想像一個問題：兩個人在森林裡消失了。 其中一個仍然可以移動，另一個則躺在原地無法移動。 他們最後一次出現的地點是已知的。 其周圍搜索半徑為10公里。 面積為 314 平方公里。 您有十個小時的時間使用最新技術進行搜尋。
當我第一次聽到這個情況時，我想：“噗，別喝啤酒了。” 但後來我看到先進的解決方案如何在所有可能和不可能考慮的事情上遇到困難。 ，大約有 20 個工程團隊試圖解決一個簡單十倍的問題，但卻達到了他們能力的極限，並且只有四個團隊成功了。 事實證明，這片森林是個隱藏著陷阱的領地，現代科技對此無能為力。
然後，這只是由 Sistema 慈善基金會組織的奧德賽競賽的半決賽，其目標是找出如何現代化尋找野外失踪人員的方法。 XNUMX月初，決賽在沃洛格達地區舉行。 四支隊伍面臨同樣的任務。 我去現場觀摩了其中一個比賽日。 這次我開車的時候心裡想著問題是無法解決的。 但我沒想到會為 DIY 電子愛好者看到《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。 那些不會自行融化的東西將被工人們百分之百地驅散。 從莫斯科出發，搭火車七個小時，再開車幾個小時是值得的──你會發現冬天其實很久以前就已經開始了。
決賽在沃洛格達附近的 Syamzhensky 區舉行。 在森林和一個由三間半房屋組成的村莊附近，奧德賽的組織者設立了一個戰地指揮部——巨大的白色帳篷，裡面裝有熱風槍。 前幾天已經有三個小組進行了搜索。 沒有人談論結果；他們處於保密協議之下。 但從他們的表情來看，似乎沒人能做到。
當最後一個團隊準備測試時，其餘的參與者在街上展示他們的設備，觀看當地電視的美麗鏡頭，展示並解釋其工作原理。 來自雅庫特的納霍德卡團隊搖晃燈塔的聲音如此之大，以至於採訪的記者不得不停下來。
他們在前一天參加了測試，並經歷了最惡劣的天氣。 雪和大風甚至阻止了無人機的發射。 由於交通中斷，許多信標無法放置。 當其中一個裝置終於起作用時，結果發現是風吹倒了一棵樹，壓碎了按鈕。 然而，這個團隊受到了好奇的關注，因為他們是最有經驗的搜尋者。
— 我的整個隊伍都是獵人。 他們等待第一場雪已經很久了。 他們會看到任何動物的蹤跡，就好像他們會追上它一樣。 我必須把它們當作護衛犬來約束，」尼古拉·納霍德金說。
步行搜查森林，或許能找到人的蹤跡，但還不算勝利──這是一場技術競賽。 因此，他們只能依靠聲音信標，發出強大而刺耳的聲音。
一個真正獨特的設備。 顯然，這是由具有豐富經驗的人製作的。 從技術上來說，它非常簡單——它就是一個普通的氣動哇音器，上面部署了 LoRaWAN 模組和 MESH 網路。 一公里半外的森林裡都能聽到。 對於許多其他人來說，儘管每個人的音量水平大致相同，但這種效果不會發生。 但正確的頻率和配置會產生這樣的結果。 我親自在大約1200公尺的距離錄製了一個聲音，非常清楚這確實是訊號的聲音。
他們看起來技術最不先進，但同時他們擁有最簡單、最可靠和非常有效的解決方案，但也有其自身的限制。 我們無法使用這些設備來尋找失去知覺的人，也就是說，這些產品只適用於非常狹窄的情況。
- 尼基塔·卡利諾夫斯基（Nikita Kalinovsky），大賽技術專家
我們當天工作的四個團隊中的最後一個是 MMS Rescue。 這些都是一般人、程式設計師、工程師、電子工程師，他們以前從未做過研究。
他們的想法是在幾架飛機型無人機的幫助下在森林上空散佈一百或兩個小型聲音信標。 它們連接到一個網絡，其中每個單元都是無線電訊號中繼器，並開始發出響亮的聲音。 迷路的人必須聽到它、找到它、按下按鈕，從而發送有關他所在位置的信號。
此時無人機正在拍照。 秋天的森林在白天幾乎是透明的，因此團隊希望在照片中發現一個躺著的人。 在基地，他們有一個訓練有素的神經網絡，透過它運行所有的圖片。
在半決賽中，MMS Rescue 使用傳統四軸飛行器分散了信標 - 這足以覆蓋四平方公里。 要覆蓋 314 平方公里，您需要一支直升機大軍，可能還需要幾個發射點。 因此，在決賽中他們與另一支先前退出比賽的隊伍組隊，並使用了他們的信天翁飛機。
搜尋工作定於上午 10 點開始。 在他面前，營地裡一片喧鬧。 記者和嘉賓四處走動，與會者攜帶設備進行技術檢查。 當他們運來並卸下所有信標——近五百個時，他們在森林中播種信標的策略不再顯得誇張。
— 奇怪的是，每一個都基於 Arduino。 我們的程式設計師Boris 製作了一個令人驚嘆的程序，可以控制所有配件，MMS Rescue 的成員Maxim 說，「我們有LoRa，這是我們自己設計的板，帶有附件、MOSFET、穩定器、GPS 模組、可充電電池和12 V警笛。
儘管這些人的帳戶裡已經存滿了所有盧布，但每座燈塔的成本約為 3 美元。 開發和生產只有兩個月的時間。 對大多數團隊成員來說，MMS Rescue 專案並不是他們的主要活動。 於是，他們下班回來，一直準備到深夜。 當零件到達時，他們自己手動組裝和焊接所有設備。 但比賽的技術專家卻不以為然：
“我最不喜歡他們的決定。” 我很懷疑他們會收集他們帶到這裡的三百座燈塔。 或者更確切地說，如何——我們將迫使他們聚集，但事實並非如此。 如果以這樣的數量播種，搜尋本身很可能會起作用，但我不喜歡丟棄配置或信標本身的配置。
— 信標技術減少了步行的公里數。 現在將散佈的信標建議進一步徒步穿過森林收集。 而這將是一個不會減少人類勞動量的距離。 也就是說，技術本身沒問題，但也許我們需要想出如何分散它的策略，以便以後更容易收集，」Liza Alert 的 Georgy Sergeev 說。
距離營地兩百米，無人機小隊搭建了發射台。 五架飛機。 每架飛機使用彈弓起飛，機上攜帶四個信標，在大約 15 分鐘內將它們分散，然後返回並使用降落傘著陸。
失蹤的獵人
搜索開始後，營地開始空蕩蕩。 記者離開後，主辦單位分散到帳篷。 我決定留下一整天，觀察團隊如何運作。 一些參與者仍然參與監控無人機，而另一些參與者則鑽進汽車，穿過森林，手動沿著道路放置信標。 馬克西姆留在營地監視網路的展開情況並接收來自信標的訊號。 他告訴我更多關於這個項目的資訊。
「現在我們正在觀察信標網路如何展開，我們看到網路中出現的信標，當我們第一次看到它們時它們發生了什麼，現在發生了什麼，我們看到它們的座標。 表中充滿了數據。
— 我們是在坐著等待訊號嗎？
——粗略地說，是的。 我們以前從未散佈過 300 個信標。 所以我正在研究如何使用他們的數據。
- 你是根據什麼來分散它們的？
「我們有一個程式可以分析地形併計算在哪裡放置信標。 她有自己的一套規則——所以她看著森林，看到了一條路。 首先，她會提出沿路丟信標，然後她會進入森林，因為越深入，那裡就越不可能有人。 這是救援隊和迷路者呼聲最高的做法。 最近讀到，一名失蹤男孩在離家800公尺的地方被發現。 800公尺不是10公里。
因此，我們首先盡可能接近可能的進入區域。 如果一個人到達那裡，那麼他很可能還在那裡。 如果沒有，那麼我們將越來越擴大搜索邊界。 這個系統只是圍繞著人類存在的可能點而發展。
事實證明，這種策略與納霍德卡經驗豐富的搜尋引擎所使用的策略相反。 相反，他們計算了一個人從入口點可以步行的最大距離，在周邊放置信標，然後關閉環，減少搜索半徑。 同時，信標的放置使得人們無法在沒有聽到信標的情況下離開環。
— 你專門為結局開發了什麼？
- 我們發生了很多變化。 我們進行了大量的測試，在森林條件下測量了不同的天線，測量了訊號傳輸距離。 在先前的測試中，我們有三個信標。 我們步行搬運它們，並將它們固定在不遠處的樹幹上。 現在，身體已經適應從無人機上掉落。
它從 80-100 公尺的高度墜落，無人機飛行速度為 80-100 公里/小時，加上風。 最初，我們計劃將身體形狀做成一個有翅膀的圓柱體。 他們希望將重心以電池的形式放置在身體的下部，天線會自動升起，以在森林條件下實現信標之間的良好通訊。
- 但他們沒有這麼做？
— 是的，因為我們插入天線的機翼對飛機的干擾很大。 因此，我們得出了磚塊的形狀。 另外，他們也試圖解決供電問題，因為每個元件都很重，必須將最小的質量塞進一個小盒子裡，同時保留最大的能量，這樣燈塔才不會在一個小時內死亡。
軟體得到了改進。 一個網路中的 300 個信標可以互相干擾，所以我們做了間隔。 那裡有一項艱鉅而複雜的任務。
我們的 12 V 警報器必須發出應有的尖叫聲，這樣系統才能運行至少 10 小時，這樣當 LoRa 打開時 Arduino 才不會重新啟動，這樣就不會受到高音揚聲器的干擾，因為有升壓裝置，可提供40V 電壓中的12V。
- 遇到說謊的人怎麼辦？
——不幸的是，沒有人對這個問題給出可靠的答案。 帶著狗沿著倒下的樹木尋找氣味似乎更明智。 但事實證明，狗狗找到的人少很多。 如果一個失蹤的人躺在意外收穫的某個地方，理論上可以用無人機拍攝並識別他。 我們用這樣的系統駕駛兩架飛機，我們在空中收集數據並在基地進行分析。
— 您將如何分析這些照片？ 用眼睛看見一切嗎？
- 不，我們有一個訓練有素的神經網路。
- 什麼？
- 基於我們自己收集的數據。
半決賽結束後，專家表示，利用照片分析來尋找人選還有很多工作要做。 理想的選擇是無人機使用經過大量資料訓練的神經網路即時分析機上影像。 事實上，團隊必須花費大量時間將素材載入到電腦上，甚至需要更多時間進行審查，因為當時沒有人擁有真正有效的解決方案。
— 神經網路現在在某些地方被使用，它們被部署在個人電腦、Nvidia Jetson 主機板上以及飛機本身上了。 但尼基塔·卡利諾夫斯基 (Nikita Kalinovsky) 表示，但所有這些都是如此粗糙、研究不足，實踐表明，在這些條件下使用線性演算法比神經網路更有效。 也就是說，使用基於物體形狀的線性演算法透過熱成像儀影像中的一個點來識別人會產生更大的效果。 神經網路幾乎什麼也沒發現。
——因為沒有什麼好教的？
——他們聲稱自己教書，但結果卻極具爭議。 甚至沒有爭議的——幾乎沒有。 人們懷疑他們要么受到了錯誤的教育，要么被教導了錯誤的東西。 如果在這些條件下正確應用神經網絡，那麼它們很可能會給出良好的結果，但您需要了解整個搜尋方法。
— 我們最近推出了 ”，Grigory Sergeev 說道，“當我參加比賽時，這個東西在卡盧加地區發現了一個人。 也就是說，這裡是現代技術的真正應用，它對於搜尋來說是真正有用的。 但擁有一種能夠長時間飛行並可以避免照片模糊的介質非常重要，尤其是在黎明和日落時，當森林中幾乎沒有光線時，但您仍然可以看到一些東西。 如果光學允許的話，這是一個非常好的故事。 另外，大家都在嘗試熱像儀。 原則上，趨勢是正確的，想法是正確的——價格問題始終是一個問題。
三天前，也就是決賽的第一天，搜尋工作是由 Vershina 團隊進行的，該團隊可能是決賽入圍者中技術最先進的。 雖然每個人都依賴聲波信標，但該團隊的主要武器是熱成像儀。 找到一個能夠產生至少一些結果的市場模型，對其進行完善和定制——所有這些都是單獨的冒險。 最終，事情解決了，我聽到熱情的低聲談論如何用熱成像儀在森林中發現一隻海狸和幾隻麋鹿。
我真的很喜歡這個團隊在意識形態方面的解決方案——這些人正在使用技術手段進行搜索，而不涉及地面部隊。 他們有一個熱成像儀和一個三色相機。 他們只拿著傳單搜尋，但還是找到了人。 我不會說他們是否找到了他們需要的人，但他們找到了人和動物。 我們對比了熱像儀上物體和三色相機上物體的座標，確定它正是來自兩張影像。
我對實施有疑問 - 熱像儀和相機的同步不小心完成。 理想情況下，如果系統有一對立體相機，那麼它就能運作：一台單色相機、一台三色相機、一台熱成像儀，並且所有這些都在一個時間系統中運作。 這裡的情況並非如此。 相機在一個系統中工作，熱像儀在一個單獨的系統中工作，因此他們遇到了偽影。 而飛行器的速度如果再高一點，就已經會產生非常強烈的扭曲了。
- 尼基塔·卡利諾夫斯基（Nikita Kalinovsky），大賽技術專家
格里戈里·謝爾蓋耶夫 (Grigory Sergeev) 最明確地談到了熱成像儀。 當我夏天問他對此的看法時，他說熱成像儀只是一個幻想，十年來搜索隊從未發現有人使用它們。
— 今天我看到價格下降和中國模式的出現。 儘管它仍然非常昂貴，但掉落這樣的東西所帶來的痛苦是無人機本身的兩倍。 一台能像樣顯示東西的熱像儀要600萬以上。 第二架Mavic的價格約為120。而且，無人機已經可以顯示一些東西，但熱像儀需要特定的條件。 如果一台熱像儀可以買六台Mavics，沒有熱像儀的話，我們自然就充當Mavics了。 幻想我們會在王冠下找到某人是沒有意義的——我們不會找到任何人，王冠對溫室來說不是透明的。
當我們討論這一切時，營地裡並沒有太多活動。 無人機起飛又降落，遠處的森林裡長滿了信標，但沒有收到任何訊號，儘管規定的時間已經過了一半。
第六個小時，我注意到那些傢伙開始用對講機積極交談，馬克西姆坐在電腦前，非常驚慌和嚴肅。 我試著不打擾提問，但幾分鐘後，他走到我面前，小聲地咒罵了一句。 燈塔發出了訊號。 但不是來自一個，而是同時來自多個。 過了一會兒，超過一半的單位都響起了求救訊號。
在這種情況下，我會認為這些是軟體的問題——同樣的機械故障不可能同時發生在這麼多設備上。
— 我們進行了兩百次測試。 沒有任何問題。 它不可能是軟體。
幾個小時後，資料庫中充滿了錯誤訊號和一堆不必要的資料。 如果按下時至少有一個信標被激活，麥克斯不知道如何確定它。 然而，他坐下來，開始手動檢查來自設備的所有內容。
理論上，一個真正迷路的人可以找到信標，帶著它繼續前進。 然後，也許這些人會偵測到其中一台裝置的移動。 扮演失蹤者的臨時演員會如何表現？ 他會帶上它還是不帶設備就去基地？
六點左右，負責無人機工作的人跑到了總部。 他們下載了這些照片，發現其中一張照片上有非常清晰的人跡。
足跡在樹木之間呈一條細線延伸，隱藏在照片之外。 他們查看了座標，將照片與地圖進行了比較，發現它位於他們飛行區的最邊緣。 軌跡向北延伸，到達無人機沒有飛過的地方。 這張照片是五個多小時前拍攝的。 廣播裡有人問現在幾點了。 他們回答他：“現在是我們飛行的時間了。”
麥克斯繼續挖掘資料庫，發現所有信標同時開始發出蜂鳴聲。 他們內建了延遲啟動之類的東西。 為了防止該按鈕在飛行和墜落過程中不起作用，它在交付過程中被停用。 也就是說，燈塔應該在出發後半小時就開始活動並開始發出聲音。 但隨著激活，SOS訊號也為所有人響起。
這些人拿出了幾個他們沒有時間發送的信標，將它們拆開，然後開始檢查所有電子設備，試圖找出可能出了問題的地方。 很多事情都可能出錯。 當對電子設備進行測試時，它們尚未封裝在能夠承受重置的外殼中。 解決方案很晚才找到，因此在最後一刻手工組裝了數百個信標。
此時，Max正在手動檢查資料庫中來自信標的所有訊息。 距離搜尋結束還剩一小時。
大家都很緊張，我也是。 最後，麥克斯從帳篷裡出來說：
— 在你的文章中寫下，這樣你就永遠不會忘記篩選。
拆解了幾個信標後，這些人對這個理論著迷了。 由於信標外殼出現得很晚，所有電子設備的封裝都必須比計劃的更加緊湊。 由於時間已經不多了，人們沒有時間屏蔽電線。
幾分鐘後，資料庫發現一個來自比其他設備晚得多的設備發出的信號。 這個信標不是透過無人機運送到森林的，而是人們自己帶來的，並將其綁在其中一條路旁的一棵樹上。 兩點半的訊號是他發出來的，現在時鐘已經七點半了。 如果這個按鈕真的是由一個額外的人按下的，那麼由於噪音，他的訊號在幾個小時內都無法被識別。
不過，小伙子們還是打起了精神，很快就記下了燈塔的座標和啟動時間，立即跑去記錄這項發現。
事關重大，技術專家對此發現持懷疑態度。 在一堆破損的信標中怎麼可能有一個能真正運作的呢？ 眾人連忙解釋。
- 讓我們退後一步。 更換外殼是否會導致您的訊號在跌倒後停止運作？
- 不一定是這樣。
— 與船體有連結嗎？
— 這是因為 SOS 按鈕在應該起作用的時刻之前就起作用了。
——掉落時啟動了嗎？
- 不是當你跌倒時，而是當聲音訊號響起時。 聲音訊號給出峰峰值，12 V 轉換為 40 V，拾音器被提供給電線，我們的控制器認為按鈕被按下。 這仍然是猜測，但與事實非常相似。
- 很奇怪。 她不能給出這樣的提示。 我非常懷疑。 從電路設計的角度來看，誤報的原因是什麼？
“我現在就解釋一下，很簡單。” 以前，車身較寬，元件之間的距離較大。 目前，一些電線，包括按鈕的電線，就在這個東西旁邊。
- 這是變壓器嗎？
- 是的。 而且不只是和他。 它升高了 40 V，這是一個增量。 附近還有1W天線。 在傳輸過程中，我們收到某個訊息，立即進入 SOS 狀態。
— 你的按鈕是如何與百分比連結在一起的？
— 他們只是將其掛在 GPIO 上，並將底部擰緊。
— 你把按鈕直接掛在連接埠上，把它拉下來，任何通過它的訊號都會立即跳起來，對吧？
- 嗯，結果是這樣的。
- 那麼這似乎是真的。
“我也已經意識到我應該把它搞錯了。”
— 您是否嘗試過用箔紙包裹電線？
- 我們嘗試了。 我們有幾個這樣的信標。
- 好吧，你看到當訊號通過蜂鳴器，當訊號通過天線時，你...
- 不一定是這樣。 不是當蜂鳴器響起時，而是當啟動信標的時間到來時。 該按鈕被切斷，這樣在飛機上飛行時就不會意外壓到樹枝或其他物體。 有一定的時間延遲。 當需要打開它、啟動按鈕時，整個信標就會打開，就好像他們已經關閉了它的電源一樣。 沒有任何延遲，沒有任何事情，所有元素立即開始上升並工作，在那一刻按鈕被啟動。
- 那為什麼不是每個人都這樣工作呢？
- 因為有錯誤。
- 那麼下一個問題。 有多少產品出現誤報？ 超過一半？
- 更多的。
— 您是如何挑選出其中一個作為失蹤者的座標提交的？
「我們的隊長駕駛一輛車到最有可能的區域並手動分發信標。 他拿了一個盒子，裡面裝著一批單獨的信標，居然把那些沒有出現這樣錯誤的信標排列了起來。 我們分析了收集到的數據，隔離了所有在應該啟動時沒有開始喊叫「SOS」的人，並找到了在 30 分鐘後才開始喊叫「SOS」的信標。
——你承認一開始沒有誤報，後來可能出現誤報嗎？
— 嗯，你知道，從燈塔復活的那一刻起，它就靜止了 70 多分鐘。 我們分析了座標——這裡離傳說中有人出現的地方不遠。
搜尋結束前半小時，隊伍終於收到了失蹤人口的座標。 這看起來真是個奇蹟。 森林裡有一座燈塔山，一半以上都壞了。 更糟的是，這批手動放置的信標有一半也壞了。 在一片314平方公里、散佈著破損燈塔的地區，臨時演員們找到了一名工人。
我只是需要檢查一下。 但球隊還是去慶祝了可能的勝利，在寒冷中度過了十一個小時後，我可以安心地離開營地了。
21月XNUMX日，也就是考試後大約一周，我收到了一份新聞稿。
根據奧德賽計畫的最終測試結果，旨在開發在森林中有效搜尋失蹤人員的技術，Stratonauts團隊的無線電信標和無人機整合系統被認為是最佳技術解決方案。 決賽中展示的所有開發成果均由 Sistema 資助基金提供的 30 萬盧布資金完成。
除了 Stratonauts 之外，另外兩支隊伍也被認為是有前途的——來自雅庫特的“Nakhodka”和帶有熱成像儀的“Vershina”。 「直到 2020 年春季，各團隊將與救援隊一起繼續測試他們的技術解決方案，參與莫斯科、列寧格勒地區和雅庫特的搜索行動。 這將使他們能夠針對特定的搜尋任務完善解決方案，」組織者寫道。
新聞稿中沒有提及 MMS Rescue。 他們傳輸的座標結果是不正確的——額外人員沒有找到這個信標，也沒有按任何東西。 不過，這又是一個誤報。 由於連續播種森林的想法沒有得到專家的回應，因此被放棄。
但雲層太空人在決賽中也未能應付任務。 他們在半決賽中也是表現最好的。 隨後，在4平方公里的區域內，團隊只花了45分鐘就找到了一個人。 儘管如此，專家們還是認為他們的技術綜合體是最好的。
也許是因為他們的解決方案是所有其他解決方案之間的中庸之道。 這是一個用於通訊的氣球、用於測量的無人機、聲音信標以及一個即時追蹤所有搜尋者和所有元素的系統。 至少，這個系統可以配備真正的搜尋團隊。
“今天的搜索仍處於石器時代，很少出現新的東西，”Georgy Sergeev 說，“除非我們不使用普通手電筒，而是使用 LED 手電筒。” 我們還沒到波士頓動力公司的小矮人走過森林的階段，我們在森林邊緣抽煙，等待他們帶給我們失蹤的祖母。 但如果你不朝這個方向前進，如果你不把所有的科學思想付諸實踐，就什麼都不會發生。 我們需要激發社區的活力—我們需要有思想的人。
來源： www.habr.com