2.3 является приемником излучений на указанных длинах волн.

Импульс «меланин» сохраняется до тех пор, пока в поле зрения прибора находится лицо субъекта. Этим импульсом открываются схемы совпадений 3.4 и 3.5 и в установленном направлении с помощью последовательно переключаемых излучателей 2.4-2.7 субъект облучается на длинах волн 3,1 и 3,3 мкм (измерительная и опорная длины волн для этанола), а также на длинах волн 2,8 и 3 мкм (измерительная и опорная длины волн для аммиака). Эти излучения дважды проходят через выдыхаемый объем воздуха (в прямом и обратном направлениях) и регистрируются приемниками 2.8 и 2.9. Схема сравнения 3.6, на которую поступают сигналы с приемников в части накопления сигналов на указанных длинах волн аналогична схеме 3.3. Однако дальнейшая обработка накапливаемых сигналов осуществляется по приведенным выше формулам с вычислением концентраций этанола и аммиака. Результаты вычислений выводятся на экран монитора оператора службы безопасности (схема 3.7) и уже там принимается решение о дальнейших действиях.

Схема определения концентрации искомых ингредиентов отличается от классической схемы абсорбционного оптического анализатора введением после излучателей накопителей энергии отраженных импульсов, а после анализатора - схемы вычисления оценок среднеквадратического отклонения и математического ожидания на заданном интервале и при превышении отношения второй оценки к первой установленной величины оценка математического ожидания принимается за результат измерения.

Заключение

Данная технология позволит решить важную проблему скрытой идентификации психофизиологического состояния сотрудника в процессе его профессональной деятельности. Применение полученных результатов позволит снизить уровень ошибок, чрезвычайных ситуаций, происходящих по вине нетрезвого сотрудника, а также повысить уровень информационной безопасности на важных промышленных объектах.

Разработанный способ скрытого дистанционного определения концентрации этанола и аммиака в выдыхаемом человеком воздухе могут быть использованы для решения широкого круга задач в биохимии, биомедицине и клинической медицине.

Литература

1. Волхонский В.В. Некоторые вопросы разработки методологии построения систем контроля доступа и выбора технологии идентификации // Информационно-управляющие системы, ФГУП «Издательство «Политехника». – 2012. №4(59). - С. 78-83.
2. Hosseini S.A., Khalilzadeh M.A., Changiz S. Emotional stress recognition system for affective computing based on bio-signals // International Journal of Biological Systems (JBS), Vol. 18, No. 1, October 2010. pp. 101-114.
3. Еремин С.К., Изотов Б.Н., Веселовская Н.В. Анализ наркотических средств: руководство по химико-токсикологическому анализу наркотических и других одурманивающих средств. М.: Мысль, 1993 - 266.
4. Еременко А.В., Левитская Е.А., Сулавко А.Е., Самотуга А.Е. Разграничение доступа к информации на основе скрытого мониторинга действий пользователей в информационных системах: скрытая идентификация // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии / СибАДИ. - Омск: СибАДИ, 2014, № 6(40), С.92-101.
5. Левитская Е.А. Возможность скрытой дистанционной степени алкогольного опьянения водителя транспортного средства  // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии / СибАДИ. – Омск: СибАДИ, 2013, №1 (29), С. 31-35.
6. Пушкарева А.Е. Методы математического моделирования в оптике биоткани. Учебное пособие. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2008. 103 с.
7. Левитская Е.А. Способ бесконтактного обнаружения лица субъекта в реальном времени // Безопасность информационного пространства: материалы XII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Екатеринбург, 2-4 декабря 2013 г. – Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2014. – С.25-29.
8. NIST Chemistry WebBookhttp: [Electronic resource]. - URL: http:/​/​webbook.nist.gov
9. Прозрачность земной атмосферы: [Электронный ресурс]. - URL: http:/​/​www.astronet.ru
10. Кросс А. Введение в практическую инфракрасную спектроскопию. Перевод с английского канд.хим.наук Ю.А.Пентина. - М.: Изд-во ин. лит-ры, 1961.
11. Определение алкоголя в выдыхаемом воздухе [Электронный ресурс]. - URL: http:/​/​www.lawru.info/​legal2/​ se18/​ pravo18946/​ index.htm

References

1. Volhonskij V.V. Nekotorye voprosy razrabotki metodologii postroenija sistem kontrolja dostupa i vybora tehnologii identifikacii // Informacionno-upravljajushhie sistemy, FGUP «Izdatel'stvo «Politehnika». – 2012. №4(59). - S. 78-83.
2. Hosseini S.A., Khalilzadeh M.A., Changiz S. Emotional stress recognition system for affective computing based on bio-signals // International Journal of Biological Systems (JBS), Vol. 18, No. 1, October 2010. pp. 101-114.
3. Eremin S.K., Izotov B.N., Veselovskaja N.V. Analiz narkoticheskih sredstv: rukovodstvo po himiko-toksikologicheskomu analizu narkoticheskih i drugih odurmanivajushhih sredstv. M.: Mysl', 1993 - 266.
4. Eremenko A.V., Levitskaja E.A., Sulavko A.E., Samotuga A.E. Razgranichenie dostupa k informacii na osnove skrytogo monitoringa dejstvij pol'zovatelej v informacionnyh sistemah: skrytaja identifikacija // Vestnik Sibirskoj gosudarstvennoj avtomobil'no-dorozhnoj akademii / SibADI. - Omsk: SibADI, 2014, № 6(40), S.92-101.
5. Levitskaja E.A. Vozmozhnost' skrytoj distancionnoj stepeni alkogol'nogo op'janenija voditelja transportnogo sredstva // Vestnik Sibirskoj gosudarstvennoj avtomobil'no-dorozhnoj akademii / SibADI. – Omsk: SibADI, 2013, №1 (29), S. 31-35.
6. Pushkareva A.E. Metody matematicheskogo modelirovanija v optike biotkani. Uchebnoe posobie. - SPb: SPbGU ITMO, 2008. 103 s.
7. Levitskaja E.A. Sposob beskontaktnogo obnaruzhenija lica sub#ekta v real'nom vremeni // Bezopasnost' informacionnogo prostranstva: materialy XII Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii studentov, aspirantov i molodyh uchenyh, Ekaterinburg, 2-4 dekabrja 2013 g. – Ekaterinburg: Izd-vo Ural. un-ta, 2014. – S.25-29.
8. NIST Chemistry WebBookhttp: [Electronic resource]. - URL: http://webbook.nist.gov
9. Prozrachnost' zemnoj atmosfery: [Jelektronnyj resurs]. - URL: http://www.astronet.ru
10. Kross A. Vvedenie v prakticheskuju infrakrasnuju spektroskopiju. Perevod s anglijskogo kand.him.nauk Ju.A.Pentina. - M.: Izd-vo in. lit-ry, 1961.
11. Opredelenie alkogolja v vydyhaemom vozduhe [Jelektronnyj resurs]. - URL: http://www.lawru.info/legal2/ se18/ pravo18946/ index.htm