Модель комплексированной системы поиска пострадавших в завалах

Модель комплексированной системы

поиска пострадавших в завалах

Бородулин И. А., оператор научной роты, Шипко Ю. В., ст. науч. сотрудник, к. т. н, доц., ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия им. проф. Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина», г. Воронеж,

Ветров А. Н., к. т. н, доц., Тамбовский государственный технический университет, г. Тамбов

Анализ данных по авариям и катастрофам показывает, что за последние 10-15 лет в нашей стране и за рубежом имеет место тенденция роста потенциальных опасностей катастроф различного происхождения. Снижение потерь среди пострадавшего населения во многом зависит от эффективности ведения поисково-спасательных работ в зонах чрезвычайных ситуаций. Важнейшим видом этих работ является поиск пострадавших, оказавшихся под завалами разрушенных зданий в результате аварий, катастроф, стихийных бедствий. Одним из основных способов определения мест нахождения пострадавших является технический - с использованием технических средств поиска.

В настоящее время на оснащении спасательных подразделений войск Гражданской обороны и поисково-спасательных формирований МЧС России находятся акустические приборы поиска «Пеленг-1», телевизионные системы поиска пострадавших «Система- 1К», радиолокационный обнаружитель пострадавших в чрезвычайных ситуациях «Радар-01». Однако создание эффективных технических средств, обеспечивающих достоверный поиск пострадавших в завалах, является сегодня актуальной научно-технической задачей.

Целью данной работы является повышение эффективности работы телевизионной системы поиска «Система-1К» посредством построения комплексиро-ванной системы поиска пострадавших.

Поставленная цель достигается решением задачи моделирования комплек-сированной системы, совмещающей телевизионную и тепловизионную камеры поиска пострадавших, с использованием аналитического метода определения межкадрового интервала.

«Система-1К» [1] предназначена для поиска пострадавших людей в завалах зданий, дистанционный осмотр полостей завалов, определение состояния пострадавших путем их осмотра и беседы с ними, а также обследование конструкции завала для выбора оптимальной технологии его разбора. Конструктивно система поиска состоит из двух частей: блока поиска и блока монитора, связь и управление между ними осуществляется по кабелю. Блок поиска включает датчик с видеокамерой, микрофоном и акустическим излучателем, раздвижную штангу и механизм управления поворотом датчика. В блоке монитора имеется видеомонитор, аккумулятор и акустическая гарнитура.

Предлагается усовершенствование «Системы 1 -К» путем введения дополнительного тепловизионного блока в добавление к основной видеокамере с подсветкой. Такая схема совмещения двух датчиков более универсальна, по-

скольку позволяет оператору получать более информативные данные о происходящем под завалами. Человеческий глаз не способен видеть в инфракрасном диапазоне и улавливать информацию, исходящую от человеческого тела. Точнее различить человека на фоне окружающих предметов под завалами возможно лишь в инфракрасном диапазоне, что позволяет сделать тепловизор [2-4].

Принцип комплексирования состоит в следующем: под завалами одновременно осуществляется поиск пострадавших с помощью двух камер - телевизионной и тепловизионной; как только тепловизионная камера путем сравнения температуры окружающей среды и человеческого тела обнаружит контраст между ними, оператор немедленно будет оповещен. В этой ситуации телевизионная картинка на экране монитора заменяется на тепловизионную для уточнения данных оператором.

Модель комплексированной системы поиска построена в двух вариантах [5]. Первый вариант представляет собой модель процесса вычисления номера кадра, который вычитается из текущего кадра. Процесс смены кадров при перемещении камеры (со скоростью Кпер) относительно объекта представлен на рисунке 1, где введены обозначения: ВК - видеокамера, ИК - камера, работающая в инфракрасном диапазоне.

Как показано на рис. 1, нижняя площадка представляет собой пространство под завалами ограниченного объема, представленное в кадрах обеих камер при условии совмещения их разверток изображений; хо, % - распределение в двумерном представлении площади обзора по осям координат, хп, уп - упрощенное представление объекта поиска (пострадавшего человека) в виде прямоугольника; 1о - температура окружающей среды (нижняя граница значений температуры, относительно которой производится анализ температурного контраста инфракрасной камерой и выявление наличия пострадавшего человека под завалами), ^ - усредненное значение температуры объекта (пострадавшего человека, находящегося под завалами).

Объект попадает в поле видимости камер при их перемещении относительно него, причем с каждым шагом площадь попавшего в кадр объекта в каждом последующем кадре увеличивается на определенную величину (рис. 1).

Получено математическое представление, определяющее номер кадра в виде целого числа.

Рис. 1. Оптико-геометрическая модель процесса смены кадров при поиске объекта

Доминирующим фактором на определение номера кадра, подлежащего вычитанию, является скорость перемещения зоны обзора. Если перемещение будет слишком медленным, то номер кадра значительно возрастает, что может привести к сбою в работе поисковой системы. С другой стороны, при высокой скорости перемещения зоны соседние кадры вычитаются, что также может привести к неверному восприятию информации. Анализ условий поиска в завалах показывает, что скорость перемещения зоны обзора должна лежать в пределах 0,5-0,7 м/с.

Реализовать межкадровое вычитание представляется возможным с помощью приборов с зарядовой связью.

Второй вариант комплексированной системы поиска представлен моделью выявления присутствия объекта в условиях оптической невидимости путём автоматизированной обработки тепловизионного изображения. Общая схема данной модели представлена на рисунке 2.

Рис. 2. Схема модели комплексированной системы поиска

Тепловизионное изображение в общем виде можно описать в виде непрерывной поверхности/(х, у), отображающей температуру в каждой точке с координатами х и у, при этом х = 1, X, у = 1, У, где X и У - размеры изображения по горизонтали и вертикали соответственно.

Пусть искомый объект имеет температурные параметры: - минимальная температура; /тах - максимальная температура. Нахождение сегмента объекта производится сравнением областей температурных значений объекта и фона тепловизионного изображения. Температурный фон /фона определяется из условия:

(т1Ш если

если

^тт — ^среды, ^тт ^ ^среды:

^фона

1 среды,

где /среды - температура окружающей среды.

Следующим шагом построения модели является определение замкнутых сегментов Б поверхности / (х, у), в которых /фона </ (х, у) < /тах. Для каждого сегмента Б определим функцию (х, у), которая будет показывать интегральную оценку температуры данного сегмента. На рисунке 3 представлена схема определения сегментов Б.

Рис. 3. Схема определения сегментов поверхности/

Как следует из рисунка 3, требуется вычислить объем тела, ограниченного сверху поверхностью с боков - цилиндрической поверхностью, образующая которой параллельна оси 02, а направляющей служит граница области Д-. Объем данного цилиндрического тела определяется величиной двойного интеграла от неотрицательной функции/(х, у) по области В.

К (Х У) = Л / (x, У) ^У-

в,

Вводится показатель qi присутствия искомого объекта на сегменте 8{.

[О, если ^ (х, у )< ^,

Чг Н если К (Х У К

кр

где Екр - минимальная интегральная оценка температуры объекта поиска, который может присутствовать на тепловизионном изображении.

Таким образом, первый вариант модели поисковой системы позволяет обнаружить объекты с повышенным тепловизионным показателем на заданной площади кадра. Второй вариант позволяет выявить мелкие структуры с повышенным тепловизионным контрастом, но по определенному порогу. Рекомендуется применять оба предложенных метода, чтобы повысить вероятность обнаружения пострадавших под завалами. Очередность применения методов определяется оператором системы в реальных условиях поиска.

Следует отметить, что ИК-диагностика не зависит от времени суток, климата и погодных условий, поэтому использование предлагаемой модели поиска пострадавших в завалах подходит для всех регионов страны и может проводиться фактически круглогодично и круглосуточно.

Результаты работы могут быть использованы как в теоретических исследованиях, направленных на дальнейшее развитие моделей поиска, так и для практического применения при проведении поисково-спасательных работ под завалами.

Библиографический список

1. МЧС России [Электронный ресурс]. URL: http://www. mchs. emermos. ru/portal/page/portal/ (дата обращения 15.04.2013 г.).

2. Ковалев А. В., Федчишин В. Г., Щербаков М. И. Тепловидение сегодня // Специальная техника, 1999. № 3, с. 13 — 18. № 4, с. 19 — 23.

3. Прет У. Цифровая обработка изображений. / Пер. с англ. — М.: Мир, 1992. Кн. 2. — 480 с.

4. Уэбба С. Физика визуализации изображений в медицине. — М.: Мир, 1998. — 408 с.

5. Бородулин И. А. Разработка метода совмещения инфракрасных и видеоизображений в системе поиска пострадавших. / Магистерская диссертация. — Тамбов: ТГТУ, 2013. — 77 c.