Система газодымозащитника
SMOKE DIVER SYSTEM

Изобретение относится к средствам индивидуальной защиты, выполняющим сбор и обработку данных в режиме реального времени в рамках работы сотрудников газодымозащитной службы, осуществляющих тушение пожаров и спасение пострадавших в условиях ограниченной видимости, вызванной задымлением, либо отсутствием внешнего освещения в жилых и производственных помещениях, а также иных замкнутых пространствах.
В работе газодымозащитников применяется изолирующий дыхательный аппарат в виде панели с подвесной системой, баллоны с дыхательной смесью, полнолицевая маска, шланги низкого и высокого давления. Общеизвестно, что подвесная система состоит из композитной спинки, к которой крепятся ремни (поясной, плечевые, концевые) для размещения на пользователе. В патенте РФ 11080 на полезную модель «Аппарат дыхания для газоспасателей» раскрыты сведения о подвесной системе.
Из уровня техники известно изобретение «Система, содержащая средство индивидуальной защиты, с аналитической подсистемой, включающей интегрированные мониторинг, сигнальное оповещение и прогнозное предотвращение связанных с безопасностью событий» по патенту РФ 2718976 с датой публикации 15.04.2020. Изобретение относится к средству индивидуальной защиты, которое генерирует данные.
Устройство для головы содержит забрало, которое содержит стекло, прикрепленное к шлему посредством рамного узла. Головная часть также содержит датчик положения, который регистрирует положение забрала относительно шлема для определения того, находится забрало в открытом положении или закрытом положении. В качестве датчика положения может использоваться гироскоп, который вычисляет угловой поворот, наклон и/или уклон (в градусах или радианах) забрала относительно шлема. Головная часть также может содержать другие электронные компоненты, такие как модуль связи, источник питания, такой как батарея, и обрабатывающий компонент. Модуль связи может иметь множество возможностей связи, таких как радиочастотная идентификация (RFID), Bluetooth, включая любые поколения Bluetooth, такие как Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE), любой тип беспроводной связи, такой как Wi-Fi. Устройство для обработки данных может определять местоположение рабочего. Устройство для обработки данных, в качестве части определения того, что по меньшей мере один из уровней звука удовлетворяет пороговому значению внешнего воздействия в течение продолжительности времени и средство защиты органов слуха не расположено на одном или более ушах рабочего для снижения уровней звука, может дополнительно определять, что местоположение рабочего находится в пределах порогового расстояния от местоположения, которое соответствует по меньшей мере одному из уровней звука, который удовлетворяет пороговому значению внешнего воздействия. То есть устройство для обработки данных может вычислять местоположение рабочего относительно местоположения уровня звука, который превышает пороговое значение внешнего воздействия, и определять на основании близости рабочего к уровню звука, что средство защиты органов слуха должно быть в активном положении.
Недостатком данного изобретения является функциональная ограниченность из-за невозможности использования для газодымозащитной службы, поскольку не обладает способностью определения очагов возгорания и пострадавших, находящихся в бессознательном состоянии.
Из уровня техники известно изобретение «Интеллектуальная система мониторинга безопасности и аналитической обработки данных для средств индивидуальной защиты» по патенту РФ 2717901 с датой публикации 26.03.2020. Изобретение относится к средствам обеспечения безопасности рабочих. Техническим результатом является повышение безопасности рабочих за счет обеспечения анализа отклонений, уведомлений и управления средствами индивидуальной защиты в рабочей среде.
В некоторых примерах осуществления данного изобретения узел обработки данных может представлять собой искробезопасное вычислительное устройство, смартфон, вычислительное устройство, надеваемое на запястье или голову, или любое другое вычислительное устройство, которое может содержать набор, сокращенный набор или расширенный набор функциональных возможностей или компонентов, как показано в узле 1 НА обработки данных.
Из уровня техники известно изобретение «Самоконтроль для средства индивидуальной защиты» по патенту РФ 2728801 с датой публикации 31.07.2020. Настоящее изобретение относится к оборудованию обеспечения безопасности и, в частности, к использованию оборудования обеспечения безопасности в рабочих средах.
Система содержит головную часть, источник подачи чистого воздуха и концентратор данных. Головная часть соединена с источником подачи чистого воздуха посредством шланга. Источник подачи чистого воздуха может представлять собой источник подачи воздуха любого типа, например, воздуходувочный узел для электроприводного воздухоочистительного респиратора (PAPR), баллон с воздухом для автономного дыхательного аппарата. В качестве примера датчик положения может представлять собой гироскоп, который вычисляет угловой поворот, наклон и/или уклон (в градусах или радианах) забрала относительно шлема. Датчик положения может относиться к датчикам различных типов, таких как акселерометр, гироскоп, магнит, переключатель, потенциометр, цифровой датчик позиционирования или датчик давления воздуха.
Недостатком вышеприведенных изобретений является функциональная ограниченность из-за невозможности использования для газодымозащитной службы, поскольку не обладает способностью определения очагов возгорания и пострадавших, находящихся в бессознательном состоянии, а также отсутствует контроль за остаточным объемом дыхательной смеси.
Из уровня техники известно изобретение «Мобильная система видеофиксации» по патенту РФ 2748517 с датой публикации 26.05.2021. Задачей изобретения является обеспечение возможности организации мобильной масштабируемой в реальном времени системы видеонаблюдения, обладающей функциями автоматического распознавания опасных ситуаций и автоматического индивидуального и группового оповещения об опасных ситуациях и событиях непосредственно самих рабочих и оператора системы видеонаблюдения за счет размещение заданного количества персональных подсистем видеофиксации на индивидуальной защитной экипировке рабочих, что позволит повысить скорость обнаружения потенциально опасных ситуаций за счет увеличения достоверности распознавания опасных событий, снижения времени на прием-передачу данных, исключения влияния человеческого фактора.
Мобильная система видеофиксации включает в себя коммуникационную сеть и персональную подсистему видеофиксации, содержащая видеокамеру в составе оптической системы, матричного приемника изображения, буферной памяти, системы адаптации яркости и управляющего контроллера, модуль памяти, систему крепления видеокамеры к каске, каску, осветительный фонарь, контроллер приемопередачи, кодер видеопотока, звуковую систему оповещения безопасности, WiFi контроллер, антенну, аккумулятор, блок питания. Система крепления к каске обеспечивает крепление персональной системы видеофиксации к каске, каска предназначена для защиты головы персонала и должна иметь возможность сопряжения с системой крепления, аккумулятор предназначен для автономного питания персональной подсистемы видеофиксации, блок питания предназначен для зарядки аккумулятора, персональная система видеофиксации размещается на каске, аккумулятор размещается в кармане одежды рабочего и сопряжен с персональной подсистемой видеофиксации.
Недостатком данного изобретения является функциональная ограниченность из-за невозможности использования для газодымозащитной службы, поскольку не может функционировать в условиях ограниченной видимости, вызванной сильным задымлением окружающей среды.
Из уровня техники известно изобретение «Система идентификации средств индивидуальной защиты на человеке» по патенту РФ 2724785 с датой публикации 25.06.2020 г. Изобретение относится к системам обработки видеоданных, полученных от видеокамер, для автоматической идентификации средств индивидуальной защиты на человеке и обеспечения должной безопасности на рабочем месте. Под видеосистемами подразумеваются программно-аппаратные средства, использующие методы компьютерного зрения для автоматизированного сбора данных на основании анализа потокового видео (видеоанализа). Такие видеосистемы опираются на алгоритмы обработки изображений, в том числе на алгоритмы распознавания, сегментации, классификации и идентификации изображений, позволяющие анализировать видео без прямого участия человека. Кроме того, современные видеосистемы позволяют автоматически анализировать видеоданные с камер и сопоставлять указанные данные с данными, имеющимися в базе данных. В современных видеосистемах для распознавания и идентификации изображений все чаще применяются искусственные нейронные сети, способные самостоятельно выявлять сложные зависимости между входными и выходными данными.
Система для идентификации средств индивидуальной защиты (СИЗ) на человеке содержит: память, сконфигурированную для хранения базы данных СИЗ, которая включает в себя по меньшей мере выборку изображений средств индивидуальной защиты, а также сведения о необходимых СИЗ в разных зонах контроля и об их характеристиках; по меньшей мере одно устройство захвата изображений, сконфигурированное для получения видеоданных из зоны контроля, в которой находится человек; и по меньшей мере, одно устройство обработки данных, содержащее: модуль получения видеоданных, сконфигурированный для получения видеоданных от по меньшей мере одного устройства захвата изображений в режиме реального времени; модуль анализа изображений, сконфигурированный для анализа видеоданных с целью обнаружения в кадре по меньшей мере одного человека и определения зоны контроля, после чего полученное изображение человека и данные о зоне контроля передаются в модуль сегментации; модуль сегментации, сконфигурированный для сегментации полученного изображения человека на отдельные изображения областей контроля с использование искусственной нейронной сети; модуль идентификации, сконфигурированный для идентификации СИЗ с использованием другой по меньшей мере одной искусственной нейронной сети на по меньшей мере одном из полученных изображений отдельных областей контроля, причем упомянутая идентификация выполняется в соответствии с данными, полученными из сведений о необходимых СИЗ именно в той зоне контроля, в которой находится человек; модуль вывода, выполненный с возможностью вывода полученного результата идентификации. Под устройством захвата изображений подразумевается видеокамера. Устройство захвата изображений, в данном случае видеокамера, расположена таким образом, чтобы непрерывно в режиме реального времени получать видеоданные из зоны контроля, в которой находится человек или несколько людей. Под компьютерными системами понимаются любые вычислительные системы, построенные на базе программно-аппаратных взаимосвязанных технических средств. В качестве устройства обработки данных может выступать процессор, микропроцессор, графический процессор, ЭВМ (электронно-вычислительная машина), ПЛК (программируемый логический контроллер) или интегральная схема, сконфигурированные для исполнения определенных команд (инструкций, программ) по обработке данных. В роли устройства памяти, сконфигурированного для хранения данных, могут выступать, но, не ограничиваясь, жесткие диски (HDD), флеш-память, сервер, ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), твердотельные накопители (SSD), оптические накопители информации и т.д. Устройства захвата изображений непрерывно получают видеоданные в режиме реального времени, которые записываются в архив системы (для обеспечения возможности дальнейшего анализа по архивным данным), а также передаются к устройству обработки данных.
Недостатком вышеприведенного изобретения является функциональная ограниченность из-за невозможности использования для газодымозащитной службы, поскольку оно не может функционировать в условиях ограниченной видимости, вызванной сильным задымлением окружающей среды, а также при повышенных температурах внутри объекта и не имеет влагозащиты.
Наиболее близким техническим решением является интерактивный программно-аппаратный комплекс, раскрытый в статье «Интерактивный программно-аппаратный комплекс как средство совершенствования работы первичных тактических подразделений ГДЗС» в сборнике «Актуальные проблемы обеспечения безопасности в Российской Федерации. Материалы Дней науки 27-31 мая 2019 г. Уральского института ГПС МЧС России», авторов Батюшев В.М., Соколик С.И., стр. 17-20, дата подписания в печать 04.10.2019 г.
Интерактивный программно-аппаратный комплекс предназначен для реализации режима постоянного мультиинформационного видеоконтроля за обстановкой и действиями звена газодымозащитной службы при чрезвычайных ситуациях и учениях с возможностью разбора чрезвычайных ситуаций, работы над ошибками.
Интерактивный программно-аппаратный комплекс обеспечивает:
- постоянную визуализацию оставшегося времени работы в аппарате в зависимости от потребления воздуха каждым участником звена;
-определение местоположения пользователя в пространстве;
- трассировку маршрута при помощи курсовертикали с последующей передачей информации на визор пользователя и приемное устройство на посту безопасности;
- сбор информации о температурных показателях окружающей среды, ее загазованности, а также самочувствии каждого газодымозащитника в звене;
- возможность получения видеоинформации в условиях полного задымления, тумана, темноты.
Известный интерактивный программно-аппаратный комплекс содержит подвесную систему для размещения на теле человека и корпус для крепления технологического оборудования. В корпусе размещен информационный блок для обработки получаемой информации и обмена информацией в интерактивном режиме - включает персональный мини-компьютер. При этом программно-аппаратный комплекс содержит радиоволновый передатчик для дублирования информации, источник питания, передатчик Wi-Fi для обеспечения связи, устройство вывода фото-, видеоизображения (визор-мультиэкран), которое крепится на лицо пользователя с возможностью установки на полнолицевую маску. Причем устройство вывода фото-, видеоизображения выполнено из термо- и ударозащищенного корпуса, регулируемого оголовья, экрана, обычной и тепловизионной камеры, ИК-подсветки. Также программно-аппаратный комплекс содержит браслет «Муо» для управления пользователем при помощи технологии распознавания жестов, приемное устройство и персональный компьютер для управления постовым с поста безопасности, постоянного контроля над пользователем, записи получаемой информации с последующим анализом. На фигуре 2 (стр. 19) раскрыты сведения о маске с тепловизором, включающей лицевую панель с дисплеем, на который передается изображение с камеры.
Программно-аппаратный комплекс имеет модульный тип, симбиатичен с дыхательным оборудованием.
Недостатками такого технического решения являются низкая эффективность и недостаточная продолжительность работы системы в условиях высокой температуры окружающей среды из-за отсутствия охлаждения информационного (вычислительного) блока, а также ограниченное поле зрения газодымозащитника вследствие использования непрозрачного дисплея устройства вывода фото-, видеоизображения (визор-мультиэкран).
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание аппаратно-программного комплекса для газодымозащитника для обеспечения ориентации в пространстве сотрудника газодымозащитной службы, при работе в замкнутых пространствах в условиях ограниченной видимости, в том числе с возможностью использования аппаратно-программного комплекса при использовании сотрудником средств индивидуальной защиты органов дыхания.
Техническими результатами изобретения являются:
- обеспечение возможности определения местоположения, ориентирование и позиционирование газодымозащитника в пространстве, в том числе предоставление газодымозащитнику маршрута выхода из зоны повышенной опасности в случае экстренной ситуации;
- обеспечение возможности информирования газодымозащитника и постового на посту безопасности о текущем расходе и оставшемся запасе дыхательной смеси в индивидуальном аппарате СИЗОД, а также о запасах дыхательной смеси в аппаратах участников тактического подразделения (звена) газодымозащитной службы, осуществляющих работы на одном объекте с газодымозащитником (посредством оснащения баллонов с дыхательной смесью датчиками давления и радиомодулями, передающими показания датчиков на информационный модуль изобретения - позволяют получать актуальную информацию о запасах дыхательной смеси не отвлекаясь на манометры баллонов);
- обеспечение возможности информирования газодымозащитника и постового на посту безопасности о температурных показателях окружающей среды и объектов, уровне загазованности, а также о текущем местоположении и показателях жизнедеятельности каждого газодымозащитника в звене;
- реализация возможности получения газодымозащитником и постовым на посту безопасности фото и видеоинформации с территории объекта возгорания в условиях полного задымления и отсутствия внешнего освещения;
- реализация возможности информирования газодымозащитника и постового на посту безопасности о местоположении источников теплового излучения в целях поиска пострадавших при невозможности осуществления визуального контроля в условиях задымления и отсутствия внешнего освещения;
- повышение эффективности проведения работ в условиях ограниченной видимости в непригодной для дыхания среде по поиску пострадавших, очагов горения, аварийного технологического оборудования;
- повышение безопасности сотрудников газодымозащитной службы при тушении пожаров и проведении аварийно-спасательных работ в условиях ограниченной видимости в непригодной для дыхания среде.
Технические результаты обеспечиваются за счет того, что заявляемый аппаратно-программный комплекс для газодымозащитника содержит вычислительный блок с источником питания, радиоволновый передатчик, передатчик Wi-Fi, устройство отображения информации с тепловизором и по меньшей мере одной видеокамерой, устройство распознавания жестов, датчик температуры и пульсометр, передающие в вычислительный блок информацию о температуре окружающей среды и параметрах жизнедеятельности газодымозащитника. Вычислительный блок или устройство распознавания жестов содержат прибор курсовертикаль, выполненный с возможностью построения трассировки маршрута и выводом информации на устройство отображения информации. Аппаратно-программный комплекс для газодымозащитника дополнительно содержит датчики давления с радиомодулями, передающие в вычислительный блок информацию о запасах дыхательной смеси. Кроме того, вычислительный блок выполнен с системой охлаждения, встроенной в систему подачи дыхательной смеси. При этом устройство отображения информации представляет собой микропроектор, проецирующий изображение на призматические линзы.
Аппаратно-программный комплекс для газодымозащитника может содержать ретранслятор Wi-Fi- сигнала для увеличения дальности связи, газоанализатор.
Устройство распознавания жестов может быть выполнено с возможностью измерения пульса и кровяного давления газодымозащитника.
Аппаратно-программный комплекс для газодымозащитника может быть выполнен с возможностью удаленного управления с поста безопасности или с другого персонального компьютера с доступом в интернет.
Вычислительный блок с передатчиком Wi-Fi, радиоволновый передатчик, устройство отображения информации с тепловизором и по меньшей мере одной камерой, устройство распознавания жестов связаны между собой нейросетью.
Аппаратно-программный комплекс для газодымозащитника может быть выполнен с возможностью голосового управления системой через подключаемый к вычислительному блоку микрофон.
На фигуре 1 представлена принципиальная схема аппаратно-программного комплекса для газодымозащитника.
1 - радиоволновый передатчик
2 - корпус
3 - устройство отображения информации
4- вычислительный блок с передатчиком Wi-Fi
5 - источник питания
6- устройство распознавания жестов
7 - датчики давления с радиомодулями
8 - газоанализатор
9 - видеокамера
10- тепловизор
11- ретранслятор Wi-Fi
12- прибор курсовертикаль
13- призматические линзы
14- микрофон
15 - проектор
Принцип работы заявляемого аппаратно-программного комплекса для газодымозащитника заключается в следующем.
Газодымозащитники надевают средство индивидуальной защиты (СИЗОД) дыхательный аппарат со сжатым воздухом (ДАСВ), оснащенный заявляемым аппаратно-программным комплексом для газодымозащитника с радиоволновым передатчиком 1.
Газодымозащитник осуществляет включение тумблера заявляемого комплекса, после чего происходит загрузка системы (запускается программа). Корпус 2 оснащен портами ввода-вывода для подключения устройства отображения информации 3.
После включения заявляемого комплекса вычислительный блок 4 (с передатчиком Wi-Fi), выполненный с источником питания 5 и с возможностью обмена информацией с устройством отображения информации 3 и устройством распознавания жестов 6, начинает сбор информации с датчиков давления 7 с радиомодулями, газоанализатора 8, пульсометра (не показан на фиг.1), датчиков температуры (не показаны на фиг.1), получение видеопотока с по меньшей мере одной видеокамеры 9 или тепловизора 10. Вычислительный блок 4 выполнен с системой охлаждения, встроенной в систему подачи дыхательной смеси. Аппаратно-программный комплекс для газодымозащитника может содержать ретранслятор 11 Wi-Fi-сигнала для увеличения дальности связи.
При этом посредством прибора курсовертикаль 12, размещенного в корпусе 2 для крепления технологического оборудования, либо в устройстве распознавания жестов 6 (например, выполненном в виде наручного браслета), комплекс отслеживает положение газодымозащитника в пространстве и маршрут его следования за счет изменения его траектории в пространстве и передает информацию на вычислительный блок 4 посредством радиосигнала, либо проводного соединения.
Устройство распознавания жестов 6 предназначено для передачи команд газодымозащитником в вычислительный блок 4 оснащено гироскопом для отслеживания позиционирования устройства с целью более точной работы и определения позиции руки.
Вычислительный блок 4 обработки информации выполнен с возможность распознавания объектов, которые фиксирует видеокамера 9 за счет программного обеспечения.
Вычислительный блок 4 обрабатывает полученные с датчиков давления 7 с радиомодулями, газоанализатора 8, по меньшей мере одной видеокамеры 9 и/или тепловизора 10 данные с использованием нейросети, и определяет находящиеся перед газодымозащитником объекты и препятствия, выводит информацию на устройство отображения информации 3, оборудованное призматическими линзами 13, предназначенными для расширения поля зрения газодымозащитника. Аппаратно-программный комплекс для газодымозащитника может быть выполнен с возможностью голосового управления системой через подключаемый к вычислительному блоку микрофон 14. При этом устройство отображения информации 3 представляет собой проектор 15, проецирующий изображение на призматические линзы 13.
Предварительно, нейросеть обучается распознаванию объектов и изображений по принципу «меры весов». После обучения нейросеть может определять местонахождение пострадавших и очагов пожара по сведениям о температуре объектов и окружающей среды, поступающей с тепловизора 10.
Параллельно ведется передача информации (по wi-fi или по радиоканалу) постовому на пост безопасности, расположенный вне зоны непригодной для дыхания. Безопасность газодымозащитника обеспечивается за счет того, что заявляемый комплекс информирует его о критических параметрах, например, о пороговой температуре окружающей среды, об остатке воздуха (дыхательной смеси) в баллоне, о приближении опасного объекта. Для предупреждения на устройство отображения информации 3 выводятся предупредительные видеосигналы.
Информация о расходе газодымозащитником дыхательной смеси, передаваемая в вычислительный блок 4 с датчика давления 7, установленного в дыхательном аппарате, с помощью программного обеспечения обрабатывается с учетом потребления газодымозащитником дыхательной смеси индивидуально рассчитывая фактическое времени работы в зависимости от уровня физической нагрузки и других известных параметров.
Применение в комплексе устройства отображения информации 3 призматических линз 13, на которые под углом проецируется изображение, позволяет газодымозащитнику видеть окружающую среду за счет того, что прозрачная линза не ограничивает его поле зрения. Аппаратно-программный комплекс для газодымозащитника выполнен с возможностью проецирования на призматический объект посредством применения проектора 14, встроенного в устройство отображения информации 3. Устройство распознавания жестов 6, газоанализатор 8, тепловизор 10, микрофон 14 содержат радиомодули.
Таким образом, заявляемый аппаратно-программный комплекс для газодымозащитника позволяет выполнить сбор и обработку информации для улучшения восприятия и выявления угроз газодымозащитником, а также формализовать и автоматизировать процесс выявления угроз и подтверждения ранее выявленных угроз в динамически изменяющейся обстановке в условиях обрушения, завалов, утечек опасных веществ, разрушения технологического оборудования, ограниченной видимости, пожаров, аварий.