Биорадар, картонен дрон и летяща наденица - Никита Калиновски за добрите и лошите технологии за търсене

Преди няколко дни приключи състезанието Odyssey, в което инженерни екипи търсеха най-добрата технология за намиране на изчезнали в гората хора. През лятото говорих за Полуфинал, и го публикува вчера страхотен репортаж от финала.

Организаторите си поставят колосално трудна задача - да намерят двама души на площ от 314 км2 за 10 часа. Имаше различни идеи, но (спойлер) никой не успя. Един от техническите експерти на състезанието беше Никита Калиновски. Обсъдих с него участниците, техните решения и също така попитах какви други идеи са запомнени през всички етапи на състезанието.

Ако вече сте чели репортажа на финала, ще видите някои от репликите и тук. Това е само пълното интервю с минимална редакция.

Ако не сте чели повече от една статия от тази поредица, ще преразкажа накратко контекста.

В предишни епФондация AFK Sistema стартира състезанието Odyssey, за да намери начини за въвеждане на модерни технологии в търсенето на хора, изгубени в дивата природа без средства за комуникация. От 130 отбора четири отбора стигнаха до финала - само те успяха два пъти подред да намерят хора в гора с площ от 4 km2.

Екипът на Находка, основан от ветерани от спасителната служба на Якутия. Това са търсачки с богат опит в реални горски условия, но може би най-малко напреднал екип по отношение на технологиите. Тяхното решение е голям звуков маяк, който, използвайки специална конфигурация на сигнала, се чува ясно на разстояние до един и половина километра. Човек идва на звука и изпраща сигнал на спасителите от фара. Уловката не е толкова в технологията, колкото в тактиката на нейното използване. Търсачките използват минимум маяци, за да оградят периметъра на търсене и, като го стесняват постепенно, намират човека.

Екипът на Вершина е точно обратното на Находка. Инженерите разчитат изцяло на технологията и изобщо не използват сухопътни сили. Тяхното решение са дронове, оборудвани с персонализирани термокамери, камери и високоговорители. Търсенето сред кадрите също се извършва от алгоритми, а не от хора. Въпреки скептицизма на много експерти относно безполезността на термовизионните камери и ниското ниво на алгоритми, Vershina няколко пъти намери хора както на полуфиналите, така и на финалите (но не тези, от които се нуждаеха).

Stratonauts и MMS Rescue са два екипа, които използват цял ​​набор от решения. Звукови маяци, балони за установяване на комуникация на територията, дронове с фотография и тракери за търсене в реално време. Стратонавтите бяха най-добри на полуфиналите, защото най-бързо намериха изчезналите хора.

Звуковите маяци се превърнаха в най-ефективното и широко разпространено решение, но с тяхна помощ те могат да намерят само човек, който може да се движи. Легнал човек почти няма шанс. Изглежда, че най-добрият начин да го търсите е с термокамера, но термокамерата не вижда нищо през короните, а също така трудно различава топлинните петна от хора от всички останали обекти в гората. Фотографията, алгоритмите и невронните мрежи са обещаващи технологии, но засега се представят слабо. Имаше и екзотични технологии, но всяка от тях имаше повече ограничения, отколкото предимства.

– С какво се занимавате извън състезанието?
— Група компании INTEC, Томск. Основната област е индустриален дизайн, разработка на електроника и софтуер, включително вграден софтуер. Разполагаме със собствено малко пилотно и дребномащабно производство, помагаме да доведем продукта от идея до масово производство. Един от най-известните ни проекти е проектът “NIMB”, който разработваме от 2015 г. През 2018 г. получихме наградата Red Dot Design Award за този проект. Това е една от най-престижните награди в света на индустриалния дизайн.

-Какво прави това нещо?
— Това е защитен пръстен, алармен бутон, който потребителят натиска, когато възникне тревожно събитие. Прилича на обикновен пръстен. В долната му част има бутон, вътре има Bluetooth модул за комуникация със смартфон, микроелектродвигател за тактилна индикация, батерия и трицветен светодиод. Основата съдържа комбинирана твърда и гъвкава дъска. Основната част на тялото е метална, капакът е пластмасов. Това е доста известен проект. През 2017 г. те събраха около 350 хиляди долара в Kickstarter.

- Как ви харесва тук? Отборите отговарят ли на очакванията?
— В някои екипи хората имат богат опит в търсенето, били са в гората повече от веднъж и са провеждали подобни събития повече от веднъж. Те разбират добре как да намерят човек в реални условия, но имат много малко разбиране от технологиите. В други отбори момчетата са много добре запознати с технологиите, но нямат абсолютно никаква представа как да се движат през гората през лятото, зимата и есента.

— Няма ли златна среда?
- Още не съм го гледал нито веднъж. Общото мнение на всички експерти е следното: ако обедините всички екипи, принудите ги в едно сътрудничество, принудите ги да комбинират решения, вземете най-доброто от всеки и го приложите, ще получите много готин комплекс. Естествено, трябва да се довърши, да се доведе до здравословно състояние на продукта и да се приведе в окончателен пазарен вид. Това обаче ще бъде много готино решение, което действително може да се използва и всъщност ще спаси живота на хората.

Но поотделно всяко от решенията не е напълно ефективно. Някъде няма достатъчно възможност за всякакви метеорологични условия, някъде няма достатъчно XNUMX-часова наличност, някои не търсят хора в безсъзнание. Винаги трябва да предприемате цялостен подход и, най-важното, винаги трябва да разбирате, че има определена теория за търсене на хора и комплексът трябва да съответства на тази теория.

Сега решенията са груби. Тук можете да видите два класа проекти: първият е много прости и много надеждни системи, които работят. Тези звукови сигнални маяци, които донесоха момчетата от Якутия, екипът на Находка, са уникално устройство. Ясно е, че е направен от хора с богат опит. Технически е много просто, това е обикновен пневматичен сигнал с LoRaWAN модул и мрежа MESH, разположена върху него.

— Какво му е уникалното?
„Може да се чуе на километър и половина в гората.“ Много други не изпитват този ефект, въпреки че нивото на звука е приблизително еднакво за всички. Но правилно избраната честота и конфигурация на пневматичния сигнал дава такива резултати. Аз лично записах звука на разстояние около 1200 метра, с много добро разбиране, че това наистина е звук от сигнал и посоката към него. В реални условия това нещо работи чудесно.

— В същото време изглежда най-малко технологично напреднал.
- Това е вярно. Изработени са от парче PVC тръба и са най-простото, надеждно и много ефективно решение. Но със своите ограничения. Не можем да използваме тези устройства, за да открием човек, който е в безсъзнание.

— Втори клас проекти?
- Вторият клас са комплексни технически решения, които реализират различни специфични модели на търсене - търсене с термовизионни камери, комбиниране на термовизионни и трицветни изображения, дронове и др.

Но там всичко е много сурово. На места се използват невронни мрежи. Те са разположени на персонални компютри, на платки на nvidia jetson и на самите самолети. Но всичко това все още е неизследвано. И както показа практиката, използването на линейни алгоритми в тези условия работи много по-ефективно от невронните мрежи. Тоест идентифицирането на човек по петно ​​върху изображението от термокамера, чрез линейни алгоритми, по площта и формата на обекта, даде много по-голям ефект. Невронната мрежа не откри практически нищо.

- Защото нямаше на какво да я науча?
— Твърдяха, че преподават, но резултатите бяха изключително противоречиви. Дори не спорни - почти ги нямаше. Невронните мрежи не се показаха тук. Има подозрение, че или са били научени неправилно, или са били научени на погрешно нещо. Ако невронните мрежи се прилагат правилно при тези условия, тогава най-вероятно те ще дадат добри резултати, но трябва да разберете цялата методология на търсене.

— Казват, че невронните мрежи са обещаващи. Ако ги направите добре, те ще работят. Напротив, за термокамерата казват, че в никакъв случай не става за нищо.
„Въпреки това фактът беше записан. Термокамерата наистина търси хора. Както в случая с невронните мрежи, трябва да разберем, че говорим за инструменти. Ако вземем микроскоп, тогава за изследване на малки предмети. Ако забиваме пирон, тогава е по-добре да не използваме микроскоп. Същото е и с термокамера и невронни мрежи. Правилно конфигуриран инструмент, използван правилно при правилните условия, дава добър резултат. Ако използваме инструмента на грешното място и по грешния начин, естествено е да не получим резултата.

- Е, как ще използваш термокамера, като тук казват, че дори гниещият пън дава повече топлина от изчезналата баба?
- Не повече. Провериха, погледнаха - не повече. Човекът има ясен модел. Трябва да разберете, че човекът е много специфичен обект. Освен това по различно време на годината това са различни обекти. Ако говорим за лятото, тогава това е човек в лека тениска или тениска или риза, която свети с мощно петно ​​върху термовизионната камера. Ако говорим за есента, за зимата, тогава виждаме глава, покрита с качулка с остатък от топлинна следа, която излиза под качулката или изпод шапката, светещи ръце - всичко останало е скрито от дрехите.

Следователно човек може да се види ясно през термовизионна камера, аз го видях със собствените си очи. Друго нещо е, че дивите свине, лосовете и мечките са също толкова ясно видими и трябва много ясно да филтрираме това, което наблюдаваме. Определено не можете да минете само с термокамера, не можете просто да я вземете, да посочите термокамера и да кажете, че ще реши всичките ни проблеми. Не, трябва да има комплекс. Комплексът трябва да включва трицветна камера, която осигурява пълноцветно изображение или монохромно изображение, осветено със светодиоди. Трябва да идва с още нещо допълнително, защото самата термокамера просто прави петна.

— От отборите, които в момента са на финалите, кой е най-готиният?
– Честно казано, нямам фаворити. Мога да хвърля солидна тухла по всеки. Нека просто кажем, че много ми хареса решението на първия отбор на Вершина. Просто имаха термокамера плюс трицветна камера. Хареса ми идеологията. Момчетата са търсили с технически средства, без да включват сухопътни сили, изобщо не са имали мобилни екипи, търсели са само с дронове, но са намерили хора. Няма да кажа дали намериха когото трябваше или не, но намериха хора и намериха животни. Ако сравним координатите на обект на термовизионна камера и обект на трицветна камера, тогава ще можем да идентифицираме обекта и да определим дали там има човек.

Имам въпроси относно изпълнението, синхронизацията на термовизионната камера и камерата е направена небрежно, на практика изобщо я нямаше. В идеалния случай системата трябва да има стерео двойка, една монохромна камера, една трицветна камера и термовизионна камера и всички те да работят в една система за време. Тук не беше така. Камерата работеше в отделна система, термовизионната камера в отделна и заради това се натъкнаха на артефакти. Ако скоростта на дрона беше малко по-висока, щеше да даде много силни изкривявания.

— С хеликоптер ли летяха или имаше самолет?
— Никой тук нямаше хеликоптер. Или по-скоро хеликоптерите са изстреляни от един от екипите, но това е чисто техническа функция за осигуряване на комуникация в района на търсене. На тях беше окачен LOR ретранслатор, който осигуряваше комуникация в радиус от 5 километра.

В резултат на това всички самолети за търсене тук са от типа самолет. Това носи със себе си своите проблеми, защото излитането и кацането не е лесно. Например метеорологичните условия вчера не позволиха на екипа на Находка да изстреля своя дрон. Но бих казал следното: дронът, който имаха на въоръжение, нямаше да им помогне във вида, в който е конфигуриран сега.

„На полуфиналите искаха да използват дрона само за щафета.
— Дронът в Находка е създаден за фото-видео заснемане и предупреждение. Има маяк, термовизионна камера и цветна камера. Поне така чух от тях. Вчера дори не го разопаковаха. Все още беше опакован, както беше доставен. Но дори и да го получат, вероятно няма да го използват. Те имаха съвсем друга тактика – търсеха с крака.

Днес момчетата искат да засеят гората с маяци и да ги използват, за да намерят хора. Това е решението, което най-малко ми харесва. Имам големи съмнения, че тогава ще съберат тези 350 фара, които донесоха тук. Или по-скоро ще ги принудим да съберат, но не е факт, че ще съберат всичко. Най-много ми хареса решението на първия отбор, защото включваше пълно изоставяне на сухопътните сили.

- Само заради това? В крайна сметка, ако наистина вземете такава огромна площ в количество, може да работи.
„Най-вероятно ще работи, но не ми хареса нито конфигурацията на падане, нито конфигурацията на самите маяци.“

— Остана една тухла за стратонавтите.
— Стратонавтите имат страхотно решение. Ако го бяха направили така, както искаха, щяха да успеят. Но те също имаха проблеми с летящите машини.

Имат система за предоставяне на групи за търсене. Основен акцент са мобилните сухопътни сили. Издават им се маяци, осигурени са комуникация с групи и връзка с наземни маяци за разполагане на групи за търсене в правилните точки и в правилните посоки. Имат балони с ретранслатори, които осигуряват комуникация в района. Те имат наземни стационарни маяци, но те са много малко и те самите признават, че са ги направили в последния момент и за тях това не е основната тактическа единица - те са ги направили за тестване. Те са доста и нямат особен принос в тактиката.

Основната тактика беше, че всяка търсачка в групата има свой личен тракер, който е обединен в единна информационна мрежа заедно с централата. Те могат ясно да видят кой на какво място е. Разресването се извършва в реално време, посоката се коригира.

„Всичко изглежда така, сякаш наистина искате да го комбинирате в едно.“
- Да, абсолютно така. Григорий Сергеев и аз вървяхме, той поглежда и казва: „По дяволите, какво готино нещо, дано го имах“, стигаме до други, „По дяволите, какво готино нещо, да го имах“, стигаме до трето, „По дяволите, какво готино нещо.“ , щях да намеря човек там и там.“

Отделно са секторно добри решения за определени условия. Ако ги комбинирате, тогава получавате много добър комплекс, който има едно комуникационно поле, има разгръщане на системата на голямо разстояние с помощта на балони, има система за проследяване и контрол на сухопътните сили в реално време, има маяци, които удрят на достатъчно голямо разстояние и могат Правилно използване и разделяне на зоната за търсене на сектори дават сигнал на човека, така че той да отиде при тях, а след това всичко се превръща в въпрос на технология. Има летателно време - използват се едни сили, няма летателно време - други, нощ - трети.

„Но всичко това е катастрофално скъпо.“
— Някои са скъпи, други не.

— Например един дрон, който излита сега, може би струва колкото Боинг.
- Да, цената им е доста висока. Но трябва да разберете, че ако се използва правилно, това е еднократна покупка. Трябва да го купите веднъж, а след това просто да го транспортирате из страната и да го използвате. Такава еднократна инвестиция в способни ръце ще продължи доста дълго време, ако се поддържа и експлоатира правилно.

— Когато гледахте кандидатурите за конкурса, имаше ли нещо, което ви хареса, но не стигна до финала?
– Имаше много смешни неща там.

– Кое е най-смешното нещо, което си спомняте?
— Наистина си спомням биорадарите, окачени на балона. Смях се дълго време.

„Дори е страшно да попитам какво е това.“
— Номерът е, че това е наистина добър начин за определяне. Биорадарът е насочен към идентифициране на биологични живи обекти на фона на всичко останало, което се отразява. Обикновено се използват гръдна вибрация и пулс. За това се използват много високочестотни радари на 100 GHz, те светят на доста добро разстояние и осветяват гората до дълбочина 150 на 200 метра.

- Защо тогава е смешно?
— Защото това нещо работи само когато е монтирано постоянно, а те искаха да го окачат на балон. И те казват, "това е неподвижен обект." Сега гледаме балона, той постоянно се тресе и искат да закачат нещо, което трябва да бъде здраво завинтено към земята, иначе картината ще бъде такава, че нищо няма да е ясно на нея.

Картонените дронове също бяха много забавни.

— Картонени?
- Да, картонени дронове. Беше много смешно. Самолет, слепен от картон и боядисан с лак. Той летеше точно както Бог искаше. Момчетата искаха да лети в една посока, но той летеше навсякъде, но не в правилната посока и накрая се разби, спестявайки си болката.

„Летящата франзела, която може да се преконфигурира в летяща наденица“ беше много забавна – истински цитат от приложението. Взима се външната оплетка на пожарния маркуч, маха се гумата, надува се и става дълга тръба, усукана от двете страни. Връзват го заедно и се оказва летяща поничка, на която закачат камера. А че франзелата може лесно да се трансформира в летяща наденица - всички се смяха на наденицата. Защо, защо наденицата не е ясно, но беше много смешно.

— Чух за кубчета, които се поставят на земята и разчитат вибрации и стъпки.
- Да, наистина имаше такива неща. Трябва да разберете, че нещото всъщност е доста функционално. Знам за няколко търговски продукта, които правят точно това. Това е настроен за сигурност сеизмограф за системи за периметрова сигурност. Но това нещо се използва изключително за критична инфраструктура и военни съоръжения. Знам, че газопомпените станции имат системи за контрол на достъпа на три нива, първото от които е сеизмографите.

— Звучи някак обещаващо. Защо не тогава?
„Факт е, че едно е да защитиш затворения периметър на критично инфраструктурно съоръжение с малка площ, а друго е да засееш цялата гора с тези сеизмографи. Обхватът им е много малък, а най-важното е, че трудно можете да различите бягаща дива свиня, бягащ човек и бягаща мечка. Теоретично е възможно, разбира се, ако включите хардуера правилно, но това значително усложнява техниката, има много по-прости методи, струва ми се.

На всички беше препоръчано да отидат на четвъртфиналите, на всички беше препоръчано да опитат силите си. Тези, които виждаме тук, са тези, които наистина са успели да намерят хора. Всички останали хора не бяха намерени, така че конкуренцията, струва ми се, е доста обективна. Можете например да се доверите на мнението на експертите, можете да не му се доверите, но фактът остава - те са го намерили или не са го намерили.

Източник: www.habr.com