Мобильная интегральная система противопожарного мониторинга лесных и степных территорий (миспм)

(ООО «Аэро Роботик Системс», г. Оренбург)

Предлагаемый инновационный проект МИСПМ призван решить проблему высокооперативного, надежного и низкобюджетного обнаружения очагов возгорания (ОВ) лесных и степных пожаров на ранних стадиях с одновременным определением координат их местоположения, а также телекоммуникационного обмена этой актуализированной информацией с центром управления и соответствующими службами в сетецентричном режиме на базе уже существующих структур с патрульно-транспортными средствами (ПТС). Помимо этого проект должен решить задачу обеспечения воздушной поддержкой процесс пожаротушения путем локализации пожара видеонаблюдением в режиме реального времени и сетецентричного координирования взаимодействия всех сил и служб.

Именно низкобюджетность мобильных комплексов позволяет рассчитывать на их широкомасштабное применение на просторах огромной России, что радикально повысит эффективность борьбы с лесными и степными пожарами.

Инновационный проект выполнен на уровне изобретений - по технологиям МИСПМ проводится патентование 8-ми технических и программно-алгоритмических решений с опцией мирового патентования.

Проект предполагает обеспечение высокооперативным противопожарным мониторингом лесных и степных территорий любой географии и размерности осуществлять путем развертывания мобильной интегральной системы, формируемой из мобильных комплексов высотного видеонаблюдения и мониторинга по принципу интегральной системы мобильных вышек наблюдения. Каждый такой комплекс способен автономно выполнить задачу раннего обнаружения, позиционирования очага возгорания и оповещения о нем, но именно в интегральном объединении система таких комплексов радикально повышает эффективность тотального охвата противопожарным мониторингом любых территорий.

Разработка такой системы, основанной на оригинальной технологии широкодоступного высотного видеонаблюдения площадей и акваторий c помощью двухрежимных малоразмерных дистанционно управляемых летательных аппаратов (МДУЛА, предполагает интеграцию с современными технологиями, такими как IP-видеонаблюдение, мобильные приложения, ГИС–технологии, компьютерное зрение, беспроводная высокоскоростная связь и клиент-серверные Интернет технологии. Но в отличие от аналогов, интегральная система не требует высокозатратных технологий использования дорогого L2 сигнала космических навигационных систем (GPS или ГЛОНАСС), т.к. приемлемая точность определения местоположения очагов возгорания обеспечивается использованием общедоступного L1 сигнала и применением оригинальных алгоритмов и программного обеспечения (ПО).

МДУЛА выполнены с возможностью привязного и свободного режимов полета, осуществляемых по ходу движения транспортных средств любого вида, на которых базируется легкосъемное оборудование мобильных комплексов.

Оперативное разворачивание мобильной интегральной системы противопожарного мониторинга лесных и степных территорий (МИСПМ) обеспечит высокоэффективную альтернативу строительству сети стационарных вышек видеонаблюдения с максимально возможной высотой всего 40м, что определенно не обеспечивает эффективного мониторинга необходимого в РФ охвата, но требует больших капитальных затрат на строительство, прокладку коммуникаций и эксплуатацию. Основным недостатком существующих систем является то, что для обнаружения и пеленгации очага возгорания требуется его одновременная видимость не менее чем с 2-х вышек, высота которых не обеспечивает высотного наблюдения даже при наличии дорогостоящей оптики высокого разрешения. Поэтому единственным путем повышения эффективности работы подобной системы является увеличение количества вышек и камер, что существенно повышает затратность капиталовложений и обслуживания:

В аналитических обзорах встречаются упоминания о возможности применения для противопожарного мониторинга привязных аэростатных систем, которые должны поднимать на высоты выше 1000м и удерживать оборудование видеонаблюдения с возможностями обнаружения и пеленгации очагов возгорания. Но это подразумевает только одностороннюю пеленгацию, т.к. даже определив азимут направления на очаг, точно определить дальность до него весьма проблематично. К тому же принципиально такие аэростатные системы сложны и высокозатратны в эксплуатации, что и предопределяет нереализованность аналогичных проектов.

Зарубежные и отечественные аналоги предлагаемого проекта используют систему стационарных вышек высотой 25-40м, на которых размещают видеоаппаратуру панорамного наблюдения с электропитанием, подключенную к высокоскоростной беспроводной системе связи и управления ( см. автоматическая дистанционная система обнаружения пожаров Forest Fire Search System (FFSS) “Golden eye”компании MV Group Ltd.( www.goldeneye-fire.eu ) , а также система противопожарного мониторинга «Лесной Дозор» группы компаний «Дистанционные системы контроля» ( www.lesdozor.ru ). Принципом работы таких систем является то, что посредством видеокамерного панорамного сканирования с вышек осуществляют обнаружение очагов возгорания в зонах визуальной видимости не менее 2-х камер и 2-х вышек одновременно, с помощью которых производят визирование направлений на очаг, после чего методом триангуляции пеленгуют место очага с его географической привязкой. Управление, прием и обработку мониторинговой информации осуществляют в специализированных центрах, с помощью которых координируют работу всей системы.

Основным недостатком таких систем является то, что для обнаружения и пеленгации очага возгорания требуется его одновременная видимость с 2-х вышек, высота которых не обеспечивает высотного наблюдения даже при наличии дорогостоящей оптики высокого разрешения. Поэтому единственным путем повышения эффективности работы такой системы является увеличение количества вышек и камер, что существенно повышает затратность капиталовложений и обслуживание системы.

Помимо этого, пожароопасная ситуация в любых климатических условиях как правило имеет сезонный характер, т.е. потребность в таких системах очень ограничена по времени, что предопределяет необходимость демонтажа видеооборудования и дополнительные периодические затраты.

Существуют разработки и опыт применения комплексов с малоразмерными БПЛА в составе мобильных оперативных групп на базе ПТС фирмы ИНКОМ (http://www.incom.tomsk.ru):

При использовании малоразмерного БПЛА экипажу ПТС придется на маршруте лесного патрулирования подыскивать поляну размером не менее 200х100м, пригодную в качестве площадки пускового развертывания и обеспечения посадки: размер площадки должен обеспечить выполнение катапультного взлета БПЛА с учетом высоты деревьев, а самое главное - выполнение предпосадочной глиссады возвращающегося к месту запуска БПЛА и гарантированную парашютную посадку на эту площадку. Эти ограничения очень сильно снижают мобильность противопожарного мониторинга, т.к. помимо длительных вынужденных остановок ПТС маршрут патрулирования должен прокладываться с учетом наличия подобных площадок, что в лесных зонах весьма проблематично.

В лесной местности проблематично управление БПЛА и телекоммуникационный обмен с ним телеметрической информацией по причине экранирования лесом прямой радиовидимости направленных антен наземной станции управления БПЛА, для устранения чего требуется подъем антен выше кромки деревьев, т.е. усложнение конструкций и эксплуатации.

Сам по себе противопожарный мониторинг лесов с помощью малоразмерного БПЛА существенно ограничивается малой дальностью его полета (максимум 30км) и обязательностью возвращения к месту запуска, что вообще наполовину снижает эффективную дальность и продолжительность мониторинга, т.е. БПЛА своим полетом может охватывать только территорию радиуса 15км. Именно это усугубляет неэффективность традиционного полетного мониторинга с БПЛА, т.к. взлетев и панорамно оглядевшись с высоты с его помощью, экипаж при обнаружении очага возгорания (ОВ) вынужден направлять к нему полет БПЛА для определения координат. Но это возможно только при долете до места ОВ, т.е. в случае его расположения на дистанции свыше 15км координаты не будут определены и задача мониторинга не будет выполнена, но время и запас электробатарей уже будут потрачены.

Таким образом комплексы БПЛА не позволяют осуществлять эффективный противопожарный мониторинг на ранних стадиях возгорания, требующий, к тому же, большой территориальный охват, который невозможен с такой технологией на огромных пространствах нашей страны еще и в силу высокой стоимости комплекса БПЛА (минимум 3,5млн. руб.).

МИСПМ по предлагаемому проекту имеет принципиально другую оригинальную концепцию, т.к. базируется на низкобюджетных мобильных комплексах (оперативно воздвигаемых виртуальных «вышках») качественно большей высотности (100-300м), с помощью каждого из которых можно обнаружить очаг возгорания на территории любой географии и размерности. При этом каждый комплекс способен автономно произвести географическую привязку очага с позиционированием, в режиме реального времени транслировать актуализированную информацию в соответствующие противопожарные службы.

В отличие от самой современной технологии с БПЛА в предлагаемом низкобюджетном комплексе (серийная стоимость 64тыс. руб.) двухрежимный МДУЛА поднимается на рабочую высоту, как и совершает обратную посадку на автомобиль в привязном режиме полета на ходу движения ПТС, причем независимо от окружающих условий и проходимости на лесных дорогах и просеках, т.к. для взлета МДУЛА достаточно скорости всего 10км/час. При этом панорамное обзорное видеосканирование осуществляется также по ходу движения ПТС без остановок, причем после вывода МДУЛА на рабочую высоту и его стабилизации ПТС может двигаться с крейсерской скоростью патрулирования, что не ограничивает мобильность в любых условиях.

Телекоммуникации комплекса происходят в условиях стабильной радиовидимости, причем при максимальной интенсивности направленности антенн, что конструктивно просто и надежно обеспечивает вектор привязного леера, который, при этом, является дополнительным помехоустойчивым каналом дистанционного и автоматического управления МДУЛА, а также устройством для реализации технологии высокооперативной приводной парашютирующей посадки на ПТС.

При обнаружении признаков очага возгорания МДУЛА переводится в специальный режим полета, в котором благодаря оригинальным алгоритмам и ПО осуществляется видеопеленгация и определение координат ОВ, после чего эта актуализированная информация в режиме реального времени транслируется и на станцию ПТС и в соответствующие пункты служб противопожарного мониторинга.

Таким образом предлагаемый высокооперативный мобильный комплекс позволяет автономно и без долетов до ОВ обнаруживать и позиционировать их при штатном патрулировании ПТС в пожароопасный сезон, в отличие от статичных ведеокамер вышек, или аэростатных комплексов, которые способны это делать только при массированном сетевом развертывании, т.к. для триангуляционной пеленгации ОВ подобными системами, необходимо одновременное обнаружение ОВ минимум с 2-х хорошо стабилизированных видеокамер. Но массированное развертывание потребует огромных капитальных вложений и эксплуатационных расходов, что при ограниченном финансировании и огромных пространствах нашей страны проблематично, к тому же технологически малоэффективно.

Следует подчеркнуть, что при высокой эффективности предлагаемых комплексов именно их малобюджетность позволяет осуществить массированное высокомобильное развертывание сетецентричной системы противопожарного мониторинга лесных и степных территорий любых географии и масштаба: при одних и тех же затратах вместо одной высотной видеокамеры БПЛА согласованно работают 60 высотных видеокамер масштабно разнесенных комплексов с МДУЛА.

Высокая мобильность предлагаемых комплексов позволит осуществлять также эффективную воздушную поддержку уже в процессе пожаротушения путем локализационного развертывания в местах распространения пожара для отслеживания его динамики и координации взаимодействия всех сил и служб. При этом двухрежимные МДУЛА позволят одновременно осуществлять эффективный автоматизированный метеомониторинг в реальном времени с повысотной сенсорикой ключевых параметров, что очень важно при любых чрезвычайных происшествиях.

Интегральная автоматизированная система противопожарного мониторинга оперативного развертывания будет создана с возможностями одновременного повысотного метеомониторинга непосредственно в зоне пожара и в прилегающих районах, причем в режиме реального времени и с интеграцией в автоматизированные системы сбора, форматирования и передачи метеорологических параметров воздушной среды Росгидромета и т.п. Таким образом в режиме реального времени система будет осуществлять актуализацию ключевой метеоинформации, например, по, так называемой «розе ветров», что очень важно во время борьбы с верховыми лесными пожарами для адекватного реагирования всех служб пожаротушения. К тому же мобильный комплекс с МДУЛА в процессе пожаротушения обеспечит воздушной поддержкой координирование взаимодействия всех сил, а системная работа нескольких мобильных комплексов по периметру пожара существенно повысит эффективность его площадной локализации пожаротушения.

В целом, в совокупности с существенно меньшей затратностью и большей масштабируемостью такая интегральная система радикально повысит эффективность противопожарного мониторинга и пожаротушения, что соответственно снизит риски и потери от лесных и степных пожаров.

Система МИСПМ включает портативный комплекс с оригинальным двухрежимным малоразмерным дистанционно управляемым летательным аппаратом (МДУЛА), снабженным пультом дистанционного управления его полетного барражирования и телеметрического управления бортовой видеокамерой. Комплекс обеспечивает оперативное разворачивание системы запуском МДУЛА в привязном режиме на высоту и обратное её оперативное сворачивание. Технология применима как в носимом варианте комплекса, так и с базированием его на любом автомобиле запуском и сворачиванием МДУЛА на ходу автомобиля:

На фиг.1а – запуск МДУЛА в привязном режиме на ходу ПТС;

на фиг.1б – автоматизированная посадка МДУЛА в режиме приводного парашютирования на ходу ПТС;

на фиг.2а – дистанционное управление МДУЛА и системой видеонаблюдения в носимом варианте;

на фиг.2б – лифтинг модульной полезной нагрузки.
МДУЛА выполнен из отечественных материалов по оригинальной технологии с применением технологического ноу-хау, следующие фотографии иллюстрируют опытный вариант в статичном положении, перед стартом и в испытательном полете:

Комплекс системы МИСПМ является быстроразборным, малогабаритным, с возможностью легкосъемного монтажа на любой автотранспорт и работы в носимом варианте, обеспечивается автоматизированная безопасная приводная посадка к пульту ДУ на режиме парашютирования, что не потребует квалифицированного обслуживания. Предусматривается возможность автономного дистанционно управляемого полета отцепленного МДУЛА для уточнения координат пеленгации, доразведки места происшествия и последующей воздушной поддержкой взаимодействия сил пожаротушения.

Ориентировочные технические характеристики портативного комплекса МДУЛА системы МИСПМ для сканирующего панорамного обзора радиусом 10км:

Взлетный вес МДУЛА, кг 0,85 Полезная нагрузка, кг 0,3 Максимальный ветер, м/с 15 Высота подъёма, м 300 Вес всего комплекта, кг 5

Видеоаппаратура наблюдения комплекса включает:

- видеоочки с встроенным видеоприемником и разрешением 2-х ЖК модулей 640х480при 922000пикс. OLED QVGA;

- камера CCD с разрешением 640 x 480 pixels. 420 тв.линий (0,01 люкс, автопереключение цвет/чб);

- видеопередатчик PMC-TX24500 с частотой 2,4 ГГц и мощностью 500мВт;

- видеоприемник PMC-RX2400 Diversity с частотой 2,4ГГц на 4 канала;

- ноутбук наземной станции управления с радиоканалом Wi-Fi.

Ориентировочная стоимость комплекса МИСПМ в серийном производстве - 74000руб.

На фиг.4 показан вариант работы алгоритма в процессе кругового барражирования

МДУЛА при остановке ПТС:







ФИГ. 4

Комплекс оборудован системой видеонаблюдения с беспроводной трансляцией ведеоинформации на специальные видеоочки оператора, или монитор ноутбука, что обеспечивает максимальную мобильность независимо от места использования – внутри и снаружи любого автотранспорта, в лесу, степи и горах, в городе, днем и ночью. Возможность приводной парашютирующей посадки даже к пульту ДУ обеспечивает максимальную мобильность и надежность работы особенно в лесистой местности, где необходимо осуществлять развертывание комплексов с лесных просек и дорог.

Работу системы иллюстрируют следующие снимки, на которых изображено (слева-направо):

- дистанционное управление МДУЛА и системой видеонаблюдения посредством видеоочков;

- передаваемое с борта МДУЛА на видеоочки видеоизображение;

- пеленгация лесного очага возгорания на дальностях до15км;

- трансляция актуализированной информации на штабной монитор:

Технологии, алгоритмы и программные продукты предназначены для использования в мобильных комплексах в качестве программного обеспечения (ПО) бортового видеооборудования и метеосенсоров МДУЛА, а также ПО для наземной компьютизированной станции дистанционного управления видеокамерами и самим МДУЛА, телеметрического приема, компьютерной обработки видеопотока для координатного позиционирования ОВ.

Возможна интеграция в систему пакетного контроллера ВИП-МК со встроенными радио и сотовым модемами, навигационным приемником ГЛОНАСС/GPS, внедряемого в структурах Рослесхоза, программное обеспечение которого ориентировано на задачи обработки и передачи информации, корректирования влияния местных высотных метеоусловий и трансляции актуализированной информации в интегральную систему мониторинга посредством телекоммуникационных технологий:

Система МИСПМ формируется из мобильных комплексов, каждый из которых включает:

1. 
   оригинальный двухрежимный МДУЛА (режимы привязного прямолинейного и кругового полетов), оборудованный аппаратурой видеонаблюдения, позиционирования и передачи информации, а также снабженный взлетно-посадочным оборудованием, реализующим оригинальную технологию с возможностью базирования на любом транспортном средстве;
   
2. 
   наземная компьютизированная станция управления МДУЛА, его бортовой аппаратурой видеонаблюдения, а также наземного приема, обработки видеоинформации, позиционирования и трансляции её посредством любого стандарта связи в соответствующий центр управления и службы противопожарного мониторинга;
   
3. 
   центры управления противопожарного мониторинга в вариантах стационарного и мобильного исполнения для приема, обработки, анализа и интерактивной ретрансляции актуализированной информации мониторинга всем противопожарным службам, а также для координирования их взаимодействия в процессе локализации и тушения пожара.
   

Оперативным интегральным разворачиванием МИСПМ возможен охват противопожарным мониторингом территорий любой масштабности и географии, при этом Центр управления сетецентричного наблюдения и реагирования будет иметь возможность оперативно получать информацию о координатах возгорания с любого комплекса. Таким образом можно будет организовывать максимально эффективное противопожарное наблюдение с высокоманевренным патрулированием ПТС на базе любого, даже легкового автотранспорта, что позволит максимально оперативно обнаруживать очаги возгорания и, соответственно оперативно локализовывать зоны пожара с оптимизацией управления взаимодействия всех сил и средств пожаротушения.

Трансляция актуализированной видеоинформации одновременно может осуществляться и на большой (штабной) монитор, что позволяет оперативно корректировать взаимодействие всех комплексов из Центра управления - наблюдать за происходящим в зоне обзора каждой камеры и управлять камерой можно из любой точки с выходом в Интернет.

Возможен вариант системной интеграции МИСПМ с уже внедряемыми в структурах Рослесхоза телекоммуникационными системами противопожарного мониторинга, что не повлечет дополнительных затрат средств и времени на внедрение:

Низкобюджетность МИСПМ позволяет осуществить оперативное массированное высокомобильное развертывание сетецентричной системы противопожарного мониторин-га лесных и степных территорий любых географии и масштаба на базе добровольных об-щественных объединений, что, в свою очередь, максимизирует оперативность реагиро-вания на чрезвычайные ситуации любого характера, т.е. минимизирует риски для населе-ния.

По мере внедрения МИСПМ и накопления практического опыта будут оптимизироваться маршруты патрулирования ПТС и места подъема МДУЛА, будут уточняться базы данных ГИС приложений и алгоритмы взаимодействия комплексов системы для различных типов мониторинга и любых территорий, что позволит максимально оперативно определять масштаб чрезвычайной ситуации и динамики её развития:

Дальнейшее развитие проекта в перспективе предполагает дополнительное внедрение высокороботизированных систем на базе малоразмерных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), которые также будут базироваться на комплексах с ДУЛА повышенной грузоподъемности по патентуемой технологии автоматизированного межполетного обслуживания (Фиг.6), согласно которой БПЛА будут дежурить на высоте в режиме видеонаблюдения, а в случае обнаружения очага пожара стартовать с привязного леера ДУЛА и вылетать к нему для оперативной доразведки и уточнения координат, деталей местной обстановки и определения кратчайшего маршрута прибытия оперативных сил к месту происшествия и т.д.:

пожара и координации взаимодействия всех сил в режиме продолжительно-

го барражирования на любой высоте и степени задымленности:

Контакты:

технический директор ООО«Аэро Роботик Системс» и инвентор проекта МИСПМ - Овинов А.В., авиационный инженер, автор 23-х изобретений в области БПЛА с опытом разработки БПЛА в израильской фирме UAVs

« BlueBird Aero Systems Ltd».

E-mail : aerorobotic@ro.ru