想象一个问题：两个人在森林里消失了。 其中一个仍然可以移动，另一个则躺在原地无法移动。 他们最后一次出现的地点是已知的。 其周围搜索半径为10公里。 面积为 314 平方公里。 您有十个小时的时间使用最新技术进行搜索。
当我第一次听到这个情况时，我想：“噗，别喝啤酒了。” 但后来我看到先进的解决方案如何在所有可能和不可能考虑的事情上遇到困难。 ，大约有 20 个工程团队试图解决一个简单十倍的问题，但却达到了他们能力的极限，并且只有四个团队成功了。 事实证明，这片森林是一个隐藏着陷阱的领地，现代技术对此无能为力。
然后，这只是由 Sistema 慈善基金会组织的奥德赛竞赛的半决赛，其目标是找出如何现代化寻找野外失踪人员的方法。 XNUMX月初，决赛在沃洛格达地区举行。 四支队伍面临着同样的任务。 我去现场观摩了其中一个比赛日。 这次我开车的时候心里想着问题是无法解决的。 但我没想到会为 DIY 电子爱好者看到《真探》。
今年雪下得很早，但如果你住在莫斯科，起得很晚，你可能看不到雪。 那些不会自行融化的东西将被工人们百分百地驱散。 从莫斯科出发，坐火车七个小时，再开车几个小时是值得的——你会发现冬天其实很久以前就已经开始了。
决赛在沃洛格达附近的 Syamzhensky 区举行。 在森林和一个由三间半房屋组成的村庄附近，奥德赛的组织者设立了一个战地指挥部 - 巨大的白色帐篷，里面装有热风枪。 前几天已经有三个小组进行了搜索。 没有人谈论结果；他们处于保密协议之下。 但从他们的表情来看，似乎没人能做到。
当最后一个团队准备测试时，其余的参与者在街上展示他们的设备，观看当地电视的美丽镜头，展示并解释其工作原理。 来自雅库特的纳霍德卡团队摇晃灯塔的声音如此之大，以至于采访的记者不得不停下来。
他们在前一天参加了测试，并经历了最恶劣的天气。 雪和大风甚至阻止了无人机的发射。 由于交通中断，许多信标无法放置。 当其中一个装置终于起作用时，结果发现是风吹倒了一棵树，压碎了按钮。 然而，这个团队受到了好奇的关注，因为他们是最有经验的搜索者。
— 我的整个团队都是猎人。 他们等待第一场雪已经很久了。 他们会看到任何动物的踪迹，就好像他们会追上它一样。 我必须把它们当作护卫犬来约束，”尼古拉·纳霍德金说道。
步行搜查森林，或许能找到人的踪迹，但还不算胜利——这是一场技术竞赛。 因此，他们只能依靠声音信标，发出强大而刺耳的声音。
一个真正独特的设备。 显然，这是由具有丰富经验的人制作的。 从技术上来说，它非常简单——它就是一个普通的气动哇音器，上面部署了 LoRaWAN 模块和 MESH 网络。 一公里半外的森林里都能听到。 对于许多其他人来说，尽管每个人的音量水平大致相同，但这种效果不会发生。 但正确的频率和配置会产生这样的结果。 我亲自在大约1200米的距离录制了一个声音，非常清楚这确实是信号的声音。
他们看起来技术最不先进，但同时他们拥有最简单、最可靠和非常有效的解决方案，但也有其自身的局限性。 我们无法使用这些设备来寻找失去知觉的人，也就是说，这些产品仅适用于非常狭窄的情况。
- 尼基塔·卡利诺夫斯基（Nikita Kalinovsky），大赛技术专家
我们当天工作的四个团队中的最后一个是 MMS Rescue。 这些都是普通人、程序员、工程师、电子工程师，他们以前从未做过研究。
他们的想法是在几架飞机型无人机的帮助下在森林上空散布一百或两个小型声音信标。 它们连接到一个网络，其中每个单元都是无线电信号中继器，并开始发出响亮的声音。 迷路的人必须听到它、找到它、按下按钮，从而发送有关他所在位置的信号。
此时无人机正在拍照。 秋天的森林在白天几乎是透明的，因此团队希望在照片中发现一个躺着的人。 在基地，他们有一个训练有素的神经网络，通过它运行所有的图片。
在半决赛中，MMS Rescue 使用传统四轴飞行器分散了信标 - 这足以覆盖四平方公里。 要覆盖 314 平方公里，您需要一支直升机大军，可能还需要几个发射点。 因此，在决赛中他们与另一支此前退出比赛的队伍组队，并使用了他们的信天翁飞机。
搜寻工作定于上午 10 点开始。 在他面前，营地里一片喧闹。 记者和嘉宾四处走动，与会者携带设备进行技术检查。 当他们运来并卸下所有信标——近五百个时，他们在森林中播种信标的策略不再显得夸张。
— 奇怪的是，每一个都基于 Arduino。 我们的程序员 Boris 制作了一个令人惊叹的程序，可以控制所有附件，MMS Rescue 的成员 Maxim 说，“我们有 LoRa，这是我们自己设计的板，带有附件、MOSFET、稳定器、GPS 模块、可充电电池和 12 V警笛。
尽管这些人的账户里已经存满了所有卢布，但每座灯塔的成本约为 3 美元。 开发和生产只有两个月的时间。 对于大多数团队成员来说，MMS Rescue 项目并不是他们的主要活动。 于是，他们下班回来，一直准备到深夜。 当零件到达时，他们自己手动组装和焊接所有设备。 但比赛的技术专家却并不以为然：
“我最不喜欢他们的决定。” 我很怀疑他们会收集他们带到这里的三百座灯塔。 或者更确切地说，如何——我们将迫使他们聚集，但事实并非如此。 如果以这样的数量播种，搜索本身很可能会起作用，但我不喜欢丢弃配置或信标本身的配置。
— 信标技术减少了步行的公里数。 现在将散布的信标建议进一步徒步穿过森林来收集。 而这将是一个不会减少人类劳动量的距离。 也就是说，技术本身没问题，但也许我们需要想出如何分散它的策略，以便以后更容易收集，”Liza Alert 的 Georgy Sergeev 说。
距离营地两百米，无人机小队搭建了发射台。 五架飞机。 每架飞机使用弹弓起飞，机上携带四个信标，在大约 15 分钟内将它们分散，然后返回并使用降落伞着陆。
失踪的猎人
搜索开始后，营地开始空荡荡。 记者离开后，组织者分散到帐篷里。 我决定留下一整天，观察团队如何运作。 一些参与者仍然参与监控无人机，而另一些参与者则钻进汽车，穿过森林，手动沿道路放置信标。 马克西姆留在营地中监视网络的展开情况并接收来自信标的信号。 他告诉我更多关于这个项目的信息。
“现在我们正在观察信标网络如何展开，我们看到网络中出现的信标，当我们第一次看到它们时它们发生了什么，现在发生了什么，我们看到它们的坐标。 表中充满了数据。
— 我们是在坐着等待信号吗？
——粗略地说，是的。 我们以前从未散布过 300 个信标。 所以我正在研究如何使用他们的数据。
- 你是根据什么来分散它们的？
“我们有一个程序可以分析地形并计算在哪里放置信标。 她有自己的一套规则——所以她看着森林，看到了一条路。 首先，她会提出沿路扔信标，然后她会进入森林，因为越深入，那里就越不可能有人。 这是救援队和迷路者呼声最高的做法。 我最近读到，一名失踪男孩在离家800米的地方被发现。 800米不是10公里。
因此，我们首先尽可能接近可能的进入区域。 如果一个人到达那里，那么他很可能还在那里。 如果没有，那么我们将越来越扩大搜索边界。 该系统只是围绕人类存在的可能点而发展。
事实证明，这种策略与纳霍德卡经验丰富的搜索引擎所使用的策略相反。 相反，他们计算了一个人从入口点可以步行的最大距离，在周边放置信标，然后关闭环，减少搜索半径。 与此同时，信标的放置使得人们无法在没有听到信标的情况下离开环。
— 你为结局专门开发了什么？
- 我们发生了很多变化。 我们进行了大量的测试，在森林条件下测量了不同的天线，测量了信号传输距离。 在之前的测试中，我们有三个信标。 我们步行搬运它们，并将它们固定在不远处的树干上。 现在，身体已经适应从无人机上掉落。
它从 80-100 米的高度坠落，无人机飞行速度为 80-100 公里/小时，加上风。 最初，我们计划将身体形状做成一个带有翅膀的圆柱体。 他们希望将重心以电池的形式放置在身体的下部，天线会自动升起，以在森林条件下实现信标之间的良好通信。
- 但他们没有这么做？
— 是的，因为我们插入天线的机翼对飞机的干扰很大。 因此，我们得出了砖块的形状。 另外，他们还试图解决供电问题，因为每个元件都很重，必须将最小的质量塞进一个小盒子里，同时保留最大的能量，这样灯塔才不会在一个小时内死亡。
软件得到了改进。 一个网络中的 300 个信标可以互相干扰，所以我们做了间隔。 那里有一项艰巨而复杂的任务。
我们的 12 V 警报器必须发出应有的尖叫声，这样系统才能运行至少 10 小时，这样当 LoRa 打开时 Arduino 才不会重新启动，这样就不会受到高音扬声器的干扰，因为有升压装置，可提供 40V 电压中的 12V。
- 遇到说谎的人怎么办？
——不幸的是，没有人对这个问题给出可靠的答案。 带着狗沿着倒下的树木寻找气味似乎更明智。 但事实证明，狗找到的人要少得多。 如果一个失踪的人躺在意外收获的某个地方，理论上可以用无人机拍摄并识别他。 我们用这样的系统驾驶两架飞机，我们在空中收集数据并在基地进行分析。
— 您将如何分析这些照片？ 用眼睛看到一切吗？
- 不，我们有一个训练有素的神经网络。
- 什么？
- 基于我们自己收集的数据。
半决赛结束后，专家表示，利用照片分析来寻找人选还有很多工作要做。 理想的选择是无人机使用经过大量数据训练的神经网络实时分析机上图像。 实际上，团队必须花费大量时间将素材加载到计算机上，甚至需要更多时间对其进行审查，因为当时没有人拥有真正有效的解决方案。
— 神经网络现在在一些地方得到了使用，它们被部署在个人电脑、Nvidia Jetson 主板上以及飞机本身上。 但尼基塔·卡利诺夫斯基 (Nikita Kalinovsky) 表示，但所有这些都是如此粗糙、研究不足，实践表明，在这些条件下使用线性算法比神经网络更有效。 也就是说，使用基于物体形状的线性算法通过热成像仪图像中的一个点来识别人会产生更大的效果。 神经网络几乎什么也没发现。
——因为没有什么可教的？
——他们声称自己教书，但结果却极具争议。 甚至没有争议的——几乎没有。 人们怀疑他们要么受到了错误的教育，要么被教导了错误的东西。 如果在这些条件下正确应用神经网络，那么它们很可能会给出良好的结果，但您需要了解整个搜索方法。
— 我们最近推出了 ”，Grigory Sergeev 说道，“当我参加比赛时，这个东西在卡卢加地区发现了一个人。 也就是说，这里是现代技术的真正应用，它对于搜索来说是真正有用的。 但拥有一种能够长时间飞行并可以避免照片模糊的介质非常重要，尤其是在黎明和日落时，当森林中几乎没有光线时，但您仍然可以看到一些东西。 如果光学允许的话，这是一个非常好的故事。 另外，大家都在尝试热像仪。 原则上，趋势是正确的，想法是正确的——价格问题始终是一个问题。
三天前，也就是决赛的第一天，搜寻工作是由 Vershina 团队进行的，该团队可能是决赛入围者中技术最先进的。 虽然每个人都依赖声波信标，但该团队的主要武器是热成像仪。 找到一个能够产生至少一些结果的市场模型，对其进行完善和定制——所有这一切都是一次单独的冒险。 最终，事情解决了，我听到热情的低声谈论如何用热成像仪在森林中发现一只海狸和几只麋鹿。
我真的很喜欢这个团队的解决方案，正是在意识形态方面——这些人正在使用技术手段进行搜索，而不涉及地面部队。 他们有一个热成像仪和一个三色相机。 他们只拿着传单搜寻，但还是找到了人。 我不会说他们是否找到了他们需要的人，但他们找到了人和动物。 我们对比了热像仪上物体的坐标和三色相机上物体的坐标，确定它正是来自两张图像。
我对实施有疑问 - 热像仪和相机的同步不小心完成。 理想情况下，如果系统有一对立体相机，那么它就能工作：一台单色相机、一台三色相机、一台热成像仪，并且所有这些都在一个时间系统中工作。 这里的情况并非如此。 相机在一个系统中工作，热像仪在一个单独的系统中工作，因此他们遇到了伪影。 而飞行器的速度如果再高一点，就已经会产生非常强烈的扭曲了。
- 尼基塔·卡利诺夫斯基（Nikita Kalinovsky），大赛技术专家
格里戈里·谢尔盖耶夫 (Grigory Sergeev) 最明确地谈到了热成像仪。 当我夏天问他对此的看法时，他说热成像仪只是一个幻想，十年来搜索队从未发现有人使用它们。
— 今天我看到价格下降和中国模式的出现。 尽管它仍然非常昂贵，但掉落这样的东西所带来的痛苦是无人机本身的两倍。 一台能像样显示东西的热像仪要600万以上。 第二架Mavic的价格约为120。而且，无人机已经可以显示一些东西，但热像仪需要特定的条件。 如果一台热像仪可以买六台Mavics，没有热像仪的话，我们自然就充当Mavics了。 幻想我们会在王冠下找到某人是没有意义的——我们不会找到任何人，王冠对温室来说不是透明的。
当我们讨论这一切时，营地里并没有太多活动。 无人机起飞又降落，远处的森林里长满了信标，但没有收到任何信号，尽管规定的时间已经过去了一半。
第六个小时，我注意到那些家伙开始用对讲机积极交谈，马克西姆坐在电脑前，非常惊慌和严肃。 我试图不打扰提问，但几分钟后，他走到我面前，小声地咒骂了一句。 灯塔发出了信号。 但不是来自一个，而是同时来自多个。 过了一会儿，超过一半的单位都响起了求救信号。
在这种情况下，我会认为这些是软件的问题——同样的机械故障不可能同时发生在这么多设备上。
— 我们进行了两百次测试。 没有任何问题。 它不可能是软件。
几个小时后，数据库中充满了错误信号和一堆不必要的数据。 如果按下时至少有一个信标被激活，麦克斯不知道如何确定它。 然而，他坐下来，开始手动检查来自设备的所有内容。
理论上，一个真正迷路的人可以找到信标，带着它继续前进。 然后，也许这些人会检测到其中一台设备的移动。 扮演失踪者的临时演员会如何表现？ 他会带上它还是不带设备就去基地？
六点左右，负责无人机工作的人跑到了总部。 他们下载了这些照片，发现其中一张照片上有非常清晰的人迹。
足迹在树木之间呈一条细线延伸，隐藏在照片之外。 他们查看了坐标，将照片与地图进行了比较，发现它位于他们飞行区的最边缘。 轨迹向北延伸，到达无人机没有飞过的地方。 这张照片是五个多小时前拍摄的。 广播里有人问现在几点了。 他们回答他：“现在是我们飞行的时间了。”
麦克斯继续挖掘数据库，发现所有信标同时开始发出蜂鸣声。 他们内置了延迟激活之类的东西。 为了防止该按钮在飞行和坠落过程中不起作用，它在交付过程中被停用。 也就是说，灯塔应该在出发后半小时就开始活动并开始发出声音。 但随着激活，SOS信号也为所有人响起。
这些人拿出了几个他们没有时间发送的信标，将它们拆开，然后开始检查所有电子设备，试图找出可能出了问题的地方。 很多事情都可能出错。 当对电子设备进行测试时，它们尚未封装在能够承受重置的外壳中。 解决方案很晚才找到，因此在最后一刻手工组装了数百个信标。
此时，Max正在手动检查数据库中来自信标的所有消息。 距离搜寻结束还剩一小时。
大家都很紧张，我也是。 最后，麦克斯从帐篷里出来说道：
— 在你的文章中写下，这样你就永远不会忘记筛选。
拆解了几个信标后，这些人对这个理论着迷了。 由于信标外壳出现得很晚，所有电子设备的封装都必须比计划的更加紧凑。 由于时间已经不多了，人们没有时间屏蔽电线。
几分钟后，数据库发现一个来自比其他设备晚得多的设备发出的信号。 这个信标不是通过无人机运送到森林的，而是人们自己带来的，并将其绑在其中一条路旁边的一棵树上。 两点半的信号是他发出来的，现在时钟已经是八点半了。 如果这个按钮真的是由一个额外的人按下的，那么由于噪音，他的信号在几个小时内都无法被识别。
不过，小伙子们还是打起了精神，很快记下了灯塔的坐标和激活时间，立即跑去记录这一发现。
事关重大，技术专家对这一发现持怀疑态度。 在一堆破损的信标中怎么可能有一个能真正工作的呢？ 众人连忙解释。
- 让我们退后一步。 更换外壳是否会导致您的信号在跌倒后停止工作？
- 不一定是这样。
— 与船体有联系吗？
— 这是因为 SOS 按钮在应该起作用的时刻之前就起作用了。
——掉落时激活了吗？
- 不是当你跌倒时，而是当声音信号响起时。 声音信号给出峰峰值，12 V 转换为 40 V，拾音器被提供给电线，我们的控制器认为按钮被按下。 这仍然是猜测，但与事实非常相似。
- 很奇怪。 她不能给出这样的提示。 我非常怀疑。 从电路设计的角度来看，误报的原因是什么？
“我现在就解释一下，很简单。” 以前，车身更宽，元件之间的距离更大。 目前，一些电线，包括按钮的电线，就在这个东西旁边。
- 这是变压器吗？
- 是的。 而且不仅是和他。 它升高了 40 V，这是一个增量。 附近还有一根1W天线。 在传输过程中，我们收到某个消息，立即进入 SOS 状态。
— 你的按钮是如何与百分比联系在一起的？
— 他们只是将其挂在 GPIO 上，并将底部拧紧。
— 你把按钮直接挂在端口上，把它拉下来，任何通过它的信号都会立即跳起来，对吧？
- 嗯，结果是这样的。
- 那么这似乎是真的。
“我也已经意识到我应该把它搞错了。”
— 您是否尝试过用箔纸包裹电线？
- 我们尝试了。 我们有几个这样的信标。
- 好吧，你看到当信号通过蜂鸣器，当信号通过天线时，你......
- 不一定是这样。 不是当蜂鸣器响起时，而是当激活信标的时间到来时。 该按钮被切断，这样在飞机上飞行时就不会意外压到树枝或其他物体。 有一定的时间延迟。 当需要打开它、激活按钮时，整个信标就会打开，就好像他们已经关闭了它的电源一样。 没有任何延迟，没有任何事情，所有元素立即开始上升并工作，在那一刻按钮被激活。
- 那为什么不是每个人都这样工作呢？
- 因为有错误。
- 那么下一个问题。 有多少产品出现误报？ 超过一半？
- 更多的。
— 您是如何挑选出其中之一作为失踪人员的坐标提交的？
“我们的队长驾驶一辆车到最有可能的区域并手动分发信标。 他拿了一个盒子，里面装着一批单独的信标，居然把那些没有出现这样错误的信标排列了起来。 我们分析了收集到的数据，隔离了所有在应该激活时没有开始喊叫“SOS”的人，并找到了在 30 分钟后才开始喊叫“SOS”的信标。
——你承认一开始没有误报，后来可能出现误报吗？
— 嗯，你知道，从灯塔复活的那一刻起，它就静止了 70 多分钟。 我们分析了坐标——这里离传说中有人出现的地方不远。
搜寻结束前半小时，队伍终于收到了失踪人员的坐标。 这看起来真是一个奇迹。 森林里有一座灯塔山，一半以上都坏了。 更糟糕的是，这批手动放置的信标中有一半也坏了。 在一片314平方公里、散布着破损灯塔的地区，临时演员们找到了一名工人。
我只是需要检查一下。 但球队还是去庆祝了可能的胜利，在寒冷中度过了十一个小时后，我可以安心地离开营地了。
21月XNUMX日，也就是考试后大约一周，我收到了一份新闻稿。
根据奥德赛项目的最终测试结果，旨在开发在森林中有效搜寻失踪人员的技术，Stratonauts团队的无线电信标和无人机集成系统被认为是最佳技术解决方案。 决赛中展示的所有开发成果均由 Sistema 资助基金提供的 30 万卢布资金完成。
除了 Stratonauts 之外，另外两支队伍也被认为是有前途的——来自雅库特的“Nakhodka”和带有热成像仪的“Vershina”。 “直到 2020 年春季，各团队将与救援队一起继续测试他们的技术解决方案，参与莫斯科、列宁格勒地区和雅库特的搜索行动。 这将使他们能够针对特定的搜索任务完善解决方案，”组织者写道。
新闻稿中没有提及 MMS Rescue。 他们传输的坐标结果是不正确的——额外人员没有找到这个信标，也没有按任何东西。 不过，这又是一个误报。 由于连续播种森林的想法没有得到专家的回应，因此被放弃。
但云层宇航员在决赛中也未能应对任务。 他们在半决赛中也是表现最好的。 随后，在4平方公里的区域内，团队仅用了45分钟就找到了一个人。 尽管如此，专家们还是认为他们的技术综合体是最好的。
也许是因为他们的解决方案是所有其他解决方案之间的中庸之道。 这是一个用于通信的气球、用于测量的无人机、声音信标以及一个实时跟踪所有搜索者和所有元素的系统。 至少，这个系统可以配备真正的搜索团队。
“今天的搜索仍处于石器时代，很少出现新的东西，”Georgy Sergeev 说，“除非我们不使用普通手电筒，而是使用 LED 手电筒。” 我们还没有到波士顿动力公司的小矮人走过森林的阶段，我们在森林边缘抽烟，等待他们给我们带来失踪的祖母。 但如果你不朝这个方向前进，如果你不把所有的科学思想付诸实践，什么都不会发生。 我们需要激发社区的活力——我们需要有思想的人。
来源： habr.com