2015-07-04
2255
Отметим, что задача раннего обнаружения лесных пожаров является серьезной научно-технической проблемой, не решенной в полной мере до настоящего времени. Для решения этой задачи традиционно использовались различные методы, которые условно можно разделить на 3 больших класса: наземный, авиационный и спутниковый мониторинг. Данные способы имеют свои преимущества, однако требование раннего обнаружения делает недостаточным использование авиа и космического наблюдения. Эти методы предназначены для определения крупных лесных пожаров, либо пожаров на больших территориях, удаленных от населенных пунктов, кроме этого стоимость одного летного часа очень высока, а информация со спутника поступает лишь несколько раз в сутки. Для решения задачи раннего обнаружения сравнительно недорогим и эффективным остается наземный мониторинг, который дает возможность осуществлять непрерывный контроль за лесными территориями и выявлять пожары на ранней стадии. Такой метод может включать в себя: наземное патрулирование транспортными средствами, наблюдение с вышек и использование различных систем датчиков для контроля. Последний из представленных способов только сейчас начинает находить реальное применение, но при всей его перспективности, практически очень сложно реализуем.
|
|
|
Наиболее распространенным является мониторинг с наблюдательных вышек. Раньше, на специальном наблюдательном пункте находился человек и осуществлял мониторинг лесных территорий в радиусе 30 км вокруг вышки (в зависимости от высоты, рельефа местности и погодных условий). Методом триангуляции определялись координаты с нескольких точек или направление на пожар с одной точки мониторинга. Однако, в настоящее время стационарные наблюдательные вышки, которые в течение многих лет использовались для визуальной идентификации очагов возгорания, сильно обветшали, и отсутствует достаточное количество специалистов на местах. В качестве примера можно привести Тверскую область, где в 1980-х гг. для оперативного обнаружения пожаров работало около 6000 лесничих, сейчас их менее 600 человек. Сейчас этот метод практически нереализуем, но необходимость обеспечивать надежную охрану лесов от пожаров и своевременное их обнаружение, - осталась.
Сегодня это стало возможным с применением современных технологий и новейших систем, которые позволяют избежать возникновения критических ситуаций, сократить ущерб, наносимый пожарами и снизить затраты на их ликвидацию. Это является эффективным решением проблемы не только для государственных структур, но и частных арендаторов леса, которые также несут ответственность за обнаружение и тушение лесных пожаров на территориях лесного фонда.
|
|
|
Именно наземный мониторинг и приобрел наибольшее развитие в последние несколько десятилетий, начиная от визуального наблюдения до использования специальных технических средств, таких как видеокамеры и ИК системы. До недавнего времени использование различных технических средств было ограничено из-за их высокой стоимости и сложности эксплуатации. На сегодняшний день применение видеонаблюдения для мониторинга леса не является редкостью. Ещё с середины 80-х начали пытаться использовать видеонаблюдение для решения задачи обнаружения лесных пожаров. Традиционная система наблюдения с помощью видеокамеры представляла собой телеустановку, в состав которой входили управляемая PTZ (pan, title, zoom – возможность панорамного осмотра, изменения угла наклона и приближения камеры) – камера, размещаемая на высотном сооружении, пульт управления и телевизионное устройство, располагаемые около вышки. Непосредственно рядом с вышкой должен был находиться оператор, который просматривал территорию (радиус обзора до 30 км при ясных погодных условиях) с помощью камер слежения, управлял ими и анализировал поступающую видеоинформацию. Такие установки не предоставляли возможность автоматизировать процесс обнаружения пожаров, позволяя лишь определять направление на видимый объект. Такие системы до сих пор работают, например, в Ленинградской области, Алтайском крае, Ростовской и Самарской областях и выполняют свои функции, но не могут в полной мере отвечать современным требованиям, предъявляемым к таким системам.
К сожалению, данный подход не всегда позволяет в полной мере решить проблему раннего обнаружения лесных пожаров. Кроме этого, стоимость подобных установок достаточно велика, для работы системы необходимо наличие электрического питания и охраны вышки, а при осуществлении мониторинга огромных площадей с большим количеством точек мониторинга остро встает кадровый вопрос.
Однако научный прогресс не стоит на месте, развитие техники и технологий позволяет совершенствоваться в направлении видеомониторинга леса, создавать более эффективные системы и находить решение задачам, ранее казавшимся невозможными. Именно последние 5-7 лет можно охарактеризовать как года, за которые возможности применения таких систем существенно улучшились. Основными факторами, сделавшими данные системы экономически эффективными стали:
1. Повсеместное распространение мобильной связи, а как следствие развитие инфраструктуры необходимых для этого высотных сооружений. Такие высотные сооружения, как вышки базовых станций операторов мобильной связи наиболее приспособлены для размещения оборудования видеонаблюдения с максимальным визуальным охватом (высота современных БС операторов связи редко ниже 50-ти метров, а в некоторых случаях достигает 80 - 100 м). Само предназначение таких высотных сооружения для размещения оборудования связи предполагает разворачивание соответствующей инфраструктуры: силовой (наличие непрерывного питания), коммуникационной (наличие каналов связи высокой скорости для обеспечения возможности голосовой связи и подключения в сеть Интернет (GSM\GPRS\3G)), антивандальной защиты (обеспечение высотных сооружение техническими средствами охраны и предотвращения вторжения). Кроме всего этого, высотные сооружения, используемые операторами связи, постоянно находятся в хозяйственном обороте, т.е. используются операторами для извлечения прибыли, а, значит, поддерживаются в исправном состоянии в соответствии со всеми техническими регламентами. Необходимо заметить, что такие сооружения обычно располагаются вдоль трасс и вблизи населенных пунктов, эти территории особенно подвергаются риску при возникновении пожаров, если находятся в непосредственной близости от леса. Именно в таком случае лесные пожары наносят наибольший ущерб.
|
|
|
2. Развитие сети Интернет. Последние несколько лет развитие сети Интернет в России и в других странах мира вышло на достаточный уровень, при котором высокоскоростной Интернет доступен не только в крупных городах, но и почти во всех населенных пунктах. Этому способствует, в том числе программа интернетизации школ, пунктов почтовой связи и многое другое. Сеть Интернет является наиболее низкозатратным и дешевым способом обмена информацией на большие расстояния, а именно такие задачи необходимо решать в случае разворачивания распределенных систем видеонаблюдения на большой территории и обеспечения непрерывного мониторинга в том числе леса. Стоимость высокоскоростных подключений в сеть Интернет (без ограничения трафика) за последние 5-6 лет уменьшилась более чем в 5 раз. Кроме изменения стоимости необходимо отметить и существенное повышение качества каналов связи Интернет, что позволяет строить на его основе системы требовательные к сервису (качеству).
3. Развитие систем видеонаблюдения. В последние несколько лет наблюдается массовый переход от средств физического контроля к техническим средствам мониторинга. Основным двигателем прогресса в этом направлении становится рынок охранных систем и систем безопасности, в котором наблюдается массовый переход на видеонаблюдение. Такой переход делает оборудование видеонаблюдение более дешевым и более производительным. Только в последнее время на рынке гражданских систем видеонаблюдения появился целый ряд технических новинок, которые могут быть использованы для задач мониторинга леса (высокое качество, возможность дистанционного управления, возможность подключения по IP).
4. Увеличение мощности и производительности вычислительной техники. Для эффективного ведения мониторинга леса и обнаружения лесных пожаров необходимо разрабатывать и внедрять программные комплексы с широкой функциональностью (компьютерное зрение, ГИС системы, потоковое видео и др.). На выполнение всех этих задач в реальном времени необходимы вычислительные мощности, которые стали доступны на обычных ПК только в последние 2-3 года, а именно многопроцессорные системы с большим объемом оперативной памяти. Кроме этого за последние несколько лет был создан ряд программных технологий, позволяющих в короткие сроки разрабатывать и внедрять системы такого высокого уровня с минимальными затратами.
|
|
|
Именно такой рост технологического прогресса сделал возможным эффективную разработку и массовое внедрение информационных распределенных систем мониторинга типа «Лесной Дозор». Все эти предпосылки обеспечивают востребованность системы и в других странах, отличных от России. Уже сейчас заинтересованность к системе «Лесной Дозор» проявили компании из Республики Беларусь, Казахстана, Украины.
Возможности, которые предоставляет современный уровень развития науки и техники совместно с передовыми программными разработками, позволяют создавать действительно эффективные системы для решения задач мониторинга леса и раннего обнаружения лесных пожаров.
Кроме непосредственно решения задачи мониторинга леса и обнаружения лесных пожаров, в возможности таких систем уже на первом этапе необходимо закладывать все современные наработки, полученные в области Интернет и ИТ технологий.
К таким преимуществам необходимо отнести:
1. Возможность дистанционной мгновенной установки приложения на любом ПК, подключенном в сеть Интернет с последующим автоматическим обновлением
2. Возможность многопользовательской работы с системой, доступа всех заинтересованных пользователей
3. Возможность создания одной централизованной базы необходимых объектов и доступ к этой базе из любого удобного места
4. Возможность организации общения пользователей системы с помощью текстовых сообщений и голосового сервиса
5. Возможность доступа к системе заинтересованного круга пользователей через мобильный телефон
6. Возможность автоматического доступа всех заинтересованных пользователей системы к единой базе данных объектов и событий
7. Возможность интеграции системы с любыми информационными системами (метеорологические системы, системы информирования о грозовых разрядах, системы управления транспортными средствами) и др.
8. Возможность использования опыта, получаемого в каждом регионе при работе системы
Доступность этой функциональности существенно упрощает и увеличивает эффективность работы системы мониторинга леса.
Проведенные собственными силами патентные исследования показали новизну и патентоспособность предложенных технических решений. В настоящее время подана заявка на Российский патент с перспективой дальнейшей подачи заявки по системе PCT.
Ожидаемый результат и сравнение его с существующим уровнем:
В результате работы планируется доработать и реализовать информационную систему мониторинга леса, предназначенную для раннего обнаружения лесных пожаров «Лесной Дозор». Система должна обеспечивать возможность работы одного оператора с 20-ю и более камерами за счет функций автоматизации и компьютерного зрения. Кроме этого система должна обеспечивать полную интеграцию получаемых данных с ГИС системы, возможность вывода информации на мобильный телефон, возможность составления специализированных отчетов и мониторинга транспорта.
Обладая всеми перечисленными качествами, система обеспечит проведение эффективных работ по мониторингу леса и раннее обнаружение лесных пожаров, как на территории Российской Федерации, так и на территории других стран.
При наличии столь высоких технических характеристиках система «Лесной Дозор» позволит компании «ДСК» занять лидирующие позиции на рынке систем раннего обнаружения лесных пожаров, не только в России, но и в странах ближнего и дальнего зарубежья.
3. Сущность предлагаемой разработки
Команда, представляющая данный проект предлагает концепцию и реализацию построения системы мониторинга леса и раннего обнаружения лесных пожаров с максимальным использованием существующей инфраструктуры – «Лесной Дозор».
Архитектурно система «Лесной Дозор» представляет собой программно-аппаратный комплекс, состоящий из оборудования видеонаблюдения и связи, а также специального программного обеспечения.
Система разработана на основе современных технологий: компьютерное зрение, ГИС, технологии распределенных вычислений, IP видеонаблюдение, клиент-серверные Интернет технологии.
Инновационная технология «компьютерного зрения» совместно с использованием современных геоинформационных систем позволяет автоматически, в режиме реального времени обнаруживать лесные пожары и определять их точные координаты.
В основу системы положена концепция клиент-серверного приложения. Важным элементом является сеть дистанционно управляемых видеодатчиков, соединенных различными каналами связи с сервером. Видеокамеры размещаются на существующих вышках операторов мобильной и проводной связи, вышках телевизионного вещания и противопожарных вышках. Для передачи информации могут быть использованы любые существующие цифровые каналы или собственные беспроводные каналы связи. Видеоизображение с камер передается на компьютер пользователя, на котором установлено специальное ПО «Лесной Дозор», позволяющее дистанционно управлять видеокамерами и в режиме реального времени обнаруживать лесные пожары. Центр контроля, в котором находится оператор, может располагаться в любом удобном месте (основное требование наличие ПК и сети Интернет), доступ к системе обеспечивается любому количеству заинтересованных пользователей.
Таким образом, система состоит из двух основных частей: аппаратной и программной части.
- Аппаратная часть – это все что необходимо для организации непосредственно видеонаблюдения на высотных сооружениях, организации каналов связи и технического обеспечения работы системы.
- Программная часть - это клиент-серверное приложение, обеспечивающее требуемую функциональность для мониторинга леса.
Серверная часть программного обеспечения «Лесной Дозор» работает в непрерывном режиме на удаленном сервере системы и обеспечивает следующую функциональность:
1.База данных пользователей
2.Обеспечение возможности определения координат очага возможного пожара
3.Обеспечение многопользовательской работы с системой камер в одном регионе
4.Распределение нагрузки на каналы связи
5.Обеспечение синхронизации данных между пользователями
Клиентская часть программного обеспечения «Лесной Дозор» предназначена для непосредственной работы оператора, устанавливается на компьютеры в центре контроля. Посредством подключения к сети Интернет, пользователь взаимодействует с сервером системы "Лесной Дозор", а также с камерами, в подведомственном регионе. Программный продукт система «Лесной Дозор» являться многокомпонентным программным решением, при разработке которого решаются сложные научно-технические задачи. Программа содержит ряд видеофильтров позволяющих упростить процесс визуального обнаружения пожара, а в некоторых случаях автоматизировать процесс обнаружения с помощью «компьютерного зрения».
