Экспресс-способ автоматического распознания пламени с борта беспилотного воздушного судна



Экспресс-способ автоматического распознания пламени с борта беспилотного воздушного судна
Экспресс-способ автоматического распознания пламени с борта беспилотного воздушного судна

Владельцы патента RU 2669310:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский институт Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий" (ФГБОУ ВО Воронежский институт ГПС МЧС России) (RU)

Изобретение относится к способам проведения автоматического мониторинга с помощью беспилотных воздушных судов. Экспресс-способ автоматического распознания пламени с борта беспилотного воздушного судна основывается на разработанной математической модели, реализованной в программном коде анализирующей информацию с цифровой видеокамеры и обнаруживающей пламя в автоматическом режиме без участия человека. Технический результат заключается в автоматизации мониторинга и возможности проводить контроль без участия оператора на расстоянии и в зонах с ограниченной возможностью передачи видеоизображения 1 ил.

 

Изобретение относится к способам проведения автоматического мониторинга с помощью беспилотных воздушных судов. Экспресс-способ автоматического распознания пламени с борта беспилотного воздушного судна, основывается на разработанной математической модели реализованной в программном коде анализирующей информацию с цифровой видеокамеры и обнаруживающей пламя в автоматическом режиме без участия человека. Технический результат заключается в автоматизации мониторинга и возможности проводить контроль без участия оператора на расстоянии и в зонах с огранной возможностью передачи видео изображения.

Известен способ дистанционного наблюдения за состоянием линейной части магистральных трубопроводов и устройство для его осуществления [1], содержащий устройство с возможностью перемещения вдоль токопроводящих направляющих, установленных на опорах выше уровня линейной части магистральных трубопроводов которое производят прием, запись и передачу данных блоку сбора и обработки информации, размещенному на удаленном диспетчерском пункте.

Недостатками известного устройства являются необходимость прокладывания токопроводящих направляющих и использование для диагностики магистралей тепловизионной камеры.

Известен способ проведения поисково-спасательных работ [2], он включает введение перед запуском беспилотного летательного аппарата (БПЛА) координат границ поиска, высоту полета, направление и шаг сканирования. БПЛА, обладающий ГЛОНАС, производит поиск, сканируя территорию при помощи сверхширокополосного радара (СШПР), при этом рассчитывают расстояние между беспилотным летательным аппаратом и обнаруженным пострадавшим, определяют его физическое состояние, устанавливают уровень углекислого газа в атмосфере с помощью газоанализатора. По изображению с инфракрасной видеокамеры определяют источники огня и повышенной температурной опасности.

Недостатками способа является необходимость использования инфракрасной видеокамеры для обнаружения огня и передача видеоизображения оператору для принятия решения об обнаружении горения.

Наиболее близким по устройству и назначению является комплексная система технической защиты трубопроводов от несанкционированного доступа и локализации мест утечки транспортируемого продукта [3], включающая сигнальные датчики, содержит три компонента: мобильный комплекс радиолокационной разведки, включающий георадар с набором вспомогательного оборудования, стационарную систему выявления повреждений трубопроводов и мобильный комплекс беспилотного воздушного мониторинга. Все три компонента соединены с центром сбора и обработки информации, который соединен со службой безопасности компании-эксплуатанта трубопровода.

Недостатками способа является принцип принятия решения по видеоизображению переданному в реальном масштабе времени с телекамеры на борту летательного аппарата оператором машины управления. Технические возможности передачи качественного видеосигнала накладывают ограничения на дальность применения системы, также предусматривают безотрывную работу оператора по анализу видеоинформацию с беспилотного аппарата.

Цель изобретения - автоматическое распознания пламени с борта беспилотного воздушного судна по видеоизображению без участия оператора.

Для устранения перечисленных недостатков и решения поставленной задачи предлагается способ, использующий изображение с цифровой видеокамеры для обнаружения пожара без участия оператора. Математическая модель распознавания реализована в программном продукте, который установлен в микрокомпьютер, расположенный на борту летательного аппарата. Схема алгоритма разработанной математической модели показывает последовательность операций (рисунок 1). Рассмотрим основные фильтры предложенной методики.

Фильтр 1. Анализ цвета пикселей кадра. В связи с необходимостью рационального подхода к ресурсам микрокомпьютера предусмотрен алгоритм ранжирования фильтров, но только после положительного результата по первому из них. Программа захватывает черно-белое изображение статичного кадра и определяет зоны, в которых цвет стремится к абсолютно белому, в пространстве RGB значения для таких пикселей будут приближаться к 255. Фильтр построен на предположении, что огонь в снимке имеет максимальную яркость и при переводе в черно белое изображение стремится к значению белого цвета. В предположение были введены граничные условия по освещенности, расстоянию экспозиции, вариативности силы света источника горения. Данные три фактора в наибольшей степени влияют на исследуемый показатель. Для выражения числового значения вводим пороговый коэффициент β, определяющий нижнюю границу цвета пикселя огня. Для определения освещенности используется датчик, встроенный в корпус летательного аппарата. Расстояние экспозиции предопределенный параметр в зависимости от высоты полета которая зависит от местности и типа воздушного судна. Вариативность силы света определяется исходя из возможных параметров очага пожара. Каждый фактор имеет весовой коэффициент, определяющий, насколько он подтверждает наличие огня, что учитывается в итоговой формуле. Для фильтра 1 весовой коэффициент - 1. Положительный результат первого включает в работу фильтры 2, 3.

Фильтр 2. Проверка цвета выявленной области на совпадение с гаммой огня. В первую фильтрацию могут попасть лучи прожектора, отблески солнца, но в цветном спектре данные явления визуально отличаются от цвета огня. Область пикселей, определенных в первом фильтре сравнивается с заранее заданным цветовым распределением, которое представляет собой возможную цветовую гамму в пространстве RGB. В алгоритме предусмотрена база данных цветов гаммы огня в зависимости от различных переменных. База сформирована при помощи обработки изображений, содержащих области огня. Цветовая гамма образует набор точек в трехмерном пространстве, которая описана смесью гауссовых распределений. Если цвет пикселя попадает внутрь сферы, считается, что он принадлежит огню. Для фильтра 2 весовой коэффициент - 0,5.

Фильтр 3. Определение областей движения. Движущиеся пиксели и области в видеопотоке определяются с помощью метода выделения фона. Отсеивание вибраций аппарата осуществляется подбором коэффициента ζ, учитывающим расстояние до аппарата и вариативности силы света определяемой исходя из параметров очага пожара. Положительный результат третьего включает в работу фильтр 4. Для фильтра 3 весовой коэффициент - 0,5.

Фильтр 4. Проверка цвета движущихся пикселей на совпадение с гаммой огня. Алгоритм аналогичен фильтру 2, анализируются только те области изображения, где было обнаружено движение, цветовое распределение выгружается из базы данных. Положительный результат четвертого включает в работу фильтры 5, 6, 7. Для фильтра 4 весовой коэффициент - 0,5.

Фильтр 5. Вейвлет-анализ во временной области. Утверждение, на котором строится данный фильтр - не стабильность края огня, то есть граница пламени будет менять цвет с фонового на цвет пламени. В случае, если значение высокочастотных осцилляций стремится к нулю, пиксели границы не изменяют цвет во времени. Для фильтра 5 весовой коэффициент - 1.

Фильтр 6. Пространственный вейвлет-анализ. В обычном объекте, имеющем цвет огня, изменения цвета в движущихся областях будут незначительными. В движущихся областях, соответствующих пламени на изображении, такие изменения будут весьма существенными. Для разграничения показателей вводим пороговый коэффициент δ. Превышение данной частоты указывает на наличие горения. Для фильтра 6 весовой коэффициент - 1.

Фильтр 7. Проверка объемности области огня. Горение имеет объемные характеристики в зависимости от типа пожарной нагрузки и способа ее расположения. При пролете беспилотного воздушного судна над очагом в результате видео фиксации получается набор кадров горения, снятых под различным углом. Фильтр анализирует контур формы и делает вывод об объемности рассматриваемого объекта. Вариативными факторами при анализе являются высота полета, угол наблюдения, вариативность формы очага. Для фильтра 7 весовой коэффициент - 1.

Положительные результаты каждого фильтра поступают в блок анализа весовых коэффициентов, где суммируются для принятия решения. Весовые коэффициенты подобраны исходя из особенностей каждого способа наиболее точно определять наличие горения. Пороговым значением обнаружения является пять и более. Оператору по радиоканалу передается сигнал «ТРЕВОГА. Обнаружено горение» с координатами и временем события. Дальнейшие действия зависят от конкретных условий мониторинга и выбираются оператором. Типовыми действиями могут быть: проверка видеозаписи с аппарата для визуального подтверждения, прокладка курса возвращения аппарата к месту обнаружения для дополнительного мониторинга, выезд группы к месту пожара.

Достоинствами технического решения является возможность автономной работы в зонах с затрудненной передачей радиосигнала, возможность освободить оператора от выполнения рутинной многочасовой работы, добиться целей распознавания огня более простыми и дешевыми техническими решениями. Математическая модель интегрирована в программный комплекс «Видеодетектор пламени 1.0 (FD)» и зарегистрирована под номером 2016615714. Особенностью способа является также минимальные технические требования к летательному аппарату, наличие видеокамеры и микропроцессора, что представлено летательных аппаратах массового производства.

Используемая литература

1. Патент 2616736, Российская Федерация, МПК F17D 5/02. Способ дистанционного наблюдения за состоянием линейной части магистральных трубопроводов и устройство для его осуществления / Татауров С.Б. Патентообладатели Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") (RU), Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт транспорта нефти и нефтепродуктов Транснефть" (ООО "НИИ Транснефть") (RU). Заявка: 2015152100, 04.12.2015, опубликовано: 18.04.2017 Бюл. №11 (RU 2616736 С1, опубл. 18.04.2017).

2. Патент 2622505, Российская Федерация, МПК А62В 99/00 (2009.01) В64С 39/02 (2006.01). Способ проведения поисково-спасательных работ / Богданов П.В., Захаров Д.Ю., Шутов Д.А., Иванов А.Н. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" (ИГХТУ) (RU). Заявка: 2016120811, 26.05.2016, опубликовано: 16.06.2017 Бюл. №17 (RU 2622505 С1 опубл. 16.06.2017).

3. Полезная модель 29200, Российская Федерация, МПК F17D 5/02 (2006.01). Комплексная система технической защиты трубопроводов от несанкционированного доступа и локализации мест утечки транспортируемого продукта / Панчук В.Ф., Панчук Д.В. Патентообладатель Панчук В.Ф. Панчук Д.В. Заявка: 2006119110/22, 31.05.2006, Опубликовано: 10.12.2006 Бюл. №34 (RU 59200 U1, опубл. 10.12.2006).

Экспресс-способ автоматического распознания пламени с борта беспилотного воздушного судна, включающий идентификацию пламенного горения по видеоизображению, отличается тем, что использует семь программных фильтров, реализуемых бортовым микропроцессором: анализ цвета пикселей кадра, проверка цвета выявленной области на совпадение с гаммой огня, определение областей движения, проверка цвета движущихся пикселей на совпадение с гаммой огня, вейвлет-анализ во временной области, пространственный вейвлет-анализ, проверка объемности области огня, выполняющихся поочередно в соответствии с алгоритмом, в котором реализован блок анализа весовых коэффициентов, пороговым значением обнаружения, пламени которого является пять и более.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению, в частности к предохранительным устройствам систем безопасности. Технический результат - повышение эффективности защиты технологического оборудования от аварийных ситуаций путем увеличения быстродействия и надежности срабатывания системы.

Предлагаемый способ и система относятся к области пожарной безопасности и могут быть использованы для постоянного наземного мониторинга лесных массивов и населенных пунктов в местах, где развернута система сотовой связи.

Изобретение относится к средствам контроля за предпожарными и пожарными ситуациями на судах. Технический результат заключается в сокращении времени обнаружения и повышении достоверности обнаружения пожара.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для взрывозащиты технологического оборудования. Взрывозащитный клапан с системой оповещения аварийной ситуации содержит корпус клапана, теплоизолирующий и разрывной элементы, футерованный грузовой затвор, подвижно соединенный с корпусом клапана.

Изобретение относится к способам обеспечения пожарной безопасности в помещениях пожароопасных объектов, содержащих тепловыделяющее оборудование и может быть использовано в судостроении в судовых системах пожарной и температурно-тревожной сигнализации для обнаружения пожаров на начальных этапах их развития.

Изобретение относится к противопожарной технике, а именно к сигнализаторам повышения температуры, и может быть использовано для обнаружения возгораний, в том числе и в двигательных отсеках летательных аппаратов.

Извещатель пожарный аспирационный используют для контроля среды защищаемого объекта на предмет пожарной опасности. Извещатель пожарный аспирационный выполнен в виде корпуса, имеющего входной воздухозаборный и выхлопной патрубки, установленные внутри корпуса вентилятор и датчики контроля пожароопасных параметров с процессором управления.

Изобретение относится к области пожарной безопасности, а именно к способам и устройствам обнаружения пожара или перегрева. Способ обнаружения пожара или перегрева, который заключается в том, что измеряют температуру и скорость ее изменения по сопротивлению одного или нескольких чувствительных элементов линейного терморезистивного датчика.

Изобретение относится к области пожарной безопасности. Способ раннего обнаружения пожара, основанный на том, что измеряют текущее значение концентраций в воздухе газовых компонентов, выбранных из группы, состоящей из водорода, окиси углерода, двуокиси углерода и ароматических углеводородов, выделяющихся при тлении горючих материалов.

Изобретение относится к области предупреждения пожаров при возгораниях на больших площадях и может быть использовано для раннего обнаружения и определения типа лесного пожара (низовой, верховой).

Группа изобретений относится к добыче торфа, конкретно к работам по восстановлению торфяных болот, и, в частности, к обводнению выработанных торфяников. Способ подачи местных вод для обводнения выработанных торфяников заключается в создании использования воды с доступного источника, ее перемещение на затапливаемые участки выработанного торфяника и создания условий для источника, который проходит по уклону местности.

Изобретение относится к способам тушения локальных подземных очагов горения торфяных пожаров в условиях ограниченного применения тяжелой техники, оборудования и риска пребывания людей.

Изобретение относится к области пожаротушения, а именно к технологии пожаротушения автомобильных спиртосодержащих топлив. Техническим результатом изобретения является повышение огнетушащей эффективности воздушно-механической пены средней кратности на основе пенообразователей типа AFFF за счет предварительного осаждения спирта водой, а также обеспечение возможности регулирования интенсивности подачи тушащего агента в зависимости от концентрации спиртов.
Изобретение относится к лесопользованию,и в частности к охране леса от пожаров. Способ лесопользования, включающий охрану леса от пожаров путем их тушения водой, забираемой с открытых водоемов и сбрасываемой с авиационной техники.

Изобретение направлено на повышение эффективности тушения и локализации пожаров, охватывающих большие площади, лесных пожаров, в том числе и верховых, пожаров в высотных зданиях, нефтехранилищах и опасных производствах.

Изобретение относится к добыче торфа, конкретно к работам по восстановлению торфяных болот, в частности к обводнению выработанных торфяников. Способ закачки местных вод для обводнения выработанных торфяников заключается в использовании воды с доступного источника, ее перераспределении в распределители по всей площади торфяника.

Изобретение относится области защиты зданий от пожара. Система повышения пожаробезопасности здания с деревянным навесным вентилируемым фасадом содержит обработанный огнезащитным составом деревянный навесной вентилируемый фасад и верхний оконный откос.

Изобретение относится к способам георадиолокационного подповерхностного зондирования всех слоев отложений торфяного пласта в режиме реального времени с целью обнаружения границы локального подземного торфяного пожара портативным георадаром, доставляемым на поверхность торфяника с помощью беспилотного летательного аппарата или аэростата.

Изобретение относится к способу локального тушения очагов горения торфяных пожаров, в котором при создании вертикальной завесы применяют быстротвердеющую пену для тушения торфяных пожаров на основе раствора карбамидоформальдегидной смолы.

Изобретение относится к добыче торфа, конкретно к работам по восстановлению торфяных болот, и в частности к обводнению выработанных торфяников. Техническим результатом является обеспечение эффективной закачки местных вод в магистральный и распределительный трубопроводы с колодцами-гасителями, обеспечение управляемости и гибкости системы обводнения выработанных торфяников для возобновления болот до первоначального его состояния и улучшение экологической обстановки.

Изобретение относится к системам безопасности, предотвращающим развитие чрезвычайной ситуации. Технически достижимый результат - повышение эффективности защиты технологического оборудования.

Изобретение относится к способам проведения автоматического мониторинга с помощью беспилотных воздушных судов. Экспресс-способ автоматического распознания пламени с борта беспилотного воздушного судна основывается на разработанной математической модели, реализованной в программном коде анализирующей информацию с цифровой видеокамеры и обнаруживающей пламя в автоматическом режиме без участия человека. Технический результат заключается в автоматизации мониторинга и возможности проводить контроль без участия оператора на расстоянии и в зонах с ограниченной возможностью передачи видеоизображения 1 ил.

Наверх