Видеонаблюдение для борьбы с пожарами. Технологии и решения

Трагические события, произошедшие в нашей стране летом 2010 г., заставили серьезно задуматься о необходимости создания решений по предотвращению и своевременному выявлению очагов возгораний в лесах и на торфяниках. В настоящее время существует целый ряд различных технологий и систем, способных своевременно информировать о возникновении возгораний. Большинство из них стали использоваться в России, пройдя проверку летом 2011 г. Рассмотрим наиболее распространенные решения.

Спутниковые системы мониторинга лесных пожаров

Существующие системы спутникового наблюдения и раннего выявления пожаров с возможностью доступа к информации через Интернет активно эксплуатируются в Европе, однако в России говорить об использовании таких данных в реальном времени пока не приходится Впрочем, в системе МЧС России функционирует Центр приема и обработки авиационно-космической информации МЧС России, который осуществляет сбор и анализ информации с метеорологических спутников. На борту каждого спутника находится измерительный комплекс, состоящий из набора сканирующих радиометров различного назначения и разрешения.

Данные со спутника являются основой для создания картографической картины лесопожарной обстановки. Эта информация передается в Центр управления в кризисных ситуациях МЧС и региональные центры МЧС России. Кроме того, она используется при подготовке данных для наведения авиационных средств при организации тушения лесных пожаров, а также для контроля за процессом тушения. Необходимо признать, что стоимость данного решения весьма высока. Организация систем видеонаблюдения в наиболее опасных в плане возгораний районах — более доступное решение, которое тоже может обеспечить раннее выявление пожаров.

Телекамеры и традиционные системы видеоконтроля

В качестве устройств видеоконтроля в комплексах обнаружения лесных пожаров наиболее распространены купольные PTZ-телекамеры, поддерживающие протоколы управления с обратной связью. Речь идет о возможности камеры отвечать, получая команду и меняя положение, а также сообщать об изменении координат по горизонтали и вертикали (наклону).

Управление видеокамерой
В отличие от управления камерой по предустановкам (заранее запрограммированным позициям), количество которых измеряется только сотнями, обратная связь позволяет управлять по координате с привязкой к нулю координат Таким образом, можно не только точно управлять видеокамерой, передавая команду повернуться в нужную точку, но и определить координаты положения камеры.

Некоторые модели телекамер, поддерживающие протокол с обратной связью, отображают текущую координату непосредственно на изображении. Так, оператор, имея карту местности, с легкостью определит место возгорания (разумеется, с определенной степенью точности) Используя возможности упомянутого протокола, некоторые российские разработчики компьютерных систем видеонаблюдения реализовали функцию наведения камеры посредством выбора точки на формируемом камерой изображении.

Дальность наблюдения
Кратность увеличения объектива PTZ-камеры имеет относительную важность. Она необязательно должна быть максимально большой, так как задача не в идентификации объектов, но в определении задымления, которым сопровождается пожар. Как следствие, используются камеры с объективами кратностью 23-25. При необходимости можно использовать не так давно появившиеся купольные PTZ-камеры с объективами х43 (фото 1). Впрочем, дальность наблюдения в основном определяется топографией местности и высотой установки камеры. Обычно телекамеры устанавливаются на вышках связи на высоте 60-70 м, что обеспечивает дальность наблюдения порядка 15 км днем в ясную погоду.

Передача видео
Ввиду того что устройства видеоконтроля устанавливаются на вышки операторов связи, в качестве каналов передачи используются все доступные технологии беспроводной передачи Это могут быть технологии радиорелейных сетей и GSM, а значит имеется поддержка TCP/IP.

Аналоговые камеры могут быть подключены к Р-кодерам, обеспечивающим оцифровку, а также сжатие и передачу данных. IP-кодеры не требуют специального обслуживания и могут устанавливаться совместно с оборудованием оператора в контейнер. В качества кабеля передачи видеосигнала от камер до кодера предпочтительнее использовать витую пару и пассивные трансмиттеры для симметричных линий (передатчик-приемник видеоинформации по UTP). Это исключает возникновение наводок и проблем с изображением.

Разумеется, скорость передачи изображения и качество определяются каналом связи, предоставленным оператором. Впрочем, важнее качество, чем скорость, поэтому передача нескольких кадров в секунду является вполне достаточной.

Все данные от камер передаются в центр контроля и управления системой на рабочие станции со специализированным программным обеспечением (рис. 1).

То, что рассматриваемые видеокамеры помогут определить возгорание только днем, является серьезным недостатком систем, использующих ПЗС-камеры. Разумеется, никакая подсветка не способна охватить расстояние 15 км. Поэтому все чаще находят применение инфракрасные камеры (тепловизоры)

Тепловизоры

Тепловизионное оборудование часто применяется для выявления возгораний на промышленных объектах. Температурная чувствительность тепловизора может составлять 0,03 °С и выше. С его помощью можно обнаружить потенциально опасный очаг еще до появления дыма и открытого пламени. К сожалению, тепловизоры, способные определять цели на расстоянии 10 — 15 км, стоят огромных денег и, как правило, используются в военных целях, а не для поиска возгораний. Определяющим фактором цены устройства является оптика, обеспечивающая такую дальность.

Помимо тепловизора, формирующего изображение в ИК-диапазоне, должна использоваться и телевизионная камера с объективом-трансфокатором. Она позволяет получить детальное изображение в дневное время. Обычно оба устройства монтируются на одном поворотном механизме, в одной плоскости Механизм поворотного устройства обеспечивает медленное панорамирование со скоростью менее 0,01 град/с. Один из подобных готовых к применению комплексов представлен на фото 2. Он применяется не только на военных  объектах Южной Кореи, но и для контроля пожарной безопасности различных объектов.

Существуют также альтернативные и менее дорогостоящие решения, разработанные специально для выявления лесных пожаров. Специалисты создали оптическую систему для инфракрасного сенсора — специальный телескоп, обеспечивающий фокусировку инфракрасных волн определенного спектра, исключая тем самым ложные тревоги, возникающие от солнечного излучения Дальность определения возгораний составляет 15 км. Помимо ИК-датчика система имеет и камеру для наблюдения днем. Данная система (фото 3) отличается от описанных выше тем, что является автоматической. Датчик выявляет возгорание, и оператор получает информацию о тревоге в специальном программном обеспечении, где отображается карта местности и направление наблюдения.

Цифровые IР-камеры

В составе комплексов обнаружения возгораний также могут быть использованы IP PTZ-камеры с поддержкой протокола с обратной связью и тепловизоры со встроенными IP-кодерами для удаленной настройки и передачи изображения по TCP/IP В данный момент на рынке присутствуют камеры IP PTZ с объективами кратностью 18-20 и разрешением 2-3 Мпкс, что позволяет получать более детализированные изображения и использовать функции цифрового масштабирования.

Возможность записи на встроенную SD-карту, реализованная в IP-камерах, гарантирует сохранность видеоинформации при кратковременных сбоях передачи по цифровым сетям.

Несомненно, повсеместное использование IP-технологий и рост разрешающей способности Р-камер делает выбор этих устройств для комплексов выявления очагов возгораний более предпочтительным.

Специализированное ПО

Программное обеспечение комплексов обнаружения возгораний позволяет использовать графический план местности с топографической привязкой, отображать камеры системы, управлять ими и просматривать изображение. Это наиболее распространенные простейшие функции, которые присутствуют и в некоторых системах для охранного видеонаблюдения Пиктограмма камеры на карте может вращаться, указывая направление наблюдения, выбранное оператором. При этом оператор должен самостоятельно определять и фиксировать момент появления дыма. Для управления камерами могут использоваться мышь или специализированная клавиатура управления PTZ-камерами.

Существуют и специализированные программы и программные детекторы, позволяющие распознавать раннее появление дыма и сигнализировать об этом оператору. Например, американская программа Fire Hawk, прошедшая успешную апробацию еще в 2005 г. во время сильных пожаров в Калифорнии, английская D-Tec, немецкая AWFS и др. Имеются даже готовые видеорегистраторы с функцией детектора дыма для предотвращения лесных пожаров, которые можно объединять по TCP/IP в большую систему с централизованным управлением. Не отстают и отечественные разработчики. Многие российские компании, разрабатывающие программно-аппаратные комплексы для систем безопасности, предлагают специализированные программные модули для детекции дыма и возгораний. Говорить о высокой достоверности данных систем пока рано, так как они находятся в эксплуатации сравнительно короткое время.

Все системы основаны на компьютерной обработке изображений от видеокамер и анализе их изменений. Дым идентифицируется на основе динамических и структурных особенностей, а также шкалы яркости. Детектор способен отсеивать ложные срабатывания, такие как облака, птицы, образования пыли и пр. Программное обеспечение позволяет маскировать области постоянного или вероятного присутствия некоторых видов дыма, например от промышленных объектов или жилых домов, исключая их из зоны детекции. Разработчики приводят данные, согласно которым вероятность ложного срабатывания составляет менее 1%, а дальность распознавания — 10 км для области дыма размером 10×10 м.

Эффективность доказана

Комплексы обнаружения лесных пожаров доказали свое право на существование и реальную эффективность. Остается надеяться, что со временем данные системы будут внедряться в нашей стране повсеместно.

Комментарии запрещены.